Трохоидная роторная машина (варианты)
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидромашинам объемного вытеснения, а именно к гидравлическим двигателям и насосам с внутренним зацеплением роторов, и в частности к мультифазному их использованию. Машина содержит внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоской кольцевой поверхностью к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине этой кольцевой поверхности. Машина снабжена эластичным упругим полимерным покрытием. Кольцевые торцевые диски жестко связаны с торцами внешнего ротора с образованием единой детали вращения посредством резьбовых элементов, размещенных на осях симметрии каждого зуба внешнего ротора на уровне середины высоты этого зуба, или посредством установочных резьбовых колец, соосных с внешним ротором. Толщина плоской кольцевой поверхности каждого торцевого диска выполнена в соответствии с определенным соотношением. Повышается надежность и долговечность роторной машины. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидромашинам объемного вытеснения, а именно к гидравлическим двигателям и насосам с внутренним зацеплением роторов, и в частности к мультифазному их использованию.
Из патентной литературы известна трохоидная роторная машина, содержащая внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри нее с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом, с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов (см. JP 2003322088, 14.11.2003, F 04 С 2/10).
Данная машина недостаточно надежна и долговечна при эксплуатации с рабочей средой, содержащей абразивные включения.
Из патентной литературы известна, принятая в качестве прототипа, трохоидная роторная машина, содержащая внешний ротор с внутренними зубьями и установленным внутри нее с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом, с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоской кольцевой поверхностью к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине этой кольцевой поверхности (SU 1714164 А2, 22.09.1987, F 01 С 1/14).
В известном техническом решении оптимизированы поверхности внутреннего зацепления обоих роторов, что приводит к повышению коэффициента полезного действия машины. Однако не оптимизированы относительные скорости скольжения торцевых поверхностей этих роторов, что значительно снижает надежность и долговечность машины, особенно при мультифазном ее исполнении и при эксплуатации с рабочей средой, содержащей абразивные включения.
Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности роторной машины путем снижения относительной скорости скольжения торцевых поверхностей внутреннего и внешнего роторов при эксплуатации на жидкостной, газожидкостной и газовой рабочих средах, в том числе на рабочей среде с абразивными включениями.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата трохоидная роторная машина по первому варианту, содержащая внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоской кольцевой поверхностью к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине этой кольцевой поверхности, согласно изобретению снабжена эластичным упругим полимерным покрытием, кольцевые торцевые диски жестко связаны с торцами внешнего ротора с образованием единой детали вращения посредством резьбовых элементов, размещенных на осях симметрии каждого зуба внешнего ротора на уровне середины высоты этого зуба, толщина (с) плоской кольцевой поверхности каждого торцевого диска выполнена в соответствии с соотношением:
где D - наружный диаметр внешнего ротора, мм,
d - диаметр впадин внутреннего ротора, мм,
е - эксцентриситет между осями вращения внешнего и внутреннего роторов, мм.
Внешний ротор может быть снабжен сквозными окнами, размещенными во впадинах его зубьев.
С эластичным упругим полимерным покрытием может быть выполнена рабочая контактная поверхность обоих роторов.
С эластичным упругим полимерным покрытием может быть выполнена рабочая контактная поверхность внешнего ротора.
С эластичным упругим полимерным покрытием может быть выполнена рабочая контактная поверхность внутреннего ротора.
С эластичным упругим полимерным покрытием может быть выполнен внешний ротор по периметру его поперечного сечения.
Оба ротора могут быть выполнены из полимерных материалов.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата трохоидная роторная машина по второму варианту, содержащая внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоской кольцевой поверхностью к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине этой кольцевой поверхности, согласно изобретению снабжена эластичным упругим полимерным покрытием, кольцевые торцевые диски жестко связаны с торцами внешнего ротора с образованием единой детали вращения посредством установочных резьбовых колец, соосных с внешним ротором, толщина (с) плоской кольцевой поверхности каждого торцевого диска выполнена в соответствии с соотношением:
где D - наружный диаметр внешнего ротора, мм,
d - диаметр впадин внутреннего ротора, мм,
е - эксцентриситет между осями вращения внешнего и внутреннего роторов, мм.
Внешний ротор может быть снабжен сквозными окнами, размещенными во впадинах его зубьев.
