роторно-лопастная машина

Формула изобретения

1. Роторно-лопастная машина, содержащая неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой, образующей рабочую камеру машины, и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами, установленный в неподвижном корпусе эксцентрично по отношению к расточке неподвижного корпуса, лопатки-лопасти с проушинами, установленные в шарнирах, размещенных, в свою очередь, с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах полого ротора, отличающаяся тем, что в неподвижном корпусе выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки, образующими рабочие камеры машины с окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями соответственно, смежные расточки корпуса выполнены эксцентрично и/или соосно друг другу, в цилиндрическом роторе выполнено более одной полости с продольными радиальными профилированными пазами, а каждая из полостей цилиндрического ротора совмещена с соответствующей ей внутренней цилиндрической расточкой неподвижного корпуса, при этом проушины лопаток размещены внутри полостей ротора и установлены на осях, соосных осям каждой из внутренних цилиндрических расточек неподвижного корпуса и выполненных, в свою очередь, в виде единого кривошипа, оси которого по отношению к смежным частям кривошипа расположены соосно осям каждой их внутренних цилиндрических расточек неподвижного корпуса.

2. Роторно-лопастная машина по п.1, отличающаяся тем, что оси крайних по отношению ко всему кривошипу его шипов установлены в полом цилиндрическом роторе так, что ось соответствующего шипа соосна оси полого цилиндрического ротора.

3. Роторно-лопастная машина по п.1, отличающаяся тем, что шипы, крайние по отношению ко всему кривошипу, установлены в полом цилиндрическом роторе с возможностью скольжения в нем.

4. Роторно-лопастная машина по п.1, отличающаяся тем, что во внутренней цилиндрической расточке неподвижного корпуса выполнена, по крайней мере, одна продольная выемка.

5. Роторно-лопастная машина по п.4, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна продольная выемка во внутренней цилиндрической расточке неподвижного корпуса выполнена с цилиндрической поверхностью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в конструкциях роторно-лопастных механизмов роторных машин.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, и известным из существующего уровня техники является роторно-лопастная машина, содержащая неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные в шарнирах, имеющих плосковыпуклую форму, лопатки, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем шарниры размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями (см. США, патент 3892502, НКИ 418/15, 1975).

Достижению требуемого технического результата - повышение эксплуатационных характеристик и надежности работы в более широком диапазоне параметров - в известной роторно-лопастной машине препятствуют, например, значительные пневмогидравлические и механические потери при движении разделительных лопаток-лопастей в радиальных пазах цилиндрического ротора, а также явление заклинивания шарниров и лопаток, имеющее место при высоких коэффициентах трения.

Это наблюдается в результате отклонения профиля поверхности шарнира, взаимодействующей с поверхностью паза ротора, которое может иметь место при удлинении ротора, необходимой для достижения указанных целей, в следствии деформации лопаток-лопастей.

Кроме того, техническое воплощение такой конструкции требует применения определенных конструктивных приемов из-за того, что ось, размещенная в полом роторе и на которой установлены лопатки, тем не менее, закреплена на неподвижном корпусе.

Это усложняет конструкцию машины в целом.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание роторно-лопастной машины, обеспечивающей качественное улучшение эксплуатационных характеристик и увеличение производительности роторно-лопастной машины при одновременном увеличении ее ресурса.

К техническим результатам, получаемым от реализации заявленного изобретения, можно отнести повышение надежности роторно-лопастной машины за счет предотвращения заклинивания взаимодействующих между собой элементов роторно-лопастного механизма, уменьшение трения в рабочих поверхностях трения, уменьшение общих механических потерь и, как следствие, уменьшение пневмогидравлических потерь роторной машины и повышение ее коэффициента полезного действия (КПД).

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что, в роторно-лопастной машине, имеющей неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой, образующей рабочую камеру машины, и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами, установленный в неподвижном корпусе эксцентрично по отношению к расточке неподвижного корпуса, лопатки - лопасти с проушинами, установленные в шарнирах, размещенных, в свою очередь, с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора, согласно изобретению, в неподвижном корпусе выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки, образующие рабочие камеры машины, с окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, смежные расточки корпуса выполнены эксцентрично и/или соосно друг другу, в цилиндрическом роторе выполнено более одной полости с продольными радиальными профилированными пазами, а каждая из полостей цилиндрического ротора совмещена с соответствующей ей внутренней цилиндрической расточкой неподвижного корпуса, при этом, проушины лопаток размещены внутри полостей ротора и установлены на осях, соосных осям каждой из внутренних цилиндрических расточек неподвижного корпуса, и выполненных, в свою очередь, в виде единого кривошипа, оси которого по отношению к смежным частям кривошипа расположены соосно осям каждой из внутренних цилиндрических расточек неподвижного корпуса.

