Радиальная роторно-поршневая машина

 

Машина предназначена для использования в гидравлических устройствах в различных сферах производства. Радиальная роторно-поршневая машина содержит смонтированный на корпусе статор, имеющий профилированную поверхность овальной или эллиптической формы. Внутри статора концентрично установлен ротор с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Под поршнями образованы рабочие камеры, соединенные через торцевые распределительные каналы с магистралями всасывания Е нагнетания. Каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент, а другая - сферическое тело, расположенное в посадочной поверхности цилиндрического элемента. Торцевые распределительные каналы образованы дугообразными пазами и расположены в зоне размещения рабочих камер, с которыми они соединяются в процессе работы с помощью выполненных в роторе боковых отверстий. Распределительные каналы образованы в двух выполненных в соединяемых между собой частях корпуса торцевых поверхностях, контактирующих с соответствующими торцевыми поверхностями ротора. Распределительные каналы всасывания расположены с одной стороны ротора, а распределительные каналы нагнетания - с другой стороны ротора, причем упомянутые каналы всасывания и нагнетания установлены попарно - в противоположных секторах круга так, что все каналы в плане образуют кольцевой канал с перемычками. Обеспечивается устойчивая работа без вибраций, значительно упрощается конструкция, повышается надежность. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гидравлическим устройствам, более конкретно к радиальным роторно-поршневым насосам или гидромоторам, которые могут быть использованы в самых различных сферах производства.

Как известно, радиально-поршневые насосы по сравнению с осевыми находят меньшее применение, так они более громоздки, а также имеют более высокие моменты инерции вращающихся частей, обусловленные необходимостью увеличения размеров ротора при радиальном расположении поршней. Также поскольку эти насосы применяются преимущественно с цапфовым распределением, вызывающим прогиб распределительной цапфы, то они менее производительны.

Кроме того, в насосах и гидромоторах с непринудительным ведением поршней их прижим к статору в процессе всасывания осуществляется с помощью центробежной силы, вследствие чего из-за трения возникают напряжения в месте контакта поршня со статором. Все это отрицательно сказывается на работе насоса, т.е. снижает его производительность и надежность.

Известна радиальная роторно-поршневая машина по заявке GB N 2110770, класс F 04 В 1/10, опубл. 22 июня 1983 года, содержащая смонтированный на корпусе статор, установленный концентрично внутри статора ротор с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер, соединенных через распределительные каналы с каналами всасывания и нагнетания, при этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент, смонтированный в имеющем соответствующую форму пазу ротора, а другая - сферическое тело, расположенное со стороны внешней части имеющего соответствующую посадочную поверхность цилиндрического элемента.

Использование сферических поршневых элементов в известном насосе позволяет значительно уменьшить напряжения в местах контакта поршней со статором.

Однако в известной радиально-поршневой машине система соединения распределительных каналов с каналами всасывания и нагнетания имеет несколько отделений, которые приводят к усложнению общей конструкции насоса, к тому же не устранена самая основная проблема, характерная для насосов данного вида - цапфовое распределение потоков жидкости.

Кроме того, известное техническое решение относится к поршневым машинам однократного действия с асимметричным расположением ротора относительно внутреннего кольца статора.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения принимается техническое решение по патенту GB N 1019018, кл. F 04 В 1/10, от 02.02.66, из которого известна радиальная роторно-поршневая машина, содержащая смонтированный на корпусе статор, имеющий профилированную поверхность овальной или эллиптической формы, установленный концентрично внутри статора ротор с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер, соединенных через торцевые распределительные каналы с магистралями всасывания и нагнетания, при этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент, а другая - сферическое тело, расположенное в посадочной поверхности цилиндрического элемента, причем торцевые распределительные каналы образованы дугообразными пазами и расположены в зоне размещения рабочих камер, с которыми они соединяются в процессе работы с помощью выполненных в роторе боковых отверстий.

В данном решении наряду с преимуществами, получаемыми от использования сферических поршневых элементов, исключено также цапфовое распределение потоков, что обеспечивает возможность увеличения производительности.

