Роторна машина

1. Роторна машина, що містить статор, ротор з отворами, у яких розміщені з можливістю руху в осьовому напрямку витискувачі, механізм, що задає осьове взаєморозташування витискувачів, робочу камеру, обмежену в осьовому напрямку першим торцем ротора і таку, що включає в себе робочі порожнини усмоктування і нагнітання, які з'єднані відповідно з впускним і випускним отворами, розділову перемичку, установлену на статорі напроти першого торця ротора, і регулювальний елемент, установлений на статорі напроти першого торця ротора з можливістю переміщення в осьовому напрямку, яка відрізняється тим, що містить додаткову робочу камеру, обмежену в осьовому напрямку другим торцем ротора, яка включає в себе свої робочі порожнини усмокту C2 2 (11) 1 3 75818 4 Як найближчий аналог обраний оборотний тить у собі порожнину усмоктування і порожнину регульований безпульсаційний насос високого нагнітання, і виділити з них елементи, що викотиску [Патент Російської Федерації №2123602], нують роль робочих органів насоса, що при робощо містить корпус із впускним і випускним отвоті насоса безпосередньо роблять роботу з перерами, у якому встановлений ротор У роторі виконосу робочого тіла з порожнини усмоктування в нані прорізи, у яких розміщені шибери з можливіпорожнину нагнітання. Порожнина усмоктування і стю зворотно-поступального руху уздовж його осі порожнина нагнітання - це робочі порожнини наобертання. Далі при описі пристроїв замість терсоса (які сполучаються відповідно з впускним і міну шибер буде використовуватись загальний випускним отворами насоса). В описуваних насотермін - витискувач. Насос містить встановлений сах при кожнім оберті взаємного обертального усередині корпуса механізм, який задає осьове руху роторного вузла і статорного вузла робочі взаєморозташування витискувачів у прорізах органи цих вузлів також роблять разом з ними ротора, робочу камеру, перегородку, що при взаобертальні рухи, при цьому в одному з цих вузлів ємодії з ротором відокремлює порожнину усмокробочі органи цього вузла роблять також і циклітування від порожнини нагнітання і тим самим чні рухи уздовж їхньої спільної осі обертання при перешкоджає перетіканню між ними робочого кожнім обороті цього вузла і взаємодіють з робосередовища. Перегородка за своєю суттю є чими органами другого (іншого, що залишився) окремим випадком одного з ізолюючих елеменвузла, що таких циклічних рухів не роблять. Натів, під якими мається на увазі кожний з елемендалі ми будемо називати вузол насоса, у якому тів насоса, який перешкоджає перетіканню робоелементи, що є робочими органами, роблять при чого середовища з порожнин насоса, а саме є обертанні цього вузла на кожен оберт ще і цикліокремим випадком однієї з розділових перемичні рухи уздовж спільної осі обертання - роторчок, тому що будь-який насос такого типу містить ним вузлом і відповідно основну ланку цього вузяк мінімум дві розділові перемички. ла будемо називати ротором. Вузол, що У цьому насосі робоча камера обмежена в залишився, будемо називати статорним вузлом і осьовому напрямку, з одного боку, поверхнею відповідно основну ланку цього вузла будемо торця ротора, з яким перегородка знаходиться в називати статором. Слід зазначити, що обертанковзному контакті і який названий першим торцем ня ротора в заявці скрізь буде розглядатися щодо ротора, і з іншого боку, регулювальним елеменстатора, безвідносно того, на якому пристрої цей том, що є, за своєю суттю, рухливим в осьовому статор може бути закріплений для створення напрямку ізолюючим елементом, а саме, другою відносного обертання ротора і статора насоса. І в розділовою перемичкою, яка встановлена напробагатьох практичних випадках використання вити першого торця ротора з можливістю перемінаходу ланка насоса, що названо в нас статором щення в осьовому напрямку. насоса, може