Роторно-пластинчатая машина (варианты)

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в конструкциях пневматических и пневмогидравлических машин объемного действия. Роторно-пластинчатая машина содержит корпус с внутренней цилиндрической расточкой, в которой эксцентрично размещен полый ротор. Ротор имеет привод и продольные радиальные профилированные пазы с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями. Разделительные пластины установлены во вкладышах, имеющих плосковыпуклую форму. Вкладыши размещены в роторе с возможностью поворота в пазах. По первому варианту в каждой разделительной пластине выполнены сообщающиеся между собой и соединенные с внутренней полостью ротора каналы в виде проточек по боковым торцевым ее поверхностям и по торцевой поверхности, взаимодействующей с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса. По второму варианту в каждой пластине каналы в виде проточек, соединенные с внутренней полостью ротора, выполнены только по боковым торцевым ее поверхностям с выходом на торцевую поверхность. По третьему варианту в каждой пластине выполнены каналы в виде проточек, соединенные с внутренней полостью ротора, только по боковым ее поверхностям и заглушены со стороны торцевой поверхности. Все пары трения выполнены с керамическим покрытием. Повышается кпд, увеличивается давление перекачиваемого газа - компрессии, уменьшается трение. 3 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в конструкциях пневматических и пневмогидравлических машин объемного действия, работающих как в режиме двигателя, так и в режиме насоса.

Из существующего уровня техники известна роторно-пластинчатая машина, содержащая неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные во вкладышах, имеющих плосковыпуклую форму, разделительные пластины, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем вкладыши размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями (см. США, патент 3892502, НКИ 418/15, 1975).

Достижению требуемого технического результата в известной роторно-пластинчатой машине препятствуют значительные пневмогидравлические и механические потери при движении разделительных пластин в радиальных пазах цилиндрического ротора, а также явление заклинивания вкладышей и разделительных пластин, имеющее место при высоких коэффициентах трения. Это наблюдается в результате отклонения профиля поверхности вкладыша, взаимодействующей с поверхностью паза ротора, которое может иметь место либо в результате технологических погрешностей при изготовлении, либо в результате приработки поверхностей между собой, а также в результате заведомо конструктивно заложенной проточной системы агрегата.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание роторно-пластинчатой машины, обеспечивающей качественное улучшение эксплуатационных характеристик и увеличение производительности роторно-пластинчатой машины при одновременном увеличении ее ресурса.

К техническим результатам, получаемым от реализации заявленного изобретения, можно отнести повышение кпд, увеличение давления перекачиваемого газа - компрессии, уменьшение трения в рабочих поверхностях трения, предотвращение заклинивания взаимодействующих между собой элементов и, как следствие, уменьшение общих механических потерь в роторно-пластинчатой машине, а также уменьшение пневмогидравлических потерь роторно-пластинчатой машины.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по первому варианту выполнения изобретения тем, что в роторно-пластинчатой машине, содержащей неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные во вкладышах, имеющих плосковыпуклую форму, разделительные пластины, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем вкладыши размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, согласно изобретению в каждой разделительной пластине выполнены сообщающиеся между собой и соединенные с внутренней полостью ротора каналы в виде проточек по боковым торцевым ее поверхностям и по торцевой поверхности, взаимодействующей с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, при этом, по крайней мере, торцевая поверхность каждой разделительной пластины с каналом в виде проточки, взаимодействующая с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, и ее боковые торцевые поверхности, на которых также выполнены каналы в виде проточек, рабочие поверхности каждой разделительной пластины, а также поверхности трения вкладышей, взаимодействующие с рабочими поверхностями разделительной пластины и противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями продольных радиальных профилированных пазов ротора, выполнены с керамическим покрытием.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по второму варианту выполнения изобретения тем, что в роторно-пластинчатой машине, содержащей неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные во вкладышах, имеющих плосковыпуклую форму, разделительные пластины, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем вкладыши размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, согласно изобретению в каждой разделительной пластине выполнены соединенные с внутренней полостью ротора каналы в виде проточек по боковым торцевым ее поверхностям, причем каналы в виде проточек выполнены сквозными с выходом на торцевую поверхность разделительной пластины, взаимодействующую с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, при этом, по крайней мере, торцевая поверхность каждой разделительной пластины, взаимодействующая с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, и ее боковые торцевые поверхности, на которых выполнены каналы в виде проточек, рабочие поверхности каждой разделительной пластины, а также поверхности трения вкладышей, взаимодействующие с рабочими поверхностями разделительной пластины и противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями продольных радиальных профилированных пазов ротора, выполнены с керамическим покрытием.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по третьему варианту выполнения изобретения тем, что в роторно-пластинчатой машине, содержащей неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные во вкладышах, имеющих плосковыпуклую форму, разделительные пластины, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем вкладыши размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, согласно изобретению в каждой разделительной пластине выполнены соединенные с внутренней полостью ротора каналы в виде проточек по боковым торцевым ее поверхностям, причем каналы в виде проточек выполнены заглушенными со стороны торцевой поверхности, взаимодействующей с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, при этом, по крайней мере, торцевая поверхность каждой разделительной пластины, взаимодействующая с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, и ее боковые торцевые поверхности, на которых выполнены каналы в виде проточек, рабочие поверхности каждой разделительной пластины, а также поверхности трения вкладышей, взаимодействующие с рабочими поверхностями разделительной пластины и противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями продольных радиальных профилированных пазов ротора, выполнены с керамическим покрытием.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена роторно-пластинчатая машина в разрезе; на фиг.2 - конструкция разделительной пластины по первому варианту выполнения изобретения; на фиг.3 - конструкция разделительной пластины по второму варианту выполнения изобретения; на фиг.4 - конструкция разделительной пластины по третьему варианту выполнения изобретения.

