РОЛИКОЛОПАСТНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в качестве насоса для перекачивания жидких и газообразных сред, а также для привода широкого спектра агрегатов, таких как электрогенератор, компрессор, детандер и пр.
Известна роликолопастная гидромашина, содержащая закрытый по торцам крышками полый корпус с входным и выходным каналами, установленные в расточках корпуса смонтированный на выходном валу лопастной ротор, и ролики-замыкатели с открытыми пазами, предназначенными для свободного поочередного прохождения по ним лопастей ротора. Лопастной ротор и ролики-замыкатели кинематически связаны синхронизирующей передачей. Лопастной ротор установлен в расточке корпуса с гарантированными уплотнительными радиальными зазорами между внутренней поверхностью расточки корпуса и лопастями ротора, а также между наружными поверхностями ротора и роликами-замыкателями, для образования в камере статора двух рабочих полостей, сообщающихся с его каналами. В корпусе на участке контактного взаимодействия с лопастями ротора, расположена дуговая накладка, установленная между кольцевыми секторными уплотнениями, расположенными с торцевых сторон лопастного ротора.
(см. патент РФ №2035624, кл. F04C 2/08, 1995 г.).
В результате анализа известной гидромашины необходимо отметить, что ее выполнение с дуговой накладкой и секторными уплотнениями в корпусе статора усложняет конструкцию. Герметичность при взаимодействии лопастей ротора с внутренней поверхностью расточки корпуса нестабильна, особенно при изменении параметров рабочего тела. Это ухудшает эксплуатационную надежность машины, так как при увеличении объемных потерь рабочего тела дестабилизируется скорость вращения выходного вала ротора гидромашины, уменьшается ее коэффициент полезного действия. Кроме того, в связи с наличием однопоточного движения рабочего тела снижается быстродействие гидромашины и повышается уровень вибраций и шумов при ее работе.
рол.
рт
рт
Известна роликолопастная гидромашина, содержащая полый статор с прямоточными входным и выходным каналами, установленные в полости статора посредством подшипниковых узлов лопастной ротор и ролики-замыкатели с открытыми пазами для свободного прохождения лопастей ротора, а также синхронизирующее устройство между ротором и роликами-замыкателями. Оси вращения роликов-замыкателей параллельны оси вращения вала ротора и расположены в проходящих через ось его вращения, продольно-диаметральных плоскостях, с угловым смещением между ними, а продольная ось прямоточных каналов находится между угловым участком контактного взаимодействия лопастей ротора с внутренней поверхностью корпуса статора и осями вращения роликов-замыкателей. Ротор имеет гарантированные уплотнительные радиальные зазоры на угловом участке контактного взаимодействия лопастей с внутренней поверхностью статора и на участках контактного взаимодействия наружной поверхности ротора с соответствующими поверхностями роликов-замыкателей. Лопасти ротора смещены относительно друг друга на угол, равный 60°. Каждый ролик-замыкатель имеет диаметр, определяемый соотношением d=m/nxd, где m - количество открытых пазов на ролике, n - количество лопастей ротора, d - диаметр ротора по наружной его поверхности контактного взаимодействия с поверхностями роликов-замыкателей.
Ротор имеет сквозные отверстия, сообщающие полости статора под подшипниковые узлы с полостью корпуса под синхронизирующую передачу, при этом в статоре, в зоне синхронизирующей передачи, выполнены выходные отверстия для отвода утечек рабочего тела.
Статор имеет опорную щеку для контактного взаимодействия с торцевой поверхностью ротора, при этом, поименованная выше щека расположена со стороны синхронизирующего устройства и имеет сообщающиеся с рабочими полостями корпуса статора сквозные дроссельные отверстия с обратными клапанами для отвода утечек рабочего тела в соответствующую рабочую полость.
(см. патент РФ №2270922, кл. F02C 1/14 2004 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа конструкции известной роликолопастной машины необходимо отметить, что в ней, как и в приведенной выше, реализован однопоточный режим работы, обусловленный наличием одного входного и одного выходного каналов для входа и выхода рабочего тела, что не позволяет получить высокое быстродействие машины и момент на валу. В связи с не симметричным расположением роликов-замыкателей относительно ротора, при работе машины высока вероятность вибраций, шума и повышенных утечек рабочего тела, что существенно снижает надежность ее работы и, в конечном счете - коэффициент полезного действия машины.
