Патент на изобретение №2158370

(54) ОБЪЕМНАЯ СФЕРИЧЕСКАЯ РОТОРНАЯ МАШИНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к машинам объемного действия и может быть использовано в качестве двигателя, насоса или компрессора. Корпус машины состоит из двух полукорпусов. В сферической полости корпуса размещены три ротора, образующие четыре рабочие камеры. Центральный ротор соединен с каждой стороны c соответствующим секторным ротором диаметральным шарниром. Корпус имеет четыре впускных-выпускных канала, расположенных попарно в зоне перекрытия сферической поверхности каждого секторного ротора при его повороте. Впускные-выпускные каналы смещены в экваториальную область сферической поверхности корпуса, имеют сопловой участок переменного сечения. Оси каналов имеют тангенциальный наклон, впускного – по направлению, а выпускного – навстречу направлению вращения роторов машины. Снижается гидродинамическое сопротивление в подводящих магистральных каналах, уменьшается влияние вихревых и кавитационных процессов при использовании плотных сред. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к машинам объемного действия, и может быть использовано в качестве двигателя, насоса или компрессора.

Известна объемная сферическая роторная машина, содержащая корпус и размещенные в его сферической полости три ротора, образующие четыре рабочие камеры, центральный ротор соединен с каждой стороны диаметральным шарниром с соответствующим секторным ротором, а корпус имеет четыре впускных-выпускных канала, расположенные попарно в зоне перекрытия сферической поверхностью каждого секторного ротора при его повороте, причем каналы выполнены цилиндрическими и направлены радиально (акцептованная заявка Японии N 47-44565, кл. 59 В 61, 1972).

Недостатком данной машины является повышенное гидродинамическое сопротивление впускных-выпускных каналов и подводящих магистральных каналов вследствие ограниченной площади перекрываемого секторным ротором сечения канала, а также вследствие вихревых и кавитационных процессов на кромках каналов и секторных роторов, участствующих в процессе коммутации потока плотного рабочего тела.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и ресурса машины.

Технический результат заключается в снижении гидродинамического сопротивления в подводящих магистральных каналах и в уменьшении влияния вихревых и кавитационных процессов при использовании плотных сред.

Технический результат предложения достигается тем, что в объемной сферической роторной машине, содержащей корпус и размещенные в его сферической полости три ротора, образующие четыре рабочие камеры, центральный ротор соединен с каждой стороны диаметральным шарниром с соответствующим секторным ротором, а корпус имеет четыре впускных-выпускных канала, расположенных попарно в зоне перекрытия сферической поверхностью каждого секторного ротора при его повороте, впускные-выпускные каналы смещены в экваториальную область сферической поверхности корпуса, имеют сопловый участок переменного сечения, а оси каналов имеют тангенциальный наклон, впускного – по направлению, а выпускного – навстречу направлению вращения роторов машины.

На фиг. 1 показана объемная сферическая роторная машина, продольный разрез; на фиг. 2 – то же, с повернутыми на 90^o роторами; на фиг. 3 – сечение по осям впускного-выпускного каналов в момент смены циклов в рабочих камерах.

Объемная сферическая роторная машина содержит корпус, состоящий из двух полукорпусов 1 и 2, соединенных между собой хомутом 3. В сферической полости корпуса находятся три ротора. Центральный ротор 4 соединен с каждой стороны диаметральным шарниром с соответствующим секторным ротором 5, 6. Каждый секторный ротор 5 или 6 состоит из шарового сектора, выполненного заодно с валом 7 или 8. Роторы 4, 5, 6 прилегают своими периферическими поверхностями к сферической поверхности корпуса машины и образуют четыре камеры: камеры 9 и 10 (фиг. 1), смежные с секторным ротором 5, и камеры 11 и 12 (фиг. 2), смежные с секторным ротором 6. Валы 7 и 8 установлены в полукорпусах 1, 2 в подшипниковых узлах с коренными подшипниками 13 и 14.

