РОТОРНАЯ ОБЪЕМНАЯ МАШИНА
MASSIVE ROTARY MACHINE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к роторным машинам с непараллельными осями вращения ротора и поршней, которые могут использоваться в качестве насосов, гидроприводов и т.д., в частности в многоступенчатых погружных насосах.
Из уровня техники известна роторная объемная машина, содержащая корпус, рабочая поверхность которого выполнена в виде сегмента сферы, ротор с концентричной поверхностью, кольцевую концентрическую рабочую полость, образованную корпусом и ротором, разделитель, выполненный в виде наклонной шайбы, геометрическая ось которой наклонена к геометрической оси вращения ротора, установленной неподвижно в корпусе, и разделяющей рабочую полость на две части, причем на рабочей поверхности ротора выполнен, по меньшей мере, один паз вдоль его геометрической оси, пересекающий перпендикулярно геометрическую ось ротора, поршень, выполненный в виде, по меньшей мере, части диска, частично выступающего в рабочую камеру для ее перекрытия, при этом в каждой выступающей части поршня имеется прорезь для прохода разделителя, в который установлен, по меньшей мере, один уплотняющий синхронизирующий элемент. Корпус машины состоит из двух в основном симметричных частей, разделенных плоскостью, проходящей вдоль оси (см., например, патент RU 2376478, F01C 3/06, 2008). Данная машина взята за прототип.
Недостатком такой машины является сложность изготовления ротора, имеющего две соосные сферы, а также невозможность обеспечить ступенчатость конструкции из-за расположения окон входа и выхода с одной стороны.
Задачей изобретения является обеспечение ступенчатости конструкции и повышение надежности машины путем уменьшения влияния действия механических примесей за счет конструктивного обеспечения подачи рабочего тела в камеру через ротор.
Указанный технический результат достигается тем, что в роторной объемной машине, содержащей корпус с окнами входа и выхода рабочего тела, состоящий из двух частей и имеющий сферическую рабочую поверхность, установленный в корпусе с возможностью вращения ротор с пазом на рабочей поверхности, ориентированным вдоль его геометрической оси вращения, разделитель, выполненный в виде наклонной шайбы, геометрическая ось которой наклонена к геометрической оси вращения ротора, установленный неподвижно в корпусе и разделяющий рабочую камеру на две части, поршень, выполненный в виде, по меньшей мере, части диска, частично выступающего в рабочую полость для ее перекрытия и имеющего в каждой выступающей части прорезь для прохода разделителя, в которой размещен уплотняющий синхронизирующий элемент, согласно изобретению, рабочая поверхность корпуса выполнена в виде цилиндрического канала и сегмента сферы с диаметром, превышающим диаметр цилиндрического канала, по разные стороны корпуса вдоль его оси расположены, по крайней мере, по одной полости для входа и выхода рабочего тела, изолированные друг от друга, вокруг корпуса концентрично размещена оправка с образованием окон входа и выхода между внутренней стенкой оправки и полостями, выполненными в корпусе, рабочая поверхность ротора образована сферой с диаметром, равным или меньшим диаметра отверстия разделителя, и двумя коническими поверхностями с углами наклона, соответствующими углу наклона разделителя, при этом ротор снабжен, по крайней мере, одной полостью для входа в рабочую камеру и одной полостью для выхода из рабочей камеры.
Корпус роторной объемной машины может быть выполнен из двух частей, разделенных сечением, проходящим по плоскости установки разделителя. Кроме того, в каждой прорези поршня может быть установлен отдельный уплотняющий синхронизирующий элемент. Для ограничения смещения корпуса в осевом направлении ротор по периферии дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним цилиндрическим буртом.
В отличие от прототипа в предлагаемой роторной машине осевые нагрузки воспринимаются не сферической поверхностью, а цилиндрическими буртами, что облегчает изготовление ротора, а рабочая жидкость подается через корпус в ротор и отводится ротором в корпус вдоль оси машины.
Изобретение поясняется при помощи эскизов, причем для удобства восприятия на эскизах машина расположена входом рабочего тела сверху, выходом снизу, вращение условно принято против часовой стрелки при виде сверху.
На фиг.1 представлена в изометрии ступень объемно-роторной машины со снятой половиной корпуса, при этом для улучшения понимания оправка условно разрезана сечением.
На фиг.2 представлен в изометрии внешний вид объемно-роторной машины, вид сверху.
На фиг.3 представлен в изометрии внешний вид объемно-роторной машины, вид снизу.
На фиг.4 представлен в изометрии внешний вид двух частей корпуса, в одной из частей корпуса установлен разделитель.
На фиг.5 представлен в изометрии внешний вид ротора с разнесенными поршнем и синхронизирующими элементами.
На фиг.6 представлен в изометрии внешний вид поршня и синхронизирующих элементов с увеличенной опорной поверхностью.
На фиг.7 представлен в изометрии внешний вид поршня, состоящего из двух частей и одного синхронизирующего элемента.
На фиг.8 представлен в изометрии внешний разнесенный вид объемно-роторной машины с корпусом, рассеченным по плоскости разделителя.
На фиг.9 представлена в изометрии роторная объемная машина из четырех ступеней со снятыми половинами корпусов, при этом для улучшения понимания оправка и труба условно разрезана сечением.
