Роторная машина объемного вытеснения
Изобретение относится к области транспортирования жидкостей и газообразных сред, а именно к роторным машинам объемного вытеснения, и может быть использовано в производстве насосов, компрессоров, гидромоторов, пневмодвигателей и детандеров. Роторная машина содержит корпус 1 и эксцентрично установленный в нем ротор 2 с размещенными по образующим цилиндрическими выточками 15, в которых установлены с возможностью поворота цилиндрические основания 16 с присоединенными к ним профилированными лопастями 17. Каждая лопасть 17 выполнена в виде состоящей из двух частей изогнутой пластины. Соединенная с основанием 16 первая часть 18 лопасти 17 установлена радиально к нему, а последующая вторая часть 19 выполнена дугообразной. Основания 16 лопастей 17 снабжены центральным отверстием, расположенными по торцам основания радиальными прорезями и пропущенными через центральные отверстия торсионами в виде круглого прутка, один из размещенных в прорезях оснований 16 концов которых загнут под углом 90° и закреплен в проточках на боковой поверхности ротора 2. Другой конец торсиона установлен в прорези на противоположном конце основания и загнут с размещением вдоль части лопасти 17, соединенной с ее основанием 16. В роторе 2 в зоне выточек 15 выполнены секторные вырезы 25. Изобретение направлено на упрощение конструкции, снижение энергетических затрат, увеличение надежности работы роторной машины. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретения относится к области транспортирования жидких и газообразных сред, а именно к роторным машинам объемного вытеснения с вращающимися рабочими органами, и может быть использовано в производстве насосов, компрессоров, гидромоторов, пневмодвигателей и детандеров.
Ротационно-пластинчатые машины широко известны в технике и столь же широко описаны в литературе. Традиционная конструкция включает в себя корпус, вращающийся на установленных в крышках корпуса опорах качения и ротор с плоскими пластинами. Пластины размещены в прорезях ротора с возможностью продольного перемещения под действием центробежной силы. Ось корпуса и ось вращения ротора при этом размещены с эксцентриситетом (см., например, Н.Д. Кочетков «Холодильная техника», М., Машиностроение, 1966 г., стр.120-124; Н.И.Гельперин «Основные процессы и аппараты химической технологии», М., Химия, 1981 г., книга 1, стр.160-161).
Известна роторно-пластинчатая машина, внутри корпуса которой установлен с возможностью вращения на опорах качения статор (см. патент RU №2146338 «Роторно-пластинчатая машина», опубликовано - 10.03.2000 г.). Ротор снабжен кольцами, размещенными в кольцевых пазах на его торцевых поверхностях с возможностью перемещения в радиальных направлениях. Роторно-пластинчатая машина по указанному изобретению отличается большей надежностью против традиционной конструкции и снижением затрат на трение, благодаря вращению статора. К недостаткам изобретения по патенту RU №2146338 следует отнести практическую невозможность изготовления достаточно производительных аппаратов из-за необходимости использования крупногабаритных опор качения статора. Это увеличивает в значительной мере стоимость машины и затраты энергии. Увеличение производительности исключено и по причине размещения отверстий для подвода и вывода транспортируемой среды через торцевые стенки, что ограничивает проходной диаметр штуцеров и не позволяет использовать штуцера нужных размеров. В данной роторно-лопастной машине не исключены затраты энергии на трение пластин о боковые стенки.
Наиболее близкой к настоящему изобретению является роторная машина объемного вытеснения по патенту US №4118160 от 03 октября 1978 года. В данном патенте предусмотрен совершенно иной принцип конструирования и работы лопастей. Лопасти выполнены в виде профильных элементов, имеющих цилиндрическое основание, размещенное в цилиндрических выточках и снабженное полуосями для связи со стабилизирующими работу лопасти деталями. Цилиндрическое основание лопасти, а соответственно, и собственно лопасть имеет возможность поворота под действием центробежной силы. В данном патенте исключены плоские прорези в роторе и продольное перемещение пластин в них. К недостаткам этого изобретения относится наличие повышенного трения между торцами пластин и боковыми стенками, а также между собственно пластиной и корпусом, что приводит к излишним затратам энергии и снижению надежности машины. В машине по данному изобретению использованы сложные устройства для стабилизации работы пластин. Не представляется целесообразной и сама конструкция лопастей.
Техническая задача настоящего изобретения состоит в создании более совершенного типа роторной машины объемного вытеснения.
Технический результат настоящего изобретения состоит в упрощении конструкции, снижении энергетических затрат, увеличении надежности работы роторной машины, в возможности применения заявляемой конструкции для создания машин любой производительности.