С эластичным упругим полимерным покрытием может быть выполнена рабочая контактная поверхность обоих роторов.
С эластичным упругим полимерным покрытием может быть выполнена рабочая контактная поверхность внешнего ротора.
С эластичным упругим полимерным покрытием может быть выполнена рабочая контактная поверхность внутреннего ротора.
С эластичным упругим полимерным покрытием может быть выполнен внешний ротор по периметру его поперечного сечения.
Оба ротора могут быть выполнены из полимерных материалов.
Соотношение получено
экспериментальным путем.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично показан продольный разрез трохоидной роторной машины.
На фиг.2 - поперечный разрез трохоидной роторной машины со сквозными окнами, размещенными во впадинах зубьев внешнего ротора.
На фиг.3 - поперечный разрез трохоидной роторной машины без сквозных окон во впадинах зубьев внешнего ротора.
На фиг.4 - продольный разрез трохоидной роторной машины (первый вариант).
На фиг.5 - продольный разрез трохоидной роторной машины (второй вариант).
Трохоидная роторная машина размещена внутри корпуса 1 с цилиндрической полостью 2 и каналами 3 всасывания и 4 нагнетания рабочей среды, закрытого с боков торцевыми крышками 5. Машина состоит из внешнего ротора 6 с внутренними зубьями 7, коаксиально размещенного внутри полости 2, и из внутреннего ротора 8 с внешними зубьями 9, установленного внутри внешнего ротора 6 с эксцентриситетом "е" между осями 10 и 11 вращения внешнего ротора 6 и внутреннего ротора 8 соответственно. Внутренний ротор 8 жестко связан с валом 12 посредством шпонки 13. Внешний ротор 6 может быть выполнен со сквозными окнами 14, размещенными во впадинах его зубьев 7. Зубья 9 внутреннего ротора 8 выполнены входящими во впадины зубьев 7 внешнего ротора 6 с одной стороны и плотно контактирующими с головками зубьев 7 внешнего ротора 6 в месте, диаметрально противоположном месту зацепления с впадинами зубьев 7 с другой стороны, с образованием полости 15 всасывания и полости 16 нагнетания. При этом число зубьев 7 внешнего ротора 6 превышает число зубьев 9 внутреннего ротора 8 на единицу. К обоим торцам 17 и 18 внешнего ротора 6 и к обоим торцам 19 и 20 внутреннего ротора 8 примыкают (зазор около 0,05 мм) кольцевые торцевые диски 21 и 22, каждый из которых жестко соединен с соответствующим торцом внешнего ротора 6 с образованием единой детали вращения. В зоне сопряжения каждого торцевого диска 21 или 22 с торцевыми поверхностями 17, 19 или 18, 20 соответственно внешнего ротора 6 и внутреннего ротора 8, т.е. с обеих сторон этих роторов установлены по два кольцевых уплотнения 23, 24 и 25, 26, первое из которых размещено в проточке торцевой поверхности внутреннего ротора 8, а второе - в проточке диска 21 или 22 между его наружной кольцевой поверхностью и поверхностью цилиндрической полости 2 корпуса 1. Жесткая связь диска с внешним ротором 6 может быть выполнена как посредством отдельных резьбовых элементов, например шпилек 27, размещенных на осях 28 симметрии каждого зуба 7 внешнего ротора 6 на уровне середины высоты этого зуба (вариант 1, фиг.4), так и посредством установочного резьбового кольца 29, соосного с внешним ротором 6 (вариант 2, фиг.5). Рабочая контактная поверхность обоих роторов вращательного узла или каждого из них может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием. Оба ротора 6 и 8 могут быть выполнены полностью из полимерных материалов.
Трохоидная роторная машина может работать как в режиме насоса, так и режиме двигателя.
При работе в режиме гидродвигателя рабочая жидкость подается под давлением в расширяющиеся рабочие полости 15 и приводит во вращение вращательный узел с его роторами, сначала приводя в движение вокруг своей оси внешний ротор 6, а затем посредством внутреннего зацепления зубьев роторов, приводя во вращательное движение вал 12. При этом объем рабочих полостей 16 уменьшается и рабочая жидкость вытесняется через них.
