Объемная роторная машина
Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам объемного действия. Объемная роторная машина содержит статор с закрепленной в нем опорой вращения, корпус, по наружному диаметру установленный внутри нее с возможностью вращения вокруг оси между двумя боковыми дисками, размещенными в статоре, вал, эксцентрично расположенный в корпусе, лопасть, установленную с возможностью скольжения внутри сухаря, установленного в корпусе, два окна питания, одно из которых выполнено в одном из дисков. Вал выполнен полым. Лопасть жестко связана с валом. Другое окно питания выполнено в другом диске. Окна питания расположены по обе стороны лопасти и одно окно сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала. Оба боковых диска размещены в статоре свободно по отношению к нему с гарантированным зазором и закреплены с валом соосно с возможностью обеспечения жесткой связи с ним и лопастью. Уменьшается износ, обеспечивается работа без смазки, снижается нагрев, увеличивается объемный КПД. 5 ил.
Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к роторным машинам объемного действия.
Известна машина с качающимся ротором (см. US 3025801 А, 20.03.1962, Нкл. 418/66), содержащая неподвижный корпус, в котором эксцентрично установлен цилиндрический ротор, жестко связанный с шибером, расположенным в сухаре цилиндра корпуса с возможностью качательно-поступательного движения относительно паза сухаря, и два питающих окна, расположенных в корпусе по обе стороны шибера (лопасти).
Недостатками данной машины является то, что корпус установлен неподвижно и, как следствие, высокие относительные скорости скольжения рабочих поверхностей ротора и корпуса, а также обязательная установка клапана на окне выпуска (нагнетания).
Известны также конструкция и принцип действия простого шиберного бесклапанного насоса (см. В. Эрнст. Гидропривод и его промышленное применение, Москва, Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963, с.102. фиг.7.15). Ротор размещен в корпусе насоса обычно между боковыми дисками или торцовыми крышками. В этих дисках (или крышках) выполнены два окна питания: одно всасывающее, другое нагнетательное, причем оба окна могут быть выполнены на одном диске или по одному в каждом.
Недостатками этого насоса также являются высокие относительные скорости скольжения рабочих поверхностей ротора и корпуса.
Известно техническое решение (см. US 2853022 A, 23.09.1958, Нкл. 418/26), в котором для уменьшения относительной скорости скольжения корпус по наружному диаметру установлен внутри опоры вращения. Вместо двух боковых дисков установлен один, который неподвижно закреплен в статоре и содержит два окна питания.
В этом техническом решении сохраняются высокие относительные скорости скольжения торцевых поверхностей шиберов и диска.
Наиболее близким техническим решением является машина (см. US 3426693 А, 11.02.1969, Нкл. 418/173), содержащая статор с закрепленной в нем опорой вращения, корпус, по наружному диаметру установленный внутри нее с возможностью вращения вокруг оси между двумя боковыми дисками, размещенными в статоре неподвижно, вал, эксцентрично расположенный в корпусе, лопасть, установленную с возможностью скольжения относительно дисков и также скольжения внутри сухаря, установленного в корпусе, два окна питания, одно из которых выполнено в одном из дисков.
Основным недостатком данной машины является также скольжение торцовых поверхностей корпуса, сухаря и лопасти относительно дисков.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение скольжения торцовых поверхностей корпуса, сухаря и лопасти относительно дисков.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в роторной объемной машине, содержащей статор с закрепленной в нем опорой вращения, корпус, по наружному диаметру установленный внутри нее с возможностью вращения вокруг оси между двумя боковыми дисками, размещенными в статоре, вал, эксцентрично расположенный в корпусе, лопасть, установленную с возможностью скольжения внутри сухаря, установленного в корпусе, два окна питания, одно из которых выполнено в одном из дисков, согласно изобретению вал выполнен полым, лопасть жестко связана с валом, другое окно питания выполнено в другом диске, при этом окна питания расположены по обе стороны лопасти и одно окно сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала, а оба боковых диска размещены в статоре свободно по отношению к нему с гарантированным зазором и закреплены с валом соосно с возможностью обеспечения жесткой связи с ним и лопастью.
Свободное, с гарантированным зазором, размещение дисков в статоре и установка их на валу с обеспечением жесткой связи с ним и лопастью устраняют в целом скольжение торцевых элементов ротора относительно статора и как следствие трение. Кроме того, жесткая связь лопасти с валом и дисками повышает также герметичность рабочих объемов машины.
Поэтому техническое решение позволяет уменьшить износ, обеспечить работу без смазки, снизить нагрев, а также увеличить объемный КПД.
