Результат интеллектуальной деятельности: РОТОРНАЯ МАШИНА С ВНУТРЕННИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ

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

Известна роторная машина с внутренним зацеплением, содержащая корпус с цилиндрической полостью и каналами всасывания и нагнетания рабочей среды, закрытый с двух сторон торцевыми крышками, коаксиально размещенный в полости корпуса внешний ротор с внутренними зубьями и рабочими окнами во впадинах его зубьев и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко закрепленный на валу с образованием между зубьями и впадинами обоих роторов камер всасывания и камер нагнетания, сообщенных соответственно с всасывающим и нагнетательным каналами. При этом между торцевыми крышками и торцами внешнего ротора установлены кольцевые торцевые диски, примыкающие к торцам внешнего и внутреннего роторов с обеих сторон, соосные с внешним ротором и имеющие возможность вращения вокруг оси вращения последнего (SU 1714164 А2, 22.09.1987, F 01 С 1/14). Данная машина принята в качестве прототипа. В указанной роторной машине предусмотрены уплотняющие жидкостные затворы, препятствующие перетечкам рабочей среды через зазор между торцевыми крышками и корпусом из зоны нагнетания в зону всасывания, а также через зазор между внешним ротором и корпусом, в результате чего достигается повышение коэффициента полезного действия машины. Однако при работе с рабочими средами, включающими абразивные включения, предусмотренная система уплотнения зазоров дает сбой, КПД машины снижается, одновременно со снижением надежности работы и долговечности машины из-за "сухого" трения в ее элементах.

Задача технического решения состоит в повышении надежности и долговечности роторной машины при эксплуатации ее на рабочих средах с абразивными включениями путем снижения относительной скорости скольжения контактирующих поверхностей торцевых дисков и торцов обоих роторов, а следовательно, снижения их износа, а также в повышении КПД машины путем снижения утечек рабочей среды при использовании полимерных материалов для покрытия контактирующих поверхностей обоих роторов. Кроме того, задача изобретения состоит в облегчении ремонтоспособности машины путем замены одного зуба в разъемном внешнем роторе, вместо замены всего этого ротора, а также в снижении затрат на этот ремонт.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата в известной роторной машине с внутренним зацеплением, содержащей корпус с цилиндрической полостью и каналами всасывания и нагнетания рабочей среды, закрытый с двух сторон торцевыми крышками, коаксиально размещенный в полости корпуса внешний ротор с внутренними зубьями и рабочими окнами во впадинах его зубьев и установленный внутри него с эксцентриситетом внутренний ротор с внешними зубьями, жестко закрепленный на валу, при этом между зубьями и впадинами обоих роторов образованы камеры всасывания и нагнетания, сообщенные соответственно с всасывающим и нагнетательным каналами, а между торцевыми крышками и торцами внешнего и внутреннего роторов установлены кольцевые торцевые диски, примыкающие к торцам последних с возможностью вращения вокруг оси вращения внешнего ротора, согласно изобретению внешний ротор выполнен разъемным, а его зубья сменными, жестко связанными с обоими торцевыми дисками с образованием "беличьего колеса", причем торцевые диски жестко закреплены на внешнем роторе и снабжены в периферийной зоне осевыми выемками, равномерно размещенными по окружности, коаксиальной с внешним ротором, и ограниченными двумя цилиндрическими поверхностями различной кривизны, образующими при их пересечении продольные углубления по всей глубине выемок, поверхность каждого сменного зуба, контактирующая с полостью корпуса, выполнена цилиндрической с возможностью сопряжения с последней и вращения внутри нее, поверхность обоих торцов сменного зуба ограничена двумя цилиндрическими поверхностями различной кривизны, образующими при их пересечении два продольных ребра, и выполнена с возможностью сопряжения с выемками обоих торцевых дисков и размещения внутри них, продольные ребра размещены внутри продольных углублений.

Цилиндрическая поверхность выемок в дисках и торцевых частей сменных зубьев, наиболее удаленная от оси вращения внешнего ротора, может быть выполнена с меньшей кривизной.

Сменные зубья внешнего ротора в рабочей контактной зоне с зубьями внутреннего ротора могут быть выполнены с эластичным упругим полимерным покрытием по периметру их поперечного сечения.

