ротационная машина

Формула изобретения

РОТАЦИОННАЯ МАШИНА, содержащая корпус с патрубками всасывания и нагнетания рабочей среды, торцевую крышку, ротор, концентрично размещенный в корпусе, и вытеснители, при этом на обращенных друг к другу внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности ротора выполнены дугообразные выемки, в которых с образованием рабочих камер размещены вытеснители, выполненные в виде роликов, отличающаяся тем, что максимальная длина выемки корпуса и минимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания соответственно с корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных на величины 3/4 и 1/4 глубины выемок корпуса и ротора соответственно, а минимальная длина выемки корпуса и максимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания соответственно с корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных на величины 1/4 и 3/4 глубины выемок корпуса и ротора соответственно, при этом плоскость, проходящая через оси качения роликов, размещенных в крайних положениях выемки, смещена относительно кромки корпуса, взаимодействующей с роликом, в сторону рабочей камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании насосов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания.

Известен объемный роторный насос, содержащий корпус с патрубками всасывания и нагнетания рабочей среды, торцовые крышки, ротор с дугообразными выемками, соосно размещенный в корпусе, и вытеснители, выполненные в виде тел качения, размещенные в выемках ротора с образованием в корпусе рабочих камер (а.с. СССР N 226409, кл. F 04 С 2/00, 1966).

Недостатком конструкции является сложность, наличие большого количества деталей, ненадежность работы, так как переход роликов зависит от пружинящих свойств втулки, центробежных сил, возможности заклинивания роликов в калиброванном канале.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус с патрубками впуска и выпуска рабочей среды, торцовые крышки, роторы, соосно установленные с возможностью поочередного вращения, размещенный между роторами маховик и фиксаторы роторов в виде роликов, размещенные соответственно в дугообразных выемках корпуса и маховика и сквозных отверстиях ротора, при этом глубина выемок меньше радиуса роликов, каждый ротор выполнен в виде кольца с лопастями и сквозными прорезями со стороны торцовых крышек, ролики размещены в прорезях, а длина выемок в маховике и корпусе равна длинам дуг между точками касания с соответственно маховиком и корпусом двух соприкасающихся между собой окружностей с диаметром, равным диаметру роликов, размещенных напротив выемок и частично входящих в последние на величину, равную половине глубины соответствующей выемки [1]

Недостатком конструкции является ее сложность.

Целью изобретения является упрощение устройства при одновременном повышении его надежности.

Цель достигается тем, что в известной ротационной машине, содержащей корпус с патрубками всасывания и нагнетания рабочей среды, торцовую крышку, ротор, размещенный в корпусе, и вытеснители, выполненные в виде тел качения, на внутренней поверхности корпуса и боковой поверхности ротора выполнены дугообразные выемки, в которых размещены вытеснители с образованием в корпусе рабочих камер, глубина выемок выбирается таким образом, что при крайнем положении выталкиваемого вытеснителя в выемке корпуса, а выталкивающего в выемке ротора плоскость, проходящая через их оси качения, смещена относительно кромки корпуса, которой касается выталкиваемый вытеснитель, в сторону рабочей камеры, максимальная длина выемки корпуса и минимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания с соответственно корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных напротив выемок корпуса и ротора и частично входящих в них на величины, равные 3/4 и 1/4 глубины выемки соответственно, минимальная длина выемки корпуса и максимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания с соответственно корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных напротив выемок корпуса и ротора и частично входящих в них на величины, равные 1/4 и 3/4 глубины выемки соответственно, глубины соответственно.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство проще: в нем отсутствуют роторы, а рабочие камеры образуются не лопастями роторов, а вытеснителями в виде роликов. Ролики в прототипе и предлагаемом решении выполняют различные функции. В прототипе они являлись фиксаторами, сцепляя каждый ротор то с корпусом, то с маховиком, и никак не взаимодействовали друг с другом. В предлагаемом решении ролики-вытеснители образуют рабочие камеры. При вращении ротора и совпадении выемок ротора и корпуса происходит обмен роликами, ролик, находящийся в выемке ротора, выталкивает ролик, находящийся в выемке корпуса, и становится на его место, а ролик корпуса переходит в выемку ротора. Надежная работа машины, исключающаяся заклинивания, обеспечивается выбранной геометрией выемок корпуса и ротора.

