ОБЪЕМНАЯ РОТОРНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к роторным машинам объемного вытеснения, и может быть использована в качестве компрессора, детандера, насоса, гидравлического, пневматического и теплового двигателя.
Известна гидравлическая машина, в которой ротор обкатывается на роликах по внутренней поверхности корпуса, очерченной по эквидистантой трохоиде. Обкатка совершается на втулке, в которую входит эксцентрик, т.е. ротор совершает планетарное движение, при этом к впуск и выпуск рабочего тела производится через окна в торцевой части корпуса (Пат. США №5431551 МКИ 6 F 01 C 1/22).
Недостатком этой машины является планетарное движение ротора, приводящее к усложнению конструкции при неизбежном использовании уравновешивающего механизма. Кроме того, расположение окон в торцевой части корпуса приводит к повышенным дроссельным потерям вследствие высоких скоростей рабочего тела в окнах ограниченной площади. Эти факторы снижают кпд машины.
Известна также машина, имеющая сепаратор с внутренним венцом и эксцентрично расположенный ротор с наружным венцом, причем сепаратор имеет на один зуб больше, чем ротор, а зубья одного из венцов образованы роликами, расположенными с возможностью вращения;
ролики имеют на своей поверхности, по меньшей мере, три осепараллельные выемки, с которыми зацепляются зубья другого венца (Пат. DE 4311166 A l, F 04 C 2/10, 1994 г.).
Недостатком этой гидравлической машины является перенос рабочего тела из одной камеры в другую в объемах осепараллельных выемок. Конструкция сепаратора и ротора в этой схеме не позволяет обеспечить эффективное заполнение и выход рабочего тела из рабочих камер. Данные недостатки снижают кпд.
Задачей полезной модели является создание объемной роторной машины, обеспечивающей технический результат, заключающийся в повышении кпд.
Указанная задача достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус с внутренней цилиндрической поверхностью и установленные в нем с возможностью вращения вокруг своих осей и образования при этом рабочих камер ротор с зубьями и сепаратор с роликами, число которых на единицу больше числа зубьев ротора, при этом профиль ротора имеет форму огибающей роликов, катящихся по внутренней цилиндрической поверхности корпуса, а внутренний профиль сепаратора между роликами имеет форму части этой огибающей, соответствующей зубу ротора, т.е. форму этого зуба.
Предпочтительно, чтобы ролики имели диаметр в пределах от 2,0 до 2,1 межосевого расстояния.
На фиг.1 представлен общий вид устройства в продольном разрезе, а на фиг.2 дан разрез в плоскости А-А на фиг.1.
В корпусе 1 расположен сепаратор 2 (см. фиг.2) с торцевыми крышками 3 и 4. В торцевых крышках 3,4 сепаратора установлены ролики 5, вращающиеся на валах 6. Между крышками 3,4 сепаратора установлен ротор 7 на опоре 8 с возможностью вращения. Ось вращения ротора 7 смещена относительно оси вращения сепаратора на расстояние е (см. фиг.2).
Привод 9 роторной машины соединен с валом 10, установленным в крышке 3. В машине выполнена система смазки, включающая маслонасос 11, расположенный в корпусе 1, с маслоподводящими каналами 12, выполненнными в корпусе (см. фиг.1).
На части цилиндрической поверхности корпуса 1 расположено окно 13 (см. фиг.2), которое при выбранном направлении движения рабочего тела является всасывающим.
Нагнетательное окно 14 также находится на части цилиндрической поверхности корпуса.
В компрессорном режиме для сжатия и перемещения рабочего тела машина работает следующим образом. При вращении сепаратора 2 с крышками 3, 4 и установленными в крышках роликами 5 происходит качение роликов 5 по цилиндрической поверхности корпуса 1. Ролики 5 взаимодействуют с зубьями ротора 7, поверхность которого является огибающей семейства роликов 5 в процессе обкатки. Между поверхностями сепаратора 2 с крышками, роликов 5 и корпуса 1 образуются рабочие камеры с переменными по ходу вращения объемами.
На стороне низкого давления камеры соединены с всасывающей полостью через всасывающее окно 13, и в них осуществляется всасывание рабочего тела. На стороне высокого давления происходит нагнетание рабочего тела в нагнетательную полость. В изолированном состоянии в рабочих камерах происходит одновременно внутреннее сжатие и перенос рабочего тела со стороны всасывания на нагнетание.
В процессе обкатки, если диаметр роликов 5 меньше межцентрового двойного расстояния (2-е), зубья ротора 7 в нижней части внедряются в цилиндр корпуса 1, что недопустимо. Если же диаметр роликов больше величины 2,1-е, то образуются большие перевальные объемы, существенно снижающие кпд машины, что ограничивает рекомендуемую область выбора диаметра роликов 5 в указанных пределах.
Использование профиля зубьев ротора 7 в форме огибающей роликов 5, катящихся по внутреннему цилиндру корпуса 1, дает возможность существенно упростить технологию и улучшить точность изготовления профиля ротора, обеспечить малые зазоры в зацеплении с роликами, тем самым, увеличить кпд.
При уплотнении объемов рабочих камер в соединении подвижных элементов преобладает трение качения, что снижает механические потери и улучшает кпд. Потери мощности на трение по плоскостям крышек 3,4
сепаратора и ротора 7 невелики ввиду малых скоростей взаимного скольжения.
Профилирование сепаратора 2 в форме части огибающей зубьев ротора 7 обеспечивает большую площадь на входе и выходе рабочего тела из рабочих камер. Это снижает скорости, уменьшает дроссельные потери. Выбор диаметра роликов 7 в диапазоне (2,0-2,1)-е дает возможность осуществить качение роликов по внутреннему цилиндру корпуса 1 и уменьшить перевальные объемы рабочих камер, что способствует повышению кпд.
При работе объемной машины в качестве насоса конфигурация и размеры всасывающего и нагнетательного окон 13 и 14 выбираются таким образом, чтобы обеспечить перемещение жидкости из полости всасывания в полость нагнетания без уменьшения объема рабочих камер, находящихся в изолированном состоянии при переносе.
В режиме детандера, гидравлического, пневматического или теплового двигателя подача рабочего тела производится на стороне высокого давления, а выход - на стороне низкого давления. Привод машины в этом случае соединен с тормозом или приемником освобождающейся механической энергии.