Роторно-поршневий компресор або двигун

1 Швидкохідний роторно-поршневий компресор (або двигун) з розміщеними у його корпусі двома синхронізованими роторами силовим з зубом-поршнем (лопаттю) й допоміжним (який замикає) з гніздом, що узгоджене з зубом-поршнем, які мають систему ущільнень, а також вхідний та вихідний патрубки та впускні клапани, який відрізняється тим, що силовий ротор виконаний у вигляді зрізаної кулі, на периферійній частині якої розміщений один або два зуби-поршні, зовнішня частина зуба-поршня виконана по кульовій поверхні з єдиним центром обертання з силовим ротором, а торцеві поверхні зуба-поршня і зрізана поверхня кулі силового ротора мають плоску або конусну поверхню, допоміжний ротор має вигляд диска з бортами й гніздом для проходу зубапоршня, причому торцева поверхня допоміжного ротора та частина стінок гнізда, які взаємодіють з силовим ротором, виконані по кульових поверхнях із загальним з силовим ротором центром обертання, корпус компресора на тих ділянках, які контактують з силовим або допоміжним роторами, виконаний по кульових поверхнях із загальним центром обертання та плоских або конусних поверхнях 2 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що поверхні взаємодії силового ротора, допоміжного ротора та корпуса, які є постійно діючими ущільненнями, утворюють еквідистантну щілину, яка має у напрямку ходу газів довжину, яка у 40 - 200 разів більше висоти щілини і не перевищує 0,1 мм 3 Компресор або двигун за пп 1, 2, який відрізняється тим, що одна або обидві ущільнюючі поверхні мають систему канавок або гребенів 4 Компресор або двигун за пп 1-3, який відрізняється тим, що тонкі гребені виконані з металу, який поступається у МІЦНОСТІ металу поверхні, з якою контактує 5 Компресор або двигун за пп 1-4, який відрізняється тим, що гребені між собою періодично з'єд нані й утворюють "соти", заповнені набивкою, яка здатна руйнуватися при безпосередньому контакті з ротором 6 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що миттєвий контакт зуба-поршня зі стінками гнізда допоміжного ротора відбувається по циклоїді, циліндричній поверхні та інших корегованих кривих зчепленнях 7 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що вісь силового ротора перетинається з віссю допоміжного ротора під кутом, який менше прямого 8 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що силовий ротор має два зуба-поршня, а допоміжний ротор - одне гніздо й обертається у два рази швидше 9 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що загальний центр кульових поверхонь обох роторів та корпусу розміщений всередині силового ротора за зрізаною поверхнею 10 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що вали роторів, самі ротори та корпус мають канали для подачі охолоджуючого агента 11 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що ротори всередині мають ребра або систему каналів 12 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що ротори та частина корпусу виконані з матеріалу з низьким коефіцієнтом ЛІНІЙНОГО розширення 13 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що корпус роз'єднується по площинах, які проходять крізь загальний центр обертання кульових поверхонь 14 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що обидва ротори закріплені консольно, а допоміжний ротор частково заходить за площину, яка проходить крізь загальний центр обертання кульових поверхонь 15 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що вхідний та вихідний патрубки для газів розташовані на корпусі з боку зрізаної частини силового ротора 16 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що у вихідному патрубку для газів встановлений автоматичний клапан, який може бути пластинчастого типу 17 Компресор або двигун за п 1, який відрізня (О 47671 ється тим, що один або обидва патрубки для газів виконані резонансними, які можна підстроювати на режим 18 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що ротори синхронізовані зовнішньою зубчастою передачею 19 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що привід передачі, яка синхронізує ротори, розташований з боку зрізаної кульової поверхні силового ротора 20 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що привід передачі, яка синхронізує ротори, розташований з боку кульової поверхні силового ротора 21 Компресор або двигун за п 1, який відрізняється тим, що підшипники та ущільнення валів роторів розміщені у гільзах, які розташовані по ЛІНІЯХ роз'єму корпусу Винахід відноситься до швидкохідних роторнопоршневих компресорів (або двигунів) з розміщеними в його корпусі двома синхронізованими роторами-силовим, із зубом-поршнем (лопатю) і допоміжним-запираючим з гніздом, яке узгоджене з зубом-поршнем, та що розміщені на взаємноперетинаючих або паралельних валах, які мають систему ущільнень, клапани та патрубки для газів Відомо ШВИДКОХІДНІ роторно-поршневі компресори гвинтового типу, які мають силовий ротор у вигляді багатозахідного гвинта, та допоміжний ра або двигуна, у якому застосовані два синхронізованих ротора, один