Техническим результатом настоящей полезной модели является создание роликолопастной машины, характеризующейся высокими быстродействием и моментом на ее валу, надежной и долговечной в работе, а также обеспечивающей в процессе работы пониженные характеристики по шумам и вибрациям.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в роликолопастной машине, содержащей корпус с выпускным патрубком, предназначенными для отвода рабочего тела, имеющий возможность вращения лопастной ротор, посаженный на выходной вал, ролики-разделители, имеющие возможность вращения и оснащенные пазами для прохождения в них лопастей ротора, причем ротор и ролики-разделители установлены параллельно друг другу и кинематически связаны синхронизирующей передачей, новым является то, что на торце корпуса закреплена крышка, в которой диаметрально противоположно выполнены входные каналы, причем роликолопастная машина оснащена статором, закрепленным в полости корпуса, лопастной ротор и ролики-разделители размещены в расточках статора, причем ролики-разделители установлены диаметрально противоположно относительно ротора, выходной вал лопастного ротора смонтирован в корпусе, при этом, наружная поверхность лопастного ротора, его лопасти и внутренняя поверхность статора образуют рабочие камеры, имеющие возможность соединения с входными каналами, выполненными диаметрально противоположно в статоре и соединенными с каналами крышки, в статоре диаметрально противоположно выполнены выходные каналы, имеющие возможность связи с упомянутыми выше рабочими камерами и соединенные с кольцевой полостью, образованной наружной поверхностью статора и внутренней корпуса, а кольцевая полость соединена с выпускным патрубком, при этом, в расточках статора, предназначенных для установки роликов-разделителей, могут быть выполнены разгрузочные карманы.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - общий вид роликолопастной машины в сечении Г-Г по фиг. 3;
- на фиг. 2 - торцевая крышка машины;
- на фиг. 3 - сечение B-B по фиг. 1;
- на фиг. 4 - соединение выходного вала машины с входным валом приводимого в действие устройства;
- на фиг. 5 - разрез Б-Б по фиг. 4.
Роликолопастная машина содержит полый корпус 1, в полости которого установлены левая 2 и правая 3 (в плоскости чертежа - фиг. 1) опорные щеки, на обращенных друг к другу торцах которых в расточках закреплен статор 4. В расточке-полости статора 4 с возможностью вращения размещен лопастной ротор 5, посаженный (например, посредством шпонки или шлицов) на выходной вал 6. В статоре 4 выполнены расточки, в которых с возможностью вращения на опорах качения (не показаны) установлены ролики-разделители 7. Ролики-разделители 7 и ротор 5 установлены параллельно друг другу и кинематически связаны синхронизирующей передачей 8 (например, зубчатой) для гарантированного попадания лопастей ротора в пазы роликов-разделителей при их относительном вращении. Ролики-разделители установлены диаметрально противоположно относительно лопастного ротора. Для предотвращения утечек рабочего тела из полости машины используются уплотнения 9 (позицией обозначена только часть уплотнений). Вал 6 смонтирован в корпусе 1 и щеках 2 и 3 посредством подшипниковых опор 10 (позицией обозначена только часть опор). Монтаж вала 6 с использованием опор 10 и установка уплотнений 9 в местах соединения деталей машины для предотвращения утечек рабочего тела из полости машины осуществляются по известным принципам конструирования изделий, данная связь элементов не является предметом патентной охраны и поэтому в материалах заявки подробно не раскрыта.
К торцу корпуса 1 пристыкована крышка 11, в которой диаметрально противоположно выполнены каналы 12 для подвода рабочего тела к лопастному ротору 5. Монтаж крышки 11 на корпус 1 осуществляют таким образом, чтобы ее упомянутые выше каналы образовали единый тракт с выполненными диаметрально противоположно входными каналами 12 статора 4, образуя при стыковке два входных канала, обозначенных позицией 12. В статоре диаметрально противоположно выполнены выпускные каналы 13, предназначенные для вывода отработанного рабочего тела. Количество каналов 12 и 13 может быть различным и зависит, в основном, от заданной мощности машины и ее быстродействия. На статоре 4 выполнены отверстия 14, предназначенные для разгрузки ротора от осевых нагрузок.
Внутренняя поверхность полости статора 4, наружные поверхности ротора 5 между лопастями, его лопасти и ролики-разделители 7 образуют рабочие камеры 15. Камеры 15 предназначены для поступления под давлением в них рабочего тела, которое давит на лопасти ротора, вращая, тем самым, ротор 5.
В расточках статора 4, в которых установлены ролики-разделители, целесообразно выполнять разгрузочные карманы 16, способствующие снижению трения роликов-разделителей 7 с поверхностью расточки корпуса при их вращении.
Между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью статора 4 образована кольцевая камера 17, связанная с выпускным патрубком 18.
Лопасти ротора 5 обозначены позицией 19.
На роликах-разделителях 7 выполнены продольные пазы (позицией не обозначены) для захода в них лопастей 19 ротора 5 в процессе работы машины. Ролики-разделители установлены в корпусе между каналами 12 и 13 диаметрально противоположно друг другу.
