Ротационная гибридная машина объёмного действия



Ротационная гибридная машина объёмного действия
Ротационная гибридная машина объёмного действия
Ротационная гибридная машина объёмного действия
Ротационная гибридная машина объёмного действия
Ротационная гибридная машина объёмного действия
Ротационная гибридная машина объёмного действия
Ротационная гибридная машина объёмного действия

 


Владельцы патента RU 2578744:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения. Ротационная гибридная машина объемного действия содержит корпус, всасывающее окно 11 и нагнетательный клапан, размещенные соответственно в линии всасывания и нагнетания 12, рабочий цилиндр 3 с размещенным в нем основным ротором 4, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра 3, и вспомогательный ротор 7, имеющий впадину для размещения в ней выступа ротора 4. Роторы 4 и 7 размещены таким образом, что их оси скрещиваются. Плоскость вращения ротора 7 находится под углом 90° к плоскости вращения ротора 4. Линия 12 содержит золотник с отверстием и установленным в нем подвижным элементом, который имеет два фиксированных положения вдоль оси отверстия. Нагнетательный клапан размещен в подвижном элементе. В одном из положений подвижного элемента цилиндр 3 соединен с дополнительной линией нагнетания, которая снабжена участком с наклонными в сторону прямого потока поверхностями, образующими ступенчатый канал. Изобретение направлено на снижение потерь работы в процессе нагнетания жидкости за счет активного торможения обратного потока. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании универсальных машин, использующихся для подачи жидкости под напором и газа под давлением в быту (лакокрасочные работы, полив и опыление на приусадебных участках, откачка воды при подтоплении помещений и т.д.), сельском хозяйстве (поливные и ирригационные работы), в подразделениях МЧС (откачка воды с затопленных территорий, подача питьевой воды и жидкого топлива), на маломерных морских судах (откачка воды из трюма), в условиях производственных мастерских (питание пневмоинструмента, лакокрасочные работы, продувка магистралей, заправка емкостей жидкостью) и в других случаях, когда не требуется большой напор жидкости (до 5-6 бар) и равномерность ее подачи, и давлений газа (преимущественно - воздуха, давление до 2,5-4 бар), а основными показателями является простота и надежность, высокий удельный расход рабочего тела и низкая стоимость.

Известны ротационные гибридные машины объемного действия, содержащие корпус, всасывающее окно и нагнетательный клапан, размещенные соответственно в линии всасывания и нагнетания, рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, и основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, а плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, причем торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора (патент РФ на ПМ №43925 Машина объемного действия, опубл. 10.02.2005, кл. F04C 29/04).

Наиболее близким к заявляемому техническому устройству являются ротационные гибридные машины объемного действия, содержащие корпус, всасывающее окно и нагнетательный клапан, размещенные соответственно в линии всасывания и нагнетания, рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, и основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, а плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, причем торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, отличающаяся тем, что линия нагнетания содержит золотник с отверстием и установленным в нем подвижным элементом, который имеет два фиксированных положения вдоль оси этого отверстия, нагнетательный клапан размещен в этом подвижном элементе, причем в одном из положений последнего рабочий цилиндр соединен с дополнительной линией нагнетания (патент РФ на изобретение №.2538188, МПК F04C 29/04, F04C 18/50, опубл. 10.01.2015).

Недостатками известных конструкций являются повышенные затраты работы в процессе нагнетания жидкости через дополнительную линию нагнетания из-за того, что при уходе выступа ротора во впадину вспомогательного ротора, когда линии всасывания и нагнетания жидкости соединяются между собой, попавшая в нагнетательную линию и двигающаяся по инерции жидкость успевает остановиться и начать движение назад, в сторону рабочей камеры, где встречается с потоком нагнетания, возникшим после прохождения к тому моменту выступом ротора всасывающего окна. При встрече двух потоков жидкости их кинетическая энергия движения превращается в потенциальную энергию давления, давление в нагнетательной линии возрастает выше номинального давления нагнетания, что приводит к повышенным затратам мощности на осуществление процесса нагнетания жидкости.

