Лопастная машина с неподвижными и вращающимися частями цилиндра
Формула / Реферат
1. Лопастная машина с неподвижными и вращающимися частями цилиндра, относящаяся к группе объемных вращательных машин, которая может быть использована в качестве приводной или рабочей машины, использующей в качестве рабочей среды сжимаемые или несжимаемые текучие среды, в цилиндре которой вращается эксцентрично расположенный ротор с лопастями, содержащая
неподвижные и вращающиеся части цилиндра, при этом неподвижная часть цилиндра выполнена с радиальными отверстиями, пропускающими рабочую текучую среду в рабочую камеру цилиндра и из нее, а вращающиеся части цилиндра представляют собой подшипники качения, плотно установленные в отверстиях неподвижной части цилиндра или в корпусе,
ротор с лопастями,
крышки (D), расположенные в центре отверстий неподвижных частей цилиндра или в корпусе, причем крышки имеют эксцентричные отверстия, в которых плотно установлены подшипники, в которых вращается ротор (С),
отличающаяся тем, что она содержит
боковые пластины (14), плотно установленные на роторе (С), вместе с которым они вращаются с одной угловой скоростью и вокруг одной оси,
одну или более неподвижных частей (А) цилиндра,
одну или более вращающихся частей (В) цилиндра, которые представляют собой подшипники качения или скольжения и свободно вращаются вокруг оси цилиндра, при этом на верхней поверхности (23) лопастей (F) выполнены продольные осевые канавки (24), а плоские поверхности (23) во время вращения ротора, подверженные воздействию центробежной силы, контактируют с рабочими поверхностями (9) внутренних колец (8) или дополнительных колец (10) таким образом, что тянут их за собой и приводят во вращение, причем на боковых сторонах корпусов (22) лопастей выполнены продольные радиальные канавки (25), которые при вращении контактируют с боковыми пластинами (14), и
крышки (D) с эксцентричными отверстиями (18), в которых вращаются боковые пластины (14).
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что каждая неподвижная часть цилиндра содержит радиальное впускное отверстие (5) для впуска рабочей текучей среды и одно радиальное выпускное отверстие (6) для выпуска рабочей текучей среды из рабочей камеры (16), при этом радиальное выпускное отверстие для выпуска рабочей текучей среды в начале содержит сужающееся поверхностное поперечное сечение, постепенно расширяющееся для уменьшения шума.
3. Машина по п.1, в которой боковые пластины (14) вращаются вместе с ротором (С), при этом они выполнены с возможностью соединения с ротором одним из известных способов, обеспечивающих прочные соединения, но, однако, позволяющих при этом отсоединить пластины от ротора.
4. Машина по п.1, в которой вращающиеся части (В) цилиндра выполнены с дополнительными кольцами (10), ширина которых больше ширины подшипника.
5. Машина по п.1, в которой положение продольных осевых канавок (24) лопастей (F) регулируется в соответствии с распределением неподвижных частей (А) цилиндра и вращающихся частей (В).
6. Машина по п.1, в которой одна вращающаяся часть (В) цилиндра расположена между двумя неподвижными частями (А) цилиндра, при этом боковые пластины (14) выполнены с возможностью вращения в эксцентричных отверстиях крышки (D).
7. Машина по п.1, в которой две вращающиеся части (В) цилиндра расположены между двумя неподвижными частями (А) цилиндра, при этом боковые пластины (14) выполнены с возможностью вращения в эксцентричных отверстиях крышки (D).
8. Машина по п.1, в которой две вращающиеся части (В) цилиндра расположены между двумя неподвижными частями (А) цилиндра, при этом боковые пластины (14) выполнены с возможностью вращения в эксцентричных отверстиях неподвижных частей (А) цилиндра.
9. Машина по п.1, в которой одна неподвижная часть (А) цилиндра расположена между двумя вращающимися частями (В) цилиндра, при этом неподвижная часть цилиндра имеет эксцентричное отверстие, в котором вращается ротор (С) с лопастями (F).
10. Машина по п.1, в которой две неподвижные части (А) цилиндра расположены между тремя вращающимися частями (В), при этом вращающиеся части расположены на концах цилиндра, а боковые пластины (14) выполнены с возможностью вращения в эксцентричных отверстиях крышек (D).
