НАГНЕТАТЕЛЬ РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ
ROTOR-BLADE SUPERCHARGER

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам объемного типа для подачи (нагнетания) воздуха, газа или иного рабочего тела, и может быть использовано для преобразования потенциальной энергии давления рабочего тела в механическую работу, а именно, в качестве нагнетателей и компрессоров различных типов, вакуумных и гидравлических насосов; гидравлических, пневматических паровых и прочих двигателей.
Известна регулируемая роторно-лопастная объемная машина по патенту Российской Федерации №2180710, кл. F04С 15/04, 2000 г., содержащая корпус с впускным и выпускным окнами, ротор с одной или несколькими лопастями, неподвижно закрепленными на роторе, ось вращения которого совпадает с геометрической осью внутренней цилиндрической поверхности корпуса, замыкатель, состоящий из сегментов, количество которых равно количеству лопастей, и вращающийся под воздействием лопастей вокруг геометрической оси, эксцентричной относительно оси ротора. Замыкатель установлен с возможностью изменения величины эксцентриситета его геометрической оси относительно оси ротора в направлении, перпендикулярном прямой между впускным и выпускным окнами.
Недостатками данной машины являются некоторая сложность конструкции, которая содержит дополнительную деталь-замыкатель, всего одну лопасть, причем закрепленную неподвижно; малую производительность в силу своей несовершенной конструкции, ведущей к потере мощности и, в результате, производительности.
Известен нагнетатель роторно-лопастной по патенту WO 03/089790 А1, 30.10.2003, кл. F04В 23/00, принятый заявителем за прототип. Нагнетатель выполнен с возможностью реверсивного действия и содержит корпус, в котором установлен с эксцентриситетом ротор с лопастями, размещенными на нем с возможностью поворота, и приводной вал. Лопасти нагнетателя занимают рабочее положение под действием центробежных сил, а ротор установлен на валу двигателя привода. Реверсивное движение жидкости или газа происходит за счет изменения направления вращения двигателя привода. Изменение напора и расхода может производиться за счет изменения числа оборотов двигателя привода или за счет дросселирования потока.
Однако этот нагнетатель имеет сложную конструкцию, трудоемкость в изготовлении, недостаточную надежность и, как следствие, малую производительность.
Технической задачей изобретения является создание простого по конструкции и надежного в работе нагнетателя, обладающего высокой производительностью с минимальными потерями мощности, совмещающего в себе устройство как прямого, так и обратного действия.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении нагнетатель снабжен подвижной осью и механизмом регулирования эксцентриситета ротора, обеспечивающим изменение его объемного расхода и его реверсивное действие, при этом ротор установлен на подвижной оси, а лопасти кинематически связаны с приводным валом.
Кроме того, механизм регулирования эксцентриситета выполнен в виде пластины-регулятора и рычага, который установлен с возможностью воздействия на пластину-регулятор, причем пластина-регулятор размещена на неподвижной оси с возможностью поворота, а ось ротора пропущена сквозь пластину-регулятор.
Кроме того, лопасти выполнены криволинейными в виде сопряженных между собой цилиндрических поверхностей, наружная из которых выполнена с радиусом, равным внутреннему радиусу корпуса, внутренняя поверхность лопасти - с радиусом, равным наружному радиусу ротора, а концы каждой лопасти выполнены сопрягающими наружную и внутреннюю поверхности и скруглены по радиусу, равному половине толщины лопасти.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен нагнетатель роторно-лопастной в сборе, продольный разрез;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, поперечный разрез;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1;
на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1, механизм регулирования эксцентриситета положения ротора;
на фиг.5 - выполнение нагнетателя с тремя лопастями;
на фиг.6 - выполнение нагнетателя с четырьмя лопастями;
на фиг.7 - выполнение нагнетателя с пятью лопастями;
на фиг.8 изображено положение оси ротора выше оси корпуса при прямом действии нагнетателя;
на фиг.9 изображено совмещенное положение оси ротора с осью корпуса при нулевой производительности, а именно, или прямое действие нагнетателя, или реверсивное;
на фиг.10 - положение оси ротора ниже оси корпуса при реверсивном действии.
Нагнетатель роторно-лопастной содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого размещен ротор 2. На роторе 2 одним концом закреплены лопасти 3 с возможностью поворота и кинематически связаны с приводным валом 4, на котором установлен шкив привода 5. Нагнетатель снабжен подвижной осью 6, а ротор 2 установлен на подвижной оси 6, которая размещена в корпусе 1 с эксцентриситетом относительно оси корпуса 1, причем ротор 2 установлен с возможностью регулирования этого эксцентриситета посредством механизма регулирования эксцентриситета, обеспечивающего изменение его объемного расхода и его реверсивное действие, а в корпусе 1 выполнены впускное окно 7 и выпускное окно 8, к которым подсоединяют впускной и выпускной трубопроводы с перемещаемой средой. Корпус 1 закрыт передней крышкой 9 и задней крышкой 10. Приводной вал 4 размещен в передней крышке 9 на подшипниках, а ротор размещен в пространстве между передней 9 и задней 10 крышками.