бути закріплена на обертовому ваУ роторних насосах подібного типу завжди лу даного пристрою, а ланка насоса, названа в можна виділити дві групи елементів, що одночаснас ротором, може бути закріплена на станині чи но з рівними за значенням, але протилежними по на іншому обертовому валу цього ж пристрою. напрямку кутовими швидкостями обертаються Надалі в описі всі обертання ротора будуть розгвідносно один одного навколо загальної осі. У лядатися щодо статора у вищенаведеному розукожній з цих груп елементів звичайно виділяють мінні цих понять. Робочі органи насоса, що оберпо одній основній ланці, обертання яких відносно таються разом з ротором і безпосередньо один одного навколо загальної осі приведе до здійснюють роботу з витиснення робочого тіла в обертання і всіх інших елементів насоса. Одну з порожнину нагнітання насоса, звичайно називацих ланок звичайно називають ротором, а іншу, ють витискувачами (надалі і ми їх будемо так щодо якої розглядається обертання, звичайно називати), а елементи статорного вузла, що взаназивають статором (чи дуже часто - корпусом). ємодіють з елементами роторного вузла, відоПоняття «ланка ротор» і «ланка статор» - це відкремлюючи при цьому порожнину усмоктування носні поняття і залежать тільки від того, до якої з від порожнини нагнітання насоса, звичайно назицих ланок розглядається обертання іншої ланки вають розділовими перемичками (надалі і ми їх (надалі просто ротор і статор). будемо так називати). У регульованих варіантах Слід зазначити, що всі обертання розгляданасоса, звичайно одну з розділових перемичок, ються (і надалі будуть розглядатися, якщо інше установлюють з можливістю переміщення щодо спеціально не буде обговорене) відносно спільної ротора і називають регулювальним елементом. осі обертання, а під осьовим напрямком буде Порожнина усмоктування сполучається з впускматися на увазі напрямок, рівнобіжний цієї спільним отвором насоса, а порожнина нагнітання ній осі обертання. При обертанні ротора щодо сполучається з випускним отвором насоса. У настатора частина елементів насоса, кінематично сосі з одним циклом руху витискувачів за один зв'язаних з ротором, теж приходить в обертання. оберт ротора завжди присутні як мінімум дві розСукупність цих елементів насоса і ротора ми наділових перемички, що відокремлюють порожнидалі будемо називати роторним вузлом. Частину ну усмоктування від порожнини нагнітання насоелементів насоса, що залишилася, яка не прихоса. У насосах із двома циклами кількість дить в обертання разом з ротором щодо статора, розділових перемичок - подвоюється, із трьома надалі ми разом зі статором будемо називати повторюється і так далі. статорним вузлом. Як у статорному вузлі, так і в Різниця відстаней між ротором і торцями ророторному вузлі, завжди можна виділити елемензділових перемичок, що звернені до ротора, вити, що утворюють робочу камеру насоса, яка місзначає подачу насосів цих типів на один оберт 5 75818 6 ротора, (чи іншими словами, відстань в осьовому тора і без використання спеціальної перемикаюнапрямку між торцями розділових перемичок, чої апаратури. При роботі роторної машини як звернених до ротора, визначає подачу таких нагідромотор, можна змінювати напрямок обертансосів на один оберт ротора). ня ротора без зміни напрямку подачі робочого У роторних машинах, що обрані в нас як анатіла. Крім того, зусилля, яких необхідно прикласлоги, при роботі їх як насос, не можна змінювати ти до регулювальних елементів для регулювання напрямок подачі робочого тіла без зміни напрямроторної машини, перестає залежати від робочоку обертання ротора. При роботі їх як гідромотор го тиску в системі, а зміни тиску в системі, викли(двигун) також не можна змінювати напрямок кані нерівномірним навантаженням роторної маобертання ротора без зміни напрямку подачі в шини не передаються