Внешняя поверхность полимерного покрытия сменных зубьев внешнего ротора, размещенная со стороны примыкания к цилиндрической полости корпуса, может быть снабжена продольными выступами, выполненными с острыми радиально расположенными вершинами, а размещенная со стороны контактной рабочей поверхности зацепления с внутренним ротором - с продольными выступами с пологими радиально расположенными вершинами и большей шириной основания выступов.

Каждый торцевой диск может быть выполнен разъемным и состоит из двух соосных, сопряженных между собой по цилиндрической поверхности частей, внутренняя из которых снабжена выемками, причем точки пересечения ребер торцевых частей каждого сменного зуба с плоскостью, перпендикулярной оси ротора, могут быть размещены на линии сопряжения двух частей диска.

Жесткая связь сменных зубьев внешнего ротора с обоими торцевыми дисками может быть выполнена посредством резьбовых элементов, размещенных на осях симметрии каждого зуба этого ротора, предпочтительно на уровне середины высоты его зуба.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично показан продольный разрез предлагаемой роторной машины.

На фиг.2 - поперечный разрез предлагаемой роторной машины через оба ротора в зоне резьбовых элементов.

На фиг.3 показан продольный разрез роторной машины в зоне резьбового соединения резьбовыми элементами, размещенными на осях симметрии каждого зуба внешнего ротора.

На фиг.4 показан общий вид сменного зуба с разрезом в зоне установки резьбового элемента.

На фиг.5 показан вид сбоку на торец сменного зуба внешнего ротора.

На фиг.6 укрупненно показано поперечное сечение сменного зуба в контактной рабочей зоне.

На фиг.7 показан торцевой диск, вид на выемки под сменные зубья со стороны роторов.

Роторная машина содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2 и каналами 3 всасывания и 4 нагнетания рабочей среды, закрытый с боков торцевыми крышками 5.

Вращательный узел машины состоит из внешнего разъемного ротора 6, коаксиально размещенного внутри полости 2, снабженного внутренними сменными зубьями 7, и из внутреннего ротора 8 с внешними зубьями 9, установленного внутри внешнего ротора 6 с эксцентриситетом "е" между осями 10 и 11 вращения внешнего ротора 6 и внутреннего ротора 8 соответственно. Внутренний ротор 8 жестко связан с валом 12 посредством, например, шпонки 13.

Внешний ротор выполнен со сквозными окнами 14, размещенными во впадинах его зубьев 7. Зубья 9 внутреннего ротора 8 выполнены входящими во впадины зубьев 7 внешнего ротора 6 с одной стороны и плотно контактирующими с головками зубьев 7 внешнего ротора в месте, диаметрально противоположном месту зацепления с впадинами зубьев 7 с другой стороны, с образованием камеры 15 всасывания и камеры 16 нагнетания. При этом число зубьев 7 внешнего ротора 6 превышает число зубьев 9 внутреннего ротора 8 на единицу.

К обоим торцам 17 и 18 внешнего ротора 6 и к обоим торцам 19 и 20 внутреннего ротора 8 примыкают с зазором 0,05 мм кольцевые, соосные с внешним ротором торцевые диски 21 и 22, первый из которых жестко соединен с торцом 17, а второй - с торцом 18 внешнего ротора 6 с образованием единой детали вращения. Жесткая связь диска с внешним ротором 6 может быть выполнена посредством отдельных резьбовых элементов, например шпилек 23, размещенных на осях 24 симметрии каждого сменного зуба 7.