В роторно-лопастной машине оси крайних по отношению ко всему кривошипу его шипов могут быть установлены в полом цилиндрическом роторе так, что ось соответствующего шипа соосна оси полого цилиндрического ротора.

В роторно-лопастной машине шипы, крайние по отношению ко всему кривошипу могут быть установлены в полом цилиндрическом роторе с возможность скольжения в нем.

В роторно-лопастной машине во внутренней цилиндрической расточке неподвижного корпуса может быть выполнена, по крайней мере, одна продольная выемка выполнена, которая в этом случае, может быть выполнена с цилиндрической поверхностью.

Изобретение поясняется чертежами, где,

На Фиг.1 изображен боковой разрез роторно-лопастной машины с выполнением смежных расточек корпуса эксцентрично друг другу.

На Фиг.2 - сечение D-D Фиг.1;

На Фиг.3 - сечение J-J Фиг.1;

На Фиг.4 - сечение E-E Фиг.1;

На Фиг.5 изображен боковой разрез роторно-лопастной машины с размещением шипа кривошипа в полом цилиндрическом роторе с возможность скольжения в нем.

На Фиг.6 изображен боковой разрез роторно-лопастной машины с выполнением смежных расточек корпуса эксцентрично и соосно друг другу - проиллюстрирована инвариантность устройства;

На Фиг.7 - сечение F-F Фиг.6;

На Фиг.8 - сечение G-G Фиг.6;

На Фиг.9 - сечение H-H Фиг.6;

На Фиг.10 изображен боковой разрез роторно-лопастной машины с размещением шипа кривошипа в полом цилиндрическом роторе с возможность скольжения в нем при инвариантном выполнении смежных расточек корпуса.

Для повышения надежности роторно-лопастной машины за счет предотвращения заклинивания взаимодействующих между собой элементов роторно-лопастного механизма, уменьшение трения в рабочих поверхностях трения, уменьшение общих механических потерь в заявленном изобретении применены следующие комплексные и/или альтернативные технические решения.

Роторно-лопастная машина имеет неподвижный корпус 1 с внутренней цилиндрической расточкой 2, образующей рабочую камеру машины, и окнами подвода 3 и отвода 4 рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно (не показано).

Полый цилиндрический ротор 5 с приводом (не показано) и продольными радиальными профилированными пазами 6 установлен в неподвижном корпусе 1 эксцентрично по отношению к расточке 2 неподвижного корпуса 1.

Рабочие лопатки - лопасти 7 с проушинами 8 установлены в шарнирах 9.

Шарниры 9 размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах 6 полого ротора 5.

В неподвижном корпусе 1 выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки 2, образующие рабочие камеры машины, с окнами подвода 3 и отвода 4 рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно.

Смежные расточки 2 корпуса 1 выполнены эксцентрично и/или соосно друг Другу.

В цилиндрическом роторе 5 выполнено более одной полости 10 с продольными радиальными профилированными пазами 6.

Каждая из полостей 10 цилиндрического ротора 5 совмещена с соответствующей ей внутренней цилиндрической расточкой 2 неподвижного корпуса 1.

Проушины 8 лопаток 7 размещены внутри полостей 10 ротора 5 и установлены на осях 11, соосных осям каждой из внутренних цилиндрических расточек 2 неподвижного корпуса 1.

Оси 11 объединены воедино и выполнены, в свою очередь, в виде единого кривошипа, оси которого по отношению к смежным частям кривошипа расположены соосно осям каждой из внутренних цилиндрических расточек 2 неподвижного корпуса 1.

В этом случае, оси 12 крайних по отношению ко всему кривошипу его шипов могут быть установлены в полом цилиндрическом роторе 5 и так, что ось соответствующего шипа соосна оси полого цилиндрического ротора 5.

Шипы, крайние по отношению ко всему кривошипу, могут быть установлены и в полом цилиндрическом роторе 5 и с возможность скольжения в нем.

