ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МАШИНА РЫЛЯ
RYL HYDRAULIC MACHINE

Изобретение относится к устройствам для перемещения жидкостей, газов, мультифазных сред или преобразования энергии сжатых жидкостей, газов, мультифазных сред в качестве гидромоторов и пневмодвигателей и может быть использовано в промышленности, на транспорте, в быту.
Известна роторная гидромашина [Авторское свид. СССР №1707240 по МПК F04C 2/00], которая содержит корпус-статор с выполненной в нем цилиндрической рабочей камерой, в которой эксцентрично к ней и касательно к стенке рабочей камеры установлен цилиндрический ротор, жестко закрепленный на центральном приводном валу и образующий в рабочей камере серповидную полость, концы которой сообщены с всасывающим и нагнетающим патрубками, оснащенными всасывающим и нагнетательным клапанами, ротор, выполненный с продольным цилиндрическим пазом, в котором шарнирно, с возможностью качания относительно своей продольной оси и относительно ротора, установлен вытеснитель, выполненный в форме криволинейной призмы, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, одна из которых - внешняя, описана из центра ротора радиусом, равным радиусу ротора, а вторая - внутренняя, описана из центра оси качания вытеснителя радиусом, превышающим максимальное расстояние от центра качания вытеснителя до цилиндрической стенки рабочей камеры и равным радиусу паза в роторе, пересекающиеся цилиндрические поверхности образуют два ребра вытеснителя, одно из которых - рабочее ребро - постоянно взаимодействует с внутренней стенкой рабочей камеры посредством системы постоянного поджатия и крышки устройства, перекрывающие рабочую камеру с торцов.
Недостатками известной гидромашины являются: нетехнологичность изготовления (повышенная точность изготовления деталей и тщательность сборки), низкий ресурс эксплуатации (касание ротора стенки рабочей камеры), неуравновешенность ротора машины (один паз в теле ротора), наличие высоконагруженных прецизионных механизмов (впускных и выпускных клапанов) вследствие соединения напрямую камер нагнетания и сжатия, неравномерность подачи (один рабочий орган), необратимость машины (наличие «мертвой» зоны в рабочей камере при полностью утопленном вытеснителе), низкий КПД (большая площадь трущихся поверхностей сопряженных деталей и снижение герметичности машины при увеличении зазора между ротором и стенкой рабочей камеры, между ребром вытеснителя и стенкой рабочей камеры в процессе эксплуатации).
Наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению гидромашина [RU 2241141, МПК F04С, 27.11.2004], содержащая корпус-статор с выполненной в нем цилиндрической рабочей камерой, в которой эксцентрично к ней и касательно к стенке рабочей камеры установлен цилиндрический ротор, жестко закрепленный на центральном приводном валу и образующий в рабочей камере серповидную полость, концы которой сообщены с всасывающим и нагнетающим патрубками, оснащенными всасывающим и нагнетательным клапанами, ротор, выполненный с продольным цилиндрическим пазом, в котором шарнирно с возможностью качания относительно своей продольной оси и относительно ротора установлен вытеснитель, выполненный в форме криволинейной призмы, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, одна из которых, внешняя, описана из центра ротора радиусом, равным радиусу ротора, а вторая, внутренняя, описана из центра оси качания вытеснителя радиусом, превышающим максимальное расстояние от центра качания вытеснителя до цилиндрической стенки рабочей камеры и равным радиусу паза в роторе, пересекающиеся цилиндрические поверхности образуют два ребра вытеснителя, одно из которых - рабочее ребро - постоянно взаимодействует с внутренней стенкой рабочей камеры посредством системы постоянного поджатая, и крышки устройства, перекрывающие рабочую камеру с торцов, рабочее ребро вытеснителя округлено и по центру этого округления выполнено продольное отверстие, в котором установлен цилиндрический штырь, а в корпусе собранного устройства, непосредственно под торцевыми крышками выполнены полные кольцевые канавки, образованные за счет цилиндрических проточек в корпусе и торцах ротора, центр этих канавок совпадает с осью цилиндрической рабочей камеры в статоре, и в этих канавках размещены кольцевые шайбы с отверстиями, ответные по форме формам указанных канавок с возможностью кругового скольжения в этих канавках и шарнирно взаимодействующие с округленным рабочим ребром вытеснителя посредством шарнирной пары: штырь в центральном отверстии округления рабочих ребер вытеснителя и отверстие в кольцевых шайбах, а на внутренних плоскостях торцевых крышек устройства выполнены серповидные или эксцентрично-кольцевые выступы, заполняющие образующиеся пустые полости между кольцевыми шайбами и ротором и между торцами ротора и внутренними плоскостями крышек устройства, и по линии касания ротора и стенки рабочей камеры в стенке рабочей камеры выполнен продольный паз, и в нем размещена подпружиненная пластина из износостойкого, малофрикционного, упругожесткого материала, например фторопласта, с несколькими распределенными по длине пластины регулировочными винтами, головки которых вынесены на внешнюю поверхность корпуса устройства.