Роторно-пластинчатая машина во всех трех вариантах выполнения изобретения имеет цилиндрический корпус 1 с внутренней цилиндрической расточкой 2 и окнами подвода 3 и отвода 4 рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной (не показано) магистралями. Полый цилиндрический ротор 5 эксцентрично размещен в расточке 2 корпуса 1, имеет привод (не показано) и продольные радиальные профилированные пазы 6 с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями 7. Разделительные пластины 8, имеющие рабочие 9 и торцевые 10 и 11 поверхности, с проушинами 12, охватывающими ось, совпадающую с осью (не показаны) расточки 2 корпуса 1, установлены во вкладышах 13, имеющих плосковыпуклую форму. Вкладыши 13 размещены в полом цилиндрическом роторе 5 с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах 6 за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью 14 с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями 7.

По первому варианту выполнения изобретения в каждой разделительной пластине 8 выполнены сообщающиеся между собой и соединенные с внутренней полостью ротора каналы 15 в виде проточек по боковым торцевым ее поверхностям 10 и по торцевой поверхности 11, взаимодействующей с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки 2 неподвижного корпуса 1. По крайней мере, торцевая поверхность 11 каждой разделительной пластины с каналом 15 в виде проточки, взаимодействующая с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки 2 неподвижного корпуса 1, и ее боковые торцевые поверхности 10, на которых также выполнены каналы 15 в виде проточек, рабочие поверхности 9 каждой разделительной пластины 8, а также поверхности трения вкладышей, взаимодействующие с рабочими поверхностями 9 разделительной пластины и противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями 7 продольных радиальных профилированных пазов 6 ротора 5, выполнены с керамическим покрытием.

По второму варианту выполнения изобретения в каждой разделительной пластине 8 каналы 15 в виде проточек, соединенные с внутренней полостью ротора, выполнены только по боковым торцевым ее поверхностям 10. При этом каналы 15 в виде проточек выполнены сквозными с выходом на торцевую поверхность 11 разделительной пластины 8, взаимодействующую с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки 2 неподвижного корпуса 1. В остальном, что касается керамического покрытия трущихся между собой поверхностей, изобретение по второму варианту идентично изобретению по первому варианту.

По третьему варианту выполнения изобретения в каждой разделительной пластине 8 каналы 15 в виде проточек, соединенные с внутренней полостью ротора, так же, как и по второму варианту изобретения, выполнены только по боковым торцевым ее поверхностям 10. При этом каналы 15 в виде проточек выполнены заглушенными со стороны торцевой поверхности 11, взаимодействующей с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки 2 неподвижного корпуса 1. В остальном, что касается керамического покрытия трущихся между собой поверхностей, изобретение по третьему варианту идентично изобретению по первому и по второму по варианту.

Роторно-пластинчатая машина по всем трем вариантам изобретения работает следующим образом.

В режиме пневмогидродвигателя основные процессы, происходящие с рабочим телом, и его взаимодействие с элементами роторно-пластинчатой машины аналогичны процессам, происходящим в прототипе. При вращении ротора 5 приводом в цилиндрической расточке 2 корпуса 1 образуется рабочая камера между двумя разделительными пластинами 8, увеличивается в объеме и, будучи соединена с напорной магистралью через окно подвода 3, наполняется рабочей средой - рабочим телом. При достижении определенного объема в рабочей камере эта связь прерывается за счет перекрытия одной из разделительных пластин 8 окна подвода 3 рабочей среды и, следовательно, связи с напорной магистралью. Далее происходит перемещение рабочей среды к сливной магистрали и выброс ее в последнюю через окно 4.

