РОТОРНО-ВИХРЕВАЯ МАШИНА
ROTARY VORTEX MACHINE

Изобретение относится к гидравлическим машинам необъемного вытеснения, а именно к вихревым машинам, и может быть использовано в насосах, компрессорах и т.п.
Из уровня техники известна роторно-вихревая машина, содержащая статор, ротор и образованную между ними рабочую камеру, сообщенную с каналами для подвода и отвода рабочей среды, ширина сечения рабочей камеры равна разнице между максимальным и минимальным радиусами рабочей камеры, определяемыми соответственно как расстояние от оси машины до наиболее удаленной точки рабочей камеры и расстояние от оси до наиболее близкой точки рабочей камеры, в рабочей камере расположены лопатки и разделитель, связанные соответственно со статором и ротором, причем каждая лопатка содержит переднюю кромку, обращенную к ротору и установленную под углом β=0÷26° к меридиональной плоскости, проходящей через центр передней кромки лопатки, а средняя линия поперечного сечения лопатки, проведенная через центр передней кромки, наклонена к указанной меридиональной плоскости под углом α=0÷70° (см. патент RU 2449174, кл. F04D 5/00, опубл. 27.04.2012). Основным недостатком известного устройства является невозможность обеспечения минимального зазора между ротором и статором из-за формы кромки. Кроме того, скругленная кромка ухудшает вихревые показатели создаваемого потока.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в обеспечении возможности минимизировать зазор между ротором и статором и, тем самым, повысить эффективность работы устройства. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в роторно-вихревой машине, содержащей статор, ротор и образованную между ними рабочую камеру, сообщенную с каналами для подвода и отвода рабочей среды, ширина сечения рабочей камеры равна разнице между максимальным и минимальным радиусами рабочей камеры, определяемыми соответственно как расстояние от оси машины до наиболее удаленной точки рабочей камеры и расстояние от оси до наиболее близкой точки рабочей камеры, в рабочей камере расположены лопатки и разделитель, связанные соответственно со статором и ротором, причем каждая лопатка содержит переднюю кромку, обращенную к ротору и установленную под углом β=5÷20° к меридиональной плоскости, проходящей через центр передней кромки лопатки, а средняя линия поперечного сечения лопатки, проведенная через центр передней кромки, наклонена к указанной меридиональной плоскости под углом α=5÷60°, передняя кромка выполнена плоской с образованием острого края между плоскостью кромки и поверхностью лопатки, обращенной к статору, причем плоскость кромки параллельна плоскости поперечного сечения статора. Толщина лопаток предпочтительно увеличивается к их основанию. Разделитель целесообразно выполнять с отсечными кромками, конгруэнтными передней кромке лопатки и ограничивающими участок поверхности разделителя, обращенный к передним кромкам лопаток. Отношение максимального радиуса рабочей полости к ширине ее сечения предпочтительно лежит в пределах 4.0÷9.0.
На фиг.1 представлено поперечное сечение предлагаемой машины;
на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1.
Роторно-вихревая машина содержит статор 1 и ротор 2, между которыми образована рабочая камера 3, сообщенная с каналами для подвода и отвода рабочей среды (на чертежах не показаны). Ширина сечения рабочей камеры равна разнице между максимальным и минимальным радиусами рабочей камеры, определяемыми соответственно как расстояние от оси машины до наиболее удаленной точки рабочей камеры и расстояние от оси до наиболее близкой точки рабочей камеры. Отношение максимального радиуса рабочей полости к ширине ее сечения лежит в пределах 4.0÷9.0. При выполнении этого соотношения меньше 4.0 центробежное ускорение, сообщаемое рабочей среде ротором, недостаточно для нормального вихреобразования на входе рабочей среды в рабочую камеру, что приводит к увеличению перетечек рабочей среды по рабочей камере. Выполнение этого соотношения более 9.0 приводит к увеличению утечек из рабочей полости по щелевым зазорам между ротором и статором за счет увеличения площади проходного сечения щелевого зазора между ротором и статором.
В камере 3 расположены лопатки 4, связанные со статором 1, и разделитель 5, связанный с ротором 2. Толщина лопаток 4 увеличивается к их основанию 6. Лопатки 4 содержат переднюю кромку 7, обращенную к ротору 2. Каждая лопатка 4 установлена под углом β=5÷26° к меридиональной плоскости 8, проходящей через центр ее передней кромки 7. Кроме того передняя кромка 7 выполнена плоской с образованием острого края 10 между плоскостью кромки и поверхностью 11 лопатки, обращенной к статору 1, причем плоскость кромки 7 параллельна плоскости поперечного сечения статора 1. При этом средняя линия 9 поперечного сечения лопатки 4, проведенная через центр передней кромки 7, наклонена к указанной меридиональной плоскости под углом α=5÷60°. Проведенные многочисленные испытания показали, что при α меньше 5° резко возрастает перетечка рабочей среды от выходного канала к входному, а больше 60° - уменьшается интенсивность продольного вихреобразования. Отсечные кромки разделителя 5 конгруэнтны передней кромке лопаток 4 и ограничивают участок поверхности разделителя, обращенный к передним кромкам лопаток 4. Этим обеспечивается максимальное использование длины рабочей камеры и максимальное использование длины передней кромки лопатки для уменьшения перетечек рабочей среды.
Предлагаемое выполнение кромок 7 позволяет ротор 2 практически вплотную придвинуть к лопаткам 4 статора 1, что значительно снизит протечки, уменьшающие эффективность работы вихревой машины. Кроме того, острый край 10 между кромкой 7 и поверхностью 11 лопатки 4 уменьшает интенсивность образования завихрений в этой области, дополнительно снижая количество протечек.