На фиг.1-5 приведена полуконструктивная схема машины.
На фиг.1 изображен продольный разрез, где показано расположение и взаимосвязь основных частей машины.
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
На фиг.4 - разрез В-В на фиг.1.
На фиг.5 - разрез Г - Г на фиг.1.
Схема поясняет работу машины в режиме полноповоротного двигателя, поэтому сама машина представлена в виде сдвоенной.
Объемная роторная машина содержит статор 1 с закрепленной в нем опорой вращения, выполненной в виде 3-х подшипников качения 9, корпус 3 по наружному диаметру, установленный внутри этих 3-х подшипников 9. Корпус 3 расположен также между двумя боковыми дисками 4 и 2, в которых выполнены соответственно окна питания 14 и 15. Окна расположены по обе стороны лопасти 10, жестко связанной с валом 12, выполненным полым. Жесткая связь между валом 12 и лопастью 10 осуществлена при помощи паза, выполненного на валу.
Диски 4 и 2 установлены на валу 12 при помощи распорной разрезной втулки 5 и гайки 6. Одновременно диски при помощи пазов, выполненных в них, жестко связаны с лопастью 10. Сами диски установлены по отношению к статору 1 и стенкам 8 свободно, с гарантированным зазором. Полый вал 12 в сборе с лопастью 10 и дисками 4 и 2 расположен эксцентрично по отношению к оси вращения корпуса 3, внутри него, с возможностью вращения в опорах (условно не показаны), расположенных в стенках 8. Для передачи крутящего момента на валу 12 установлена шпонка 7. Лопасть 10 установлена также в сухаре 13 (см. фиг.2) с возможностью скольжения внутри него. Сухарь 13 установлен в корпусе. (Уплотнение вращающегося вала 12 также условно не показано).
Как было указано выше, для работы в режиме двигателя машина выполнена сдвоенной. Для этого на валу 12 установлена дополнительная лопасть (правая см. фиг.1), развернутая на 180° по отношению к первой, и соответственно установлен корпус с дисками, аналогичными описанным выше, т.е. машина состоит из двух секций, работающих в противофазе. Между собой эти секции дополнительно связаны при помощи втулки 11 с образованием общей камеры 16 (см. фиг.1).
Машина работает следующим образом.
Рабочее тело под избыточным давлением подается в полый вал 12 (см. фиг.1) и попадает в полость камеры 16. Так как окно питания 15 (впускное) и окно питания 14 (выпускное) левой секции в этот момент перекрыты корпусом 3 (см. фиг.2, 3), то рабочее тело попадает в рабочую камеру правой секции через полностью открытое окно питания 15 (см. фиг.4) и воздействует на лопасть 10. Вал 12 вращается в направлении, указанном стрелкой.
При этом рабочий объем камеры, расположенный с правой стороны от лопасти 10, будет увеличиваться, а с левой - уменьшаться и рабочее тело через окно питания 14 (см. фиг.5) будет вытеснять во внутреннюю полость статора 1, а затем через расположенное внизу отверстие в систему, крутящий момент при этом будет развивать только лопасть 10 правой секции (см. фиг.4, 5). Затем начинают открываться окна питания 15 и 14, расположенные в левой секции. Рабочая площадь левой лопасти будет увеличиваться, а правой уменьшаться. Крутящий момент, развиваемый при этом валом, будет суммарным от двух лопастей обоих секций. При повороте на 180° окна питания 15 и 14 правой секции будут также перекрыты корпусом 3, а окна питания левой секции полностью открыты. Таким образом, валу 12 будет передаваться непрерывное вращение. Нужно заметить, что вал 12 будет вращаться тем равномернее, чем больше будет число лопастей (т.е. рабочих секций), причем число их должно быть четным.
Объемная роторная машина, содержащая статор с закрепленной в нем опорой вращения, корпус, по наружному диаметру установленный внутри нее с возможностью вращения вокруг оси между двумя боковыми дисками, размещенными в статоре, вал, эксцентрично расположенный в корпусе, лопасть, установленную с возможностью скольжения внутри сухаря, установленного в корпусе, два окна питания, одно из которых выполнено в одном из дисков, отличающаяся тем, что вал выполнен полым, лопасть жестко связана с валом, другое окно питания выполнено в другом диске, при этом окна питания расположены по обе стороны лопасти и одно окно сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала, а оба боковых диска размещены в статоре свободно по отношению к нему с гарантированным зазором и закреплены с валом соосно с возможностью обеспечения жесткой связи с ним и лопастью.