На фиг. 1 показана ротационная машина, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показаны различные положения вытеснителей при вращении ротора; на фиг. 4-6 изображены варианты выполнения машины с роторами различных диаметров; на фиг. 7 рассмотрены условия выбора глубины выемок корпуса и ротора; на фиг. 8 вариант выполнения машины с длиной выемок, выбранной при условии погружения роликов одновременно в обе выемки на величину, равную половине их глубины; на фиг. 9 вариант выполнения машины с максимальной по длине выемкой ротора и минимальной выемкой корпуса; на фиг. 10 вариант машины с минимальной по длине выемкой ротора и максимальной выемкой корпуса; на фиг. 11-14 рассмотрены варианты выполнения выемок корпуса и ротора: фиг. 11 и 13 не обеспечивающие надежную работу устройства, фиг. 12 и 14 обеспечивающие работу без заклинивания.

Ротационная машина содержит корпус 1 с патрубками всасывания 2 и нагнетания 3 рабочей среды, торцовую крышку 4, ротор 5. На внутренней поверхности корпуса и боковой поверхности ротора выполнены дугообразные выемки 6 и 7 соответственно, в которых расположены вытеснители в виде тел 8 и 9 качения. Для простоты будем считать, что использованы ролики.

Машина работает следующим образом. В выемке 6 корпуса 1 находится ролик 8, а ролик 9, находящийся в выемке 7 ротора 5, вращается вместе с ротором. Когда выемки корпуса и ротора оказываются напротив друг друга (поз. а,б, фиг. 3), при вращении ротора по часовой стрелке происходит выталкивание ролика 8 корпуса из его выемки роликом 9 ротора, который становится на его место, а ролик 8 корпуса переходит в выемку ротора и вращается вместе с ним. При этом объем рабочей камеры, образованной роликами и расположенной на фиг. 3 справа от выемки корпуса, увеличивается, и происходит всасывание рабочей среды через патрубок 2, а объем второй рабочей камеры уменьшается, и через патрубок 3 рабочая среда нагнетается во внешнее устройство (поз. в, г, фиг. 3).

Для того, чтобы машина была работоспособна, т.е. происходила бы смена роликов в выемках корпуса и ротора (выталкивание одного другим), необходима определенная геометрия выемок. Можно показать, что глубина выемок зависит не только от диаметра роликов (как в прототипе), но и от радиуса ротора. Так, на фиг. 4 показан случай, когда глубина выемки не превышает радиуса вытеснителя, но машина заклинивает, т.е. под действием ролика 9 ротора ролик 8 корпуса не выталкивается, а вжимается в выемку. На фиг. 5 при тех же размерах глубины выемки и диаметрах роликов ротор имеет больший радиус. Этот вариант конструкции можно назвать неопределенным, машина может работать, а может и нет. На фиг. 6 изображен вариант машины с теми же размерами выемки и роликов, но с еще большим радиусом ротора. Ролик 9 ротора действует на ролик 8 корпуса и, как видно на фиг. 6, действующая сила F стремится вытолкнуть ролик из выемки корпуса.

На фиг. 7 подробно изображены все размеры и видно, что выталкивание ролика из выемки корпуса будет происходить, если прямая ДМ, проходящая через центры роликов, смещена относительно крайней точки Б выемки корпуса в сторону рабочей камеры. Таким образом, зная радиус ротора и диаметры роликов, глубину выемки легко рассчитать графически.

Длины выемок корпуса и ротора величины взаимосвязанные и определяются как длины дуг между точками касания поверхностей вытеснителей соответственно с корпусом и ротором при одновременном нахождении вытеснителей в выемках корпуса и ротора. При этом максимальная длина выемки корпуса и минимальная длина выемки ротора определяются при погружении вытеснителей на 3/4 глубины в выемку корпуса и соответственно на 1/4 глубины в выемку ротора. Аналогично определяется минимальная длина выемки корпуса и максимальная длина выемки ротора (погружение вытеснителей на 1/4 глубины и выемку корпуса и на 3/4 в выемку ротора). При превышении длиной выемок указанных величин возможна ненадежная работа устройства. Это продемонстрировано на фиг. 11-14. На фиг. 11 длина выемки корпуса больше максимальной и, как видно из чертежа, произойдет заклинивание машины. На фиг. 12 длина выемки корпуса меньше максимальной и машина работоспособна. На фиг. 13, 14 то же, относящееся к выемке ротора.

Таким образом, при выбранной геометрии выемок корпуса и ротора предлагаемая машина является более простой и надежной по сравнению с аналогами и прототипом, практически полностью исключена возможность заклинивания и проскальзывания, нет необходимости калиброванного выполнения выемок.