Роторная объемная машина

 

Изобретение относится к роторным объемным машинам, в частности к насосам, компрессорам. Машина содержит корпус, ведущий и ведомый роторы с цилиндрическими ступицами с, по меньшей мере, двумя радиальными выступами с внешней цилиндрической поверхностью и боковыми поверхностями с вогнутым участком. Каждый ротор снабжен неподвижной цилиндрической втулкой, охватывающей вал и расположенной во внутренних полостях, выполненных в ступицах соосно с валами. Открытые части полостей расположены на противоположных торцах ступиц. На наружной поверхности каждой втулки выполнена цилиндрическая продольная проточка. Проточки расположены симметрично оси, соединяющей центры вращения роторов. Длина дуги проточек меньше длины дуги сопряжения радиальных выступов со ступицами, а на всей внешней цилиндрической поверхности каждого выступа и на внешних выпуклых цилиндрических поверхностях втулок выполнены продольные прямоугольные канавки с равномерным шагом. Конструкция машины позволяет повысить КПД и надежность работы за счет уменьшения утечек рабочего тела. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к роторным объемным машинам, в частности, к насосам, компрессорам, а также может быть использовано в качестве преобразователя потока воды или расширяющихся газов (например, двигателя внутреннего сгорания) в механическую работу.

Известна роторная объемная машина, содержащая пустотелый корпус, впускной и выпускной патрубки, размещенные в корпусе ведущий и ведомый роторы с идентичными зубьями, синхронизирующие шестерни, закрепленные на валах роторов, при этом поверхность зубьев ведущего и ведомого роторов состоит из четырех частей, которые параметрически выполнены относительно прямоугольной системы координат в следующих зависимостях: эпициклоиды, окружности, удлиненной эпициклоиды и окружности (см. патент Российской Федерации 2141578 С1, МПК 7 F 04 C 2/18, 20.11.99).

Данная машина имеет сложный профиль зуба у роторов, что затрудняет технологию изготовления и надежную эксплуатацию машины, так как требуется обеспечение контакта зубьев в нескольких точках, что практически невозможно обеспечить, поэтому возникают вредные утечки рабочего тела, что снижает КПД.

Известна роторная объемная машина, содержащая корпус с боковой и торцовыми стенками, с впускным и выпускным отверстиями и полостями для размещения ведущего и ведомого роторов, расположенных на параллельных валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, оба ротора имеют по цилиндрической ступице с, по меньшей мере, двумя радиальными выступами с внешней цилиндрической поверхностью и боковыми поверхностями с вогнутым участком (см. патент США 3843284 А, МПК 7 F 01 С 1/08, 22.10.74).

Данная машина принята в качестве прототипа. Однако и она не позволяет обеспечить высокий КПД и надежную работу устройства, а наличие острых кромок у роторов может привести к возникновению кавитационных режимов и разрушению конструкции.

Задачей изобретения является повышение КПД и надежности работы за счет уменьшения возможных утечек и упрощения конструкции, а также снижение вероятности возникновения кавитационных режимов работы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что роторная объемная машина содержит корпус с боковой и торцовыми стенками, с впускным и выпускным отверстиями и полостями для размещения ведущего и ведомого роторов, расположенных на параллельных валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, оба ротора имеют по цилиндрической ступице с, по меньшей мере, двумя радиальными выступами с внешней цилиндрической поверхностью и боковыми поверхностями с вогнутым участком. Каждый ротор снабжен неподвижной цилиндрической втулкой, охватывающей вал и расположенной во внутренних полостях, выполненных в ступицах соосно валам, причем открытые части полостей расположены на противоположных торцах ступиц, а на наружной поверхности каждой втулки выполнена цилиндрическая продольная проточка для прохождения выступов соседнего ротора, проточки расположены симметрично оси, соединяющей центры вращения роторов, при этом длина дуги проточек втулок меньше длины дуги сопряжения радиальных выступов со ступицами, а на всей внешней цилиндрической поверхности каждого выступа и на внешних выпуклых цилиндрических поверхностях втулок выполнены продольные прямоугольные канавки, расположенные с равномерным шагом. Ширина каждой канавки равна ширине перемычки между канавками, а глубина канавок равна половине ширины. Длина внешней цилиндрической поверхности каждого выступа выполнена меньше четверти длины образующей ее внешней окружности, а кромки в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности выступа с боковыми поверхностями выполнены закругленными с радиусом равным 0,4...1,2 мм.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 изображено продольное сечение машины, на фиг.2 - схема построения ее роторов, на фиг.3 и 4 - сечение по А-А фиг.1 при различных положениях роторов.

