РОТАЦИОННАЯ МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ
ROTARY VOLUMETRIC ACTION MACHINE

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при создании компактных агрегатов для одновременного и попеременного сжатия жидкостей и газов до средних давлений.
Известна ротационная машина объемного действия, содержащая ротор с пластинами, установленный в цилиндре с образованием двух серповидных пространств, соединенных с источником и потребителем сжимаемой рабочей среды и перекрытых торцевыми крышками (см. книгу Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение, 1971, рис. 99 на стр. 209 и рис. 100 и 101 на стр. 211).
Известна также ротационная машина объемного действия, имеющая цилиндр с торцовыми крышками с установленным в цилиндре ротором с пазами и пластинами с образованием двух серповидных камер, имеющих зоны нагнетания и всасывания, причем одна камера соединена окнами с источником и потребителем жидкости, а другая - с источником и потребителем газа, а ротор установлен в цилиндре с образованием двух уплотнительных щелей, образованных наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью цилиндра, и разделяющих серповидные камеры (А.С. СССР №848755 «Ротационно-пластинчатый компрессор», МКИ F04C 18/00, F04C 29/00, опубл. 23.07.1981, бюл. №27).
Недостатком известных конструкций является невозможность получения относительно чистых сжатых газов в связи с большим количеством жидкости, проникающей из камеры для ее сжатия в камеру для сжатия газа, т.к. уплотнения в виде протяженной щели малой высоты не могут сдержать полностью уплотняемые потоки. Кроме того, сжатый газ также проникает в камеру для сжатия жидкости, что увеличивает содержание газа в сжатой жидкости и негативно влияет на характеристики гидравлической линии, которую питает ротационная машина. Все это вместе взятое снижет эффективность ее работы.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы машины объемного действия путем снижения количества жидкости в сжатом газе и газа в сжатой жидкости.
Указанная задача решается тем, что в ротационной машине объемного действия, имеющей цилиндр с торцовыми крышками с установленным в цилиндре ротором с пазами и пластинами с образованием двух серповидных камер, имеющих зоны нагнетания и всасывания, причем одна камера соединена окнами с источником и потребителем жидкости, а другая - с источником и потребителем газа, а ротор установлен в цилиндре с образованием двух уплотнительных щелей, образованных наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью цилиндра, и разделяющих серповидные камеры, согласно изобретению пределах длины уплотнительных щелей вдоль их цилиндрической поверхности на поверхности цилиндра размещены канавки, соединенные с канавками на торцовых крышках, причем канавка, расположенная в зоне щели, отделяющей зону нагнетания жидкости от зоны всасывания газа соединена с линией нагнетания газа, а канавка, расположенная в зоне щели, отделяющей зону нагнетания газа от зоны всасывания жидкости - с линией нагнетания жидкости. Канавки на поверхности цилиндра могут быть расположены под углом к его образующей, а канавки на торцовых крышках могут быть расположены под углом к линии радиуса ротора, проведенной через любую часть канавки.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено продольное сечение машины плоскостью, параллельной торцовым поверхностям ротора.
На фиг. 2 Показано поперечное сечение машины плоскостью, проходящей через стяжные болты и параллельной оси вращения ротора. Сечение ротора на этом чертеже условно не показано.
На фиг. 3 показано сечение машины по плоскости внутренней поверхности одной из торцовых крышек.
Машина состоит из цилиндра 1, в котором установлен ротор 2 с пазами 3, в которых размещены пластины 4, подпружиненные пружинами 5. Ротор 2 образует с цилиндром 1 две серповидные камеры 6 и 7, причем камера 6 соединена с источником жидкости через всасывающее окно 8, находящееся в зоне всасывания жидкости, и с потребителем жидкости через нагнетательное окно 9, находящееся в зоне нагнетания жидкости, линию нагнетания 10 и рубашку охлаждения 11, выполненную в виде сквозного паза в теле цилиндра 1, а камера 7 соединена с источником газа через всасывающее окно 12, находящееся в зоне всасывания газа, а с потребителем газа - через нагнетательное окно 13, находящееся в зоне нагнетания газа. Ротор 2 установлен в цилиндре 1 с образованием наружной цилиндрической поверхностью ротора и ответной внутренней поверхностью цилиндра, находящейся между серповидными камерами 6 и 7, двух уплотнительных щелей 14 и 15, разделяющих серповидные камеры 6 и 7, причем щель 14 отделяет зону нагнетания жидкости от зоны всасывания газа, а щель 15 отделяет зону нагнетания газа от зоны всасывания жидкости.
