Роторная компрессионная машина

 

Использование: в машиностроении, в частности в роторных машинах объемного расширения. Сущность изобретения: роторная компрессорная машина содержит корпус с рабочей полостью, ротор, состоящий из установленного под углом к полости разъема корпуса вала с вращающимися вкладышами, внешняя поверхность которых соответствует внутренней поверхности корпуса, диск с кольцевым ободом, установленным между фланцами корпуса и разделяющим рабочую полость на две камеры, каждая из которых имеет выпускное и впускное отверстия. Диск снабжен секторными лопатками, радиально установленными на нем посредством осей, концы которых взаимодействуют с кольцевым ободом. Диск выполнен разъемным со сферическими фланцами, взаимодействующими с одной стороны с валом, а с другой - с внутренней поверхностью вкладышей. Вкладыши выполнены с прорезями, в которых расположены концы секторных лопаток, а впускные и выпускные отверстия расположены во фланцах корпуса и соединены попарно каналами и перепускными окнами, так же расположенными во фланцах корпуса. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам объемного расширения. Известны роторные компрессионные машины, состоящие из корпуса статора и эксцентрично расположенного ротора с лопатками, при этом ротор совершает при работе сложные эксцентричные движения [1] Недостатком такой конструкции является то, что угловые скорости лопаток или всего ротора циклически меняются, что требует дополнительной энергии для циклического ускорения их масс и вызывает неуравновешенность ротора. Кроме того, эксцентричность осей ротора и статора вызывает ненадежность уплотнения между лопатками и статором, что снижает эффективность работы такой конструкции.

Известна также роторная машина, содержащая корпус-статор с рабочей полостью, состоящий из двух половин соединенных фланцами по диагональному разрезу, ротор, состоящий из установленного под углом к плоскости разъема корпус вала с вращающимися вкладышами, внешняя поверхность которых соответствует внутренней поверхности корпуса, диска с кольцевым ободом, установленным между фланцами корпуса и разделяющего рабочую полость на две камеры, каждая из которых имеет впускное и выпускное отверстия [2] Недостатком такой конструкции является недостаточная экономичность и надежность работы из-за недостаточной сбалансированности ротора.

Техническая задача повышение экономичности и надежности работы машины за счет обеспечения сбалансированности ротора.

Технический результат достигается тем, что диск ротора снабжен секторными лопатками, радиально установленными на нем посредством осей, концы которых взаимодействуют с кольцевым ободом, причем диск выполнен разъемным со сферическими фланцами, взаимодействующими с одной стороны с валом, а с другой с внутренней поверхностью вкладышей, при этом последние выполнены с прорезями, в которых расположены концы секторных лопаток, а впускные и выпускные отверстия расположены во фланцах корпуса и соединены попарно каналами и перепускными окнами, также расположенными во фланцах корпуса.

На фиг. 1 представлена предлагаемая машина, разрез; на фиг. 2 представлен разрез А-А на фиг. 1.

Роторная компрессорная машина содержит сферический корпус-статор 1 с рабочей полостью 2. Корпус-статор 1 выполнен из двух половин, соединенных фланцами 3 по диагональному разъему. Внутри корпуса 1 установлен под углом к плоскости разъема вал 4 с закрепленными на нем вкладышами 5, имеющими прорези 6, причем внешняя поверхность вкладышей 5 соответствует внутренней поверхности корпуса-статора 1.

На валу 4 установлен разъемный диск 7, на котором посредством осей 8 радиально установлены секторные лопатки 9. Оси 8 образованы двумя цилиндрическими выступами-утолщениями на поверхности лопаток 9, которые позволяют ограниченно поворачиваться (на угол ±15^o) лопаткам 9 относительно диска 7. При этом концы осей 8 взаимодействуют с кольцевым ободом 10, который, в свою очередь, установлен в проточке между фланцами 3 корпуса 1.

Разъемный диск 7 выполнен со сферическими фланцами 11, взаимодействующими с одной стороны с валом 4, а с другой с внутренней поверхностью вкладышей 5. Диск 7 разделяет рабочую полость 2 на две части, каждая из которых имеет впускные 12 и 13 и выпускные 14 и 15 отверстия, причем отверстия 12, 13, 14 и 15 расположены в соответствующих фланцах 3 корпуса 1.

