Роторная пластинчатая машина

Полезная модель относится к области гидропневмонасосов и моторов и может быть использована в машиностроении в узлах различного назначения. Известна роторная пластинчатая машина (патент РФ № 440494, опубл. 25.08.74 - [1]), содержащая одну пластину в сквозном диаметральном пазу ротора, размещенного эксцентрично в корпусе, внутренняя поверхность которого выполнена по форме цилиндроида с поверхностью, образованной частями правой и левой спиралей Архимеда.
При таком исполнении нельзя увеличить диаметр ротора, который явно мал, убрать или хотя бы сгладить перелом образующей корпуса в месте герметичного раздела всасывающей и нагнетающей полостей, иначе нарушается условие постоянного контакта обоих концов пластины с корпусом.
Главным недостатком известного устройства является наличие на спирали Архимеда участков, особенно близко расположенных к ротору, где силы, проталкивающие пластину через паз ротора, становятся недостаточными для преодоления сил трения, что ведет к заклиниванию и остановке механизма. Под действием давления перекачиваемой среды на пластину создаются значительные силы, прижимающие пластину к стенкам паза в роторе. В результате возникают весьма существенные силы трения пластины о стенки паза в роторе и концов пластины о корпус. Преодолеваются эти силы воздействием на один из концов пластины стенкой корпуса, где перемещение пластины происходит до тех пор, пока постоянно меняющийся угол подъема спирали Архимеда не окажется критическим, когда силы, проталкивающие пластину, станут равными или меньше сил трения и пластину заклинит, что и происходит на участках спирали, расположенных вблизи ротора. Известна роторная пластинчатая машина, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус, внутренняя поверхность которого образована цилиндром и вставленным в него вкладышем с серповидным участком. В полости корпуса соосно с ним установлен ротор с пластиной в сквозном диаметральном пазу (патент РФ № 20135670, опубл. 30.05.1994 - [2]). Здесь эксцентричное расположение ротора относительно рабочей полости обеспечено вкладышем с серповидным участком. При таком исполнении изделие получается тяжелым с малым процентом полезно используемой площади его поперечного сечения. Изготовление серповидного вкладыша и установка его в корпус также представляет собой определенные технологические трудности. Современным технологиям это не нужно, так как они позволяют непосредственно в корпусе получить внутренний контур полости любой заданной формы без использования вкладышей. Для надежного закрепления вкладыша в корпусе он должен занимать дугу 1 окружности корпуса, существенно превышающую 180°. При этом в месте стыка вкладыша и корпуса неизбежно образуется ступенька, о которую будет ударяться уплотнение, приводя к быстрому разрушению тонкой острой стенки вкладыша в этом месте, что приведет к выходу из строя всего изделия.
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение отмеченных недостатков и на создание работоспособной конструкции роторной пластинчатой машины.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств, а технический результат заключается в реализации указанного назначения.
Указанный технический результат достигается тем, что роторная пластинчатая машина, содержащая статор с внутренней полостью и эксцентрично размещенный в полости статора цилиндрический ротор с продольным пазом, внутри которого помещена радиально подвижная пластина, при этом статор выполнен с внутренним замкнутым контуром, описанным концами пластины при ее возвратно-поступательном перемещении во вращающемся роторе, причем часть внутреннего замкнутого контура ротора выполнена по дуге окружности с диаметром D, пластина имеет длину 0,88-0,98D, превышающую диаметр ротора, а центр ротора смещен от центра дуги окружности на величину 0,08-0,23D. Дуга окружности с диаметром D может иметь угол 150-250° и проходить через точку, расположенную на прямой, проходящей через центр дуги и центр ротора, и расположена с противоположной стороны от центра ротора относительно центра дуги.
Дуга окружности с диаметром D может быть расположена симметрично относительно точки, расположенной на прямой, проходящей через центр дуги и центр ротора, и расположенной с противоположной стороны от центра ротора относительно центра дуги.
По крайней мере одна точка внутреннего конура, определяемая точкой контакта внутреннего контура и пластины при ее размещении перпендикулярно линии, проходящей через центр дуги окружности и центр окружности ротора, может быть плавно соединена с частью контура, выполненного по дуге окружности с диаметром D.
