МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к области компрессоростроения и вакуумной техники.
Известна машина объемного действия, содержащая цилиндр с размещенным в нем ротором [1].
К недостатку подобных машин следует отнести сложную организацию работы при сжатии и перекачке (в т.ч. откачке) осушенных газов, так как изменение объема в этих машинах осуществляется при использовании разделительных элементов, совершающих перемещение при активном контакте с вращающимися и неподвижными поверхностями, в связи с чем, при работе без смазки они быстро изнашиваются, теряют работоспособность, а продукты износа загрязняют рабочий газ.
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 [2].
К недостатку данной конструкции относятся ее большие габариты, так как оба ротора расположены в одной плоскости. При этом расстояние между осями роторов входит в общую цепь размеров, обеспечивающих герметичность стыка между роторами, в связи с чем, даже незначительная погрешность при изготовлении или потеря точности при износе подшипниковых узлов приводит к резкому ухудшению экономичности машины. Кроме того, в данной конструкции очень сложно организовать многоступенчатое сжатие, так как, такая попытка приводит к резкому росту массогабаритных
характеристик и дополнительно существенно усложняет технологию изготовления. Еще одним существенным недостатком является малая ремонтопригодность машины, так как очень сложно восстанавливать фасонные поверхности роторов и межцентровое расстояние в подшипниковых узлах. Кроме того, уплотнение рабочих полостей в этих машинах происходит по линии, образованной при контактировании цилиндрических поверхностей при противоположно направленных радиусах, что снижает экономичность за счет увеличенных утечек.
Задачей изобретения является сокращение массогабаритных характеристик, повышение ремонтопригодности и экономичности машины.
Указанная задача достигается 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 один из торцов вспомогательного ротора, обращенный в сторону цилиндра, расположен относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 дано фронтальное изображение машины объемного действия, на фиг.2 - сечение по оси основного ротора, на фиг.3 показано фронтальное изображение машины объемного действия в момент времени, когда выступ основного ротора размещен во впадине вспомогательного ротора.
Машина объемного действия состоит из пластины 1, цилиндра 2, в котором концентрично размещен основной ротор 3 с выступом 4. Наружная поверхность выступа 4 имеет радиус, равный радиусу цилиндра 2. Основной ротор 3 установлен неподвижно на приводном валу 5. Цилиндрическая поверхность основного ротора 3 с торцевой поверхностью 6 вспомогательного ротора 7 образует герметичный бесконтактный стык. Основной и вспомогательный роторы 3 и 7 размещены таким образом, что их оси скрещиваются,
а плоскость вращения вспомогательного ротора 7 находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора 3. Торцевая поверхность 6 вспомогательного ротора 7, обращена в сторону цилиндра 2 и расположена относительно оси вращения основного ротора 3 на расстоянии, равном радиусу основного ротора 3. Вспомогательный ротор 7 имеет впадину 8 для размещения в ней выступа 4 основного ротора 3. Вспомогательный ротор 7 расположен на валу 9 и жестко связан с ним. С фронтальной стороны цилиндр 2 снабжен крышкой 10, в которой расположено всасывающее окно 11. Нагнетательный клапан 12 размещен с противоположной стороны цилиндра 2 в теле корпуса 13. Зубчатое зацепление 14-15 служит для синхронизации вращения приводного вала 5 основного ротора 3 и вала 9 вспомогательного ротора 7. Полость 16, образованная корпусом 13 и торцевой стенкой 17, служит ресивером, при этом проходное сечение нагнетательного клапана 12 соединено с этой полостью каналом в теле корпуса 13 (на рисунке не показан).
Машина работает следующим образом. При вращении основного ротора 3 по часовой стрелке перед выступом 4 образуется область сжатия-нагнетания, а позади выступа 4 -область всасывания. В то же время, торцевая поверхность 6 вспомогательного ротора 7 образует герметичный стык с цилиндрической поверхностью основного ротора 3 и отсекает полость всасывания от полости сжатия-нагнетания. Объем полости сжатия-нагнетания при вращении основного ротора 3 уменьшается, находящийся в этой полости газ сжимается и вытесняется через нагнетательный клапан 12 потребителю, а позади выступа 4, по мере вращения основного ротора 3, происходит увеличение полости всасывания. Далее выступ 4 перекрывает окно нагнетательного клапана 12. Нагнетательный клапан 12 закрывается в связи с тем, что поступление к нему газа под давлением прекращается, процесс всасывания в это же время продолжается. Затем выступ 4 входит во впадину
8 вспомогательного ротора 7. После прохождения впадины 8 вспомогательного ротора 7 выступ 4 основного ротора 3 перекрывает всасывающее окно 11. Процесс всасывания при этом на время прекращается, а газ перед выступом 4 начинается сжиматься. Далее цикл работы повторяется.
Описанная машина объемного действия имеет улучшенные массогабаритные характеристики по сравнению с машинами такой же производительности, так как основной и вспомогательный роторы расположены не в одной, а во взаимно перпендикулярных плоскостях.
В предложенной конструкции герметизация стыка между основным и вспомогательным роторами происходит при сближении плоскости и цилиндрической поверхности (у известных - при сближении двух цилиндрических поверхностей), что, безусловно, позволяет существенно снизить перетечки из области сжатия-нагнетания в полость всасывания и таким образом повысить экономичность машины.
Повышение ремонтопригодности обеспечивается тем, что легче восстановить торцевую поверхность 6 вспомогательного ротора 7 путем чистовой обработки, чем восстановить фасонные поверхности роторов у известных машин.
Кроме того, описанная машина более устойчива и, поэтому, менее подвержена вибрациям, что положительно сказывается на ресурсе работы.
Допускается больший износ зубчатых колес в зубчатом зацеплении 14-15, что повышает ресурс работы описанной машины объемного действия.
Компенсация неточностей изготовления и износа может быть легко осуществлена шлифовкой торца корпуса 13 в сборе с пластиной 1, торцевой стенкой 17, крышкой 10 для обеспечения более "плотной" посадки вспомогательного ротора 7.