Текст
013630 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к лопастной машине, в которой часть цилиндра неподвижна, в то время как другие части цилиндра вращаются. Лопастная машина может быть рабочей машиной (двигателем) для непрерывного преобразования энергии текучей среды в механическую энергию или приводной машиной (насосом) для непрерывного подъема, выталкивания, сжатия или выпуска текучей среды механическим или иным способом, относящейся к группе объемных вращающихся машин, использующих в качестве рабочей среды сжимаемые или несжимаемые текучие среды. Согласно Международной патентной классификации изобретение классифицировано следующим образом: область F - механика; класс F01 - машины или двигатели вообще; подкласс F01C - роторные машины или двигатели; группа 13/00 - машины или двигатели специального назначения, агрегатирование роторных двигателей с устройствами, приводимыми ими в действие, приводимых ими в движение; подгруппа 13/02 - для привода ручных инструментов и т.п. и 13/04 - для привода насосов или компрессоров. Техническая задача Главная проблема, связанная с объемными машинами, а в особенности с лопастными объемными машинами, состоит в наличии объемных и механических потерь. Объемные потери связаны с недостаточно большими отверстиями, впускающими рабочую среду в рабочую камеру машины и выпускающими ее из рабочей камеры. Также объемные потери возникают из-за утечек текучей среды из участков рабочих камер с более высоким давлением в участки с более низким давлением. Механические потери обусловлены трением между контактирующими между собой вращающимися и неподвижными частями машины, образующими части рабочей камеры. Следствием увеличения объемных и механических потерь является снижение объемного и механического КПД машины, т.е. низкий общий КПД. Техническая задача, решаемая посредством данного изобретения, заключается в улучшении процесса заполнения рабочей камеры рабочей средой и опорожнения камеры, а также в уменьшении износа поверхностей лопастей, находящихся в контакте с осевыми и радиальными поверхностями цилиндра, и улучшении уплотнения лопастей относительно осевых и радиальных поверхностей цилиндра. Уровень техники В лопастных машинах лопасти прижимаются к стенкам цилиндра в рабочей камере центробежной силой, а в некоторых вариантах осуществления дополнительно еще и пружинами, или посредством приложения давления рабочей среды к внутренней радиальной поверхности лопасти. Износ лопастных машин с неподвижным цилиндром пропорционален результирующей силе, толкающей лопасть к поверхности цилиндра в рабочей камере, и коэффициенту трения. Проблема трения решается, помимо прочего, с помощью выбора материалов лопастей и цилиндра. Лопасти могут перемещаться в осевом направлении, поэтому они опираются на неподвижные боковые поверхности рабочей камеры. Из-за больших относительных скоростей между боковой поверхностью лопасти и боковыми поверхностями рабочей камеры изнашиваются обе контактирующие поверхности, что ухудшает механический КПД. В данном варианте осуществления рабочую камеру можно заполнять и опорожнять в радиальном направлении, что предпочтительно с точки зрения объемного КПД. В другом варианте осуществления лопастной машины цилиндр вращается, вследствие чего относительные скорости в области контакта между поверхностью цилиндра, вращающейся в камере, и лопастью уменьшаются, что также приводит к уменьшению износа, что предпочтительно с точки зрения механического КПД. Недостаток данного варианта осуществления заключается в том, что впуск и выпуск рабочей среды производится в осевом направлении, что неблагоприятно сказывается на заполнении и опорожнении камеры, ухудшая объемный КПД. Аналогично первому варианту осуществления, лопасти могут перемещаться в осевом направлении,опираясь на неподвижные боковые поверхности камеры. Из-за относительно больших относительных скоростей между боковой поверхностью лопасти и боковыми поверхностями рабочей камеры обе контактирующие поверхности изнашиваются. Уровень техники определен двумя патентными документами, в которых известные технические задачи решаются лишь частично. В патенте Японии 0818987 А предлагается решение проблемы износа частей цилиндра. В патенте США 3437079 А решается проблема механических потерь на боковых поверхностях цилиндра и рабочей камеры и потерь от утечек в цилиндре. Машина содержит лопасти, с верхней стороны корпуса которых имеются осевые канавки. Раскрытие изобретения Сущность изобретения заключается в создании машины с неподвижными и вращающимися частями цилиндра. В неподвижных частях цилиндра выполнены радиальные отверстия, пропускающие рабочую среду в рабочую камеру и из нее. Вращающиеся части цилиндра представляют собой подшипники качения или подшипники скольжения, плотно установленные в неподвижной части цилиндра. Внутренние кольца подшипников, или-1 013630 дополнительные кольца, плотно установлены во внутренних кольцах подшипников и приводятся во вращение лопастями. Боковые пластины, закрывающие рабочую камеру цилиндра, плотно установлены на роторе и вращаются вместе с ним. Лопасти с осевыми и радиальными канавками установлены в роторе, улучшая герметизацию рабочей жидкости между лопастями и другими контактирующими частями. Обеспечивается уплотнение лабиринтного типа. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой вид спереди закрытой лопастной машины. Фиг. 2 - вид сбоку закрытой лопастной машины. Фиг. 3 - вид сзади закрытой лопастной машины. Фиг. 4 - вид лопастной машины в разрезе по линии Х-Х на фиг. 1. Фиг. 5 - вид лопастной машины без дополнительного кольца в разрезе по линии Y-Y на фиг. 2. Фиг. 6 - вид лопастной машины без дополнительного кольца в разрезе по линии Z-Z на фиг. 1. Фиг. 7 - вид вращающейся части цилиндра В без дополнительного кольца в продольном разрезе. Фиг. 8 - вид лопастной машины с дополнительным кольцом в продольном разрезе. Фиг. 9 - вид лопастной машины с дополнительным кольцом в поперечном разрезе. Фиг. 10 - вид вращающейся части В цилиндра с дополнительным кольцом в продольном разрезе. Фиг. 11 - вид спереди неподвижной части А цилиндра. Фиг. 12 - вид сбоку неподвижной части А цилиндра. Фиг. 13 - вид сзади неподвижной части А цилиндра. Фиг. 14 - вид неподвижной части А цилиндра в продольном разрезе по линии R-R на фиг. 13. Фиг. 15 - вид спереди крышки D цилиндра. Фиг. 16 - вид слева крышки D цилиндра. Фиг. 17 - вид справа крышки D цилиндра. Фиг. 18 - вид крышки D цилиндра в разрезе по линии N-N на фиг. 17. Фиг. 19 - вид спереди ротора С. Фиг. 20 - вид сбоку ротора С. Фиг. 21 - вид ротора С в разрезе по линии Р-Р на фиг. 20. Фиг. 22 - вид корпуса ротора с канавками в поперечном сечении. Фиг. 23 - общий вид (увеличенный) лопасти с канавками Е. Фиг. 24 - график зависимости p-v для рабочего цикла приводной лопастной машины со сжимаемой рабочей средой. Фиг. 25 - вид в продольном разрезе лопастной машины с одной вращающейся частью между двумя неподвижными частями цилиндра, с более широким дополнительным кольцом, с боковыми пластинами в эксцентричных отверстиях в крышках и кольцами между боковыми пластинами и подшипниками. Фиг. 26 - вид в продольном разрезе лопастной машины с двумя вращающимися частями и одним дополнительным кольцом для обеих вращающихся частей, между двумя неподвижными частями цилиндра, с боковыми пластинами в эксцентричных отверстиях в крышках и кольцами между боковыми пластинами и подшипниками. Фиг. 27 - вид в продольном разрезе лопастной машины с двумя вращающимися частями между двумя неподвижными частями цилиндра, одним дополнительным кольцом для обеих вращающихся частей, с боковыми пластинами в неподвижных частях цилиндра, с эксцентричными отверстиями в крышках и кольцами между боковыми пластинами и подшипниками. Фиг. 28 - вид в продольном разрезе лопастной машины с одной эксцентричной неподвижной частью между двумя вращающимися частями цилиндра, с более широкими дополнительными кольцами, с боковыми пластинами в центральных отверстиях в крышках и кольцами между боковыми пластинами и подшипниками. Фиг. 29 - вид в продольном разрезе лопастной машины с одной неподвижной частью между двумя вращающимися частями цилиндра, с более широкими дополнительными кольцами для обеих вращающихся частей, с боковыми пластинами в эксцентричных отверстиях в крышках и кольцами между боковыми пластинами и подшипниками. Фиг. 30 - вид в продольном разрезе лопастной машины с тремя вращающимися частями между двумя неподвижными частями цилиндра, без дополнительных колец во вращающихся частях и с боковыми пластинами в эксцентричных отверстиях в крышках. Фиг. 31 - вид неподвижной части цилиндра, показанной на фиг. 29, с отверстием, пропускающим текучую среду в камеру и из нее: а) вид спереди, б) вид в разрезе. Фиг. 32 - положение средства пропускания текучей среды в камеру и из нее: а) вид спереди, б) вид в разрезе. Фиг. 33 - вид в разрезе вращающейся части цилиндра с более широким дополнительным кольцом. Фиг. 34 - вид лопастей с осевыми канавками в верхней части корпуса, соответствующими положению вращающихся частей цилиндра: а) для двух, б) для трех вращающихся частей цилиндра.