В пределах длины уплотнительных щелей 14 и 15 вдоль их цилиндрической поверхности на поверхности цилиндра 1 размещены канавки 16 и 17. Канавка 16 соединена с канавками 18 и 19, находящихся соответственно на торцовых крышках 20 и 21 (канавка 19 - с внутренней стороны, показана штриховой линией). Канавка 16, расположенная в зоне щели 14, отделяющей зону нагнетания жидкости от зоны всасывания газа, соединена каналом 22 с линией нагнетания газа, а канавка 17, расположенная в зоне щели 15, отделяющей зону нагнетания газа от зоны всасывания жидкости - с линией нагнетания жидкости через канал 23 (см. также фиг. 2 и 3). Вся конструкция машины стянута в пакет болтами 24. Ротор 1 приводится во вращение валом 25. На торцовой крышке 20 имеется канавка 26 (см. также фиг. 3), а на крышке 21 (с внутренней стороны) - канавка 27 (как и канавка 19 показана на фиг. 1 и 3 штриховой линией). Обе канавки 26 и 27 соединены с канавкой 17 так же, как канавки 18 и 19 соединены с канавкой 16, что показано на фиг. 2.
Канавки 16 и 17 на поверхности цилиндра 1 расположены под углом к его образующей, а канавки 18, 19 и 26, 27 - на торцовых крышках расположены под углом к линии радиуса ротора, проведенной через любую часть канавки.
Машина работает следующим образом (фиг. 1). При вращении ротора 2 пластины 4, будучи прижатыми к серповидным поверхностям камер 6 и 7 пружинами 5 и силами инерции, создают в этих полостях движущиеся по окружности межпластинчатые камеры переменного объема, в результате чего жидкость всасывается из окна 8 (при этом межпластинчатый объем увеличивается с созданием разрежения), переносится к нагнетательному окну 9 (при этом межпластинчатый объем уменьшается, что приводит к сжатию жидкости до давления нагнетания), и выталкивается через это окно потребителю.
Одновременно на противоположной стороне в серповидной камере 7 в зоне всасывающего окна 12 происходит увеличение межпластинчатого объема, появляется разрежение, и газ всасывается в этот объем через окно 12. Далее при вращении ротора 2 объем между пластинами уменьшается, происходит сжатие газа, и он выталкивается потребителю через нагнетательное окно 13.
При небольших давлениях жидкости и газа (порядка 2-4 бар) наличие уплотнительных щелей 14 и 15 и торцовых щелей (между торцовыми поверхностями ротора 2 и крышками 20 21) достаточно для предотвращения проникновения газа в жидкость (из зоны нагнетания газа через щель 15 в зону всасывания жидкости) и жидкости в газ (из зоны нагнетания жидкости через щель 14 в зону всасывания жидкости). Практически высота указанных щелей (радиальных и торцовых) при современных методах чистовой обработки и селективной сборки может составлять 20-30 мкм и менее. В то же время существенного нагрева ротора 2 не может происходить из-за передачи ему теплоты сжатия газа, т.к., во-первых, степень повышения давления газа при низком давлении газа невелика, и, во-вторых, поверхность ротора постоянно контактирует с жидкостью, которая имеет, как правило, температуру, близкую к температуре окружающей среды. Кроме того, в конструкции машины предусмотрено и принудительное охлаждение компрессорной части цилиндра 1 путем пропускания жидкости через тело цилиндра в зоне серповидной полости 7 (через рубашку охлаждения 11), в которой происходит сжатие газа.
При средних давлениях (порядка 15-30 бар для жидкости и 10-12 бар для газа) для предотвращения существенного взаимопроникновения жидкости в газ и газа в жидкость служат канавки 16, 17, 18, 19 и 26, 27, которые выполняют функции газового и гидравлического затвора. Давление нагнетания газа, передаваемое в канавку 16 и из нее в канавки 18 и 19 выполняет функция газового затвора, предотвращающего значительное перетекание жидкости со стороны нагнетания полости 6 на всасывание полости 7, а давление нагнетания жидкости, передаваемое из зоны ее нагнетания в канавку 17 и из нее в канавки 26 и 27, образует гидравлический затвор, предотвращающий попадание сжатого газа из зоны его нагнетания полости 7 в зону всасывания жидкости в полости 6.
Расположение вышеуказанных канавок под углом к радиальной и торцовой поверхностям пластин 4 позволяют использовать достаточно широкий профиль канавок, при этом пластины 4 не могут «закусывать» края канавок и изнашиваться об их края.
Таким образом, предложенная конструкция машины объемного действия позволяет одновременно сжимать газ и жидкость с высокой эффективностью за счет активного охлаждения рабочих поверхностей ротора и цилиндра в зоне сжатия газа, и при этом обеспечивая минимально возможное проникновение газа в жидкость и жидкости в газ.
Таким образом, следует признать, что поставленная техническая задача полностью решена.