через робоче тіло на них робочого тіла. механізм, що задає осьове взаєморозташування Задачею, на рішення якої спрямований винавитискувачів і пристрій регулювання продуктивхід, є розширення функціональних можливостей ності. Це дозволяє відмовитися від гідропідсилюроторних машин подібного типу, а також поліпвачів у пристрої керування і зменшити час регушення їхніх робочих параметрів. лювання роторної машини. Таке взаємне Поставлена задача вирішується таким чином, розташування регулюючих елементів і перегорощо в роторній машині, що містить сукупність док дозволяє в роторних машинах такого типу елементів статорного і роторного вузлів, а саме змінювати напрямок подачі робочого тіла й обхомістить статор, ротор з отворами, у яких розмідитися при цьому одним комплектом витискуващені з можливістю руху в осьовому напрямку чів, одним механізмом, що задає осьове взаємо(уздовж його осі обертання) витискувачі, мехарозташування цих витискувачів, і цілком нізм, що задає осьове взаєморозташування витизрівноважити ротор від сил тиску робочого серескувачів, робочу камеру обмежену в осьовому довища на торці ротора. напрямку першим торцем ротора і, що включає в Крім того, з метою розвантаження осі ротора себе робочі порожнини усмоктування і нагнітанвід сил тиску робочого середовища в радіальноня, що містить, установлену на статорі напроти му напрямку і для зменшення вібрацій ротора в першого торця ротора розділову перемичку і радіальному напрямку і зв'язаного з ними рівня встановлений на статорі, напроти першого торця шумів, поліпшення ущільнень у робочих камерах, ротора (там само) з можливістю переміщення в а так само зменшення рідинного тертя об стінки, осьовому напрямку регулювальний елемент відщо обмежують робочу камеру в радіальному наповідно до винаходу містить додаткову робочу прямку, обидві робочі камери роторної машини, у камеру, обмежену в осьовому напрямку другим окремому варіанті виконання роторної машини, торцем ротора, що включає в себе свої робочі можуть бути обмежені в радіальному напрямку порожнини усмоктування і нагнітання (у який виповерхнями кільцевих пазів, виконаних у лежачих ходять торці витискувачів), і містить установлені навпроти торцях ротора і таких, що проходять на статорі напроти другого торця ротора розділокрізь отвори ротора, у яких розміщені витискуваву перемичку і регулювальний елемент, що встачі, причому ці отвори утворюють виїмки на поверновлений з можливістю переміщення в осьовому хнях цих кільцевих пазів при перетинанні їх з нинапрямку, причому цей регулювальний елемент ми. Чи, іншими словами, кільцеві циліндричні установлений так, що його торець, перпендикупази виконані в торцях ротора таким чином, що лярний осі обертання ротора, розташований напроходять через отвори ротора, у яких розміщені впроти, перпендикулярного осі обертання ротора, витискувачі, при цьому ширина кільцевих циліндторця розділової перемички, що закріплена на ричних пазів у радіальному напрямку менше шистаторі напроти першого торця ротора, а роздірини витискувачів. При цьому дно першого кільлова перемичка, установлена напроти другого цевого паза є, по своїй суті, першим торцем торця ротора, установлена так, що її торець, перотора, а дно іншого кільцевого паза - другим рпендикулярний осі обертання ротора, розташоторцем ротора. Сукупність усіх перерахованих ваний напроти торця регулювального елемента вище ознак, уведених до складу роторної машиперпендикулярного осі обертання ротора, що ни, приводить до розширення її функціональних закріплений на статорі напроти першого торця можливостей, а саме: дозволяє змінювати наротора, при цьому, регулювальні елементи зв'япрямок подачі робочого тіла при незмінному назані між собою (жорстким) кінематичним зв'язком прямку обертання ротора при використанні даної так, що переміщення одного регулювального