-2 013630 Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения Описание изобретения относится к базовому исполнению лопастной машины, цилиндр которой состоит из одной неподвижной и двух вращающийся частей. Более сложные исполнения лопастной машины могут состоять из нескольких неподвижных и вращающихся частей цилиндра, при этом возможны любые сочетания компоновок и размеров в зависимости от требуемых технических характеристик. Базовый вариант осуществления лопастной машины (фиг. 1-23) включает неподвижную часть А цилиндра, вращающиеся части В цилиндра, ротор С, крышки D и лопасти F. Неподвижная часть А цилиндра. Неподвижная часть А цилиндра показана на фиг. 11, 12, 13 и 14 на видах спереди, сбоку, сзади и в разрезе по линии R-R. Неподвижная часть А цилиндра имеет форму полого ролика, в центре полой части которого расположен внутренний кожух 1 с рабочей поверхностью 2 и боковыми поверхностями 3. Внутри кожуха вращается ротор С. Со стороны впускного и выпускного отверстий неподвижная часть цилиндра содержит отверстия 4 для крышек D. В кожухе 1 имеется отверстие 5, пропускающее рабочую среду внутрь рабочей камеры, и отверстие 6, выпускающее рабочую среду наружу из рабочей камеры. Отверстия 5 и 6 имеют прямоугольную форму и расположены радиально относительно цилиндра. Отверстия 5 и 6 также могут иметь другую форму. Вращающиеся части В цилиндра. Вращающиеся части В цилиндра могут иметь конструкцию, соответствующую одному из двух вариантов: вариант 1 - без дополнительных колец,вариант 2 - с дополнительными кольцами. На фиг. 7 представлен вариант 1 вращающихся частей цилиндра, без дополнительных колец; данные вращающиеся части фактически представляют собой подшипники с наружным кольцом 7 и внутренним кольцом 8 с рабочей поверхностью 9. Подшипники плотно установлены в отверстиях 4 неподвижной части А цилиндра (фиг. 5 и 6) и опираются на боковую поверхность 3 кожуха 1. Внутренние кольца 8 вращаются, приводимые в движение лопастями F. На фиг. 10 представлен вариант 2 вращающихся частей цилиндра, с дополнительным кольцом, в котором вращающиеся части фактически представляют собой подшипники с наружным кольцом 7 и внутренним кольцом 8, в которое плотно установлено дополнительное кольцо 10 с рабочей поверхностью 9. Подшипники плотно установлены в отверстиях 4 неподвижной части А цилиндра (фиг. 8 и 9) и опираются на боковую поверхность 3 кожуха 1. Внутренние кольца 10 вращаются, приводимые в действие лопастями F. Вращающиеся части В цилиндра в вариантах 1 и 2 могут представлять собой подшипники качения или подшипники скольжения. Ротор С. Как показано на фиг. 19, 20 и 21, ротор С содержит вал 11, корпус 12 с продольными пазами 13 и боковые пластины 14. Пластины 14 плотно установлены на валу и опираются на корпус ротора, закрывая рабочую камеру 16 цилиндра по боковым сторонам. В корпусе ротора под углом 90 прорезаны четыре продольных паза 13, в которых установлены лопасти F таким образом, что угол между поверхностью лопасти и радиальным направлением ротора равен нулю. Ротор вращается в рабочей камере 16 цилиндра вместе с пластинами и лопастями. Ротор вращается в подшипниках 15, которые могут быть подшипниками качения или подшипниками скольжения. Подшипники плотно установлены в отверстиях 17 крышки D. Ротор может иметь одну или несколько лопастей. Пазы в корпусе ротора также могут иметь конструкцию, позволяющую лопастям перемещаться под углом, образованным между поверхностью лопасти и радиальным направлением ротора. Наружная поверхность корпуса ротора (фиг. 22) может быть выполнена с продольными канавками 15, создающими лабиринтное уплотнение. Крышки D. Крышки D (фиг. 15, 16, 17 и 18) имеют отверстия 17, вмещающие подшипники 15, в которых вращается ротор. Крышки плотно установлены в отверстиях 4 неподвижной части цилиндра (фиг. 14), таким образом, что они могут опираться на наружное кольцо 7 вращающейся части цилиндра (фиг. 5 и 8). Отверстия 17 выполнены эксцентрично относительно главной оси 19 крышки. Лопасти F. Лопасти могут быть выполнены с канавками или без канавок. Описание данного изобретения относится к лопастной машине, лопасти ротора которой выполнены с канавками (лабиринтное уплотнение). Лопасти F (фиг. 23) имеют корпус 22, в котором в центральной части верхней поверхности и между двумя плоскими участками 23 прорезаны осевые канавки 24, тогда как по всей длине обеих более узких боковых поверхностей прорезаны радиальные канавки 25. Лопасти вставлены в пазы 13 в корпусе рото-3 013630 ра. Длины плоских участков 23 лопасти соответствуют ширине внутреннего кольца 8 или дополнительного кольца 10, соответственно, вращающейся части цилиндра. Длина осевых канавок 24 соответствует ширине кожуха 1 неподвижной части цилиндра. При вращении ротора плоские части 23 приводят в движение внутренние кольца 8 или 10, соответственно, вращающейся части цилиндра. Функционирование изобретения Виды закрытой и собранной лопастной машины представлены на фиг. 1 (спереди), фиг. 2 (сбоку),фиг. 3 (сзади) и фиг. 4 (разрез по линии Х-Х). Рабочая камера 16 лопастной машины (фиг. 