Роторная объемная машина

 

Изобретение может быть использовано как гидронасос, гидромотор, компрессор, пневмомашина или двигатель внутреннего сгорания. Машина содержит неподвижный разъемный корпус со сферической полостью, внутри которой размещены два ротора в виде сферических сегментов с валами, закрепленными в корпусе под углом друг к другу, и расположенный между роторами подвижный диск, образующий совместно с роторами шарнир Гука и разделяющий внутреннюю полость машины на четыре камеры переменного объема. На одной стороне диска выполнен полуцилиндрический прилив, совмещающийся с пазом в вершине одного из роторов. С другой стороны диска перпендикулярно к приливу, а также в вершине прилегающего ротора выполнены полуцилиндрические пазы, в которых размещен промежуточный вал. Оси полуцилиндров, образующих пазы в диске и роторе, так же, как и оси полуцилиндров, образующих промежуточный вал, параллельны. Изготовление и сборка машины не нуждаются в повышенной точности, а при работе не возникает деформаций ее деталей и значительных сил трения. 2 ил.

Изобретение относится к классу объемных машин с роторным механизмом и может использоваться как гидронасос или гидромотор, компрессор или пневмомашина или как двигатель внутреннего сгорания.

Известна роторная объемная машина (патент США 4.631.011 от 23.12.1986), которая состоит из подвижного корпуса со сферической внутренней поверхностью, дисковой мембраной посередине и двумя противоположными отверстиями, через которые в середину корпуса проходят два вала, заканчивающиеся роторами в виде сферических сегментов. Снаружи валы подвижно закреплены в станине под углом друг к другу. От валов отходят вилки, которые подвижно соединены с корпусом таким образом, что вилка и ротор на каждом из валов расположены в одной плоскости, а по отношению к вилке и ротору другого вала они развернуты перпендикулярно. Роторы образуют с корпусом и мембраной четыре камеры переменного объема. При помощи золотников, расположенных в роторах, и каналов в валах, роторах и мембране в этих камерах организуется рабочий процесс, в течение которого попарно противоположные камеры соединяются между собой через мембрану. У машины, выполненной по такой схеме, много недостатков. Во-первых, подвижной корпус машины следует защищать от повреждений дополнительным кожухом. Во-вторых, технологически тяжело изготовить вал воедино с ротором и вилкой, расположить золотники в роторах, а роторы в корпусе. В-третьих, консольно закрепленные валы испытывают значительные нагрузки. Однако самым главным недостатком является наличие избыточных кинематических связей, количество которых достигает 13. Это накладывает чрезвычайно высокие требования к точности изготовления и сборки машины, а также может привести к значительным силам трения и деформации во время ее работы. Таким образом, предложенная схема имеет только теоретический смысл.

Известен сферический двигатель с вращающимися поршнями (патент Японии 47-44565, 10.11.1072), содержащий неподвижный разъемный корпус с внутренней сферической полостью, впускным, выпускным и перепускным каналами, размещенные в полости два ротора в виде сферических сегментов с валами, которые закреплены в корпусе под углом друг к другу, и расположенный между роторами диск с приливами, которые подвижно соединяются с вершинами роторов, развернутыми перпендикулярно друг к другу. Роторы и диск разделяют полость корпуса на четыре камеры переменного объема, которые попарно соединяются между собой и внешней средой при помощи каналов, реализуя двухтактный рабочий цикл. Технологически этот двигатель проще предыдущей машины: у него корпус неподвижный, валы, закрепленные непосредственно в корпусе, испытывают меньшие нагрузки. Газораспределение выполняется взаимодействием роторов с окнами и каналами в корпусе двигателя. Однако количество избыточных кинематических связей в механизме такого двигателя равно 3.

Известна объемная роторная гидромашина (патент РФ 2012823, 15.11.1994; патент Украины 93230178, 30.04.93), содержащая две корпусные детали, жестко соединенные между собой по плоскости разъема, в каждой из которых выполнены цилиндрические расточки и общая сферическая полость с центром, лежащим в плоскости разъема, два вала, установленных в расточках на опорах, расположенных под углом друг к другу, с осями, пересекающимися в центре сферической полости, в последней размещены два закрепленных на валах ротора и расположенная между ними дисковая перегородка, образующие со стенками сферической полости рабочие камеры переменного объема, при этом роторы связаны с дисковой перегородкой с образованием шарнира Гука, причем конец одного вала (приводимого) выведен за пределы корпуса, а другого (ведомого) - введен в глухую цилиндрическую расточку, на периферийной поверхности дисковой перегородки и на сферических поверхностях роторов выполнены углубления с образованием камер гидростатической разгрузки и уплотнительных поясков, на торце ведомого вала или в крышке, размещенной со стороны торца этого вала, установлена подвижная втулка или подпятник с образованием полости гидростатической опоры. Указанная гидростатическая опора уменьшает воздействие избыточных кинематических связей, но не устраняет их.