Для получения указанного технического результата в роторной машине объемного вытеснения, содержащей корпус с крышками и штуцерами для подвода и вывода транспортируемой среды, размещенный в корпусе ротор, ось вращения которого имеет эксцентриситет по отношению к оси корпуса, причем ротор снабжен валом с установленными в крышках опорами качения и размещенными по образующим цилиндрическими выточками, в которых установлены с возможностью поворота цилиндрические основания с присоединенными к ним профилированными лопастями, каждая лопасть выполнена в виде состоящей из двух частей изогнутой пластины, причем соединенная с цилиндрическим основанием первая часть лопасти установлена радиально к нему, а последующая вторая часть - выполнена дугообразной, цилиндрические основания лопастей снабжены центральным отверстием, расположенными по торцам основания радиальными прорезями и пропущенными через центральные отверстия торсионами в виде круглого прутка, один из размещенных в прорезях цилиндрических оснований концов которых загнут под углом 90° и закреплен в проточках на боковой поверхности ротора, а другой конец торсиона установлен в прорези на противоположном конце основания и загнут с размещением вдоль части лопасти, соединенной с ее цилиндрическим основанием, причем в роторе в зоне цилиндрических выточек выполнены секторные вырезы. Внутри корпуса размещен установленный с возможностью вращения статор, ось вращения статора совпадает с осью корпуса, крышки корпуса снабжены цилиндрическим утолщением в центральной части, опоры качения вала ротора установлены в зоне утолщений, опоры качения статора размещены на наружной поверхности утолщений, а собственно статор выполнен в виде двух установленных с разрывом полумуфт с наружным выступом в виде цилиндра с центральным отверстием, диаметр которого равен наружному диаметру опоры качения статора, причем в теле корпуса по его внутренней поверхности между полумуфтами выбраны две полости, в зоне которых размещены штуцера для подвода и вывода транспортируемой среды. Наружный диаметр дугообразной части лопастей равен внутреннему диаметру корпуса. При установке вращающегося статора наружный диаметр дугообразной части лопастей равен внутреннему диаметру статора. Сущность настоящего изобретения состоит в следующем.
Роторная машина по патенту US №4118160, в которой применен иной принцип конструкции и работы лопастей по сравнению с широко известными машинами с продольными прорезями в роторе, принципиально не может быть применена для создания многокамерного аппарата со значительной производительностью. Увеличение числа лопастей при описанной конструкции возможно лишь при весьма малом различии между диаметрами статора и ротора. Заявляемая в настоящем изобретении роторная машина лишена этого недостатка за счет специальной конструкции лопасти при одновременном сохранении преимуществ основного воздействия на лопасть центробежной силы с ее поворотом, а не продольным перемещением в роторе. В настоящем изобретении в роторе отсутствуют специальные выборки для размещения в них лопастей при их прижатии к поверхности ротора. Этим обеспечивается упрощение конструкции и изготовления собственно ротора.
Установка торсионов исключает конструктивные усложнения для стабилизации работы лопасти и увеличения надежности работы машины.
Установка с возможностью вращения статора и конструкция последнего позволяет практически исключить трение лопастей о цилиндрическую внутреннюю поверхность статора, сведенную до минимальной величины, и об его боковые поверхности. Этому способствует выполнение статора в виде двух установленных с разрывом полумуфт.
Выполнение крышек корпуса с цилиндрическим утолщением в центральной части и оснащение полумуфт статора наружным выступом с центральным отверстием позволяет минимизировать размеры опор качения статора, исключая использование весьма крупногабаритных опор качения, присущих конструкции роторно-пластинчатой машины по патенту RU №2146338.
Технические преимущества предлагаемой конструкции далее будут подробно изложены при описании конструкции роторной машины объемного вытеснения по настоящему изобретению и ее работы.
На фиг.1 изображена конструкция роторной машины объемного вытеснения.
На фиг.2 показан разрез Б-Б на фиг.1.
На фиг.3 - вид I на фиг.2.
На фиг.4 - разрез А-А на фиг.3.