машини як насос, а при використанні цієї машини елемента викликає переміщення іншого регулюяк гідромотор змінювати напрямок обертання вального елемента, крім того робочі порожнини ротора при незмінному напрямку подачі робочого обох робочих камер, розташовані в осьовому тіла, збільшити швидкість регулювання, домогтинапрямку друг напроти друга з'єднані між собою ся сталості зусилля регулювання поза залежнісканалами, а механізм, що задає осьове взаємотю від тиску робочого тіла в системі, спростити розташування витискувачів, виконаний таким конструкцію, а також істотно підвищити стійкість чином, що забезпечує ковзний контакт із кожним роторної машини до різких перепадів тиску в сисрегулювальним елементом завжди, як мінімум, темі, до якої вона підключена. одного витискувача. Подібно роторним машинам інших типів, даУведення перерахованих вище ознак до на роторна машина може бути сконструйована складу роторної машини дозволяє змінювати багатокамерною і мати в кожній робочій камері напрямок подачі робочого тіла при її роботі в кілька робочих циклів витискувачів на один оберт якості насосу, без зміни напрямку обертання роротора. 7 75818 8 Суть запропонованого винаходу пояснюється ходиться напроти першого торця ротора 5. Покресленнями, на яких представлені: рожнина усмоктування 19 (Фіг.2) додаткової роФіг.1 - роторна машина з вирізом чверті корбочої камери, з'єднана каналом 21 з порожниною пуса і ротора. нагнітання 14 (Фіг.6) першої робочої камери, а Фіг.2 - розріз роторної машини в площині розпорожнина нагнітання 20 (Фіг.2) з'єднана каналом ташування каналів корпуса. 22 (Фіг.2) з порожниною усмоктування 13 (Фіг.6). Фіг.3 - розріз роторної машини, вид з боку ваЦі канали виконані в корпусі 1, однак у загальнола. му випадку реалізації винаходу, вони можуть буФіг.4 - розріз роторної машини, вид з боку ти виконані й у роторі й у витискувачах, важливо впускного і випускного отворів. лише тільки, щоб вони з'єднували між собою проФіг.5 - ротор з витискувачем. тилежні камери роторної машини. Роторна маФіг.6 - бічне розгорнення по центрі робочої шина містить механізм, що задає осьове взаємокамери. розташування витискувачів 7, що виконаний Роторна машина в даному конкретному варітаким чином, що забезпечує ковзний контакт анті реалізації винаходу (Фіг.1) містить корпус завжди, як мінімум, одного витискувача 7 з кож(статор) 1, що включає в себе корпусні кришки 2 і ним із регулювальних елементів 12 і 18. Меха3. У корпусі 1 установлений насаджений на вал 4 нізм, що задає осьове взаєморозташуваня витисротор 5. У роторі 5 виконані отвори 6, у яких розкувачів, виконаний у виді порожнього циліндра міщені з можливістю руху уздовж його осі обер23, що охоплює ротор 5 і встановлений з можлитання витискувачі 7. вістю переміщення в осьовому напрямку. На внуУ торці ротора 5, що знаходиться напроти трішній поверхні цього порожнього циліндра 23 кришки 2 і який названий першим торцем ротора виконаний замкнутий криволінійний паз 24, кри5, виконаний кільцевий паз 8, що проходить 5 визна якого визначає осьове взаєморозташуванчерез отвори 6. Також у торці ротора 5, що знаня витискувачів 7. Крім того, кожен витискувач 7 ходиться напроти кришки 3, виконаний аналогічобладнаний штовхальником 25. Ці штовхальники ний кільцевий паз 9, що також проходить через 25 входять у замкнутий криволінійний паз 24. отвори 6. При цьому кільцеві пази 8 і 9 виконані Замкнутий криволінійний паз 24 виконаний таким таким чином, що отвору 6 утворять виїмки 10 на чином, що, як мінімум, один з витискувачів 7, 5, циліндричних поверхнях цих кільцевих пазів 8 і 9. що знаходиться напроти торця регулювального Роторна машина містить встановлену в 10 корпуелемента 12, контактує з торцем регулювального сній кришці 2 напроти першого торця ротора 5 елемента 12, і, як мінімум, один з витискувачів 