Задачей изобретения является уменьшение потерь энергии в процессе нагнетания жидкости.

Данный технический результат достигается тем, что в ротационной гибридной машине объемного действия, содержащей корпус, всасывающее окно и нагнетательный клапан, размещенные соответственно в линии всасывания и нагнетания, рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, и основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, а плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, причем торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, а линия нагнетания содержит золотник с отверстием и установленным в нем подвижным элементом, который имеет два фиксированных положения вдоль оси этого отверстия, нагнетательный клапан размещен в этом подвижном элементе, причем в одном из положений последнего рабочий цилиндр соединен с дополнительной линией нагнетания, согласно заявляемому изобретению, дополнительная линия нагнетания снабжена участком с наклонными в сторону прямого потока поверхностями, образующими ступенчатый канал.

Дополнительная линия нагнетания может иметь участок с прямоугольным поперечным сечением, а наклонные поверхности могут быть выполнены в виде размещенных на противоположных сторонах канала пар жесткой и гибкой пластин, причем гибкая пластина имеет длину в сторону оси канала большую, чем жесткая пластина, и установлена вплотную к жесткой пластине, соприкасаясь с ней по плоскости со стороны обратного потока жидкости.

Дополнительная линия нагнетания может иметь цилиндрический участок, а наклонные поверхности выполнены в виде втулок, имеющих форму усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону обратного потока.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена машина со стороны основного ротора с выступом в плоскости ротора; на фиг. 2 изображено сечение машины плоскостью, перпендикулярной плоскости вращения основного ротора; на фиг. 3 показано сечение машины в зоне нагнетательной линии в момент нагнетания газа при открытом обратном клапане; на фиг. 4 показано это же сечение в процессе нагнетания жидкости для варианта машины, в которой используются наклоненные в сторону прямого потока жесткая и гибкая пластина; на фиг. 5 показано это же сечение в тот момент, когда выступ основного ротора вошел во впадину вспомогательного ротора, и жидкость из линии нагнетания пытается протечь в рабочий цилиндр машины; на фиг. 6 и 7 укрупненно показаны сечения линии нагнетания с наклонными пластинами в процессах нагнетания жидкости и в процессе, когда выступ основного ротора ушел во впадину вспомогательного ротора; на фиг. 8 показан вариант машины во время процесса нагнетания жидкости, в которой канал линии нагнетания выполнен цилиндрическим, и в нем установлены втулки в виде усеченного конуса.

Универсальная машина объемного действия (фиг. 1 и фиг. 2) состоит из корпуса, содержащего кронштейн 1 с пластиной 2, в которой имеется рабочий цилиндр 3 с концентрично размещенным основным ротором 4 с выступом 5, наружная поверхность которого имеет радиус, равный радиусу рабочего цилиндра 3. Основной ротор 4 установлен неподвижно на приводном валу 6, ось его вращения скрещивается с осью вспомогательного ротора 7 под углом 90 градусов, причем торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора 4 на расстоянии, равном радиусу основного ротора, и при вращении основной ротор 4 своей цилиндрической поверхностью касается плоскости вспомогательного ротора 7. Вспомогательный ротор 7 имеет впадину 8 с формой, позволяющей выступу 5 проходить в ней при синхронном вращении роторов 4 и 7 за счет их кинематической связи. Вращение ротора 7 осуществляется вместе с валом 9. С фронтальной стороны цилиндр 3 перекрыт крышкой 10, в которой расположено всасывающее окно 11 и нагнетательный тракт 12 линии нагнетания. Зубчатое зацепление 13-14 осуществляет кинематическую связь роторов 4 и 7 и служит для синхронизации вращения валов 6 и 9 и соответственно роторов 4 и 7. Ось отверстия линии нагнетания 12 и ось всасывающего окна 11 расположены под углом α.