Отверстия 12 и 13 соединены между собой каналами 16 и 17 с перепускными окнами 18, отверстия 14 и 15 соединены каналами 19 и 20 с перепускным окном 21, причем каналы 16, 17, 19 и 20 и перепускные окна 18 и 21 также расположены во фланцах 3 корпуса 1 и соединены с всасывающей и выхлопной магистралями.

Вал 4, диск 7 и лопатки 9 образуют ротор.

Предлагаемая машина работает следующим образом.

При вращении вала 4 вкладыши 5, жестко на нем посаженные, своими прорезями 6 ведут лопатки 9, которые вращаются совместно с диском 7. Благодаря наличию обода 10, взаимодействующего с выступающими концами осей 8 и расположенного в проточке фланцев 3 корпуса 1, диск 7 с лопатками 9 вращается под некоторым углом (около 15^o) к оси вала 4.

При этом компрессионные камеры, образованные смежными лопатками 9, плоскостями и фланцами 11 диска 7, внутренней поверхностью корпуса 1 и коническими поверхностями вкладышей 5, перемещаясь, циклически меняют свой объем. Это становится возможным благодаря тому, что лопатки 9 могут поворачиваться относительно диска 7 и перемещаться относительно вкладышей 5 на угол, равный наклону диска относительно оси вала 4. Количество камер лимитировано размещением осей 8 лопаток 9 на диске 7, а угол наклона диска 7 лимитирован глубиной прорезей 6 на вкладышах 5, что и определяет степень компрессии роторной машины.

При вращении ротора в правой части рабочей полости 2 на участке между отверстиями 12 и 14 поочередно создается разрежение и через отверстие 12 происходит всасывание рабочего тела, после чего компрессионные камеры, двигаясь, запираются корпусом и в них происходит сжатие рабочего тела на участке между отверстиями 14 и 12. При выходе компрессионной камеры на отверстие 14 происходит выхлоп сжатого рабочего тела и после прохода камерой отверстия 14 цикл каждой камеры повторяется.

Левая часть рабочей полости 2, обратно симметричная правой, работает аналогично.

Обе части рабочей полости 2 сопрягаются между собой каналами всасывания 16 и 17 и каналами нагнетания 19 и 20, объединенными окнами 18 и 21 в общие патрубки "всасывания" и "выхлоп".

Благодаря наличию кольцевого обода 10, воспринимающего через оси 8 лопаток 9 центробежные силы масс лопаток, не происходит истирания пары корпус-лопатка, что увеличивает долговечность и надежность машины, а постоянный угол сопряжения этой пары по нормали увеличивает надежность уплотнения между корпусом и лопатками.

До установки в корпус 1 диск 7 с лопатками и кольцевыми ободом 10 может занимать вертикальное положение (благодаря шарнирному соединению) по отношению к оси вала 4, что позволяет производить тщательную балансировку составленного из вала 4, вкладышей 5, диска 7, лопаток 9 и кольцевого обода 10 ротора.

Производительность машины зависит от скорости вращения ротора, которая лимитируется сбалансированностью ротора, неизменностью угловых скоростей всех его частей. Лопатки 9 по отношению к диску 7 радиально не перемещаются, а по отношению к валу 4 не изменяют своего радиального положения.

Формула изобретения

Роторная компрессионная машина, содержащая разъемный корпус с рабочей полостью, выполненный из половин, соединенных фланцами по диагональному разъему, ротор, состоящий из вала, установленного под углом к плоскости разъема корпуса и имеющего вращающееся вкладыши, внешняя поверхность которых соответствует внутренней поверхности корпуса, а также диска с кольцевым ободом, установленным между фланцами корпуса, разделяющего рабочую полость на две камеры, каждая из которых имеет выпускное и впускное отверстия, отличающаяся тем, что диск снабжен секторными лопатками, радиально установленными на нем посредством осей, концы которых контактируют с кольцевым ободом, причем диск выполнен разъемным со сферическими фланцами, взаимодействующими соответственно с валом и с внутренней поверхностью вкладышей, при этом последние выполнены с прорезями, в которых установлены концы секторных лопаток, а впускные и выпускные отверстия расположены во фланцах корпуса и соединены попарно каналами и перепускными окнами, выполненными во фланцах корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2