Результат интеллектуальной деятельности: РОТОРНАЯ ОБЪЕМНАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидромашинам объемного вытеснения, а именно к гидравлическим двигателям и насосам с внутренним зацеплением роторов, и в частности к мультифазному их использованию.

Из патентной литературы известна, принятая в качестве прототипа для первого варианта исполнения, роторная объемная машина, содержащая корпус, во внутренней цилиндрической полости которого, соосно с ней, установлен внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом, с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоскими кольцевыми поверхностями к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине кольцевой поверхности, при этом, по меньшей мере, один из кольцевых торцевых дисков выполнен заодно с внешним ротором (US 2615399 А, 28.10.1952, F04C 2/10).

Из патентной литературы известна, принятая в качестве прототипа для второго варианта исполнения, роторная объемная машина, содержащая корпус, во внутренней цилиндрической полости которого, соосно с ней, установлен внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом, с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоскими кольцевыми поверхностями к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине кольцевой поверхности, при этом внешний ротор выполнен разъемным на две соосные составные части, установленные с примыканием друг к другу и образованием единой детали вращения, одна из которых включает кольцевой торцевой диск, выполненный за одно целое со всеми зубьями внешнего ротора и с консольным выполнением торцов зубьев, противолежащих этому кольцевому торцевому диску, а другая составная часть внешнего ротора включает другой кольцевой торцевой диск (US 2615399 А, 28.10.1952, F04C 2/10).

Известное техническое решение не позволяет выравнивать осевые нагрузки с двух сторон роторов и снизить нагрузки на опоры роторов.

Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности роторной машины путем выравнивания осевых нагрузок с двух сторон роторов и снижения нагрузок на опоры роторов при эксплуатации на жидкостной, газо-жидкостной и газовой рабочих средах, в том числе на рабочей среде с абразивными включениями, повышение КПД машины путем улучшения герметизации рабочих полостей всасывания и нагнетания, возможность регулирования подачи рабочей среды путем изменения количества зубьев в составных частях внешнего ротора, а также повышение ремонтоспособности машины благодаря разъемному выполнению внешнего ротора.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата, по первому варианту исполнения, в роторной объемной машине, содержащей корпус, во внутренней цилиндрической полости которого, соосно с ней, установлен внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом, с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоскими кольцевыми поверхностями к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине кольцевой поверхности, при этом, по меньшей мере, один из кольцевых торцевых дисков выполнен заодно с внешним ротором, согласно изобретению, внешний ротор выполнен разъемным на две противолежащие соосные составные части, установленные с примыканием друг к другу и образованием единой детали вращения, каждая из которых включает кольцевой торцевой диск, выполненный за одно целое с частью зубьев внешнего ротора, причем зубья одной составной части внешнего ротора размещены между зубьями другой составной части этого ротора и чередуются с ними, торцы зубьев обоих составных частей внешнего ротора, противолежащие соответствующим кольцевым торцевым дискам, выполнены консольными и встречно ориентированными, кольцевой торцевой диск каждой составной части внешнего ротора снабжен радиальными выемками, размещенными со стороны внутреннего ротора, соосно зубьям противолежащей составной части внешнего ротора, и консольные торцы этих зубьев выполнены с возможностью размещения внутри радиальных выемок соответствующего кольцевого торцевого диска и сопряжения с поверхностью этих выемок, радиальные выемки в кольцевых торцевых дисках внешнего ротора выполнены сквозными по всей ширине этих дисков или на части ширины этих дисков со стороны внутреннего ротора, а расстояние «в» между зубьями внешнего ротора выполнено, по меньшей мере, равным 0,15-4,0 высоты «h» зуба этого ротора.

Машина может быть дополнительно снабжена перфорированной гильзой, установленной между внешним ротором и цилиндрической полостью корпуса с возможностью осевого перемещения, причем перфорация гильзы выполнена в зонах впадин зубьев внешнего ротора.

Боковые осевые ребра зубьев внешнего ротора могут быть выполнены скругленными.

Поперечное сечение зубьев внешнего ротора со стороны внутреннего ротора может быть ограничено плавной криволинейной поверхностью.