Во внутренней цилиндрической расточке 2 неподвижного корпуса 1 может быть выполнена, по крайней мере, одна продольная выемка 13, которая в этом случае, может быть выполнена с цилиндрической поверхностью.

Роторно-лопастная машина работает следующим образом.

Рабочая среда перемещается от окна подвода 3 к окну отвода 4 (см. стрелки на фиг.2-4) лопатками 7, которые совершают возвратно поступательные движения относительно ротора 5 при его вращении выдвигаясь и вдвигаясь из шарниров 9, в которых они размещены с зазором или без зазора, но с возможностью скольжения.

Для улучшения эксплуатационных характеристик за счет увеличения длины ротора 5 и надежной работы в более широком диапазоне параметров за счет снижения пневмогидравлических и механических потерь при движении лопаток 7 в радиальных профилированных пазах 6 цилиндрического ротора 5, ось 11 выполнена в виде кривошипа не связанного со статором, а шипы кривошипа 12 установлены в роторе 5 соосно его оси с возможностью скольжения в роторе 5.

Такая фиксация оси 11 лопаток 7 в элементах ротора позволяет избежать перекоса слишком длинной оси в случае ее консольного закрепления в корпусе как у прототипа, и, при необходимости увеличить длину ротора, а также обеспечивает возможность подвода и отвода энергии вращения с обоих концов ротора 5.

При этом с целью дополнительного увеличения производительности машины за счет увеличения длины ротора, в неподвижном корпусе 1 выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки 2, образующих рабочие камеры машины, с окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно.

Непосредственным «масштабированием» достичь заявленного технического результата при фиксированных оборотах привода не представляется возможным, т.к., при этом возрастают линейные скорости скольжения концов лопаток 7 по цилиндрической расточке 2 корпуса 1, что увеличивает интенсивность износа концов лопаток и(или) приводит к необходимости снижения рабочего давления. Непосредственное увеличение длины расточки 2 и внутренней расточки 10 ротора 5 приведет к снижению жесткости (увеличению рабочих деформаций) шарниров 9, что увеличит износ и вероятность заклинивания механизма. Таким образом поставленная задача по увеличению производительности роторно-лопастной машины может быть достигнута выполнением более одной расточки 2 корпуса 1 и выполнением более одной соответствующей внутренней расточки 10 ротора 5, например, 2-х расточек 2 корпуса 1 и соответствующих им внутренних расточек 10 ротора 5, как показано на фиг.3.

Для разгрузки ротора 5 от радиального рабочего давления в неподвижном корпусе 1 внутренние цилиндрические расточки 2 могут быть выполнены эксцентрично, при этом разгрузка ротора осуществляется следующим образом.

При вращении ротора 5 по часовой стрелке в центральных цилиндрических расточках 2 корпуса 1 (см. фиг.3 и 8) окна отвода рабочей среды 4 расположены, например, справа и сила давления действует на ротор справа.

В боковых цилиндрических расточках 2 корпуса 1 выполненных эксцентрично центральной(ых) цилиндрической(их) расточки(ек) (см. фиг.2, 4, 7 и 9) окна отвода рабочей среды 4 расположены, например, слева и сила давления действует на ротор слева.

Таким образом радиальные силы давления в центральной части ротора, действующие справа, в значительной степени компенсируются радиальными силами давления по концам ротора, действующими слева.

Если длина эксцентричных расточек 2 корпуса 1 (см. Фиг.1 и Фиг.6) не критична для жесткости кривошипа 11, то внешние шипы 12 кривошипа 11 могут быть выполнены без опоры в роторе 5. В случае если длина эксцентричных расточек 2 корпуса 1 (см. Фиг.5 и Фиг.10) критична для жесткости кривошипа 11, то внешние шипы 12 кривошипа 11 должны быть выполнены с опорой в роторе 5.

Во внутренней цилиндрической расточке 2 может быть выполнена, по крайней мере, одна продольная выемка 13, которая, может быть выполнена с цилиндрической поверхностью с целью очистки ротора 5, подачи смазки или других целей, при этом ось 11, выполненная в виде кривошипа удерживает лопатки 7 через проушины 8 от попадания в продольную выемку(ки) 13 и заклинивания всего механизма.

Роторно-лопастная машина может быть изготовлена с применением традиционных конструкционных материалов в условиях экспериментального или серийного производства.