Линия нагнетания 12 содержит золотник с отверстием 15 в стенке 10 (фиг. 3), в котором находится подвижный в осевом направлении элемент 16 с обратным самодействующим клапаном 17. Подпружиненный фиксатор 18 и выточки на элементе 16 позволяют фиксировать его в двух положениях вдоль оси отверстия 15. На фиг. 3 показано положение, при котором полость цилиндра 3 подсоединена к проходному сечению клапана 17 и далее через открытый вентиль 19 и гибкий шланг 20 - к потребителю газа, движение которого при открытом клапане 17 показано утолщенными стрелками. При данном положении элемента 16 он перекрывает дополнительную линию нагнетания, выполненную в виде углового отверстия 21 в крышке 10, которая соединяет рабочий цилиндр 3 с потребителем жидкости через участок линии нагнетания 22 и гибкий шланг 23. Участок линии нагнетания 22 снабжен наклонными в сторону прямого потока поверхностями, образующими ступенчатый канал 24. Этот канал представляет собой участок 22 с прямоугольным поперечным сечением, а наклонные поверхности выполнены в виде размещенных в пазах на противоположных сторонах участка 22 трех пар жесткой 25 и гибкой 26 пластин, причем гибкая пластина 26 имеет длину в сторону оси канала 24 большую, чем жесткая пластина 25, и установлена вплотную к жесткой пластине, соприкасаясь с ней по плоскости со стороны обратного потока жидкости».

Положение элемента 16, при котором дополнительная линия нагнетания 21 соединена с полостью рабочего цилиндра 3, показано на фиг. 4 (элемент 16 переведен в крайнее правое положение, зафиксирован фиксатором 18, вентиль 19 закрыт, движение жидкости потребителю (прямой поток) показано утолщенными стрелками).

Вариант, в котором дополнительная линия нагнетания 21 имеет цилиндрический участок 22, а наклонные поверхности выполнены в виде втулок 27, имеющих форму усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону обратного потока, изображен на фиг. 8, где показан момент, когда имеет место обратный поток жидкости. Втулки 27 установлены с помощью распорных втулок 28.

Ротационная гибридная машина объемного действия работает следующим образом.

Режим компрессора

Элемент 16 золотника зафиксирован в левом (по рисунку) положении (фиг. 3), вентиль 19 открыт.

При вращении ротора 4 (направление вращения показано стрелкой на фиг. 1) выступ 5 сначала перекрывает всасывающее окно 11 линии всасывания, а затем проходит его. При этом радиальная поверхность ротора 4 входит в контакт с нижней гладкой частью вспомогательного ротора 7, синхронно вращающегося с ротором 4, в результате чего часть цилиндра 3, заключенная между фронтальной поверхностью выступа 5 и плоскостью ротора 7 (в зоне линии нагнетания 12) оказывается уменьшающейся в объеме при дальнейшем вращении ротора 4, а часть цилиндра 3, заключенная между тыльной поверхностью выступа 5 и плоскостью вспомогательного ротора 7 (в зоне всасывающего окна 11) - увеличивающейся в объеме. При этом газ, находящийся в зоне линии нагнетания 12, сжимается, а при достижении давления потребителя открывает нагнетательный клапан 17, и газ истекает потребителю. В то же время из-за увеличения объема части цилиндра 3, находящейся с тыльной стороны выступа 5, давление в этой зоне падает, что приводит к всасыванию газа, например воздуха, из атмосферы, с которой соединена линия всасывания.

В конце своего поворота (это положение показано на фиг. 1 штриховыми линиями) выступ 5 сначала перекрывает линию нагнетания 12 (процесс нагнетания заканчивается, клапан 17 закрывается), а затем входит в зацепление с впадиной 8. При этом положении клапан 17 закрыт, и сжатый газ из линии нагнетания 12 не может протекать назад в полость цилиндра 3, а сама полость оказывается заполненной газом под давлением источника газа (например, воздухом под атмосферным давлением).

В дальнейшем работа машины в режиме компрессора повторяется. Таким образом, за один поворот основного ротора 4 в цилиндре 3 осуществляются одновременно процессы всасывания, сжатия и нагнетания газа.