Механизм регулирования эксцентриситета размещен за задней крышкой 10 корпуса 1 в примыкающем к нему корпусе механизма регулирования, закрытого также крышкой 11, и выполнен в виде пластины-регулятора 12 и рычага 13 привода механизма регулирования. Рычаг 13 привода установлен с возможностью воздействия на пластину-регулятор 12 посредством ролика 14. Причем пластина-регулятор 12 размещена на неподвижной оси 15 с возможностью поворота, а ось 6 ротора 2 пропущена сквозь пластину-регулятор 12. Вокруг неподвижной оси 15 может поворачиваться как пластина-регулятор 12, так и весь механизм регулирования. Для ограничения перемещения пластины-регулятора 12 в корпусе 1 и перемещения подвижной оси 6 ротора 2 в пределах эксцентриситета, до оси корпуса 1 и обратно, в пластине-регуляторе 12 выполнены пазы 16 и 17, а на задней крышке корпуса 1 установлены штифты 18 и 19, ограничивающие поворот пластины-регулятора 12 вокруг оси 15, регулируя тем самым эксцентриситет размещения ротора 2 относительно оси корпуса 1. За счет этого движения подвижной оси 6 ротора 2 до оси корпуса 1 меняется не только эксцентриситет, при совмещении с осью корпуса 1 он равен нулю, но и меняется направление подачи перемещаемой среды на обратное, то есть нагнетатель осуществляет реверсивное действие. При этом для осуществления реверсивного действия используется одно предлагаемое устройство, а не еще одно в дополнение к нему.
Лопасти 3 выполнены криволинейными в виде сопряженных между собой цилиндрических поверхностей, наружная 20 из которых выполнена с радиусом, равным внутреннему радиусу цилиндрического корпуса 1, внутренняя поверхность 21 лопасти 3 выполнена с радиусом, равным наружному радиусу ротора 2, а концы каждой лопасти 3 выполнены сопрягающими наружную 20 и внутреннюю 21 поверхности и скруглены по радиусу, равному половине толщины лопасти 3. Лопасти 3 кинематически связаны с приводным валом 4 следующим образом. Одним концом лопасти 3 закреплены на роторе 2, а на другом конце каждой лопасти 3 установлена ось 22, на которую надета опорная втулка 23. Ось 22 с опорной втулкой 23 установлена в направляющий паз 24, который выполнен на направляющем диске 25, установленном на выходном конце приводного вала 4 за передней крышкой 9 корпуса 1.
Нагнетатели роторно-лопастные могут комплектоваться трех-, четырех-, пяти- и так далее лопастными роторами. В зависимости от назначения нагнетателя, определяют количество устанавливаемых в нем лопастей. При больших расходах и малом давлении нагнетания используют трех- и четырехлопастные роторы. При повышенном давлении количество лопастей увеличивают с целью снижения потерь на внутренние перетекания, но с увеличением количества лопастей растут габаритные размеры и масса нагнетателя.
Нагнетатель роторно-лопастной работает следующим образом.
Ременная передача приводит во вращение шкив 5, который передает вращение на приводной вал 4. При вращении приводного вала 4 закрепленный на нем направляющий диск 25, посредством выполненного в нем паза 24, толкает через опорную втулку 23 и ось 22 за один оборот каждую лопасть 3 ротора 2. Лопасти 3, в свою очередь, толкают и поворачивают на своей оси 6 ротор 2. При вращении ротора 2 с лопастями 3 в корпусе 1 между поверхностями корпуса 1, ротора 2 и соседними лопастями 3 образуются замкнутые объемы, или их можно назвать камерами, которые при прохождении мимо впускного окна 7 заполняются перемещаемой средой. А при приближении к выпускному окну 8 объем камеры уменьшается, что сопровождается увеличением давления, а поравнявшись с выпускным окном 8, сжатый объем перемещаемой среды выталкивается в выпускной трубопровод. При дальнейшем вращении ротора 2 передача, перекачка, перемещаемой среды повторяется.
Для четкой и плавной работы нагнетателя между цилиндрической поверхностью корпуса 1 и каждой лопастью 3 обеспечивают минимальный зазор за счет геометрических размеров направляющего паза 24, опорной втулки 23, оси 22 и цилиндрических поверхностей 20 и 21 лопасти 3. А для создания герметичности образуемых в процессе работы нагнетателя камер между закрепленным концом лопасти 3 и ротором 2 установлены фетровые уплотнения 26.
Возможность изменения, регулирования, эксцентриситета положения ротора 2 относительно оси корпуса 1 позволяет изменять объемный расход нагнетателя, в результате изменяется напор, расход нагнетателя и направление подачи перемещаемой среды.
Например, при перемещении ротора 2 в центр корпуса 1 будет нулевая производительность, то есть нагнетатель будет передавать тот перепад давления, который существует в магистрали.
Например, при перемещении ротора 2 в нижнюю половину корпуса 1 изменится направление перемещения среды на противоположное, то есть в этом случае нагнетатель будет осуществлять реверсивное действие.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать простой по конструкции и надежный в работе нагнетатель, обладающий высокой производительностью; в зависимости от условий использования регулирующий свою объемную производительность, осуществляя это с минимальными потерями, связанными с вращением ротора и давлением перемещаемой среды, сжатой в камере, обладающий реверсивным действием, дающим возможность исключить использование дополнительного оборудования для перекачки сред.