РОТОРНО-ЛОПАСТНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к роторным машинам с лопастными рабочими органами, и применяется в различных областях народного хозяйства.
Известна роторная машина (патент Германии №2913608, кл. F01C 3/06, 1980 г.). содержащая цилиндрический корпус и размещенные в нем неподвижно закрепленные на валу диск с радиальными лопастями и дисковый разделитель, в пазах которого размещены лопасти, при этом ось вращения дискового разделителя расположена под острым углом к оси вала.
Недостатками этой роторной машины являются сложность уплотнения в пазах дискового разделителя и низкий КПД из-за утечек в уплотнителях.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, и известным из существующего уровня техники является роторная машина (см. патент РФ №1767200. кл. F01C 3/00, 1992 г.), содержащая полный корпус в виде шарового пояса с торцевыми коническими стенками, соосными шаровому поясу и обращенными вершинами друг к другу, и втулку, выполненную в виде шарового пояса, распложенную внутри корпуса и снабженную дисковым разделителем. При этом лопасть размещена в ответном пазу дискового разделителя и связана с ним посредством двух сегментных втулок. Вал ротора расположен под углом к оси корпуса, а ось вала проходит через общий центр шарового пояса корпуса и втулки, расположенный в корпусе с возможностью вращения вокруг оси.
Недостатками данной разработки являются, во-первых, сложность конструкции, во-вторых, высокое контактное напряжение, передаваемое лопастью дисковому разделителю, жестко связанному с валом, и, как следствие, невысокая надежность в узле трения и низкий механический КПД. В-третьих, нужны распределительные механизмы, управляющие впуском, выпуском рабочего тела.
Задачей заявленного технического решения является создание роторно-лопастной машины простой конструкции, обеспечивающей качественное улучшение эксплуатационных характеристик и увеличение производительности роторно-лопастной машины при одновременном увеличении ее ресурса.
К техническим результатам, получаемым от реализации заявленного технического решения, можно отнести упрощение конструкции, повышение надежности роторно-лопастной машины и повышение ее коэффициента полезного действия (КПД).
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем. что роторно-лопастная машина, содержащая корпус с внутренней шаровой полостью, в котором размещен ротор с дисковым разделителем, имеющим пазы, согласно полезной модели, содержит корпус с внутренней шаровой полостью, заключенной между двумя усеченными коническими поверхностями крышек и усеченной поверхности шарового ротора роторно-лопастного вала, на поверхности которого жестко установлены две лопасти, которые в свою очередь проходят сквозь пазы дискового разделителя и уплотняются сегментными уплотняющими элементами дискового разделителя, находящегося на посадке усеченного шарового ротора роторно-лопастного вала. Ось вращения дискового разделителя наклонена к оси вращения роторно-лопастного вала. Наклон оси вращения дискового разделителя фиксируется кольцевой канавкой корпуса с возможностью его вращения. Крышки, установленные на корпус, торцом усеченного конуса ограничивают осевое смещение роторно-лопастного вала, концы которого выходят через осевые отверстия в крышках. В осевых отверстиях крышек подшипники скольжения или качения для опоры роторно-лопастного вала условно не показаны.
При вращении роторно-лопастного вала периферийная поверхность лопастей соприкасается с конической поверхностью крышек и с внутренней шаровой поверхностью корпуса, при этом за счет лабиринтного уплотнения выполненного по периферии лопастей происходит герметизация зазоров. При этом лопасти взаимодействуют с дисковым разделителем, вращая его, боковые поверхности которого по касательной скользят по конической поверхности крышек. На конической поверхности крышек по месту касания дискового разделителя установлен уплотняющий элемент, прижимаемый пружиной к дисковому разделителю. По сторонам от уплотняющего элемента в крышках выполнены впускные и выпускные окна.
При вращении роторно-лопастного вала две лопасти и дисковой разделитель с непараллельной осью вращения делят внутреннюю полость на восемь рабочих камер с циклически изменяемыми объемами, что позволяет роторно-лопастной машине работать в качестве насоса, компрессора или двигателя.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена роторно-лопастная машина, продольный разрез, общий вид.
На фиг. 2 - то же, корпус, продольный разрез, общий вид.
На фиг. 3 - то же, разрез А-А на фиг. 2.
На Фиг. 4 - то же, вид А на фиг. 2.
На Фиг. 5 - то же, вид Б на фиг. 2.
На Фиг. 6 - то же то же, корпус, продольный разрез, общий вид.