Режим насоса.

Элемент 16 золотника зафиксирован в правом (по рисунку) положении (фиг. 4), вентиль 19 закрыт.

Синхронизированное движение основного ротора 3 с выступом 5 и вспомогательного ротора 7 с впадиной 8 происходит так же, как и при работе в режиме компрессора (фиг. 1). При этом жидкость всасывается через всасывающее окно и нагнетается в линию нагнетания 12. Но в линии нагнетания 12 (в отличие от компрессорного режима) жидкость (фиг. 4) не может двигаться через клапан 17 и движется через отверстие 21 к потребителю.

В процессе сжатия-нагнетания жидкости она разгоняется выступом 5 в цилиндре 3 и разгоняет (проталкивает) всю жидкость, находящуюся в линии нагнетания (отверстие 21, участок 22 с каналом 24, пластинами 25 и 26 и гибкий шланг 23, рабочий объем самого потребителя). В связи с тем, что пластины 25 и 26 наклонены по ходу потока жидкости (в сторону прямого потока), а гибкие пластины 26 дополнительно под действием потока жидкости прогибаются в сторону потока (фиг. 6), канал 24 не оказывает существенного сопротивления прямому потоку жидкости. В конце процесса сжатия-нагнетания жидкости выступ 5 перекрывает линию нагнетания 12, и подача жидкости в линию нагнетания 12 прекращается, а в следующий момент времени выступ 5 проходит мимо сечения линии нагнетания 12 и входит во впадину 8 вспомогательного ротора 7, и линия нагнетания 12 через объем заполненного под давлением всасывания цилиндра 3 соединяется с линией всасывания через всасывающее окно 11. При этом происходят следующие процессы.

Как только выступ 5 перекрывает линию нагнетания 12, жидкость, находящаяся в этой линии, под действием сил инерции продолжает движение в сторону потребителя. Но поскольку движения жидкости из объема полости цилиндра 3 в линию нагнетания 12 нет, постольку это инерционное движение происходит в пределах упругой деформации жидкости, и жидкость, продолжая движение в сторону потребителя, как бы «растягивается» в пределах объема линии нагнетания, давление в ней падает ниже давления потребителя, после чего, под действием давления потребителя, она начинает снова сжиматься.

За промежуток времени, в течение которого происходят процессы сначала расширения, а потом сжатия жидкости в линии нагнетания 12 (при этом расхода жидкости из полости цилиндра 3 в линию нагнетания 12 нет, как нет и обратного потока), выступ 5 при достаточно высокой частоте вращения роторов 4 и 7, малом угле α (фиг. 1), достаточно высокой плотности жидкости (большой удельный вес и, соответственно, большие силы инерции) успевает войти во впадину 8, выйти из нее, перекрыть всасывающее окно 11 и начать сжатие находящейся в полости цилиндра 3 жидкости и ее вытеснение в сторону линии нагнетания 12. Такой процесс происходит только при оптимально подобранных геометрических и режимных параметрах работы насоса с определенной жидкостью.

В это же время в общем случае жидкость в линии нагнетания 12 начинает обратное движение в сторону полости цилиндра 3, однако при этом, входя в канал 24, в котором установлены навстречу обратному потоку пластины 25 и 26, поток резко тормозится в связи с образованием вихревого течения, оказывающего динамическое сопротивление потоку, вектор которого направлен против движения потока (см. также фиг. 7). Кроме того, свободные кромки гибких пластин 26 прогибаются под действием потока жидкости и дополнительно к динамическому сопротивлению сужают проходное сечение канала 24. В связи с этим обратный поток жидкости практически стопорится, и его расход в сторону полости цилиндра становится несущественным при любых геометрических соотношениях машины, режимах ее работы и применяемых жидкостях.

Работа конструкции машины, показанная на фиг. 8, проще по технологии изготовления и работает аналогичным образом с несколько (на 5-7%) меньшим эффектом, т.к. конфигурация канала 24 остается постоянной как для прямого, так и для обратного потока в связи с отсутствием элементов, аналогичных гибким пластинам 26.