7, розділову перемичку 11 і встановлений у цій же що знаходиться напроти торця регулювального корпусній кришці 2, напроти цього торця ротора елемента 18, контактує з торцем регулювального 5, з можливістю переміщення в осьовому напряелемента 18. мку, регулювальний елемент 12. Торець розділоКрім того, регулювальні елементи 12 і 18 а вої перемички 11 знаходиться в ковзному контактак само порожній циліндр 23 зв'язані між собою ті з дном кільцевого паза 8. Цей кільцевий паз 8 тягою 26 так, що переміщення тяги 26 в осьовому разом з корпусною кришкою 2 обмежує першу напрямку викликає аналогічне переміщення регуробочу камеру. У цій робочій камері розділова лювальних елементів 12 і 18, а так само порожперемичка 11 і регулювальний елемент 12, рознього циліндра 23. діляють цю робочу камеру на порожнини усмокЯк насос роторна машина працює у такий тування 13 і нагнітання 14 (Фіг.6). Порожнина спосіб. усмоктування 13 повідомляється з впускним У початковий момент часу тяга 26 виставлеотвором 15, а порожнина нагнітання 14 повідомна так, що регулювальний елемент 12 і регулюляється відповідно з випускним отвором 16. Так вальний елемент 18 знаходяться на однаковій само роторна машина містить встановлену в корвідстані від торців ротора 5, напроти яких вони пусній кришці 3 напроти другого торця ротора 5 встановлені, і порожній циліндр 23 також знахорозділову перемичку 17 (Фіг.2) і встановлений у диться в середнім положенні. Для цього тяга 26 цій же корпусній кришці 3, напроти цього торця з'єднана з ними відповідним чином. При обертанротора 5, з можливістю переміщення в осьовому ні ротора 5 штовхальники 25 витискувачів 7 понапрямку, регулювальний елемент 18. Торець чинають сковзати по поверхнях замкнутого крирозділової перемички 17 знаходиться в ковзному волінійного паза 24 і витискувачі 7 починають контакті з дном кільцевого паза 9. Цей кільцевий робити уздовж осі обертання ротора 5 зворотньопаз 9 разом з корпусною кришкою 3 обмежує допоступальні рухи. Замкнутий криволінійний паз 24 даткову робочу камеру. У цій робочій камері розвиконаний таким чином, що рух кожного витискуділова перемичка 17 і регулювальний елемент вача 7, за один оберт ротора 5 характеризується 18, розділяють цю додаткову робочу камеру на наступним циклом: витискувач 7, що знаходиться порожнині усмоктування 19 і нагнітання 20 (Фіг.2). в початковий момент часу в ковзному контакті з При цьому розділова перемичка 17 установлена торцем регулювального елемента 12 починає так, що її торець, звернений убік другого торця сковзати по його торці і наближатися до розділоротора 5, розташований напроти торця регулювої перемички 11, відокремлюючи при цьому в вального елемента 12, що знаходиться напроти першій робочій камері порожнину усмоктування першого торця ротора 5. А регулювальний еле13 від порожнини нагнітання 14. Далі, при обермент 18 встановлений так, що його торець, звертанні ротора 5, у якийсь момент часу, витискувач нений убік другого торця ротора 5, розташований 7 починає всуватися в ротор 5 і перестає відонапроти торця розділової перемички 11, що знакремлювати порожнину усмоктування 13 від по 9 75818 10 рожнини нагнітання 14, тобто втрачає ковзний що нагнітається в порожнину нагнітання 20, що контакт із регулювальним елементом 12. Але так само з'єднані між собою каналом 22. наступний за ним витискувач 7, у цей момент При переміщенні тягою 26 регулювального часу, уже сковзає по торці регулювального елеелемента 12 у найбільш віддалене від ротора 5 мента 9, відокремлюючи при цьому порожнину положення, одночасно зміщаються в цьому ж усмоктування 13 від порожнини нагнітання 14. напрямку і порожній циліндр 23 і регулювальний Робоче середовище, що знаходиться між цими елемент 18. двома сусідніми витискувачами 7 і також знахоВитискувачі 7, що знаходяться в ковзному диться в отворах 6, у