5, 6, 8 и 9) образована кожухом 1 неподвижной части А цилиндра, внутренними кольцами 8 или дополнительными кольцами 10 вращающихся частей В цилиндра, пластинами 14 и корпусом 12 ротора С, а также плоской частью 23 лопасти и осевыми канавками 24 лопастей F. В соответствии с количеством лопастей рабочая камера может быть разделена на две или более частей. Лопастная машина работает по принципу создания тангенциальной силы, возникающей из разности давлений на лопастях ротора. Тангенциальная сила на валу ротора представляет собой крутящий момент,который, помимо рабочего числа оборотов машины, вырабатывает мощность двигателя. В случае с приводными машинами (двигателями), мощность машины преобразуется в располагаемую механическую работу, тогда как в случае с рабочими машинами (насос) располагаемую мощность используют для изменения давления рабочей текучей среды при заданном расходе. Лопастная машина с неподвижными и подвижными частями цилиндра приводится в действие посредством пропускания среды через отверстия 5 в рабочую камеру 16 цилиндра. В процессе этого рабочая среда вызывает вращение ротора благодаря разности давлений. Среда в промежутке между двумя лопастями покидает рабочую камеру 6 цилиндра через выпускное отверстие в противоположной стороне цилиндра, и цикл повторяется. Вращение ротора создает центробежную силу, которая выталкивает лопасти F из пазов 13, создавая тем самым трение между плоскими участками 23 лопастей и рабочей поверхностью 9 внутренних колец 8 подшипника или дополнительного кольца 10, и приводит их (внутренние кольца 8 или дополнительные кольца 10) в движение. Скорости скольжения поверхностей контакта лопастей и внутренних колец подшипников или дополнительных колец, плотно установленных внутри них, обеспечивают разницу между мгновенными окружными скоростями наружной кромки лопасти и мгновенной окружной скоростью вращения внутреннего кольца. В данной машине упомянутые скорости зависят от числа лопастей. При наличии только одной лопасти в роторе относительные скорости равны нулю, тогда как для нескольких лопастей максимальные скорости скольжения равны средней скорости, получаемой как разность максимальных и минимальных окружных скоростей лопастей относительно текущих скоростей вращения внутреннего кольца подшипника. Роль вращающейся части цилиндра с кольцами подшипника состоит в уменьшении скоростей скольжения, что ведет к уменьшению трения, шума и скорости износа - все это повышает механический КПД лопастной машины. Лопасти подвижны в осевом направлении и опираются на пластины 14 ротора С. Пластины прочно присоединены к ротору и, следовательно, вращаются вместе с ним. Таким способом достигаются минимальные значения относительных скоростей скольжения между боковыми краями лопастей и пластинами, что также приводит к уменьшению износа вследствие трения и повышению механического КПД. Относительные скорости между боковыми кромками лопастей и пластинами рабочей камеры получаются при радиальном движении лопасти. Между лопастями и неподвижной частью цилиндра или рабочей поверхностью 2 кожуха 1 имеется зазор, поэтому не происходит взаимного контакта, что позволяет избежать возникновения в этом месте фрикционного износа. Данный вариант осуществления лопастной машины позволяет расположить впускное отверстие 5 и выпускное отверстие 6 для рабочей среды радиально, вследствие чего, а также благодаря их размеру,форме и положению лучше осуществляется заполнение и опорожнение рабочей камеры (объемный КПД), проблемы с которым находятся в числе основных недостатков известных в настоящее время вариантов осуществления лопастной машины. Относительная скорость вращающихся внутренних колец, или дополнительных колец подшипника,и лопастей значительно уменьшена, вследствие чего уменьшен фрикционный износ лопасти. Давление лопастей на вращающиеся внутренние кольца или дополнительные кольца подшипника создает в этом месте уплотнение. Давление можно при необходимости дополнительно увеличить с помощью пружины, размещаемой в пазу лопасти, или приложив к внутренней радиальной поверхности лопасти повышенное давление рабочей среды, что приводит к возникновению дополнительного радиального усилия. Вращение ротора создает условия для периодического заполнения и опорожнения рабочей камеры,вследствие чего, в зависимости от назначения лопастной машины, давление в рабочей камере от впускного отверстия до выпускного отверстия увеличивается или уменьшается. Лопастная машина с неподвижными и вращающимися частями цилиндра позволяет уменьшить из-4 013630 нос поверхностей контакта лопастей, находящихся в контакте с осевыми и радиальными стенками цилиндра в рабочей камере лопастной машины, улучшить процесс наполнения рабочей камеры рабочей