Задачей изобретения является создание механизма роторной объемной машины, в котором отсутствуют избыточные кинематические связи, т.е. самоустанавливающегося механизма.

Для достижения задачи предлагается роторная объемная машина, содержащая неподвижный разъемный корпус со сферической внутренней полостью, внутри которой размещены два ротора в виде сферических сегментов с валами, закрепленными в корпусе под углом друг к другу, и расположенный между роторами подвижный диск, который совместно с роторами образует шарнир Гука и разделяет внутреннюю полость машины на четыре камеры переменного объема, на одной стороне диска выполнен полуцилиндрический прилив, совмещающийся с пазом в вершине одного из роторов, согласно изобретению с другой стороны диска перпендикулярно к приливу, а также в вершине прилегающего ротора выполнены полуцилиндрические пазы, в которых размещен промежуточный вал, причем оси полуцилиндров, образующих пазы в диске и роторе, равно как и оси полуцилиндров, образующих промежуточный вал, параллельны.

На фиг.1 изображен роторный компрессор.

На фиг.2 - роторный компрессор в процессе работы.

Роторный компрессор содержит неподвижный разъемный корпус 1 со сферической внутренней полостью, внутри которой размещены роторы 2 и 3 в виде сферических сегментов с валами, которые закреплены в корпусе 1 под углом друг к другу. Между роторами 2 и 3 расположен подвижный диск 4, который совместно с роторами образует шарнир Гука и разделяет внутреннюю полость машины на четыре камеры переменного объема. В корпусе 1 выполнены впускные окна 5 и выпускные окна 6. С одной стороны диска выполнен полуцилиндрический прилив 7, который соединяется с вершиной ротора 3. С другой стороны диска перпендикулярно к приливу, а также в вершине прилегающего ротора выполнены полуцилиндрические пазы, в которых размещен промежуточный вал 8. Оси полуцилиндров, образующих пазы в диске и роторе, равно как и оси полуцилиндров, образующих промежуточный вал, параллельны и отстоят друг от друга на расстоянии O₁ и О₂.

Во время вращения ротор 2 через промежуточный вал 8 и диск 4 с приливом 7 вращает ротор 3, диск 4 при этом совершает как вращательное, так и колебательное движение. Когда ротор 2 открывает впускное окно 5, газ заполняет рабочую камеру (фиг. 1). В это же время в соседней рабочей камере происходит сжатие газа, а после открывания ротором 2 выпускного окна 6 - выход газа из компрессора. Такие же процессы, но сдвинутые по фазе на четверть периода, протекают в камерах, образованных диском 4 и ротором 3 (фиг.2). Самоустанавливаемость механизма проявляется, если оси вращения роторов не пересекаются между собой и с центром сферической полости. В механизме, изготовленном по обычной схеме шарнира Гука, при этом возникают напряжения и деформации. В машине с самоустанавливающимся механизмом они отсутствуют вследствие поворота или проскальзывания промежуточного вала относительно осей O₁ и O₂. Количество избыточных кинематических связей такой машины, подсчитанное по формуле Озола, равняется G=w+6k-f=1+6-(3+2•2)=О (1) где W=1 есть общее количество подвижностей механизма; к=р-п=5-4=1 есть количество независимых контуров; п есть количество цепей в механизме; р есть количество кинематических пар; f=p₅+2р₄+3р₃+2р₂+p_i есть сумма подвижностей пар; p_i есть количество пар i-ro класса.

Таким образом, отмеченный механизм не имеет избыточных связей, т.е. является самоустанавливающимся. Это значит, что изготовление и сборка такой машины не нуждается в повышенной точности, а при работе не возникает деформаций ее деталей и значительных сил трения.

Формула изобретения

Роторная объемная машина, содержащая неподвижный разъемный корпус со сферической внутренней полостью, внутри которой размещены два ротора в виде сферических сегментов с валами, закрепленными в корпусе под углом друг к другу, и расположенный между роторами подвижный диск, который совместно с роторами образует шарнир Гука и разделяет внутреннюю полость машины на четыре камеры переменного объема, на одной стороне диска выполнен полуцилиндрический прилив, совмещающийся с пазом в вершине одного из роторов, отличающаяся тем, что с другой стороны диска перпендикулярно к приливу, а также в вершине прилегающего ротора выполнены полуцилиндрические пазы, в которых размещен промежуточный вал, причем оси полуцилиндров, образующих пазы в диске и роторе, как и оси полуцилиндров, образующих промежуточный вал, параллельны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2