Роторная машина включает в себя корпус 1 и установленные с возможностью вращения статор 2 и ротор 3. Ось вращения статора 2 совпадает с центральной осью корпуса 1. Ось вращения ротора 3 размещена с эксцентриситетом по отношению к оси корпуса 1. Корпус 1 имеет крышки 4 с цилиндрическими утолщениями 5 в центральной части. Опоры качения 6 ротора 3 размещены в цилиндрических утолщениях 5 крышек 4. На наружной поверхности цилиндрических утолщений 5 установлены опоры качения 7 статора 2. Статор 2 выполнен в виде двух установленных с разрывом полумуфт 8 и 9, каждая из которых снабжена наружным выступом 10 в виде цилиндра с центральным отверстием, диаметр которого равен наружному диаметру опоры качения 7 статора 2. Таким образом, опоры качения 7 статора 2 размещены в зазоре, образованном наружной поверхностью цилиндрического утолщения 5 и внутренней поверхностью центрального отверстия наружного выступа 10. В теле корпуса 1 выбраны две полости 11 и 12, в зоне которых, соответственно, размещены штуцер 13 для подвода и штуцер 14 для вывода транспортируемой среды. Ротор 3 имеет цилиндрические выточки 15. В цилиндрических выточках 15 установлены цилиндрические основания 16, к которым присоединены профилированные лопасти 17. Каждая профилированная лопасть 17 выполнена в виде состоящей из двух частей изогнутой пластины. Первая часть 18 лопасти 17, непосредственно соединенная с цилиндрическим основанием 16, установлена радиально к нему. Вторая часть 19 лопасти 17 выполнена дугообразной. С учетом того, что на фиг.1 изображена конструкция роторной машины с вращающимся статором 2, наружный диаметр второй дугообразной части 19 лопасти 17 равен внутреннему диаметру статора 2. Следует особо оговорить, что в соответствии с настоящим изобретением роторная машина может быть выполнена без вращающегося статора, причем в этом случае наружный диаметр второй дугообразной части лопасти равен внутреннему диаметру корпуса. Цилиндрические основания 16 лопастей 17 снабжены центральными отверстиями, в которых вставлены торсионы 20. Цилиндрические основания 16 имеют на торцах радиальные прорези 21 и 22. Торсион 20 выполнен в виде круглого прутка. Один из концов 23 торсиона 20 загнут под углом 90°, размещен в прорези 21 и закреплен в проточке на боковой поверхности ротора 3. Другой конец 24 торсиона 20 проходит через прорезь 22 и размещен вдоль первой части 18 лопасти 17. В роторе 3 в зоне цилиндрических выточек 15 выполнены секторные вырезы 25. Ротор 3 снабжен валом 26, для вращения которого вместе с ротором 3 служат опоры качения 6. Машина в необходимых местах имеет уплотнения 27.
Роторная машина объемного вытеснения по настоящему изобретению работает следующим образом.
При вращении ротора 3 под действием центробежной силы происходит поворот профилированных лопастей 17, благодаря размещению их цилиндрических оснований 16 в цилиндрических выточках 15 ротора 3. Поскольку ось вращения статора 2 совпадает с центральной осью корпуса 1, а ось вращения ротора 3 размещена с эксцентриситетом по отношению к оси корпуса 1, лопасти 17 по мере вращения ротора 3 изменяют за счет поворота свое положение относительно ротора 3, статора 2 и соответственно корпуса 1. В соответствии с этим изменяется межлопастной объем от максимальной величины на стороне всасывания транспортируемой среды до минимальной величины на стороне ее вывода из машины. Изготовление лопасти 17 из двух частей 18 и 19 и наличие секторных вырезов 25 позволяет оптимизировать число лопастей 17 и в значительной мере упростить их изготовление. Пропущенный через центральное отверстие в цилиндрическом основании 16 торсион 20 работает по известному принципу скручивания. Поскольку один конец 23 торсиона 20 загнут под углом 90°, проходит через радиальную прорезь 21 на торце цилиндрических оснований 16 и закреплен в проточке на боковой поверхности ротора 3, указанный конец 23 неподвижен при вращении ротора 3. Другой конец 24 торсиона 20 проходит через радиальную прорезь 22 на другом торце цилиндрического основания 16 и касается первой части 18 лопасти 17. При вращении ротора 3 поворот лопасти 17 приводит к скручиванию тела торсиона 20. При этом проявляются пружинящие свойства металла, из которого изготовлен торсион 20, и обеспечивается постоянный прижим лопасти 17 к поверхности статора 2 без установки каких-либо специальных приспособлений и устройств, не отличающихся надежностью. При вращении ротора 3 и уменьшении межлопастного объема происходит постепенное прижатие лопасти 17 к поверхности ротора 3 вплоть до практически полного касания второй части 19 лопасти 17 и поверхности ротора 3. Вращение ротора 3 осуществляется с помощью двигателя известного типа (на фиг.1 не показан) при наличии обычной пары - вала 26 и опоры качения 6. Рациональная