жидкостью и ее опорожнения, а также решить проблему уплотнения между лопастями и внутренней неподвижной частью цилиндра и боковыми пластинами ротора. Это улучшает объемный КПД машины и уменьшает потери на трение между поверхностями контакта, вследствие чего повышается механический КПД машины. На фиг. 25 представлен график зависимости p-v для рабочих циклов приводной лопастной машины с цилиндром, содержащим неподвижные и вращающиеся части, в случае использования сжимаемой рабочей среды. Работа лопастной машины с вращающимися и неподвижными частями цилиндра за один оборот ротора представляет собой алгебраическую сумму работ заполнения, расширения и опорожнения. Данный процесс может быть описан просто как замкнутый рабочий цикл с использованием сжимаемой рабочей среды. Процесс заполнения рабочей камеры изобарический - переход из состояния а в состояние b. Процесс расширения состоит в изменении объема рабочей камеры от b до с. Опорожнение рабочей камеры осуществляется в три стадии. Первая стадия - резкое расширение от с до с', когда выпускные каналы начинают открываться. Вторая стадия - от точки с' до точки d, опорожнение, вызываемое уменьшением рабочего объема. Третья стадия - от d до а', сжатие остатков рабочей среды в рабочей камере после закрытия выпускных каналов. Последняя стадия цикла - заполнение рабочей камеры новой рабочей средой, при этом изохорическое давление резко возрастает от а' до а. Процесс описывается следующим уравнением, основанным на законе сохранения энергии: где EdQ - энергия, приходящая с рабочей жидкостью массой G,dU - внутреннее изменение энергии,dL - работа, выделяемая в окружающую среду,dZM - количество энергии, попадающей в рабочую камеру в результате потерь,dZV - количество энергии, не использованное в рабочей камере, но выделяемое в окружающую среду с рабочей средой. Последние два количества энергии могут быть определены следующими уравнениями: где PM - удельная энергия рабочей среды, входящей в цикл,PV - удельная энергия рабочей среды, покидающей цикл,dGM - масса новой рабочей среды, входящей в рабочую камеру из окружающей среды за один цикл,dGV - масса новой рабочей среды, выходящей из рабочей камеры в окружающую среду за один цикл. Главной проблемой, связанной с общим КПД лопастной машины, является объемный КПД, возникающий при заполнении рабочей камеры рабочей средой и ее опорожнении (процессы а'-а и c-c'-d-а' на графике зависимости p-v). Проблема объемного КПД решается согласно данному изобретению путем обеспечения возможности максимального использования неподвижной части цилиндрической стенки рабочей камеры для радиального впускного и выпускного каналов для рабочей среды. Конструкция позволяет дополнительно увеличить размеры поперечных сечений впускного и выпускного каналов для рабочей среды, так как лопасти не касаются каналов, поэтому каналы могут иметь вид прямоугольных отверстий, конструкция которых позволяет обеспечить наибольшую возможную площадь, что улучшает условия заполнения и опорожнения рабочей камеры лопастной машины. Еще одна важная проблема, решаемая с помощью данного изобретения - износ лопастей, внутренних или дополнительных колец вращающегося подшипника и вращающихся пластин ротора. Внедрение подшипников качения или подшипников скольжения, во внутренние кольца которых можно плотно установить дополнительные кольца с соответствующими характеристиками скольжения, на которые опираются лопасти, уменьшает относительную скорость скольжения в точках скользящего контакта и, следовательно, их износ. Лопасти могут перемещаться в осевом направлении, опираясь на боковые пластины ротора. В существующих вариантах осуществления лопастной машины боковые пластины рабочей камеры цилиндра неподвижны, и возникающие при этом высокие относительные скорости между боковой кромкой лопасти и боковыми пластинами вызывают износ обеих контактирующих поверхностей. Внедрение боковых вращающихся пластин ротора, закрывающих рабочую камеру, позволяет снизить относительные скорости, связанные с лопастями, и, следовательно, снизить боковой износ, вызываемый трением лопастей и пластин. Относительные скорости между боковыми кромками лопастей и пластинами рабочей камеры обусловлены исключительно радиальным перемещением лопасти. Уменьшение потерь на трение улучшает механический КПД машины. Описание лопастной машины с несколькими неподвижными и вращающимися частями цилиндра Неподвижные и вращающиеся части цилиндра могут, помимо вышеописанного базового исполнения лопастной машины, быть скомпонованы несколькими другими способами, в зависимости от заданных технических характеристик машины. На фиг. 25-30 представлено несколько усложненных вариантов-5 013630 осуществления лопастных машин с различным