Передача крутящего момента с выходного вала 6 роликолопастной машины на скомпонованный с ней агрегат может быть осуществлена различным известным образом, например, посредством магнитной муфты 20, одна часть (полумуфта) которой установлена на выходном валу 6 и закрыта посредством колпака 21, прикрепленного к торцу корпуса 1, что позволяет предотвратить утечки рабочего тела из роликолопастной машины, а другая часть магнитной муфты размещена снаружи колпака и закреплена на входном валу 22 приводимого механизма агрегата (не показан).
Лопасти ротора наиболее целесообразно располагать относительно друг друга с угловым смещением, равным 60°, как это выполнено в решении по наиболее близкому аналогу. Лопастной ротор 5 имеет гарантированные радиальные зазоры с внутренней поверхностью полости статора, на угловом участке контактного взаимодействия лопастей ротора, на участках контактного взаимодействия наружной поверхности ротора с соответствующими поверхностями роликов-разделителей, а так же гарантированные торцевые уплотнительные зазоры между торцевыми поверхностями лопастного ротора и обращенными к ним поверхностями щек 2 и 3 и внутренней торцевой поверхностью крышки 11.
При указанном расположении входных и выпускных каналов, а также роликов-разделителей и при наличии поименованных выше гарантированных уплотнительных зазоров во внутреннем объеме машины образуются четыре рабочие камеры, соответственно две камеры напорные и две камеры сливные, при этом гарантированная герметичность между ними определяется параметрами радиальных и торцевых зазоров, при которых обеспечивается режим беспрепятственного вращения ротора и роликов-разделителей.
Регулирование торцевых зазоров между торцевыми поверхностями ротора, роликов-разделителей и соответствующими поверхностями щек и крышки, осуществляется известным образом, например, использованием регулировочных прокладок, винтов, гаек (не показаны).
Выполненные в статоре 4 сквозные отверстия 14 способствуют разгрузке от неравномерного давления рабочего тела подвижных деталей роликолопастной машины, что повышает ее надежность при эксплуатации. Для этой же цели в роликах-разделителях 7 на образующей между пазами, примерно в средней их части выполнены сквозные отверстия (не показаны).
В качестве рабочего тела может быть использован водяной пар, пар легкокипящей жидкости, различные жидкости и газы.
Роликолопастная машина работает следующим образом.
Описание работы машины приведем на одном из ее возможных выполнений, при котором на роторе 5 выполнено шесть равномерно расположенных лопастей 19, имеется по два входных 12 и выпускных 13 канала, и четыре ролика-разделителя 7.
При подаче под давлением рабочего тела (условно показано стрелкой А на фиг. 1 и фиг. 2), оно через входные каналы 12 крышки 11 и статора 4, под давлением поступает в две диаметрально расположенные рабочие камеры 15, каждая их которых сообщена в данный момент времени с одним из каналов 12. В момент поступления в рабочие камеры 15 рабочего тела, одна из лопастей 19 ротора, образующих каждую рабочую камеру, находится в пазу одного из роликов-разделителей 7, то есть, закрыта от давления рабочего тела. Поступающая в поименованные выше рабочие камеры 15 рабочая среда, оказывает давление на поверхности, образующие камеру, в том числе, на боковые поверхности открытых лопастей 19 ротора каждой рабочей камеры, не находящиеся в пазах роликов-разделителей 7, что приводит ротор 5, а, следовательно, и выходной вал 6 во вращение (при расположении элементов, показанном на фиг. 4 и фиг. 5 против часовой стрелки в плоскости чертежа). Как только лопасти в процессе поворота ротора, окажутся в зоне выпускных каналов 13, рабочее тело выходит из камер 15 через выпускные каналы 13, кольцевую камеру 17 и выпускной патрубок 18 (условно показано стрелкой Б на фиг. 3 и фиг. 5), при этом, при повороте ротора 5 до момента начала выпуска рабочего тела из двух рабочих камер 15, пара лопастей двух следующих рабочих камер занимает положение начала подачи в них рабочего тела и под давлением рабочего тела в двух следующих рабочих камерах ротор совершает движение поворота, и далее цикл повторяется аналогично описанному выше.
Нетрудно заметить, что при работе машины постоянно две ее компрессионные камеры располагаются диаметрально противоположно и две камеры выпуска рабочего тела так же расположены диаметрально противоположно, что увеличивает быстродействие и момент вращения выходного вала 6 машины, а также за счет уравновешивания сил, действующих на опоры машины, способствует уменьшению вибраций и шумов при работе машины.
Наличие кольцевой камеры обеспечивает быстрый сброс давления рабочего тела при выходе его из рабочих камер через выпускные каналы 13 в кольцевую камеру 17 и через выпускной патрубок 18 - в атмосферу, что уменьшает нагрузки на подшипниковые опоры лопастного ротора и ролики-разделители, а также способствует снижению вибраций и шумов при работе машины.
Полезная модель может быть эффективно использована при создании роликолопастных машин, работающих в режиме паромотора, газомотора, детандера, компрессора.