яких ці витискувачі 7 розміконтакті з торцем регулювального елемента 12 щені, при обертанні ротора 5 починає переновисуваються з ротора 5 на величину осьового ситься з порожнини усмоктування 13 у порожнину зсуву регулювального елемента 12, а витискувачі нагнітання 14, до якої при обертанні ротора 5, 7, що знаходяться в ковзному контакті з торцем наближаються ці витискувачі 7. При подальшому регулювального елемента 18 відповідним чином обертанні ротора 5 витискувач 7 обходить роздівсуваються в ротор 5. Подача робочого середолову перемичку 11 і знову починає наближатися вища в порожнину нагнітання 14 з порожнини до регулювального елемента 12. усмоктування 13 збільшується, а забір робочого Потім у якийсь момент часу витискувач 7 середовища з порожнини усмоктування 19 і пезнову торкається своїм торцем торця регулюваренесення її в порожнину нагнітання 20 зменшульного елемента 12 і починає при ковзанні по ється, унаслідок цього у випускний отвір 16 почицьому торці відокремлювати порожнину усмоктунає нагнітатися робоче середовище, а з вання 13 від порожнини нагнітання 14, як і в повпускного отвору 15 забиратися. Для того, щоб чатковий момент часу. змінити напрямок потоку робочого тіла в роторній У додатковій робочій камері робочий цикл вімашині, треба перемістити тягу 26 в інше крайнє дбувається аналогічно, з тією лише різницею, що положення, при який регулювальний елемент 18 витискувач 7 який знаходиться в ковзному контабуде знаходитися в найбільш віддаленому полокті з регулювальним елементом 12 у цей же моженні від ротора 5. При такому положенні регумент часу обходить розділову перемичку 17 і далювального елемента 18 напрямок потоку роболі, в момент часу коли витискувач 7 обходить чого середовища 10 зміниться на протилежне і розділову перемичку 11, він контактує з можливіробоче середовище почне нагнітатися вже в стю ковзання з регулювальним елементом 18, отвір 15, а забиратися з отвору 16. Слід зазначивідокремлюючи при цьому порожнину усмоктути, що при цих крайніх положеннях регулювальвання 19 від порожнини нагнітання 20. Порожниних елементів 12 і 18, продуктивність роторної на усмоктування 19 додаткової робочої камери машини максимальні, а напрямки нагнітання ропри цьому знаходиться напроти порожнини нагнібочого середовища різні. При наближенні регутання 14 першої робочої камери, а порожнина лювальних елементів 12 і 18 до середнього понагнітання 20 відповідно напроти порожнини ложення, продуктивність роторної машини усмоктування 13. Оскільки порожнина усмоктузменшується аж до нульової і починає зростати вання 19 з'єднана каналом 21 з порожниною напри проходженні регулювальними елементами 12 гнітання 14, а порожнина нагнітання 20 з'єднана і 18 середнього положення, але при цьому міняканалом 22 з порожниною усмоктування 13 і реється напрямок нагнітання робочого середовища. гулювальні елементи 12 і 18 виставлені в середОскільки протилежні в осьовому напрямку робочі нє положення, то течія робочого середовища у порожнини роторної машини з'єднані між собою впускному отворі 15 і випускному отворі 16 відсуканалами в них встановлюється однаковий роботнє. Внаслідок того, що кількість робочого серечий тиск, то сила тиску діюча на ротор 5 з боку довища, що нагнітається, у порожнину нагнітання цих робочих порожнин цілком врівноважуються. 14 дорівнює кількості середовища, що забираєтьПри роботі роторної машини як гідромотор, пося, з порожнини усмоктування 19, з'єднаних між ложенням тяги 26 можна змінювати як швидкість собою каналом 21, а кількість робочого середообертання ротора 5, так і напрямокйого обервища, що забирається, з порожнини усмоктувантання, як і в будь-якій оборотній роторній машині. ня 13 дорівнює кількості робочого середовища, 11 Комп’ютерна верстка О. Присяжнюк 75818 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601