Впускные-выпускные каналы 15, 16, 17, 18 расположены попарно противоположно в каждом полукорпусе 1, 2 в зоне перекрытия сферической поверхностью секторного ротора 5 или 6 при его повороте на угол до 90^o по направлению вращения, измеряемый относительно оси диаметрального шарнира секторного ротора 5 или 6 и нулевого меридиана, соединяющего полюса машины – точки пересечения осей вращения роторов 5, 6 с камерообразующей сферической поверхностью корпуса. На фиг. 1 и 2 сечение каналов вынесено в плоскость сечения машины, проходящую через нулевой меридиан. Смещение каналов 15 – 18 в экваториальную область сферической поверхности корпуса позволяет удалить их от подшипниковых узлов и увеличить проходное сечение каналов. Экваториальная область – это зона вблизи экватора – линии на сферической поверхности корпуса, каждая точка которой равноудалена от полюсов машины. На фиг. 1 действительное положение канала 15 показано поз. 19, где сплошной линией обозначен видимый участок кромки, пунктиром – закрытый секторным ротором. Заштрихованная область 20 соответствует положению канала 16. На фиг. 3 показано сечение А-А по осям впускного-выпускного каналов 15 и 16 в момент смены циклов в рабочих камерах, соответствующий повороту секторного ротора на угол 80^o, являющийся фазозадающим углом и зависящий от динамики машины и характеристик рабочего тела. Впускные-выпускные каналы 15 – 18 имеют сопловый участок переменного сечения. Оси каналов 15 – 18 имеют тангенциальный наклон, впускного канала 16 – по направлению, а выпускного канала 15 – навстречу направлению вращения роторов машины. Стрелками показано направление движения рабочего тела в впускном канале 16, его движение в рабочей камере 9, совпадающее с направлением вращения роторов и его истечение в выпускной канал 15, реализуемое при работе машины в качестве парового двигателя. Камера 9 является рабочей и находится в конце рабочего цикла. Камера 10 – взведена (объем камеры наименьший, рабочее тело вытеснено) и готова к приему заряда рабочего тела.

Машина работает следующим образом.

В каналы 16, 17 подается под давлением рабочее тело. При прохождении роторами 4, 5, 6 положения смены циклов (фиг. 3) рабочее тело поступает в взведенную рабочую камеру 10 из канала 17. Происходит наддув этих камер 16, 17, и совершается рабочий ход, называемый рабочим циклом. Одновременно с этим в смежных камерах 9 и 12, открытых и сообщающихся с выпускными каналами 15, 18, происходит истечение отработанного рабочего тела с одновременным уменьшением объема камер 9, 12.

Поскольку каналы имеют сопловый участок, их внутреннее сечение имеет меньшую площадь, чем наружное, и магистральные подводящие каналы могут иметь большое проходное сечение, что снижает гидродинамическое сопротивление системы. Тангенциальный наклон каналов обеспечивает ламинарность потока вследствие совпадения векторов входящего и выходящего потоков с направлением движения рабочего тела в камерах. Уменьшение гидродинамического сопротивления машины позволяет уменьшить время наполнения рабочих камер рабочим телом и обеспечить его истечение из взводимых камер, что позволяет увеличить скорость вращения роторов, снизить нагрузки на кромках каналов и секторных роторов, участвующих в процессе коммутации потока рабочего тела. Перечисленные особенности позволяют повысить производительность и ресурс машины.

Формула изобретения

Объемная сферическая роторная машина, содержащая корпус и размещенные в его сферической полости три ротора, образующие четыре рабочие камеры, центральный ротор соединен с каждой стороны диаметральным шарниром с соответствующим секторным ротором, а корпус имеет четыре впускных-выпускных канала, расположенных попарно в зоне перекрытия сферической поверхностью каждого секторного ротора при его повороте, отличающаяся тем, что впускные-выпускные каналы смещены в экваториальную область сферической поверхности корпуса, имеют сопловой участок переменного сечения, а оси каналов имеют тангенциальный наклон, впускного – по направлению, а выпускного – навстречу направлению вращения роторов машины.

РИСУНКИ