Об’ємна роторна пневмо-гідромашіна

Изобретение относится к пневмомашинам, которые можно использовать в качестве компрессоров для подачи сжатого воздуха или други х газов в системы и в качестве пневматических двигателей для привода рабочих органов вращательного движения, а также к насосам для нагнетания в системы различных жидкостей. Известна объемная роторная пневмогидромашина, [Решение о выдаче патента на изобретение РФ по заявке № 5039937/06/020406 от 27.04.92] содержащая две корпусные детали, жестко соединенные между собой по плоскости разъема, в каждой из которых имеются каналы всасывания и нагнетания, а также цилиндрические расточки, расположенные под углом друг к другу, и общая сферическая полость с центром, совпадающим с точкой пересечения цилиндрических расточек, приводной и ведомый валы, установленные- в цилиндрических расточках, ротор, размещенный в сферической полости и состоящий из дисковой перегородки и двух лопастей, расположенных по обе стороны от дисковой перегородки и закрепленных на приводном и ведомом валах, соединенных с дисковой перегородкой с образованием шарнира Гука и четырех рабочих камер переменного объема, причем ведомый вал выполнен в виде неподвижной консольной оси, жестко закрепленной в корпусе, а радиальная подшипниковая опора ведомой лопасти размещена в цилиндрической расточке лопасти. Недостатком такой пневмогидромашины является сложность конструкций деталей ротора: дисковой перегородки, содержащей четыре проушины и цилиндрические выступы, расположенные крестообразно, и двух лопастей с выполненными на них диаметрально расположенными серьгами. В качестве прототипа принята конструкция нагнетательного объемного устройства (компрессора) [GB № 2023740 А, кл. F 01 С 3/06], содержащего корпус с каналами подвода и отвода рабочего тела, сферическую полость, цилиндрические расточки, расположенные под углом друг к другу с осями, точка пересечения которых совпадает с центром сферической полости, приводной и ведомый валы, установленные в цилиндрических расточках, ротор, размещенный в сферической полости и состоящий из наклонного диска (лопасти), закрепленного на приводном валу, ведомой лопасти, закрепленной на ведомом валу, и промежуточного пальца, установленного на оси, закрепленной на плоской поверхности наклонного диска, образующего шарнирное соединение между наклонным диском и ведомой лопастью и разделяющего сферическую полость на две рабочие камеры переменного объема. Недостатком такой конструкции является низкая прочность соединения промежуточного пальца на оси, закрепленной на плоской поверхности наклонного диска, что ограничивает давление нагнетания в низких пределах, а также малая площадь контакта плоской поверхности промежуточного пальца с плоской поверхностью наклонного диска, в результате чего с увеличением давления увеличиваются потери энергии на преодоление сил трения по контактируемым поверхностям пальца и наклонного диска, образуется локальный нагрев поверхностей, их затирание и заклинивание промежуточного пальца. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования объемной роторной пневмогидромашины, в которой упрочнением шарнирного соединения ротора обеспечивается передача больших усилий от приводного звена (наклонного диска) к ведомому звену (ведомой лопасти) и уменьшением сил трения, путем замены скольжения между подвижными поверхностями на качение, и за счет этого повысить давление нагнетаемого рабочего тела, уменьшить потери энергии на преодоление сил трения, предотвратить затирание и заклинивание, повысить КПД и надежность конструкции. Поставленная задача решается тем, что в объемной роторной пневмогидромашине, содержащей две корпусные детали жестко соединенные между собой по плоскости разъема, в каждой из которых имеется общая сферическая полость и цилиндрические расточки, расположенные под углом друг к другу с осями, точка пересечения которых совпадает с центром сферической полости, приводной и ведомый валы, установленные в цилиндрических расточках, ротор, размещенный в сферической полости и состоящий из приводной лопасти, установленной на приводном валу и выполненной в виде диска, ведомой лопасти, выполненной в виде шарового клина и установленной на оси ведомого вала или на подшипниковых опорах на неподвижной консольной оси, а также из промежуточного пальца, соединенных между собой с образованием шарнирного соединения и двух рабочих камер переменного объема, согласно изобретению промежуточный палец выполнен в виде неподвижного элемента на плоском торце приводной лопасти или на ведомой лопасти, а приводная лопасть установлена на подшипниковой опоре на приводном валу с возможностью ее вращения относительно оси, образующей острый угол с осью приводного вала и проходящей через центр сферической полости. Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом имеет два новых признака: во-первых, промежуточный палец выполнен в виде неподвижного элемента на плоском торце приводной лопасти или на ведомой лопасти; во-вторых, приводная лопасть установлена на подшипниковой опоре на приводном валу с возможностью ее вращения. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствуе т критерию "новизна". Совокупность отличительных от прототипа признаков заявляемого изобретения "объемная роторная пневмогидромашина" совместно с ограничительными признаками является достаточной во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. Первый признак позволяет упрочнить шарнирное соединение между приводной и ведомой лопастями и тем самым повысить передаваемые усилия и мощность, т.е. повысить давление нагнетаемого рабочего тела. Второй признак позволяет уменьшить потери энергии на преодоления сил трения скольжения, повышая тем самым КПД, надежность и давление рабочего тела. В совокупности оба признака повышают давление рабочего тела (мощность), КПД и надежность пневмогидромашины. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 изображены продольные разрезы объемной роторной пневмогидромашины с различными конструктивными исполнениями шарнирного соединения ротора и различными установками ведомой лопасти на ведомом валу. Объемная роторная пневмогидромашина состоит из двух корпусных деталей 1 и 2 жестко соединенных между собой по плоскости разъема, в каждой из которых имеется общая сферическая полость и цилиндрические расточки, расположенные под углом друг к другу с осями, точка пересечения которых совпадает с центром сферической полости. В цилиндрической расточке корпуса 1 установлен приводной вал 3 на подшипниковой опоре 4, а в цилиндрической расточке корпусной детали 2 установлен ведомый вал, выполненный в виде вращающейся оси 5 на подшипниковой опоре 6 или в виде неподвижной консольной оси 7, жестко закрепленной в корпусе 2. В сферической полости размещен ротор, состоящий из приводной и ведомой лопастей. Приводная лопасть 8 (8а) имеет форму диска с цилиндрической расточкой, в которой установлен подшипник качения 9, закрепленный на наклонном пальце 10, выполненном на внутреннем конце приводного вала 3, причем ось вращения 11 подшипника качения 9 образует острый угол с осью приводного вала 3 и проходит через центр сферической полости. Ведомая лопасть выполнена в виде шарового клина и может иметь различное конструктивное исполнение в зависимости от конструкции ведомого вала. Ведомая лопасть 12 закреплена на вращающейся оси 5, а лопасть 12а установлена на подшипниковых опорах 13 и 13а на неподвижной консольной оси 7. На ведомой лопасти 12 или на плоском торце приводной лопасти 8а выполнены диаметрально расположенные цилиндрические выступы 14 или 15, входящие в зацепление с диаметрально расположенными цилиндрическими пазами, выполненными соответственно на плоском торце приводной лопасти 8 или на ведомой лопасти 12. Между плоскими гранями приводной и ведомой лопастями в сферической полости образованы две рабочие камеры 16 и 17 переменного объема, из которых камера 16 на чертеже изображена в положении максимального объема, а камера 17 - минимального объема В корпусной детали 2 имеются подводные 18 и отводные 19 каналы, которые на чертеже показаны условно. Пневмогидромашина работает следующим образом. При вращении приводного вала 3 вращается приводная лопасть 8 (8а) относительно оси приводного вала и относительно оси 11 наклонного пальца 10 на подшипнике качения 9, благодаря чему плоский торец приводной лопасти совершает вращательноколебательное движение, которое через шарнирное соединение, образованное цилиндрическими выступами 14 или 15, входящими в зацепление в соответствующие пазы, передается на ведомую лопасть 12 (12а). В результате вращательно-колебательного движения плоского торца приводной лопасти 8 (8а) объемы рабочих камер изменяются, например, от минимального 17 до максимального 16 и наоборот. В режиме компрессора и насоса при увеличении объема камеры происходит ее заполнение рабочим телом через подводной канал 18, а при уменьшении объема -вытеснение через отводной канал 19. При работе устройства в режиме пневмомотора направление потока изменяется. Сжатый воздух (газ) под давлением подводится в отводной канал 19, затем в рабочую камеру, где он расширяется, производя полезную работу, и отводится через канал 18, площадь сечения которого больше площади сечения канала 19. Таким образом заявляемое устройство может быть использовано для нагнетания сжимаемого и несжимаемого рабочего тела. Так, например, при использовании его в качестве компрессора для тормозных систем и для холодильных машин взамен применяемых в настоящее время компрессоров шатуннопоршневого типа, вес каждого компрессора уменьшится в 2-3 раза, а надежность возрастет в 1,5-2 раза.