[RU]

Предложена ротационная установка (1) в виде экспандера. Экспандер содержит корпус (5), имеющий полость (9), впускной и выпускной каналы (11, 12), соединенные с полостью (9), ротор (2), имеющий ось (А), набор лопаток (15a, 15b, 15с), расположенных в соответствующих канавках (18), выполненных в роторе (2) с возможностью перемещения и шарнирно присоединенных вокруг оси (С) к одному концу управляющего рычага (14a, 14b, 14с), а на другом конце опирающихся с возможностью поворота на закрепленный вал (24), проходящий по центру через полость (9) в корпусе (5), и по меньшей мере одну рабочую камеру (9а), которая является частью указанной полости (9). Корпус (5) содержит промежуточную часть (5с), выполненную изнутри цилиндрической и взаимодействующую с ротором (2), и лопатки (15a, 15b, 15с). Ротор (2) образует катушечную конструкцию, имеющую соответствующие фланцевые части (2а', 2b'), которые проходят в радиальном направлении и выполнены с возможностью вращения вместе с лопатками и которым противодействуют соответствующие торцевые поверхности лопаток.

(57) Реферат / Формула:

Предложена ротационная установка (1) в виде экспандера. Экспандер содержит корпус (5), имеющий полость (9), впускной и выпускной каналы (11, 12), соединенные с полостью (9), ротор (2), имеющий ось (А), набор лопаток (15a, 15b, 15с), расположенных в соответствующих канавках (18), выполненных в роторе (2) с возможностью перемещения и шарнирно присоединенных вокруг оси (С) к одному концу управляющего рычага (14a, 14b, 14с), а на другом конце опирающихся с возможностью поворота на закрепленный вал (24), проходящий по центру через полость (9) в корпусе (5), и по меньшей мере одну рабочую камеру (9а), которая является частью указанной полости (9). Корпус (5) содержит промежуточную часть (5с), выполненную изнутри цилиндрической и взаимодействующую с ротором (2), и лопатки (15a, 15b, 15с). Ротор (2) образует катушечную конструкцию, имеющую соответствующие фланцевые части (2а', 2b'), которые проходят в радиальном направлении и выполнены с возможностью вращения вместе с лопатками и которым противодействуют соответствующие торцевые поверхности лопаток.