количеством, формой и взаимным расположением неподвижных и вращающихся частей. В представленных вариантах осуществления боковые пластины 14, вращающиеся вместе с ротором С, размещены в эксцентричных отверстиях в крышках D, тогда как между боковыми пластинами 14 и подшипниками 15, в которых вращается ротор, вставлены кольца. В лопастных машинах с несколькими неподвижными частями цилиндра в каждой из них выполнены прямоугольные отверстия, впускающие (5) рабочую среду в рабочую камеру 16 цилиндра и выпускающие (6) из нее (фиг. 31 а, b), или совпадающие с впускным и выпускным отверстиями для рабочей среды, проходящими через корпус лопастной машины (фиг. 32 а, b). Радиальное выпускное отверстие для рабочей текучей среды может в самом начале иметь сужающееся поверхностное поперечное сечение постепенно расширяющееся, что обеспечивает уменьшение шума. Дополнительные кольца 10 на вращающихся частях цилиндра В могут быть шире внутреннего кольца 8 (фиг. 33). Положение осевых канавок 24 на лопатках F также регулируется в соответствии с распределением вращающихся частей цилиндра В (фиг. 33, 34). Распределение неподвижных и вращающихся частей цилиндра в более сложных исполнениях лопастной машины может привести к изменению формы и распределения других частей, расположенных в корпусе данной лопастной машины. Вышеупомянутые усложненные исполнения лопастной машины не изменяют сущность изобретения, описанную в базовом исполнении лопастной машины с неподвижными и вращающимися частями цилиндра. Использование изобретения Лопастная машина с неподвижными и вращающимися частями цилиндра может применяться в промышленности в качестве приводной или рабочей машины. При использовании ее в качестве рабочей машины подаваемая механическая работа при заданном расходе преобразуется в изменение давления сжимаемой или несжимаемой рабочей текучей среды, а при использовании в качестве приводной машины лопастная машина преобразует первичное давление сжимаемой или несжимаемой рабочей текучей среды в механическую работу. В качестве рабочей или приводной машины с использованием сжимаемой текучей среды она используется как пневматический инструмент, в механизации различных технологических процессов, как стартер большого дизельного двигателя, компрессор, вакуумный насос, двигатель внутреннего сгорания. В качестве рабочей или приводной машины с использованием несжимаемой текучей среды она используется в системах передачи усилий, движения и моментов в строительной технике, гидравлических кранах, корабельных гидросистемах, машинных гидроприводах, в управлении, регулировании и защите гидравлических систем, предназначенных для автоматизации работ. В качестве насоса или гидравлического двигателя она имеет две области применения, что касается рабочей среды. Когда рабочая среда представляет собой минеральное масло, самосмазывание уменьшает трение и, следовательно, также износ лопастей и корпуса - главный недостаток лопастной машины. Это применимо в системах передачи усилий, движения и моментов в строительной технике, гидравлических кранах, корабельных гидросистемах, машинных гидроприводах, в управлении, регулировании и защите гидравлических систем, предназначенных для автоматизации работ. Гидравлические лопастные машины имеют большой диапазон скоростей вращения. Малые силы инерции их вращающихся частей часто облегчают запуск и остановку машины. При использовании рабочей среды, не обладающей смазочными свойствами, проблема износа лопасти и корпуса остается главным недостатком лопастных машин или насосов. Буквы и цифры, используемые в описании изобретения, обозначают следующее: А - неподвижная часть цилиндра,1 - кожух,2 - рабочая поверхность кожуха,3 - боковые поверхности кожуха,4 - боковые отверстия в неподвижной части цилиндра,5 - впускное отверстие для рабочей жидкости,6 - выпускное отверстие для рабочей жидкости,В - вращающиеся части цилиндра,7 - наружное кольцо вращающейся части цилиндра,8 - внутреннее кольцо вращающейся части цилиндра,9 - рабочая поверхность внутреннего кольца,10 - дополнительное кольцо,С - ротор,11 - вал ротора,12 - корпус ротора,13 - пазы лопасти,14 - боковая пластина ротора,-6 013630 15 - подшипники ротора,16 - рабочая камера цилиндра,D - крышка,17 - эксцентричные отверстия в крышке для подшипников ротора,18 - отверстия в крышке для боковой пластины ротора,19 - продольная ось крышки,20 - продольная ось эксцентричного отверстия,21 - радиальная ось отверстия,F - лопасти с канавками,22 -корпус лопасти,23 - плоские части лопастей без канавок,24 - осевые канавки,25 - радиальные канавки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Лопастная машина с неподвижными и вращающимися частями цилиндра, относящаяся к группе объемных вращательных машин, которая