Поперечное сечение зубьев внешнего ротора со стороны внутреннего ротора может быть ограничено центральным участком, выполненным в виде плавной криволинейной поверхности и сопряженными с ним с обоих боков радиально направленными прямолинейными участками.

Обе составные части внешнего ротора могут быть снабжены кольцевыми торцевыми уплотнениями, установленными в зонах сопряжения торцевых дисков с внутренним ротором и с поверхностью внутренней цилиндрической полости корпуса.

Рабочая контактная поверхность скольжения обоих роторов может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием.

Рабочая контактная поверхность скольжения внешнего ротора может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием.

Рабочая контактная поверхность скольжения внутреннего ротора может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием.

Оба ротора могут быть полностью выполнены из полимерных материалов.

Один из роторов может быть выполнен из полимерных материалов, а другой - с эластичным упругим полимерным покрытием рабочей контактной поверхности.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата, по второму варианту исполнения, в роторной объемной машине, содержащей корпус, во внутренней цилиндрической полости которого, соосно с ней, установлен внешний ротор с внутренними зубьями и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко связанный с валом, с образованием рабочих полостей всасывания и нагнетания между зубьями и впадинами обоих роторов, а также кольцевые торцевые диски, соосные с внешним ротором, примыкающие плоскими кольцевыми поверхностями к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине кольцевой поверхности, при этом внешний ротор выполнен разъемным на две соосные составные части, установленные с примыканием друг к другу и образованием единой детали вращения, одна из которых включает кольцевой торцевой диск, выполненный за одно целое со всеми зубьями внешнего ротора и с консольным выполнением торцов зубьев, противолежащих этому кольцевому торцевому диску, а другая составная часть внешнего ротора включает другой кольцевой торцевой диск, согласно изобретению, кольцевой торцевой диск внешнего ротора снабжен выемками, выполненными сквозными по всей ширине этого диска или на части его ширины с возможностью размещения в этих выемках консольных торцов зубьев внешнего ротора и сопряжения с рабочими поверхностями этих зубьев, а расстояние «в» между зубьями внешнего ротора выполнено, по меньшей мере, равным 0,15-4,0 высоты «h» зуба этого ротора.

Машина может быть дополнительно снабжена перфорированной гильзой, установленной между внешним ротором и цилиндрической полостью корпуса с возможностью осевого перемещения, причем перфорация гильзы выполнена в зонах впадин зубьев внешнего ротора.

Боковые осевые ребра зубьев внешнего ротора могут быть выполнены скругленными.

Поперечное сечение зубьев внешнего ротора со стороны внутреннего ротора может быть ограничено плавной криволинейной поверхностью.

Поперечное сечение зубьев внешнего ротора со стороны внутреннего ротора может быть ограничено центральным участком, выполненным в виде плавной криволинейной поверхности и сопряженными с ним с обоих боков радиально направленными прямолинейными участками.

Обе составные части внешнего ротора могут быть снабжены кольцевыми торцевыми уплотнениями, установленными в зонах сопряжения торцевых дисков с внутренним ротором и с поверхностью внутренней цилиндрической полости корпуса.

Рабочая контактная поверхность скольжения обоих роторов может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием.

Рабочая контактная поверхность скольжения внешнего ротора может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием.

Рабочая контактная поверхность скольжения внутреннего ротора может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием.

Оба ротора могут быть полностью выполнены из полимерных материалов.

Один из роторов может быть выполнен из полимерных материалов, а другой - с эластичным упругим полимерным покрытием рабочей контактной поверхности.

На фиг.1 показан продольный разрез роторной объемной машины (вариант первый).

На фиг.2 - поперечный разрез роторной объемной машины с четным суммарным числом зубьев внешнего ротора (варианты первый и второй).

На фиг.3 - поперечный разрез роторной объемной машины с нечетным суммарным числом зубьев внешнего ротора (варианты первый и второй).

На фиг.4 - продольный разрез роторной объемной машины (вариант второй).

На фиг.5 - составная часть внешнего ротора, выполненная с частью зубьев внешнего ротора и со сквозными выемками в дисках (вариант первый, изометрия).

На фиг.6 - две составные части внешнего ротора со сквозными выемками в дисках (вариант первый, изометрия).

На фиг.7 - две составные части внешнего ротора с выемками на части ширины дисков (вариант первый, изометрия).

