РОТАЦИОННАЯ МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ
DISPLACEMENT ROTARY MACHINE

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использована для сжатия и подачи потребителю газов и жидкостей под давлением.
Известна ротационная машина объемного действия, содержащая 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, отличающаяся тем, что 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 полезную модель №43925, F04C 29/04, опубл. 10.02.2005, бюл. №4).
Известна также машина объемного действия, содержащая 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 размещены в корпусе относительно друг друга с зазором, причем плоскость вращения вспомогательного ротора выполнена под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, а торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, отличающаяся тем, что выступ основного ротора выполнен в виде вкладыша, размещенного в пазу основного ротора, а этот ротор снабжен сквозным дополнительным пазом, расположенным на одной оси с пазом основного ротора (патент РФ на полезную модель №113543, МПК F04C 3/02, F04C 18/50, опубл. 20.02.2012).
Недостатком известных конструкций является высокая стоимость их ремонта, что связано с применением в кинематической связи основного и вспомогательного роторов конической зубчатой передачи, в которой при износе одной шестерни приходится менять всю пару (см., например, кн. Д.П. Мерчанский. «Зуборезное дело», Л.: Машиностроение, 1969, с. 27, 28). Кроме того, конические передачи весьма чувствительны к углу передачи крутящего момента, и малейшее изменение этого угла (в данном случае - угла в 90° между осями основного и вспомогательного ротора), в результате неточности изготовления и сборки, может привести к невозможности установки шестерен или к их быстрому износу.
Задачей изобретения является повышение ремонтопригодности и ресурса работы, а также упрощение технологии изготовления и сборки машины.
Указанная задача решается тем, что в ротационной машине объемного действия, содержащей 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, причем основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, а торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, согласно изобретению одна из шестерен кинематической связи, обеспечивающих синхронное вращение основного и вспомогательного ротора, выполнена в виде цилиндрической прямозубой шестерни, а другая - в виде П-образной чашки, стенки которой содержат зубья, количество которых равно количеству зубьев цилиндрической шестерни.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 дано фронтальное изображение примера выполнения одноступенчатой машины объемного действия, на фиг. 2 - ее сечение по оси ротора.
Машина объемного действия состоит (см. фиг. 1 и 2) из пластины 1, содержащей рабочий, цилиндр 2, в котором концентрично размещен основной ротор 3 с выступом 4 (далее выступом-вкладышем 4), наружная поверхность которого имеет радиус, равный радиусу цилиндра 2. Выступ-вкладыш 4 зафиксирован штифтами в пазу основного ротора 3. Ротор 3 зафиксирован шпонкой на приводном валу 5 и при вращении своей цилиндрической поверхностью касается плоскости вспомогательного ротора 6. Оси основного 3 и вспомогательного 6 роторов скрещиваются, плоскость вращения вспомогательного ротора 6 находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора 3, а торцевая поверхность вспомогательного ротора 6, обращенная в сторону цилиндра 2, расположена относительно оси вращения основного ротора 3 на расстоянии, равном радиусу основного ротора R, и имеет впадину 7 с формой, позволяющей выступу-вкладышу 4 проходить в ней при синхронном вращении роторов 3 и 6. Вращение ротора 6 осуществляется вместе с осью 8. С фронтальной стороны цилиндр 2 перекрыт крышкой 9, в которой расположено всасывающее окно 10 и нагнетательный клапан 11. Кинематическая связь в виде зубчатого зацепления шестерен (далее зубчатых  колес 13, 14) служит для синхронизации вращения вала 5 и оси 8 и соответственно - роторов 3 и 6. При этом зубчатое колесо 14 представляет собой обычную цилиндрическую прямозубую шестерню с делительной окружностью диаметром D, а зубчатое колесо 13 выполнено в виде чашки П-образной формы, стенки которой содержат зубья, количество которых равно числу зубьев колеса 14, а средний диаметр d зубьев колеса 13 примерно равен диаметру D колеса 14. Полость 15, образованная корпусом 12 и пластиной 16, может служить ресивером, при этом проходное сечение нагнетательного клапана 11 может быть соединено с этой полостью каналом в теле корпуса 12 (не показан).
Машина работает следующим образом (см. фиг. 1 и 2). При вращении ротора 3, например по часовой стрелке, выступ-вкладыш 4 сначала перекрывает всасывающее окно 10, а затем проходит и освобождает его. При этом позади выступа 4 по мере дальнейшего вращения ротора 3 происходит увеличение полости всасывания, которая заполняется жидкостью или газом. В это же время нижний торец ротора 6, находясь на минимально возможном расстоянии от цилиндрической поверхности ротора 3, отсекает образовавшуюся полость всасывания от левой части цилиндра 2, находящейся в зоне нагнетательного клапана 11 (между клапаном и приближающимся к нему выступом-вкладышем 4). При этом данная полость при вращении ротора 3 уменьшается, находящийся в ней газ или жидкость сжимается и вытесняется через нагнетательный клапан 11 потребителю. Далее выступ 4 перекрывает нагнетательный клапан 11, который при этом закрывается в связи с отсутствием поступления к нему газа или жидкости под давлением, и начинает входить во впадину 7, приближающуюся при вращении ротора 6. Далее цикл работы повторяется.
а
В данной конструкции неточность изготовления размера б (расстояние от оси колеса 13 до середины профиля зубьев колеса 14) не может повлиять на ее работоспособность, т.к. возможная погрешность изготовления и монтажа, а также радиальное биение зубчатого венца колеса 14 легко компенсируются конструктивно - а именно - увеличением против расчетного ширины зубчатого венца колеса 14. Практически не оказывает на работоспособность зубчатого зацепления и неточность изготовления и монтажа размера  (расстояние от оси колеса 14 до делительной окружности зубчатого венца колеса 13), т.к. эта неточность приведет лишь к необходимости заранее увеличить протяженность вдоль окружности впадины 7. Кроме того, технологически чрезвычайно просто выдержать прямой угол (90° между осью зубчатого колеса и профилем зуба) при изготовлении зубчатых колес 13 и 14, что позволяет полностью выполнить условие взаимозаменяемости при установке «запасных» зубчатых колес во время ремонта.
Таким образом, предложенная конструкция повышает ремонтопригодность и, следовательно, общий ресурс работы машины, а также обеспечивает упрощение технологию ее изготовления и сборки.