Недостатками известной гидромашины являются:
- нетехнологичность изготовления (повышенная точность изготовления деталей и тщательность сборки);
- большое количество деталей;
- низкий ресурс эксплуатации (касание ротора стенки рабочей камеры через подпружиненную пластину и взаимное истирание штыря и криволинейной прорези);
- неуравновешенность ротора машины (один паз в теле ротора);
- наличие высоконагруженных прецизионных механизмов (впускных и выпускных клапанов) вследствие соединения напрямую камер нагнетания и сжатия;
- неравномерность подачи (один рабочий орган);
- необратимость машины (наличие «мертвой» зоны в рабочей камере при полностью утопленном вытеснителе);
- низкий КПД (большая площадь трущихся поверхностей сопряженных деталей и снижение герметичности машины при увеличении зазора между ротором и стенкой рабочей камеры, между ребром вытеснителя и стенкой рабочей камеры в процессе эксплуатации).
Задачей изобретения является повышение технологичности изготовления, минимизация количества деталей, повышение ресурса эксплуатации, уравновешенность, отсутствие высоконагруженных прецизионных механизмов (впускных и выпускных клапанов), снижение неравномерности подачи, обратимость машины, высокий КПД.
При реализации изобретения в качестве технического результата достигается:
- повышение технологичности изготовления за счет того, что все детали имеют простые геометрические формы и не требуют высокой точности изготовления;
- минимизация количества деталей за счет особенностей разработанной конструкции;
- повышение ресурса эксплуатации за счет уменьшения площади трущихся поверхностей;
- уравновешенность ротора за счет симметричности расположения пазов на роторе относительно оси вращения;
- отсутствие высоконагруженных прецизионных механизмов (впускных и выпускных клапанов) за счет гарантированного разделения камер нагнетания и сжатия;
- снижение неравномерности подачи за счет наличия, по меньшей мере, двух рабочих камер, которые последовательно выступают в роли камеры нагнетания и камеры сжатия за один оборот ротора;
- обратимость машины за счет гарантированного разделения впускной и выпускной полостей и отсутствия «мертвой» зоны в рабочей камере;
- высокий КПД за счет минимальной площади трущихся поверхностей и повышенной герметичности машины.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной гидромашине, которая включает в себя корпус-статор с выполненной в нем цилиндрической рабочей камерой, в которой эксцентрично к стенке рабочей камеры установлен цилиндрический ротор, образующий в рабочей камере серповидную полость, в теле которого сформирован продольный цилиндрический паз с установленным в нем поршнем-вытеснителем, который выполнен в форме криволинейной призмы, полученной в результате пересечения внутренней и наружной цилиндрических поверхностей, образующих два ребра вытеснителя, одно из которых - рабочее ребро - постоянно прижато к внутренней стенке рабочей камеры посредством системы постоянного поджатая, отличающейся тем, что ротор выполнен, по меньшей мере, с двумя пазами, симметрично расположенными относительно оси вращения, в каждом из которых бесшарнирно установлен поршень-вытеснитель с возможностью скольжения относительно поверхностей паза ротора и без возможности касания стенки рабочей камеры, два ребра на каждом поршне-вытеснителе постоянно прижаты к стенке рабочей камеры корпуса-статора, а внутренняя цилиндрическая поверхность поршней-вытеснителей выполнена с возможностью соприкосновения с кромками пазов ротора, образованными пересечением продольных цилиндрических пазов и цилиндрическим телом ротора, в том числе посредством упругих элементов, при этом элементами уплотнения рабочих камер являются рабочие ребра поршней-вытеснителей, соприкасающиеся со стенкой рабочей камеры корпуса-статора и кромкипазов ротора, соприкасающиеся с внутренней поверхностью поршней-вытеснителей, система впуска и выпуска рабочего тела выполнена бесклапанной в виде полостей в теле корпуса-статора, соединенных с впускными и выпускными патрубками.