Таким образом, в предложенной конструкции отсутствуют повышенные затраты работы в процессе нагнетания жидкости через дополнительную линию нагнетания, т.к. обратный поток жидкости в линии нагнетания почти полностью останавливается при уходе выступа ротора во впадину вспомогательного ротора, когда линии всасывания и нагнетания жидкости соединяются между собой.

1. Ротационная гибридная машина объемного действия, содержащая корпус, всасывающее окно и нагнетательный клапан, размещенные соответственно в линии всасывания и нагнетания, рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, и основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, а плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, причем торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, а линия нагнетания содержит золотник с отверстием и установленным в нем подвижным элементом, который имеет два фиксированных положения вдоль оси этого отверстия, нагнетательный клапан размещен в этом подвижном элементе, причем в одном из положений последнего рабочий цилиндр соединен с дополнительной линией нагнетания, отличающаяся тем, что дополнительная линия нагнетания снабжена участком с наклонными в сторону прямого потока поверхностями, образующими ступенчатый канал.

2. Ротационная гибридная машина объемного действия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная линия нагнетания имеет участок с прямоугольным поперечным сечением, а наклонные поверхности выполнены в виде размещенных на противоположных сторонах канала пар жесткой и гибкой пластин, причем гибкая пластина имеет длину в сторону оси канала большую, чем жесткая пластина, и расположена вплотную к жесткой пластине, соприкасаясь с ней по плоскости со стороны обратного потока жидкости.

3. Ротационная гибридная машина объемного действия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная линия нагнетания имеет цилиндрический участок, а наклонные поверхности выполнены в виде втулок, имеющих форму усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону обратного потока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве гидронасоса. Роторный насос включает полый корпус 1, ротор 3, всасывающий клапан 7, поршень 2, затвор 5, выпускной клапан 10.

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин объемного действия, использующихся для подачи жидкости под напором и газа под давлением.

Изобретение относится к гидравлической технике и может использоваться для подачи жидкостей под давлением, преимущественно при питании гидроприводов различного назначения.

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин объемного действия, использующихся для подачи жидкости под напором и газа под давлением.

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано для сжатия и подачи потребителю газов и жидкостей под давлением. Ротационная машина объемного действия содержит рабочий цилиндр 2 с размещенным в нем основным ротором 3, имеющим по крайней мере один выступ 4, радиус которого равен радиусу цилиндра 2, и вспомогательный ротор 6, имеющий впадину 7 для размещения в ней выступа 4 ротора 3. Оба ротора 3 и 6 имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение. Одна из шестерен кинематической связи, обеспечивающих синхронное вращение роторов 3 и 6, выполнена в виде цилиндрической прямозубой шестерни, а другая - в виде П-образной чашки, стенки которой содержат зубья, количество которых равно количеству зубьев цилиндрической шестерни. Изобретение направлено на повышение ремонтопригодности ресурса работы, а также на упрощение технологии изготовления и сборки машины. 2 ил.

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано для сжатия и подачи потребителю газов и жидкостей под давлением. Ротационная машина объемного действия содержит рабочий цилиндр 2 с размещенным в нем основным ротором 3, имеющим по крайней мере один выступ 4, радиус которого равен радиусу цилиндра 2, и вспомогательный ротор 6, имеющий впадину 7 для размещения в ней выступа 4 ротора 3. Оба ротора 3 и 6 имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение. Одна из шестерен кинематической связи, обеспечивающих синхронное вращение роторов 3 и 6, выполнена в виде цилиндрической прямозубой шестерни, а другая - в виде П-образной чашки, стенки которой содержат зубья, количество которых равно количеству зубьев цилиндрической шестерни. Изобретение направлено на повышение ремонтопригодности ресурса работы, а также на упрощение технологии изготовления и сборки машины. 2 ил.
Наверх