Разделительные пластины 8 совершают во вкладышах 13 знакопеременные движения за счет того, что они установлены эксцентрично в расточке 2 корпуса 1 через проушины 12. Сами вкладыши 13 скользят вращательным движением в продольных радиальных профилированных пазах 6 за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью 14 с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями 7 ротора 5.

В режиме газового компрессора, когда роторно-пластинчатая машина используется для перекачки газовой среды или газожидкостной смеси с абсолютным преобладанием газа, в нее, а точнее, во внутреннюю полость цилиндрического ротора 5, подают т.н. "запирающую" жидкость, которая поступает в каналы 15, соединенные с внутренней полостью цилиндрического ротора 5.

При этом происходит герметичное разделение образовавшихся между разделительными пластинами 8 рабочих камер с газовой рабочей средой за счет их герметизации запирающей жидкостью, поступившей в каналы 15.

В связи с тем что расход запирающей жидкости через торцевые поверхности 10 и 11 разделительных пластин 8 в несколько десятков раз меньше расхода газовой рабочей среды через те же поверхности, то при незначительном общем расходе жидкости (1-3%) от общей производительности агрегата по газу или газожидкостной смеси с абсолютным преобладанием газовой составляющей в ней, достигается максимальная герметичность рабочих камер, образованных между разделительными пластинами 8 роторно-пластинчатой машины в режиме газового компрессора, повышается производительность роторно-пластинчатой машины и ее кпд.

За счет того что, по крайней мере, рабочие 9 и торцевые 10 и 11 поверхности разделительной пластины 8, а также поверхности трения вкладышей 13, взаимодействующие с рабочими поверхностями разделительной пластины 8 и противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями 7 продольных радиальных профилированных пазов 6 ротора 5, выполнены с керамическим покрытием, во всех парах трения роторно-пластинчатой машины повышена износостойкость трущихся элементов, что увеличивает общий ресурс самой роторно-пластинчатой машины.

Роторно-пластинчатая машина выполнена из традиционных конструкционных материалов и может быть изготовлена в условиях экспериментального и/или серийного производства по традиционной технологии.

Формула изобретения

1. Роторно-пластинчатая машина, содержащая неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные во вкладышах, имеющих плосковыпуклую форму, разделительные пластины, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем вкладыши размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, отличающаяся тем, что в каждой разделительной пластине выполнены сообщающиеся между собой и соединенные с внутренней полостью ротора каналы в виде проточек по боковым торцевым ее поверхностям и по торцевой поверхности, взаимодействующей с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, при этом, по крайней мере, торцевая поверхность каждой разделительной пластины с каналом в виде проточки, взаимодействующая с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, и ее боковые торцевые поверхности, на которых также выполнены каналы в виде проточек, рабочие поверхности каждой разделительной пластины, а также поверхности трения вкладышей, взаимодействующие с рабочими поверхностями разделительной пластины и противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями продольных радиальных профилированных пазов ротора, выполнены с керамическим покрытием.

2. Роторно-пластинчатая машина, содержащая неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные во вкладышах, имеющих плосковыпуклую форму, разделительные пластины, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем вкладыши размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, отличающаяся тем, что в каждой разделительной пластине выполнены соединенные с внутренней полостью ротора каналы в виде проточек по боковым торцевым ее поверхностям, причем каналы в виде проточек выполнены сквозными с выходом на торцевую поверхность разделительной пластины, взаимодействующую с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, при этом, по крайней мере, торцевая поверхность каждой разделительной пластины, взаимодействующая с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, и ее боковые торцевые поверхности, на которых выполнены каналы в виде проточек, рабочие поверхности каждой разделительной пластины, а также поверхности трения вкладышей, взаимодействующие с рабочими поверхностями разделительной пластины и противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями продольных радиальных профилированных пазов ротора, выполнены с керамическим покрытием.

3. Роторно-пластинчатая машина, содержащая неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные во вкладышах, имеющих плосковыпуклую форму, разделительные пластины, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем вкладыши размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, отличающаяся тем, что в каждой разделительной пластине выполнены соединенные с внутренней полостью ротора каналы в виде проточек по боковым торцевым ее поверхностям, причем каналы в виде проточек выполнены заглушенными со стороны торцевой поверхности, взаимодействующей с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, при этом, по крайней мере, торцевая поверхность каждой разделительной пластины, взаимодействующая с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической расточки неподвижного корпуса, и ее боковые торцевые поверхности, на которых выполнены каналы в виде проточек, рабочие поверхности каждой разделительной пластины, а также поверхности трения вкладышей, взаимодействующие с рабочими поверхностями разделительной пластины и противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями продольных радиальных профилированных пазов ротора, выполнены с керамическим покрытием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4