конструкция машины также определяется наличием у корпуса 1 крышек 4 с цилиндрическими утолщениями 5 в центральной части. При этом опоры качения 6 размещают в утолщении 5, а опоры качения 7 статора 2 - на внешней поверхности утолщения 5. Статор 2, выполненный из двух полумуфт 8 и 9, приводится во вращение силой трения между лопастями 17 внутренней, весьма сокращенной, благодаря разрыву между полумуфтами, поверхностью статора 2 и силой трения между боковыми поверхностями полумуфт 8 и 9 и лопастей 17. Благодаря вращению статора 2 затраты энергии на преодоление трения составляют значительно меньшую величину против той, которая бы потребовалась при отсутствии вращающегося статора 2 и конструктивном изготовлении машины только с наличием ротора и корпуса. Сведение до приемлемых и достаточно малых размеров опор качения 7 статора 2 обеспечивается тем, что полумуфты 8 и 9 снабжены наружным выступом 10 в виде цилиндра с центральным отверстием, диаметр которого равен наружному диаметру опоры качения 7. Всасывание транспортируемой среды осуществляют через штуцер 13, расположенный в районе выбранной в теле корпуса полости 11. Нагнетание транспортируемой среды осуществляют через штуцер 14, расположенный в районе выбранной в теле корпуса полости 12. Для исключения вредного перетекания транспортируемой среды машина снабжена уплотнениями 27.
Описание конструкции роторной машины и ее работы свидетельствует о достижении заявленного технического результата:
- упрощена конструкция и снижен вес машины при равных производительностях, благодаря целесообразной форме лопастей и установленного с возможностью вращения статора, размещению штуцеров на цилиндрической, а не торцевой поверхности корпуса, возможности использования опор качения статора малого размера, установке торсионов, а не сложных конструктивных элементов, служащих для стабилизации работы лопастей;
- снижены энергетические затраты, благодаря минимизации сил трения до величины, необходимой и достаточной для приведения во вращение статора машины;
- увеличена надежность работы, благодаря изменению принципа стабилизации работы лопастей и применению торсионов, улучшению условий вращения статора;
- увеличен диапазон производительности машины, благодаря не только описанным выше изменениям, но и возможности увеличения проходного сечения штуцеров, связанной с изменением места их привязки.
1. Роторная машина объемного вытеснения, содержащая корпус с крышками и штуцерами для подвода и вывода транспортируемой среды, размещенный в корпусе ротор, ось вращения которого имеет эксцентриситет по отношению к оси корпуса, причем ротор снабжен валом с установленными в крышках опорами качения и размещенными по образующим цилиндрическими выточками, в которых установлены с возможностью поворота цилиндрические основания с присоединенными к ним профилированными лопастями, отличающаяся тем, что каждая лопасть выполнена в виде состоящей из двух частей изогнутой пластины, причем соединенная с цилиндрическим основанием первая часть лопасти установлена радиально к нему, а последующая вторая часть выполнена дугообразной, цилиндрические основания лопастей снабжены центральным отверстием, расположенными по торцам основания радиальными прорезями и пропущенными через центральные отверстия торсионами в виде круглого прутка, один из размещенных в прорезях цилиндрических оснований концов которых загнут под углом 90° и закреплен в проточках на боковой поверхности ротора, а другой конец торсиона установлен в прорези на противоположном конце основания и загнут с размещением вдоль части лопасти, соединенной с ее цилиндрическим основанием, причем в роторе в зоне цилиндрических выточек выполнены секторные вырезы.
2. Роторная машина объемного вытеснения по п.1, отличающаяся тем, что внутри корпуса размещен установленный с возможностью вращения статор, ось вращения статора совпадает с осью корпуса, крышки корпуса снабжены цилиндрическим утолщением в центральной части, опоры качения вала ротора установлены в зоне утолщений, опоры качения статора размещены на наружной поверхности утолщений, а собственно статор выполнен в виде двух установленных с разрывом полумуфт с наружным выступом в виде цилиндра с центральным отверстием, диаметр которого равен наружному диаметру опоры качения статора, причем в теле корпуса по его внутренней поверхности между полумуфтами выбраны две полости, в зоне которых размещены штуцера для подвода и вывода транспортируемой среды.
3. Роторная машина объемного вытеснения по п.1, отличающаяся тем, что наружный диаметр дугообразной части лопастей равен внутреннему диаметру корпуса.
4. Роторная машина объемного вытеснения по п.1 или 2, отличающаяся тем, что наружный диаметр дугообразной части лопастей равен внутреннему диаметру статора.