з яких із зубом-поршнем, а другий з гніздом під поршень, і відноситься до удосконалення ущільнень між роторами, зубомпоршнем та корпусом Поставлена задача вирішується тим, що у швидкохідному роторно-поршневому компресорі або двигуні, який містить корпус, розміщені у корпусі силовий ротор з зубом поршнем та допоміжний (замикаючий) ротор з гніздом для пропуска зуба-поршня, які розміщені на взаємоперетинаючих валах консольне, які лоть систему ущільнень, а також вхідний та вихідний патрубки та впускні клапани, згідно з винаходом, у ньому силовий ротор виконаний у вигляді усіченого шара, на периферійній частині якого розміщено один або два зуба-поршня, зовнішня частина якого виконана по шаровій поверхні з єдиним центром обертання було силовим з допоміжним ротором, а торцеві поверхні зуба-поршня й зрізана поверхня шара силового ротора мають плоску або конусну поверхню, допоміжний ротор має вигляд диска з бортами й гніздом для проходу зуба-поршня, причому торцева поверхня допоміжного ротора та частина стінок гнізда, які взаємодіють з силовим ротором, виконані по шаровим поверхням із загальним з силовим ротором центром обертання, корпус компресора на тих ділянках, які контактують з силовим або допоміжним роторами виконаний по шаровим поверхням із загальним центром обертання та по плоским або конусним поверхням замикаючий, ВІДПОВІДНИЙ ДО СИЛОВОГО ротора, у яких ущільнення між роторами здійснюються з застосуванням мастил або щілин /Сакун И А Винтовые компрессоры, М 1960 г рис 6, ЗО, 25,76, 81/ Перевагою гвинтових компресорів є відсутність елементів зі зворотнопоступальним рухом, що дозволяє збільшувати число обертів понад 20000об/хв Недоліком - є незадовільна робота ущільнень між роторами, які мають у перерізі щілини, що розширюються на вході та виході (як труба Вентурі), а при застосуванні мастил для ущільнень, швидкість взаємного переміщення обмежена 70 80м/с Є певні труднощі у точному виготовленні гвинтових роторів та в їх термічному розширенні ВІДОМІ роторно-поршневі двигуни (компресорну яких у корпусі розміщено силовий ротор з одним або двома зубами-поршнями (лопатями) й допоміжний, 2 запираючий ротор з одним або двома гніздами для перепуска зуба-поршня Ці ротори розміщені на двох паралельних або перетинаючих валах (консольне розміщення), мають ущільнення, синхронізуючу передачу роторів, вхідний та вихідний патрубки, клапани Цей пристрій прийнято за прототип, який є найбільш близьким технічним рішенням до винаходу, що заявляється /Журнал "Изобретатель и рационализатор" N7,1961 г, стрЗЭпозЗ/ Перевагою роторно-поршневого двигуна із зубом-поршнем являється відсутність частин із зворотно-поступальним рухом, крім того вони не потребують такого точного виготовлення, як вищезгадані гвинтові До недоліків відносяться ущільнення між роторами, яке відбувається по лінії у найбільш несприятливому варіанті, потреба у великих окружних швидкостях, проблеми змащення, труднощі, які виникають при збільшенні тиску понад 0,4МПа В основу винаходу поставлена задача вдосконалення відомого роторно-поршневого компресо Крім того задача вирішується тим, що поверхні взаємодії силового й допоміжного роторів та корпуса, які є постійними ущільненнями, утворюють еквідістантну щілину, яка має у напрямку ходу газів довжину у 40 - 200 разів більше висоти щілини, і не перебільшує 0,1 мм Крім того, одна або обидві ущільнюючі поверхні мають систему канавок або гребенів Крім того тонкі гребені виконанні тонкими й з металу, який поступається у МІЦНОСТІ металу поверхні, з якою контактує Крім того гребені між собою періодично з'єднані й утворюють "соти", які заповнені набивкою, яка здатна руйнуватися при безпосередньому контакті з ротором Крім того, миттєвий контакт зуба-поршня зі стінками гнізда допоміжного ротора відбувається по циклоїді, циліндричній поверхні та іншим корегованим кривим зчеплення Крім того вісь силового ротора перетинається з віссю допоміжного ротора під кутом, який менше 47671 прямого Крім того силовий ротор має два зуба-поршня, а допоміжний ротор - одне гніздо й обертається удвічі швидше Крім того, загальний центр шарових поверхонь обох роторів та корпуса розміщений усередині силового ротора за усіченою поверхнею Крім того, вали роторів, самі ротори та корпус мають канали для подачі охолоджуючого агента Крім того, ротори в середині мають ребра або систему каналів Крім того, ротори та частина корпуса виконані з матеріалу з низьким коефіцієнтом ЛІНІЙНОГО розширення Крім того, корпус роз'єднується по площинам, які проходять крізь загальний центр обертання шарових поверхонь Крім того, обидва ротори закріплені консольне, а допоміжний ротор частково заходить за площину, яка проходить крізь загальний центр обертання шарових поверхонь Крім того, вхідний та вихідний патрубки для газів розташовані на корпусі з боку усіченої частини силового ротора Крім того, у вихідному патрубку для газів встановлений автоматичний клапан, який може бути пластинчатого типу Крім того, один або обидва патрубки для газів виконані резонансними які можна підстроювати на режим Крім того, ротори