Рабочая контактная поверхность обоих роторов или каждого их них может быть выполнена с эластичным упругим полимерным покрытием 25, причем внешняя поверхность полимерного упругого эластичного покрытия сменных зубьев снабжена продольными выступами 26, выполненными с острыми вершинами 27 со стороны, примыкающей к цилиндрической полости 2 корпуса 1, и с пологими вершинами 27 и более широким основанием выступов со стороны контактной рабочей поверхности зацепления с внутренним ротором. Сменные зубья 7 внешнего ротора жестко связаны с обоими торцевыми дисками 21 и 22 с образованием "беличьего колеса" и не изменяющими своего расположения в процессе работы. Каждый торцевой диск 21 и 22 выполнен разъемным и состоит из двух соосных, сопряженных между собой частей. Наружная часть 29 каждого диска примыкает к цилиндрической поверхности 2 корпуса 1, а внутренняя основная часть диска снабжена сквозными цилиндрическими выемками 28, размещенными равномерно по окружности, коаксиальной с внешним ротором. Каждая выемка 28 ограничена двумя цилиндрическими поверхностями 30 и 31 различной кривизны, образующими при пересечении между собой два боковых осевых углубления 32 и 33 по всей ширине диска, причем цилиндрическая поверхность 30 с меньшей кривизной наиболее удалена от оси вращения 10 внешнего ротора, а поверхность 31 с большей кривизной расположена ближе к оси 10 вращения ротора. Поверхности обеих торцевых частей каждого сменного зуба также ограничены двумя цилиндрическими поверхностями 34 с меньшей и 35 с большей кривизной, образующими при их пересечении два продольных ребра 36 и 37 и выполненными с возможностью сопряжения с выемками 28 в обоих торцевых дисках и размещения внутри этих выемок, в том числе и размещения ребер 36 и 37 внутри углублений 32 и 33 соответственно, при этом ребра 36 и 37 торцевых частей зубьев 7 и примыкающие к ним углубления 32 и 33 выемок 28 размещены на линии сопряжения обеих частей каждого диска. Рабочая поверхность 39 сменного зуба 7, контактирующая с внутренним ротором, выполнена с возможностью зацепления с этим ротором. Поверхность 40 сменного зуба 7, контактирующая с полостью 2 корпуса 1, выполнена цилиндрической с возможностью сопряжения с этой полостью и вращения внутри нее.

Роторная машина с внутренним зацеплением может работать как в режиме насоса, так и в режиме гидродвигателя. При работе в режиме гидродвигателя рабочая жидкость подается под давлением в расширяющиеся камеры 15 и приводит во вращение вращательный узел с его роторами: сначала приводя в движение вокруг своей оси внешний ротор 6, а затем посредством внутреннего зацепления зубьев роторов приводя во вращательное движение вал 12. При этом объем рабочих камер 16 уменьшается и рабочая жидкость вытесняется из них.

Выполнение кольцевых торцевых дисков 21 и 22, всей своей плоской кольцевой поверхностью примыкающих к обоим торцам внешнего и внутреннего роторов по всей толщине "с" этой кольцевой поверхности, обеспечивает уменьшение утечек за счет устранения зазоров и герметизации рабочих камер 15 и 16, повышая коэффициент полезного действия машины.

При работе машины в режиме насоса вал 12, который в данном случае является приводным валом, приводит во вращение внутренний ротор 8, который посредством зацепления своих зубьев 9 с зубьями 7 внешнего ротора приводит во вращательное движение последний. При вращении роторов вращательного узла рабочая жидкость поступает во всасывающую камеру 15, рабочий объем которой расширяется, а затем из камеры 16 нагнетания, объем которой уменьшается, вытесняется к потребителю.

Благодаря оптимизации размера толщины плоской кольцевой поверхности торцевого диска и сопряжению поверхностей примыкания дисков с торцами обоих роторов вращательного узла, а также благодаря наличию эластичного упругого полимерного покрытия рабочих контактных поверхностей зацепления роторов, в том числе посредством выполнения на внешней поверхности полимерного покрытия продольных выступов с острыми вершинами со стороны примыкания к цилиндрической полости корпуса и с пологими вершинами и более широким основанием со стороны контакта с внутренним ротором, достигается уплотнение рабочих поверхностей и герметизация камер всасывания и нагнетания, а следовательно, повышается КПД машины даже при эксплуатации ее на рабочих средах, содержащих абразивные включения. Использование предлагаемой машины позволит улучшить ремонтоспособность машины и сократить расходы на проведение ремонта благодаря выполнению внешнего ротора разъемным, а его зубьев сменными, что очень важно в условиях работы на абразивосодержащих средах. Повышение надежности работы машины и долговечности обеспечивается путем снижения относительных скоростей движения торцовых поверхностей роторов относительно плоских кольцевых поверхностей дисков. Этому способствует и надежная установка торцов сменных зубьев в выемках дисков благодаря стопорению сопряженных ребер торцов этих зубьев с боковыми углублениями в выемках дисков.