может быть использована в качестве приводной или рабочей машины, использующей в качестве рабочей среды сжимаемые или несжимаемые текучие среды, в цилиндре которой вращается эксцентрично расположенный ротор с лопастями, содержащая неподвижные и вращающиеся части цилиндра, при этом неподвижная часть цилиндра выполнена с радиальными отверстиями, пропускающими рабочую текучую среду в рабочую камеру цилиндра и из нее, а вращающиеся части цилиндра представляют собой подшипники качения, плотно установленные в отверстиях неподвижной части цилиндра или в корпусе,ротор с лопастями,крышки (D), расположенные в центре отверстий неподвижных частей цилиндра или в корпусе,причем крышки имеют эксцентричные отверстия, в которых плотно установлены подшипники, в которых вращается ротор (С),отличающаяся тем, что она содержит боковые пластины (14), плотно установленные на роторе (С), вместе с которым они вращаются с одной угловой скоростью и вокруг одной оси,одну или более неподвижных частей (А) цилиндра,одну или более вращающихся частей (В) цилиндра, которые представляют собой подшипники качения или скольжения и свободно вращаются вокруг оси цилиндра, при этом на верхней поверхности(23) лопастей (F) выполнены продольные осевые канавки (24), а плоские поверхности (23) во время вращения ротора, подверженные воздействию центробежной силы, контактируют с рабочими поверхностями (9) внутренних колец (8) или дополнительных колец (10) таким образом, что тянут их за собой и приводят во вращение, причем на боковых сторонах корпусов (22) лопастей выполнены продольные радиальные канавки (25), которые при вращении контактируют с боковыми пластинами (14), и крышки (D) с эксцентричными отверстиями (18), в которых вращаются боковые пластины (14). 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что каждая неподвижная часть цилиндра содержит радиальное впускное отверстие (5) для впуска рабочей текучей среды и одно радиальное выпускное отверстие(6) для выпуска рабочей текучей среды из рабочей камеры (16), при этом радиальное выпускное отверстие для выпуска рабочей текучей среды в начале содержит сужающееся поверхностное поперечное сечение, постепенно расширяющееся для уменьшения шума. 3. Машина по п.1, в которой боковые пластины (14) вращаются вместе с ротором (С), при этом они выполнены с возможностью соединения с ротором одним из известных способов, обеспечивающих прочные соединения, но, однако, позволяющих при этом отсоединить пластины от ротора. 4. Машина по п.1, в которой вращающиеся части (В) цилиндра выполнены с дополнительными кольцами (10), ширина которых больше ширины подшипника. 5. Машина по п.1, в которой положение продольных осевых канавок (24) лопастей (F) регулируется в соответствии с распределением неподвижных частей (А) цилиндра и вращающихся частей (В). 6. Машина по п.1, в которой одна вращающаяся часть (В) цилиндра расположена между двумя неподвижными частями (А) цилиндра, при этом боковые пластины (14) выполнены с возможностью вращения в эксцентричных отверстиях крышки (D). 7. Машина по п.1, в которой две вращающиеся части (В) цилиндра расположены между двумя неподвижными частями (А) цилиндра, при этом боковые пластины (14) выполнены с возможностью вращения в эксцентричных отверстиях крышки (D). 8. Машина по п.1, в которой две вращающиеся части (В) цилиндра расположены между двумя неподвижными частями (А) цилиндра, при этом боковые пластины (14) выполнены с возможностью вращения в эксцентричных отверстиях неподвижных частей (А) цилиндра. 9. Машина по п.1, в которой одна неподвижная часть (А) цилиндра расположена между двумя вра-7 013630 щающимися частями (В) цилиндра, при этом неподвижная часть цилиндра имеет эксцентричное отверстие, в котором вращается ротор (С) с лопастями (F). 10. Машина по п.1, в которой две неподвижные части (А) цилиндра расположены между тремя вращающимися частями (В), при этом вращающиеся части расположены на концах цилиндра, а боковые пластины (14) выполнены с возможностью вращения в эксцентричных отверстиях крышек (D).
МПК / Метки
МПК: F01C 1/348
Метки: частями, цилиндра, вращающимися, машина, неподвижными, лопастная
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/13-13630-lopastnaya-mashina-s-nepodvizhnymi-i-vrashhayushhimisya-chastyami-cilindra.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Лопастная машина с неподвижными и вращающимися частями цилиндра</a>
Предыдущий патент: Способ отделения легких газов от галогенов
Следующий патент: Производные 3-циклоалкиламинопирролидина в качестве модуляторов рецепторов хемокинов
Случайный патент: Заготовка для пайки, способ изготовления заготовок для пайки, способ пайки и конструктивные элементы, изготовленные из упомянутой заготовки для пайки