На фиг.8 - две составные части внешнего ротора (вариант второй, изометрия).

На фиг.9 - поперечное сечение зуба внешнего ротора с плавной криволинейной рабочей поверхностью.

На фиг.10 - поперечное сечение зуба внешнего ротора с боковыми прямолинейными участками.

На фиг.11 - продольное сечение перфорированной гильзы.

На фиг.12 - продольный разрез роторной объемной машины, снабженной перфорированной гильзой (вариант первый).

На фиг.13 - поперечный разрез роторной объемной машины, снабженной перфорированной гильзой (вариант первый).

На фиг.14 - поперечное сечение одной составной части внешнего ротора с нечетным суммарным числом зубьев этого ротора (вариант первый).

На фиг.15 - поперечное сечение противолежащей составной части внешнего ротора с нечетным суммарным числом зубьев этого ротора (вариант первый).

На фиг.16 - поперечное сечение одной из составных частей внешнего ротора с четным суммарным числом зубьев этого ротора (вариант первый).

На фиг.17 - поперечное сечение внешнего ротора с полимерным покрытием зубьев.

Роторная машина содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2 и каналами всасывания 3 и нагнетания 4 рабочей среды, закрытый с боков торцевыми крышками 5, внешний ротор с внутренними зубьями 6, коаксиально размещенный внутри полости 2, и внутренний ротор 7 с внешними зубьями 8, установленный внутри внешнего ротора с эксцентриситетом «е» между осями 9 и 10 вращения внешнего ротора и внутреннего ротора 7 соответственно. Внутренний ротор 7 жестко связан с валом 11 посредством шпонки 12. Внешний ротор выполнен разъемным на две соосные противолежащие составные части 13 и 14. Суммарное количество зубьев внешнего ротора может быть как четным, так и нечетным, а следовательно, каждая составная часть внешнего ротора может быть как с одинаковым количеством зубьев, так и с неодинаковым, в частности одна из составных частей внешнего ротора может быть выполнена с частью зубьев внешнего ротора, а другая составная часть - с остальным количеством, считая от суммарного количества при нечетном выполнении последнего, причем выемки в дисках для размещения торцов консольных зубьев внешнего ротора могут и неравномерно чередоваться с этими зубьями.

Каждая из составных частей 13 и 14 внешнего ротора выполнена с одинаковой осевой длиной и включает кольцевой торцевой диск 15 или 16 соответственно, выполненный за одно целое с частью зубьев внешнего ротора (по первому варианту исполнения). Торцы 17 и 18 зубьев составных частей 13 и 14 внешнего ротора, противолежащие дискам 15 и 16 соответственно, выполнены консольными и встречно ориентированными.

Составные части внешнего ротора установлены с примыканием друг к другу и образованием единой детали вращения. Зубья 8 внутреннего ротора 7 выполнены входящими во впадины зубьев внешнего ротора с одной стороны и плотно контактирующими с головками зубьев внешнего ротора в месте, диаметрально противоположном месту полного зацепления с впадинами внутренних зубьев 6 внешнего ротора с другой стороны, с образованием полости 19 всасывания и полости 20 нагнетания. При этом число зубьев 6 внешнего ротора превышает число зубьев 8 внутреннего ротора на единицу.

В зонах сопряжения торцевых дисков 15 и 16 каждой составной части 13 и 14 внешнего ротора, выполненного без полимерного покрытия, соответственно с торцевыми поверхностями 21 или 22 внутреннего ротора 7, размещенными с обеих сторон последнего, установлены кольцевые торцевые уплотнения 23 и 24 соответственно, а в зонах сопряжения торцевых дисков 15 и 16 с поверхностью цилиндрической полости 2 корпуса 1 размещены кольцевые торцевые уплотнения 25 и 26 соответственно. Кольцевые торцевые диски 15 и 16 снабжены радиальными выемками 27, размещенными со стороны внутреннего ротора 7 соосно зубьям противолежащей составной части внешнего ротора.

Консольные торцы 17 и 18 составных частей внешнего ротора выполнены с возможностью размещения их внутри радиальных выемок 27 соответствующего кольцевого торцевого диска и сопряжения с поверхностью радиальных выемок 27 каждого диска.