Однако в известном устройстве конструкция также усложнена в части выполнения системы подачи жидкости, поступающей от магистрали всасывания, и ее отвода из рабочих камер. В частности, оно имеет фигурную пластину сложной конфигурации, которая образует распределительные каналы и находится в скользящем взаимодействии с вращающимся ротором. При этом, поскольку в известном насосе каналы всасывания и нагнетания находятся с одной стороны ротора, это приводит к повышенным вибрациям из-за неравномерной нагрузки на роторе.

Отмеченные недостатки сказываются на производительности и надежности работы насоса (гидромотора).

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции насоса, позволяющей значительно повысить надежность и эффективность его работы.

Поставленная выше задача решается в предложенной радиальной роторно-поршневой машине, содержащей смонтированный на корпусе статор, имеющий профилированную поверхность овальной или эллиптической формы, установленный концентрично внутри статора ротор с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер, соединенных через торцевые распределительные каналы с магистралями всасывания и нагнетания, при этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент, а другая - сферическое тело, расположенное в посадочной поверхности цилиндрического элемента, причем торцевые распределительные каналы образованы дугообразными пазами и расположены в зоне размещение рабочих камер, с которыми они соединяются в процессе работы с помощью выполненных в роторе боковых отверстий. При этом согласно изобретению распределительные каналы образованы в двух выполненных в соединяемых между собой частях корпуса торцевых поверхностях, контактирующих с соответствующими торцевыми поверхностями ротора, при этом распределительные каналы всасывания расположены с одной стороны ротора, а распределительные каналы нагнетания - с другой стороны ротора, причем упомянутые каналы всасывания и нагнетания установлены попарно - в противоположных секторах круга так, что все каналы в плане образуют кольцевой канал с перемычками.

В предпочтительном варианте выполнения машины предусматривается, что она содержит по меньшей мере четыре поршня и по меньшей мере четыре распределительных канала.

Машина может быть выполнена реверсивной в зависимости от направления движения ротора.

Распределительные каналы всасывания и нагнетания могут быть соединены с соответствующими магистралями с возможностью образования двух самостоятельных контуров.

Предпочтительно распределительные каналы образуют сходящийся поток, в котором каждый канал всасывания соединен с соответствующей магистралью всасывания, а оба канала нагнетания соединены с одной магистралью нагнетания, или расходящийся поток, в котором, соответственно, каналы всасывания соединены с общей магистралью всасывания, а каналы нагнетания - каждый со своей магистралью нагнетания.

На фиг. 1, 2 и 3 схематично показаны примеры выполнения предложенной радиальной роторно-поршневой машины.

Радиальная роторно-поршневая машина содержит смонтированный на корпусе 1 статор 2, имеющий профилированную поверхность овальной или эллиптической формы, установленный концентрично внутри статора ротор 3 с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни 4, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер 5, соединенных через торцевые распределительные каналы 6 с магистралями всасывания и нагнетания. При этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент 7, а другая - сферическое тело 8, расположенное в посадочной поверхности цилиндрического элемента. Торцевые распределительные каналы образованы дугообразными пазами 9 и расположены в зоне размещения рабочих камер, с которыми они соединяются в процессе работы с помощью выполненных в роторе боковых отверстий. Дугообразные распределительные каналы образованы в двух торцевых поверхностях, выполненных в соединяемых между собой частях корпуса и контактирующих с соответствующими торцевыми поверхностями ротора. С одной стороны ротора расположены два распределительных канала всасывания А, которые соединены с магистралью всасывания, а с другой стороны ротора расположены два дугообразных распределительных канала нагнетания В, которые соединены с магистралью нагнетания, причем каналы каждой пары расположены в противоположных секторах круга так, что все каналы в плане образуют кольцевой канал с четырьмя перемычками.

Машина может содержать как четыре поршня, так и большее их число. Количество распределительных каналов может быть также больше четырех.

Еще одной особенностью предложенной роторно-поршневой машины является то, что она может быть выполнена реверсивной в зависимости от направления движения ротора.

Возможны разные схемы выполнения машины в зависимости от конфигурации распределительных каналов (фиг. 2, 3).