Роторная объемная машина содержит корпус с боковой стенкой 1 и торцовыми стенками 2 и 3, с впускным отверстием 4 и выпускным отверстием 5 и полостями для размещения ведущего и ведомого роторов, расположенных на параллельных валах 6 и 7 соответственно, связанных между собой синхронизирующими шестернями 8. Оба ротора имеют по цилиндрической ступице 9 с, по меньшей мере, двумя радиальными выступами 10 с внешней цилиндрической поверхностью и боковыми поверхностями с вогнутым участком. Каждый ротор снабжен неподвижной цилиндрической втулкой 11, охватывающей свой вал 6 или 7 и расположенной во внутренних полостях, выполненных в ступицах 9 соосно валам 6 и 7, причем открытые части полостей расположены на противоположных торцах ступиц 9. На наружной поверхности каждой втулки 11 выполнена цилиндрическая продольная проточка для прохождения выступов 10 соседнего ротора. Проточки расположены симметрично оси, соединяющей центры вращения роторов. Длина дуги проточек АВ втулок 11 меньше длины дуги сопряжения СД радиальных выступов 10 со ступицами 9 (см. фиг. 2), а на всей внешней цилиндрической поверхности каждого выступа 10 и на внешних выпуклых цилиндрических поверхностях втулок 11 выполнены продольные прямоугольные канавки 14 (на втулках не показаны), расположенные с равномерным шагом. Ширина каждой канавки 14 равна ширине перемычки между ними, а глубина канавок 14 равна половине их ширины.

Длина внешней цилиндрической поверхности каждого выступа 10 выполнена меньше четверти длины образующей ее внешней окружности, а кромки в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности выступа 10 с боковыми поверхностями выполнены закругленными с радиусом г равным 0,4...1,2 мм. Вогнутый участок на боковой поверхности каждого выступа 10 образован цилиндрической продольной проточкой, смещенной относительно центра боковой поверхности к оси валов 6 или 7, последние установлены в торцовых стенках 2 и 3 посредством подшипниковых опор 15. В процессе работы машины между выступами 10 роторов и стенками 1,2 и 3 корпуса образуются рабочие полости, например, 16, 17, 18, 19.

Роторная объемная машина работает следующим образом.

В исходном положении (см. фиг.3) в полости 16, которая через впускное отверстие 4 может быть заполнена жидкостью, или газом, или горючей смесью (в случае ДВС), создается повышенное давление, которое воздействует на боковые поверхности радиальных выступов 10 роторов и приводит их во вращение, синхронизированное посредством шестерен 8. Данное вращение передается потребителю (не показан). Из полостей 18 и 19 отработанное рабочее тело выводится через выпускное отверстие 5. Прямоугольные канавки 14 выполняют функцию лабиринтных уплотнений, уменьшающих вредные утечки рабочего тела и тем самым повышающие КПД машины. Скругление острых кромок внешней поверхности выступов 10 роторов позволяет исключить возникновение кавитационных режимов работы. Наличие втулок 11 позволяет значительно упростить конструкцию роторной машины и тем самым повысить надежность ее работы.

Работа роторной объемной машины в качестве насоса или компрессора аналогична, только в данном случае привод роторов осуществляется посредством принудительного их вращения, например, используя синхронизирующие шестерни 8. В прямоугольных канавках 14 могут быть закреплены уплотнительные элементы из упругого материала, например резины или фторопласта, а для уменьшения зазоров может быть применено напыление антифрикционными материалами. Роторы машины могут быть сделаны разборными и неразборными, а втулки 11 для исключения биений могут быть жестко связаны с торцовыми стенками 2 и 3 корпуса машины.

Пропускная способность машины определяется общим объемом впадин между выступами 10 за одни полный оборот их валов 6 и 7, поэтому если одному из них подсоединить счетчик оборотов, можно учитывать расход жидкости или газа.

Формула изобретения

1. Роторная объемная машина, содержащая корпус с боковой и торцевыми стенками, с впускным и выпускным отверстиями и полостями для размещения ведущего и ведомого роторов, расположенных на параллельных валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, оба ротора имеют по цилиндрической ступице с, по меньшей мере, двумя радиальными выступами с внешней цилиндрической поверхностью и боковыми поверхностями с вогнутым участком, отличающаяся тем, что каждый ротор снабжен неподвижной цилиндрической втулкой, охватывающей вал и расположенной во внутренних полостях, выполненных в ступицах соосно с валами, причем открытые части полостей расположены на противоположных торцах ступиц, а на наружной поверхности каждой втулки выполнена цилиндрическая продольная проточка для прохождения выступов соседнего ротора, проточки расположены симметрично оси, соединяющей центры вращения роторов, при этом длина дуги проточек втулок меньше длины дуги сопряжения радиальных выступов со ступицами, а на всей внешней цилиндрической поверхности каждого выступа и на внешних выпуклых цилиндрических поверхностях втулок выполнены продольные прямоугольные канавки, расположенные с равномерным шагом.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что ширина каждой канавки равна ширине перемычки между канавками, а глубина канавок равна половине ширины.

3. Машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что длина внешней цилиндрической поверхности каждого выступа выполнена меньше четверти длины образующей ее внешней окружности, а кромки в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности выступа с боковыми поверхностями выполнены закругленными с радиусом, равным 0,4. . . 1,2 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4