Выполнение кольцевых торцевых дисков 21 и 22, всей своей плоской кольцевой поверхностью 26 примыкающих к обоим торцам 17 и 18 внешнего ротора 6 и внутреннего ротора 8 по всей толщине (с) этой кольцевой поверхности обеспечивает уменьшение утечек за счет устранения зазоров и герметизации рабочих полостей 15 и 16, повышая коэффициент полезного действия машины.
При работе машины в режиме насоса вал 12, который в данном случае является приводным валом, приводит во вращение внутренний ротор 6, который посредством внутреннего зацепления своих зубьев 9 с зубьями 7 внешнего ротора 6 приводят во вращательное движение последний. При вращении роторов вращательного узла рабочая жидкость поступает во всасывающую полость 15, рабочий объем которой расширяется, а затем из полости 16 нагнетания, объем которой уменьшается, вытесняется к потребителю. Благодаря оптимизации размера толщины (с) плоской кольцевой поверхности торцевого диска и сопряжению поверхностей примыкания дисков с торцами обоих роторов вращательного узла, а также благодаря наличию эластичного упругого покрытия рабочих контактных поверхностей зацепления зубьев роторов достигается уплотнение рабочих поверхностей и герметизация камер - рабочих полостей всасывания и нагнетания, а следовательно, повышается КПД машины. Достижение повышенной надежности и долговечности машины обеспечивается путем снижения относительных скоростей движения рабочих поверхностей роторов и торцевых поверхностей обоих роторов относительно плоских кольцевых поверхностей дисков.
1. Трохоидная роторная машина, содержащая внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоской кольцевой поверхностью к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине этой кольцевой поверхности, отличающаяся тем, что машина снабжена эластичным упругим полимерным покрытием, кольцевые торцевые диски жестко связаны с торцами внешнего ротора с образованием единой детали вращения посредством резьбовых элементов, размещенных на осях симметрии каждого зуба внешнего ротора на уровне середины высоты этого зуба, толщина (с) плоской кольцевой поверхности каждого торцевого диска выполнена в соответствии с соотношением:
где D - наружный диаметр внешнего ротора, мм,
d - диаметр впадин внутреннего ротора, мм,
е - эксцентриситет между осями вращения внешнего и внутреннего роторов, мм.
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что внешний ротор снабжен сквозными окнами, размещенными во впадинах его зубьев.
3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что с эластичным упругим полимерным покрытием выполнена рабочая контактная поверхность обоих роторов.
4. Машина по 1, отличающаяся тем, что с эластичным упругим полимерным покрытием выполнена рабочая контактная поверхность внешнего ротора.
5. Машина по 1, отличающаяся тем, что с эластичным упругим полимерным покрытием выполнена рабочая контактная поверхность внутреннего ротора.
6. Машина по 1, отличающаяся тем, что с эластичным упругим полимерным покрытием выполнен внешний ротор по периметру его поперечного сечения.
7. Машина по 1, отличающаяся тем, что оба ротора выполнены из полимерных материалов.
8. Трохоидная роторная машина, содержащая внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоской кольцевой поверхностью к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине этой кольцевой поверхности, отличающаяся тем, что машина снабжена эластичным упругим полимерным покрытием, кольцевые торцевые диски жестко связаны с торцами внешнего ротора с образованием единой детали вращения посредством установочных резьбовых колец, соосных с внешним ротором, толщина (с) плоской кольцевой поверхности каждого торцевого диска выполнена в соответствии с соотношением:
где D - наружный диаметр внешнего ротора, мм,
d - диаметр впадин внутреннего ротора, мм,
е - эксцентриситет между осями вращения внешнего и внутреннего роторов, мм.
9. Машина по п.8, отличающаяся тем, что внешний ротор снабжен сквозными окнами, размещенными во впадинах его зубьев.
10. Машина по п.8, отличающаяся тем, что с эластичным упругим полимерным покрытием выполнена рабочая контактная поверхность обоих роторов.
11. Машина по 8, отличающаяся тем, что с эластичным упругим полимерным покрытием выполнена рабочая контактная поверхность внешнего ротора.
12. Машина по 8, отличающаяся тем, что с эластичным упругим полимерным покрытием выполнена рабочая контактная поверхность внутреннего ротора.
13. Машина по 8, отличающаяся тем, что с эластичным упругим полимерным покрытием выполнен внешний ротор по периметру его поперечного сечения.
14. Машина по 8, отличающаяся тем, что оба ротора выполнены из полимерных материалов.
