Результат интеллектуальной деятельности: РОТОРНО-ВИХРЕВАЯ МАШИНА

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в насосах, компрессорах или двигателях.

Известна роторно-вихревая машина, содержащая статор и ротор, между которыми образована торообразная рабочая полость, в которой расположены лопатки и разделитель, связанные соответственно со статором и ротором, при этом рабочая полость сообщена с каналом для подвода рабочей среды, выполненным в роторе, и каналом для отвода рабочей среды, а ширина ее сечения равна разнице максимального и минимального радиусов рабочей полости, определяемых соответственно как расстояние от оси машины до наиболее удаленной точки рабочей полости и расстояние от оси до наиболее близкой точки (см. опубликованную заявку N WO 98/46886, кл. F 04 D 1/34, F 01 D 9/02, F 04 D 5/00, от 22 октября 1998 г.).

Недостатком указанной машины является низкий КПД, причинами которого являются значительные объемные и гидравлические потери, вызванные утечками из рабочей полости по щелевым зазорам между ротором и статором, перетечками рабочей среды из участка с высоким давлением в участок с низким давлением по рабочей полости, слабой интенсивностью вихреобразования на входе рабочей среды в рабочую полость и гидравлическими потерями вихревого потока в рабочей полости.

Изобретение направлено на повышение КПД машины за счет уменьшения суммарных объемных и гидравлических потерь путем оптимизации отношения максимального радиуса к ширине сечения рабочей полости, влияющего на величины утечек из рабочей полости по щелевым зазорам между ротором и статором, перетечек рабочей среды из участка с высоким давлением в участок с низким давлением по рабочей полости, интенсивность вихреобразования на входе рабочей среды в рабочую полость и гидравлические потери вихревого потока в рабочей полости.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в роторно-вихревой машине, содержащей статор и ротор, между которыми образована торообразная рабочая полость, в которой расположены лопатки и разделитель, связанные соответственно со статором и ротором, при этом рабочая полость сообщена с каналом для подвода рабочей среды, выполненным в роторе, и каналом для отвода рабочей среды, а ширина ее сечения равна разнице максимального и минимального радиусов рабочей полости, определяемых соответственно как расстояние от оси машины до наиболее удаленной точки рабочей полости и расстояние от оси до наиболее близкой точки, согласно изобретению отношение максимального радиуса рабочей полости к ширине ее сечения выполнено не менее 4,5 и не более 9,5.

На фиг. 1 представлено меридиональное сечение роторно-вихревой машины, в которой лопатки расположены в одной плоскости;
на фиг. 2 - поперечное сечение машины, представленной на рис. 1, по плоскости A-A;
на фиг. 3 - меридиональный разрез варианта выполнения роторно-вихревой машины, в которой лопатки расположены по окружности;
на фиг. 4 - поперечный разрез машины, представленной на фиг. 4, плоскостью B-B;
Роторно-вихревая машина содержит статор 1 и ротор 2, между которыми образована торообразная рабочая полость 3. Профиль рабочей полости (в плоскости, перпендикулярной продольной оси машины) и профиль сечения рабочей полости (в меридиональной - проходящей через продольную ось машины плоскости) могут быть выполнены круглыми или с незначительными отклонениями от круглого (овальными). В рабочей полости расположены лопатки 4 и разделитель 5, связанные соответственно со статором 1 и ротором 2.

Рабочая полость сообщена с каналом 6 для подвода рабочей среды, выполненным в роторе, и каналом 7 для отвода рабочей среды.

Максимальный радиус (R) рабочей полости равен расстоянию от оси машины до наиболее удаленной точки рабочей полости; минимальный радиус (r) равен расстоянию от оси машины до наиболее близкой к ней точки рабочей полости; ширина (h) рабочей полости равна разнице (R-r) максимального и минимального радиусов.

Отношение (R/h) максимального радиуса рабочей полости к ширине ее сечения не менее 4,5 и не более 9,5 (9,5≥R/h≥4,5).

При работе роторно-вихревой машины в режиме двигателя поток рабочей среды через канал 6 подается в рабочую полость 3, где под действием торообразных участков поверхности статора и ротора и лопаток приобретает вихреобразный характер, исключающий возможность ее свободного перетекания по рабочей полости в канал 7. В результате разделитель 5 оказывается под действием перепада давлений рабочей среды, и ротор 2, с которым связан разделитель, совершает вращательное движение, которое передается на вал машины.

При работе машины в режиме насоса или компрессора при вращении ротора 2, рабочая среда под воздействием на нее разделителя 5, лопаток 4 и торообразных участков поверхности статора и ротора приобретает вихреобразное движение. Такое движение рабочей среды препятствует ее свободному перетеканию по рабочей полости в направлении вращения ротора от канала 6 к каналу 7. В результате вихреобразный поток рабочей среды под давлением направляется разделителем в канал 7, а через канал 6 в рабочую полость засасывается новое количество рабочей среды.

Изменение отношения (R/h) максимального радиуса рабочей полости машины к ширине ее сечения, например в сторону увеличения, связано с увеличением максимального радиуса рабочей полости (из условия сохранения расходной характеристики машины) и приводит, с одной стороны, к увеличению утечек из рабочей полости по щелевым зазорам между ротором и статором за счет увеличения площади проходного сечения щелевого зазора между ротором и статором, а с другой стороны, - к уменьшению перетечек рабочей среды из участка с высоким давлением в участок с низким давлением по рабочей полости за счет увеличения длины рабочей полости. Кроме того, увеличение R приводит к увеличению центробежного ускорения, сообщаемого рабочей среде ротором, и тем самым к более интенсивному вихреобразованию на входе рабочей среды в рабочую полость, что в итоге приводит к уменьшению перетечек по рабочей полости. Экспериментальные данные показали, что выполнение 9,5≥R/h≥4,5 является оптимальным с точки зрения соотношения указанных выше характеристик, а также является оптимальным с точки зрения гидравлических потерь за счет трения рабочей среды о лопатки, ротор и статор.