синхронізовані зовнішньою зубчатою передачею Крім того, привід передачі, яка синхронізує ротори, розташована з боку усічення шарової поверхні силового ротора Крім того, привід передачі, яка синхронізує ротори, розташований з боку шарової поверхні силового ротора Крім того, підшипники та ущільнення валів роторів розміщені у гільзах, які розташовані по ЛІНІЯХ роз'єму корпуса Роторно-поршневий компресор або двигун повинен відповідати певним вимогам, щоб бути конкурентоспроможним по відношенню до відомих Це, у першу чергу, висока компактність, високий коефіцієнт корисної дії, технологічність Висока компактність у компресорі, який заявляється, може бути отримана, коли число обертів за хвилину сягає за 20000 - 30000, а лінійна швидкість зубапоршня сягає за 200м/сек Це в три рази більше, ніж досягнуто у відомих роторно-поршневих компресорів, у яких лінійна швидкість жорстко обмежена умовами змащування контактуючих поверхонь це 70 - 80м/сек За цією межею мастила горять і руйнується контактна поверхня Ущільнення у вигляді тонкої подовженої щілини - ідеальні з точки зору перетоків газу Така щілина спричиняє значний гідравлічний опір потоку газів, які до того ж розширюються у цій ЩІЛИНІ Тому запропоновані ущільнення між двома еквідистантними шаровими поверхнями є майже ідеальним і майже герметичними при подовженій ЩІЛИНІ висотою 0,05мм (Компресори-імпелери та осьово-лопаточні не розглядаються) Високий ккд обумовлений відсутністю витрат на тертя поверхонь, наявністю резонансної систе ми підводу газів та відсутністю зайвого нагріву газів у кільцевому каналі Тиск запропонованих компресорів майже не залежить від числа обертів за хвилину, а гази не насичуються парами мастил, тому такі компресори успішно можна буде використовувати у багатьох галузях промисловості утому числі для дихання людини Такі компресори можна використовувати у холодильній техніці для компресування аміаку та фреонів Ці компресори повинні працювати, коли присутня й рідка фаза холодоагенту, тим більш, що нема потреби у збільшенні числа обертів роторів більш ніж 3000 за хвилину Запропонований двигун на стислому повітрі принципово нічим не відрізняється від компресора, хіба що наявністю регулятора витрат стислого повітря для регулювання числа обертів та моменту обертання Такі двигуни також можуть знайти широке застосування у ряді галузей промисловості Винахід, що заявляється, пояснюється кресленням, де на фіг 1 схематично показано поздовжній розріз роторно-поршневого компресора або двигуна, а на фіг 2 поперечний розріз Роторнопоршневий компресор для стискання газів має у корпусі 1 один силовий ротор 2 з зубом-поршнем З, та другий допоміжний ротор 4, з гніздом 5 Обидва ротора мають ПОСТІЙНІ ущільнення 6 (по периферійній частині зуба-поршня - 5-і, у зоні взаємодії обох роторів - 5г, між силовим ротором та корпусом 5з), ротори розміщені на взаємноперетинаючих валах 7 та 8 Вали обпираються в гільзах 9 та 10 Ротори синхронізовані зовнішньою передачею 11 з ЗОВНІШНІМ приводом 12 Усі шарові поверхні - корпуса та роторів мають загальний центр обертання 13 Корпус має вихідний патрубок 14 з клапанами 15, та вхідний патрубок 16 з резонансним патрубком 17 Роз'єм корпуса 18 збігається з площиною, що проходить крізь загальний центр обертання 13 Зуб-поршень переміщується у кільцевому каналі 19 Роторно-поршневий компресор або двигун працює таким чином Зуб-поршень 3 після пропуска його гніздом 5 перекриває впускний канал 16 й починає переміщуватися у кільцевидному каналі 19, утвореного корпусом 1 та ротором 2 й стискає гази доти, поки випускний клапан 14 не витісниться під дією трохи більшого тиску газів з боку канала у порівнянні з тиском у ресивері стислих газів У той же час кільцеподібний канал 19 за зубом-поршнем 3 заповнюється газами, цьому також допомагає резонансний патрубок 17, який збільшує тиск газів у останній фазі заповнення кільцеподібного каналу 19 Завдяки тому, що заявлений компресор зовсім не має частин, які поступово-зворотньо рухаються й усі частини ідеально збалансовані, число обертів роторів 2 і 4 може досягти 30000 - 50000 обертів за хвилину, що сьогодні досягнуто у турбонагнітачах потужних дизель-моторів Це можливо тому, що у заявленому компресорі, усі ущільнення 6 щільові-безконтактні Але для того, щоб ці ущільнення працювали належним чином, щілини б повинні бути довжиною у 40 -200 разів більше висоти щілини, й тільки тоді коли висота щілини не 47671 більше 0,1мм Практично ж можливо мати щілини з висотою 0,05мм, і якщо одна з поверхонь має сотоподібну поверхню з заповненням, то щілина може бути висотою до 0,02мм Поверхні можуть взаємно притиратись Є тільки одна форма поверхні, яка може забезпечити співвідношення висоти щілини до и довжини у 40 - 200 разів - корпус й 8 обидва ротори у зоні взаємодії повинні мати поверхню шару із загальним центром обертання Застосування заявляемого роторнопоршневого компресора дає змогу отримати малу питому вагу, досить високий коефіцієнт корисної дії, чистий газ, без домішок масляного пару І£ Фіг 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71