Предлагаемая гидравлическая машина Рыля (на чертеже условно показан вариант с двумя рабочими органами) состоит из: корпуса-статора 1, ротора 2, двух поршней-вытеснителей 3, двух упругих элементов 4, патрубка впуска 5 и патрубка выпуска 6. В корпусе-статоре 1 выполнена цилиндрическая рабочая камера, в которой эксцентрично и бескасательно к стенке рабочей камеры установлен цилиндрический ротор 2, образующий в рабочей камере серповидную полость. В теле ротора 2 сформированы два продольных цилиндрических паза, которые симметрично расположены относительно оси вращения с установленными в них бесшарнирно поршнями-вытеснителями 3, которые выполнены в форме криволинейных призм, полученных в результате пересечения внутренней и наружной цилиндрических поверхностей, образующих по два рабочих ребра на поршнях-вытеснителях 3. Каждое из рабочих ребер постоянно взаимодействует с внутренней стенкой рабочей камеры, а внутренняя цилиндрическая поверхность поршней-вытеснителей 3 соприкасается с кромками пазов ротора 2, образованными пересечением продольных цилиндрических пазов и цилиндрическим телом ротора 2, в том числе посредством упругих элементов 4. В гидравлической машине при вращении ротора 2 изменяется рабочий объем камер нагнетания 9 и сжатия 10. Камеры нагнетания 9 и сжатия 10 образованы ребрами поршней-вытеснителей 3, соприкасающимися со стенкой корпуса-статора 1, кромками пазов ротора 2, соприкасающихся с внутренней поверхностью поршней-вытеснителей 3 и цилиндрической поверхностью ротора 2. Система впуска и выпуска рабочего тела выполнена бесклапанной в виде впускной 7 и выпускной 8 полостей в теле корпуса-статора 1, соединенных с впускным 5 и выпускным 6 патрубками.
Предлагаемая гидравлическая машина Рыля работает следующим образом.
Впуск рабочего тела в машину происходит за счет увеличения объема камеры нагнетания 9, в которой образуется разрежение, и при этом рабочее тело поступает из впускного патрубка 5 во впускную полость 7 и из нее в камеру нагнетания 9. После закрытия впускной полости 7 ребром поршня-вытеснителя 3 камера нагнетания 9 выполняет роль камеры сжатия 10. По мере вращения ротора 2 за счет уменьшения объема в камере сжатия 10 повышается давление, и при совпадении ребра поршня-вытеснителя 3 с выпускной полостью 8 происходит выпуск рабочего тела через выпускной патрубок 6. То же самое происходит и со второй рабочей камерой, и цикл повторяется. В гидравлической машине применена система постоянного принудительного поджатая рабочих ребер поршней-вытеснителей 3 к цилиндрической поверхности рабочей камеры посредством упругих элементов 4 в момент пуска и гидродинамических сил в процессе работы, обеспечивающая герметичность при минимальном контакте взаимодействующих деталей. Гидравлическая машина обратима, т.е. если в выпускной патрубок 6 подавать рабочее тело, то машина превращается в гидромотор или пневмодвигатель с изменением направления вращения на противоположное.
Таким образом, предлагаемое изобретение характеризуется технологичностью изготовления, минимальным количеством деталей, повышенным ресурсом эксплуатации, уравновешенностью машины, отсутствием в конструкции высоконагруженных прецизионных механизмов (впускной и выпускной клапаны), снижением неравномерности подачи, обратимостью машины, повышенным КПД и может быть использовано в промышленности, на транспорте, в быту.