На эскизах:
1 - корпус;
2 - разделитель;
3 - ротор;
4 - поршень;
5 - синхронизирующий элемент;
6 - оправка;
7 - геометрическая ось корпуса;
8 - цилиндрический канал корпуса;
9 - сфера корпуса;
10 - полость корпуса для входа рабочего тела;
11 - полость корпуса для выхода рабочего тела;
12 - окна подвода рабочего тела в ротор;
13 - окна выхода рабочего тела из ротора;
14 - окна входа;
15 - окна выхода;
16 - отверстие разделителя;
17 - сфера ротора;
18 - конические поверхности ротора;
19 - полости ротора для входа и выхода в/из камеру(ы);
20 - рабочая камера;
21 - паз ротора;
22 - опорный бурт ротора.
23 - рабочая камера;
24 - прорези поршня для прохода разделителя;
25 - отверстие поршня.
Роторная объемная машина содержит корпус 1, разделитель 2, цилиндрический ротор 3, поршень 4 с уплотняющими синхронизирующими элементами 5, оправку 6 (фиг.1, 6, 9). Корпус 1, имеющий ось 7, собран из двух частей, рабочая поверхность выполнена в виде цилиндрического канала 8 и сегмента сферы 9 с диаметром большим диаметра канала 8 (фиг.4). По разные стороны корпуса 1 вдоль его оси 7 имеются полости 10 для входа и полости 11 для выхода рабочего тела, изолированные друг от друга (фиг.1). С каждой стороны корпуса 1 расположены по одному окну для подвода 12 и отвода 13 рабочего тела в ротор 3. Причем напротив окна для подвода 12 с одной стороны размещено окно отвода 13, выполненное на другой стороне (фиг.4). Оправка 6 установлена на наружный диаметр корпуса 1, образуя окна входа 14 и окна выхода 15 между полостями корпуса 1 и оправкой 6 (фиг.3), что позволяет обеспечить ступенчатость конструкции (фиг.9).
Корпус 1 может быть выполнен из двух частей, разделенных сечением, проходящим по плоскости установки разделителя 2 (фиг.8). Такое исполнение облегчает монтаж машины. Разделитель 2 выполнен в виде плоской шайбы, состоящий из двух частей, с отверстием 16 в виде сферы или цилиндра, и неподвижно установлен в корпусе 1 под углом к оси корпуса 1 таким образом, что центр отверстия 16 разделителя 2 совпадает с центром сферы 9 корпуса 1 (фиг.4). Цилиндрический ротор 3 выполнен с диаметром, равным или меньшим диаметру цилиндрического канала 8 корпуса 1, его рабочая поверхность образована сферой 17 с диаметром, равным или меньшим диаметру отверстия разделителя 2, и двумя коническими поверхностями 18 с углами наклона, равными углу наклона разделителя 2 относительно корпуса 1 (фиг.5). На роторе 3 выполнены полости 19 для входа и выхода рабочего тела в рабочую камеру 20 (фиг.1). Ротор 3 также имеет паз 21, выполненный вдоль оси вращения, совпадающей с осью 7 корпуса 1. Ротор 3 отличается тем, что осевые нагрузки воспринимаются опорными буртами 22 (фиг.5) и отсутствием двух соосных сфер, последнее делает его более технологичным при изготовлении. При установке ротора 3 в корпус 1 образуются окна входа и выхода (на эскизах не показаны) в рабочую камеру 23 между полостями 19, 20 ротора 3 и отверстием корпуса 1, при этом решается одна из поставленных задач по подаче рабочего тела в рабочую камеру через ротор 3. Поршень 4 (фиг.1, 5, 6, 7, 8) выполнен в виде диска, образованного сферой, с диаметром равным или меньшим диаметру сферы 9 корпуса 1, обрезанной двумя плоскостями, равноудаленными на расстояние, равное или меньшее половинный ширины паза 21 ротора 3 плоскости, проходящей через центр сферы поршня 4. Поршень 4 имеет две диаметрально расположенные прорези 24 для прохода разделителя 2, соединенные отверстием 25 (фиг.6, 7). Уплотняющие синхронизирующие элементы 5 снабжены прорезями для прохода разделителя 2 и устанавливаются в прорези 24 и отверстие 25. Для повышения технологичности поршень 4 может состоять из двух частей, а уплотняющий синхронизирующий элемент 5 при этом выполнен цельным (фиг.7).
Для повышения надежности прорези уплотняющих синхронизирующих элементов 5 могут быть выполнены с большей площадью соприкосновения (фиг.6) с разделителем 2.
При использовании в качестве насоса предлагаемая роторная машина работает следующим образом.
Рабочее тело через окна входа 14 поступает в полости корпуса для входа рабочего тела 10. При вращении ротора 3 полость 19 ротора 3 соединяется с окнами подвода 12, и рабочее тело через полости 19 ротора 3 поступает в рабочую камеру 23, образованную поршнем 4, сферой корпуса 9, разделителем 2 и ротором 3, в этот момент объем камеры 23 минимальный. При дальнейшем вращении ротора 3 объем камеры 23 увеличивается и происходит наполнение ее рабочим телом, в момент, когда рабочая камера 23 достигает максимального объема, окна подвода 12 и полость 19 ротора 3 перекрываются, а окно отвода 13 соединяется с полостью 21 ротора 3. Затем объем рабочей камеры 23 начинает уменьшаться, в результате чего происходит выдавливание рабочего тела из рабочей камеры 23 в полость 19 и далее в окна отвода 13, откуда рабочее тело попадает в полость для выхода рабочего тела 11 и выводится через окна выхода 15. В это же время в диаметрально расположенной части камеры 23, разделенной поршнем 4, происходит наполнение, и цикл повторяется.
Работа машины в качестве компрессора аналогична работе машины в качестве насоса. Отличие заключается лишь в том, что соединение окна выхода с полостью 19 происходит не сразу после перекрытия окна подвода 12, а после заданного сжатия рабочего тела.