Распределительные каналы всасывания и нагнетания могут быть соединены с соответствующими магистралями с возможностью образования двух самостоятельных контуров (фиг. 2). Кроме того, распределительные каналы могут образовывать сходящийся поток, в котором каждый канал всасывания соединен с соответствующей магистралью всасывания, а оба канала нагнетания соединены с одной магистралью нагнетания (фиг. 3), или расходящийся поток, в котором, соответственно, каналы всасывания соединены с общей магистралью всасывания, а каналы нагнетания - каждый со своей магистралью нагнетания (не показано).

Прижим каждого поршневого элемента к статору осуществляется центробежными силами. Выполнение поршней 4 из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндр 7, а другая выполнена в виде сферического тела 8, контактирующего с посадочной поверхностью внешней части цилиндра (которая также может иметь сферическую форму), позволяет обеспечить безударное взаимодействие их с внутренним кольцом статора. Внутренняя профилированная поверхность статора, контактирующая с поршневыми элементами, имеет торообразную форму, радиус кривизны которой соответствует радиусу сферического тела поршня. Каналы всасывания и нагнетания в корпусе расположены таким образом, что они сообщаются с рабочими камерами 5 под поршневыми элементами (под основаниями их цилиндрических частей). Это обеспечивается расположением каналов 6 в торцевых частях корпуса, контактирующих с соответствующими торцевыми поверхностями ротора. Каналы в корпусе имеют дугообразную форму, что обеспечивает в течение заданного периода времени контактирование с отверстием каждой рабочей камеры вращающегося ротора для подачи очередной порции рабочей жидкости из магистрали всасывания и к магистрали нагнетания.

Работа предложенной радиальной роторно-поршневой машины осуществляется следующим образом. В результате вращения ротора под действием центробежной силы, а также под действием давления нагнетания, подводимого через каналы нагнетания статора, поршни прижимаются к профильной поверхности статора и скользят по его дугообразным участкам. Жидкость по каналам подводится лишь под те поршни, которые находятся в зоне нагнетания, за счет чего обеспечивается их разгрузка, необходимая для повышения давления нагнетания. Поршни, находящиеся в зоне всасывания, давлением нагнетания не нагружаются, потому что канавки, при помощи которых рабочая жидкость подводится под направляющие элементы, соединены с магистралью всасывания. Таким образом изменяется объем рабочих камер, т.е. происходит процесс сжатия и перемещения рабочей среды от каналов подвода к каналам отвода.

Предложенная схема выполнения распределительных каналов обеспечивает устойчивую работу без вибраций, а также значительное упрощение конструкции радиальной роторно-поршневой машины и, следовательно, позволяет обеспечить в целом высокую надежность ее работы, а также высокую производительность.

Формула изобретения

1. Радиальная роторно-поршневая машина, содержащая смонтированный на корпусе статор, имеющий профилированную поверхность овальной или эллиптической формы, установленный концентрично внутри статора ротор, с возможностью его вращения относительно оси, и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер, соединенных через торцевые распределительные каналы с магистралями всасывания и нагнетания, при этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент, а другая - сферическое тело, расположенное в посадочной поверхности цилиндрического элемента, причем торцевые распределительные каналы образованы дугообразными пазами и расположены в зоне размещения рабочих камер, с которыми они соединяются в процессе работы с помощью выполненных в роторе боковых отверстий, отличающаяся тем, что распределительные каналы образованы в двух выполненных в соединяемых между собой частях корпуса торцевых поверхностях, контактирующих с соответствующими торцевыми поверхностями ротора, при этом распределительные каналы всасывания расположены с одной стороны ротора, а распределительные каналы нагнетания - с другой стороны ротора, причем упомянутые каналы всасывания и нагнетания установлены попарно в противоположных секторах круга так, что все каналы в плане образуют кольцевой канал с перемычками.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере четыре поршня и по меньшей мере четыре распределительных канала.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена реверсивной в зависимости от направления движения ротора.

4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что распределительные каналы всасывания и нагнетания соединены с соответствующими магистралями с возможностью образования двух самостоятельных контуров.

5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что распределительные каналы образуют сходящийся поток, в котором каждый канал всасывания соединен с соответствующей магистралью всасывания, а оба канала нагнетания соединены с одной магистралью нагнетания, или расходящийся поток, в котором, соответственно, каналы всасывания соединены с общей магистралью всасывания, каналы нагнетания - каждый со своей магистралью нагнетания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3