На Фиг. 7 - то же то же, крышка, общий вид.
На Фиг. 8 - то же то же, крышка, разрез В-В на фиг. 7.
На Фиг. 9 - то же, дисковый разделитель, общий вид.
На фиг. 10 - то же, дисковый разделитель, разрез Г-Г на фиг.9.
На фиг. 11 - то же, роторно-лопастной вал, общий вид.
На фиг. 12 - то же, роторно-лопастной вал, вид В на фиг. 11.
Позиции обозначают: корпус (1); крышки (2) и (3); вал (4); усеченный шаровой ротор (5); лопасть (6); дисковый разделитель (7); уплотняющий элемент (8); пружины (9); рабочая камера (10); впускные/ выпускные окна (11), впускные/выпускные окна (12); рабочая камера (13); впускные/выпускные окна (14, 15); сегментные уплотняющие элементы (16) дискового разделителя, сухари (17); специальные болты (18); лабиринтное уплотнение (19).
Роторно-лопастная машина содержит разъемный цилиндрический корпус (1) и состоит из двух симметричных частей. Плоскость разъема корпуса (1) выполнена под углом α к оси вращения вала (4) и проходит через геометрическую ось внутренней шаровой полости. На плоскости разъема выполнена кольцевая канавка для посадки дискового разделителя (7).
В цилиндрический корпус (1) установлен вал (4) с усеченным шаровым ротором (5), на который через 180° жестко установлены две лопасти (6), по периметру которых выполнено лабиринтное уплотнение (19) и дисковой разделитель (7), находящийся на посадке усеченного шарового ротора (5). Лопасти (6) усеченного шарового ротора (5) проходят сквозь пазы дискового разделителя (7) и уплотняются сегментными уплотняющими элементами (16) дискового разделителя (7), установленного в кольцевую канавку корпуса (1) с возможностью вращения в ней. Ось симметрии дискового разделителя (7) и геометрический центр усеченного шарового ротора (5) с лопатками (6) имеют совмещенный геометрический центр с внутренней шаровой поверхностью корпуса (1).
Крышки (2) и (3) имеют впускные/выпускные окна (11), (12), (14), (15). Осевые отверстия крышки служат подшипником для опоры роторно-лопастного вала (подшипник не показан). Через осевые отверстия крышки (2, 3) выведены концы роторно-лопастного вала (4). На усеченную коническую поверхность крышки (2, 3) установлен уплотняющий элемент (8) с пружиной (9), который плотно прижимается к торцу дискового разделителя (7).
На шаровую поверхность (5) и лопасти (6) роторно-лопастного вала (4) устанавливается дисковый разделитель (7) с уплотняющими элементами (16), после чего вся конструкция устанавливается в одну из половин корпуса (1), где дисковый разделитель (7) вставляется в кольцевую канавку, и затем две половины корпуса соединяются вместе и фиксируются штифтами.
На концы роторно-лопастного вала (4) надевают крышки (2 и 3) и присоединяют их к торцам корпуса, фиксируя штифтами. Корпус (1) с крышками (2 и 3) стягивают шпильками. Штифты и шпильки условно не показаны. Крышка (3) повернута вокруг оси на 180° относительно крышки (2). На крышках (2 и 3) выполнены окна (11, 14 и 12, 15) и установлены уплотняющие элементы (8) и пружины (9). Окна могут быть как впускными, так и выпускными в зависимости от направления вращения роторно-лопастного вала (4).
Уплотняющий элемент (8) крышки (2 и 3) прижимается пружинами (9) к торцу разделительной шайбы 7, которая делит внутреннюю полость корпуса 1 на две рабочие камеры (10 и 13). Лопасти (6), проходящие через дисковый разделитель (7), уплотняемыми сегментными уплотняющими элементами (16) делят рабочие камеры (10 и 13) на восемь рабочих камер.
Устройство работает следующим образом.
При вращении роторно-лопастного вала 4 лопасти 6, жестко соединенные с усеченным ротором 5 (см фигуры 4; 5; 9; 10; 11; 12), взаимодействуют через сегментные уплотняющие элементы (16) с дисковым разделителем (7), ось вращения которого наклонена к оси вращения вала (4) на угол α. Дисковый разделитель (7) совершает возвратно-поступательное перемещение по лопасти (6), тем самым изменяя объемы рабочих камер. Благодаря этому рабочее тело поступает за счет вакуума в увеличивающиеся объемы рабочих камер и вытесняется за счет избыточного давления из-за уменьшения этого объема.