При проектировании внутреннего контура корпуса машины исходя из требований технического задания выбирается диаметр D, по вертикальной оси которого от образующей линии диаметра откладывается длина пластины, например 0,95D, определенная также по требованиям технического задания. Полученная точка - это место, где смещенный ротор соприкасается с внутренним контуром корпуса машины. Затем определяем центр окружности сечения ротора, для чего в месте расположения ротора проводим хорду, перпендикулярную вертикальной оси окружности D и смещенную от центра окружности D на величину 0,08-0,23D. Длина хорды равна определенной ранее длине пластины. При этом предпочтительно, чтобы концы этой хорды коснулись, или располагались в близи окружности диаметром D. Тогда точка пересечения вертикальной оси и хорды определит величину смещения ротора от центра корпуса и будет центром окружности его сечения с радиусом от этой точки до уже отмеченной точки длины пластины на вертикальной оси. На месте хорды выполняется проект пластины. При таком ее расположении объем полости над ротором будет максимальным, и если при этом концы пластины не коснулись диаметра D, то точки, лежащие на концах пластины, соединяются плавными кривыми до сопряжения с контуром диаметра D. Затем оставшийся недостроенный участок контура будет описан концом пластины при контакте и перемещении на 180° второго ее конца, по уже построенному участку контура.
Таким образом, получаем внутренний контур корпуса машины, отвечающий требованию постоянного контакта обоих концов пластины с внутренней поверхностью корпуса при вращении ротора, отсутствие переломов, стыков и критических углов подъема кривой контура, ведущих к ударам или заклиниванию и весьма рациональное использование рабочего объема в поперечном сечении корпуса.
Полезная модель поясняется чертежом, где показан в разрезе общий вид роторной пластинчатой машины, которая содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 отверстиями и с эксцентрично установленным ротором 4, в сквозном диаметральном пазу 5 которого расположена пластина 6. Внутренний контур корпуса 1 на участке БСГ выполнен по дуге окружности с диаметром D. На участках АБ и ГЕ от точек А и Е проведены плавные кривые до точек Б и Г, где они сопрягаются с окружностью диаметром D. а оставшийся недостроенный участок контура выполнен по кривой АКЕ, описанной точкой А пластины при контакте и перемещении на 180° точки Е пластины по уже построенному участку контура ЕГСБА. При этом длины СК и АЕ равны длине пластины 6, определенной из условия СК=0,88-0,98D, а точка их пересечения О определила центр ротора с радиусом его окружности, равным ОК.
При проектировании устройства выбранная в заданных пределах длина пластины и величина ее смещения от центра окружности D определяют его производительность, долговечность работы и КПД. Чем больше длина пластины и меньше ее смещение от центра окружности D, тем меньше производительность устройства, но выше его КПД и долговечность работы. Выход за указанные пределы длины пластины и величины ее смещения от центра окружности D ведет или к неоправданно низкой производительности машины, или к заклиниванию пластины, как в аналоге [1].
Рассмотрим работу устройства на примере работы его в качестве компрессора.
При вращении ротора 4 против часовой стрелки через впускное отверстие 2 газ засасывается в корпус 1 до тех пор, пока один из концов пластины 6 не подойдет к точке Е и не отсечет всосанный объем газа. При дальнейшем вращении ротора 4 отсеченный объем газа будет сжиматься и вытесняться в выпускное отверстие 3, которое при необходимости может быть снабжено обратным клапаном. Таким образом, за один оборот ротора в систему приема сжатого газа будет вытеснено два объема полости АБСГЕ. При этом оба конца пластины 4 постоянно находятся в контакте с внутренней поверхностью корпуса, плавно по ней перемещаясь без ударов и заклиниваний. В предложенной конструкции нет участков крутого изгиба кривых, описывающих внутренний контур полости корпуса, что создает благоприятные условия работы пластины, не приводящие к ее заклиниванию, а выбранные пределы длины пластины обеспечивают устройству высокую производительность и стабильность работы в наиболее рациональных условиях.