Радиальные выемки 27 могут быть выполнены как сквозными по всей ширине этих торцевых дисков 15 и 16, так и на части ширины этих дисков со стороны внутреннего ротора 7. Наличие дополнительных кольцевых торцевых уплотнений 23 и 24, устанавливаемых при выполнении машины без эластичного упругого покрытия контактных рабочих поверхностей роторов, позволяет достичь надежное уплотнение рабочих поверхностей и герметизацию камер рабочих полостей всасывания и нагнетания, а следовательно, повысить КПД машины.

Рабочая контактная поверхность обоих роторов роторной объемной машины или каждого из них может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием 28. Оба ротора могут быть выполнены полностью из полимерных материалов или один из роторов может быть выполнен из полимерного материала, а другой - с эластичным упругим полимерным покрытием. Крепеж обоих составных частей 13 и 14 между собой осуществлен посредством прижатия, как механического, в том числе и посредством торцевых крышек 5 и/или перфорированной гильзы 29, снабженной осевыми отверстиями 30 в зонах впадин зубьев внешнего ротора, так и гидравлического - напором рабочей среды. Поперечное сечение зубьев внешнего ротора со стороны внутреннего ротора может быть ограничено криволинейной поверхностью 31 или может быть ограничено криволинейной поверхностью 31 в центре и сопряженными с ним боковыми радиально направленными прямолинейными участками 32. Боковые осевые ребра 33 зубьев внешнего ротора в зоне примыкания к цилиндрической полости 2 корпуса 1 выполнены скругленными. Расстояние «в» между зубьями внешнего ротора выполнено, по меньшей мере, равным 0,15-4,0 высоты «h» зуба этого ротора.

По второму варианту исполнения роторная объемная машина содержит внешний ротор, выполненный разъемным на две составные части 13 и 14, установленные с примыканием друг к другу и образованием единой детали вращения. При этом одна из составных частей внешнего ротора выполнена со всеми зубьями этого ротора, а другая составная часть этого ротора не содержит зубьев и снабжена только выемками 27 в дисках под эти зубья.

Составная часть внешнего ротора выполнена в виде кольцевого торцевого диска 13 и снабжена радиальными выемками 27, размещенными соосно зубьям противолежащей составной части со стороны внутреннего ротора 7.

Консольные торцы 18 зубьев 6 составной части 14 внешнего ротора выполнены с возможностью размещения внутри радиальных выемок 27 кольцевого торцевого диска 15 и сопряжения с поверхностью этих выемок.

Кольцевые торцевые уплотнения 23 и 24 могут быть установлены в зоне сопряжения торцевых дисков 15 и 16 с внутренним ротором 7 соответственно, а кольцевые торцевые уплотнения 25 и 26 - в зоне сопряжения с поверхностью внутренней цилиндрической полости 2 корпуса соответственно.

Роторная объемная машина может работать как в режиме насоса, так и в режиме двигателя.

При работе в режиме гидродвигателя рабочая жидкость подается под давлением в расширяющиеся рабочие полости 19 и приводит во вращение вращательный узел с его роторами, сначала приводя в движение вокруг своей оси внешний ротор, а затем посредством внутреннего зацепления зубьев роторов приводя вращательное движение вал 11. При этом объем рабочих полостей 20 уменьшается и рабочая жидкость вытесняется через них.

Выполнение кольцевых торцевых дисков 15 и 16 заодно с соответствующими составными частями внешнего ротора позволяет выравнивать давление рабочей среды с обеих сторон роторов, а следовательно, выравнивать износ роторов с обоих их торцов, снизить нагрузку на осевые опоры роторов, а также позволит снизить утечки рабочей среды за счет уменьшения зазоров и герметизации рабочих полостей 19 и 20, обеспечивая повышение коэффициента полезного действия машины.

При работе машины в режиме насоса вал 11, который в данном случае является приводным, приводит во вращение внутренний ротор 7, который посредством внутреннего зацепления своих зубьев с зубьями 6 внешнего ротора приводит во вращательное движение последний. При вращении роторов рабочая жидкость поступает во всасывающую полость 19, рабочий объем которой расширяется, а затем из полости 20 нагнетания, объем которой уменьшается, вытесняется к потребителю.

Предлагаемая роторная машина успешно прошла испытания и подготовлена к производству.