---

PCT/N02012/050250
МПКВ: F01C 1/344, F25B 9/06
РОТАЦИОННАЯ УСТАНОВКА
Данное изобретение относится к ротационной установке в виде экспандера, содержащего корпус, имеющий полость, впускной и выпускной каналы, расположенные в корпусе и соединенные с полостью, ротор, установленный и поддерживаемый в корпусе и имеющий ось, одну или более лопаток, которые установлены в соответствующих канавках с возможностью перемещения и каждая из которых шарнирно присоединена вокруг оси к одному концу управляющего рычага, который на другом конце опирается с возможностью поворота на вал, имеющий центральную ось, совпадающую с осью, которая проходит по центру через указанную полость в корпусе, параллельна оси ротора и отстоит от нее на расстояние, причем концевая часть каждой лопатки описывает сектор цилиндрической поверхности, центр кривизны которого лежит на оси, проходящей через шарнир, соединяющий лопатку с управляющим рычагом, при этом экспандер также содержит по меньшей мере одну рабочую камеру, которая является частью указанной полости и ограничена внутренней периферической поверхностью корпуса, периферической поверхностью ротора и боковой поверхностью по меньшей мере одной лопатки, причем указанный ротор образует блок для выработки мощности.
Описанная и изображенная в данном документе ротационная установка представляет собой экспандер, приводимый в действие паром.
Ротационная установка также может быть термодинамической производственной установкой, которая после некоторых модификаций может использоваться также как компрессор, насос, вакуумный насос, теплообменник и двигатель внутреннего сгорания. Ротационная установка может быть последовательно собрана из одинаковых блоков, так что принцип установки используется как для компрессорного блока, так и для блока двигателя внутреннего сгорания в двигателе с наддувом. Уже на этом этапе следует отметить, что ротационная установка не содержит коленчатого вала и передает энергию непосредственно ротору или получает ее непосредственно от него.
Данная ротационная установка является усовершенствованным
вариантом установки, описанной в патентном документе Норвегии №307668 (международный патентный документ №99/43926), но имеет много одинаковых признаков с данной установкой, которая, соответственно, включена в качестве ссылки.
Известные двигатели внутреннего сгорания ротационного типа выполнены в виде двигателей с вращающимися поршнями (двигателей Ванкеля). В данном случае вращающийся поршень, который выполнен в виде ротора, имеющего искривленную треугольную форму, вращается в кольцевой цилиндрической камере. Такие двигатели внутреннего сгорания, помимо сложной конфигурации, имеют недостаток, заключающийся в том, что ротору присущи значительные проблемы, связанные с уплотнением цилиндрической стенки. Кроме того, эти двигатели внутреннего сгорания характеризуются высоким расходом топлива.
Из патентного документа Германии №3011399 известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочей камерой, в которой расположен ротор, выполненный с возможностью непрерывного вращения, а также впуск и выпуск для газов сгорания. Ротор является по существу цилиндрическим и вращается в эллиптической полости, которая содержит диаметрально противоположные топочные камеры, ограниченные поверхностью ротора и внутренней поверхностью корпуса, образующими указанную полость. Ротор выполнен с проходящими в радиальном направлении канавками скольжения, которые принимают и направляют крыльчатые поршни, выполненные с возможностью скольжения в радиально внутреннем и радиально наружном направлении в указанных канавках. Крыльчатые элементы шарнирно присоединены через шток поршня к коленчатому рычагу, который, в свою очередь, является частью шарнирно установленного коленчатого вала. Когда ротор вращается, крыльчатые поршни перемещаются в радиально внутреннем и радиально наружном направлении в канавках скольжения благодаря их неподвижному прикреплению к указанному коленчатому рычагу. Таким образом, первый набор крыльчатых поршней действует внутри одной части полости, т.е. первой топочной камеры, в то время как второй набор крыльчатых поршней действует в диаметрально противоположной камере.
В патенте США №4061450 показан ротационный насос крыльчатого типа,
содержащий неподвижный корпус и полость, в которой расположен ротор. Ротор имеет пазовые канавки, в которых перемещаются соответствующие крыльчатые поршни, но таким образом, что концевые части крыльчатых элементов перемещаются по направлению к внутренней периферической поверхности корпуса и от нее при каждом обороте ротора.
В патенте США №4451219 показан ротационный паровой двигатель, имеющий две камеры и не содержащий клапанов. Этот двигатель также содержит два набора роторных лопаток, по три лопатки в каждом наборе. Каждый набор роторных лопаток вращается вокруг своей собственной эксцентрической точки на неподвижном общем коленчатом валу внутри эллиптического корпуса двигателя. Ротор барабанного типа смонтирован центральным образом внутри корпуса двигателя и образует две диаметрально противоположные рабочие камеры, проходящие в радиальном направлении. Указанные два набора роторных лопаток перемещаются по существу в радиальном направлении внутрь и наружу в канавках скольжения, выполненных в роторе, аналогично вышеописанной установке. В данном случае крыльчатые элементы, на их центральном конце, также установлены в эксцентрично расположенной втулке вала, которая является неподвижной. Однако крыльчатые элементы не являются шарнирными, а установлены на их противоположном конце с возможностью наклона в подшипнике, расположенном периферическим образом в роторе.
Насосы и компрессоры с лопатками также известны. Патент США №4451218 относится к лопаточному насосу, содержащему жесткие лопатки и ротор, который эксцентрическим образом установлен в корпусе насоса. Ротор имеет пазы, через которые лопатки проходят в радиальном направлении и которые их направляют. На каждой стороне отверстий скольжения расположены уплотнения.
Патент США №4385873 показывает ротационную установку лопаточного типа, которая может использоваться в качестве двигателя, компрессора или насоса. Эта установка также содержит эксцентрически установленный ротор, через который в радиальном направлении проходят жесткие лопатки.
Другие примеры известного уровня техники представлены в патентах США №№3537432, 4767295 и 5135372.
Различные цели данного изобретения, хотя и несколько отличающиеся с
точки зрения применения и эксплуатации, заключаются в создании ротационной установки, имеющей высокую эффективность, способность перекачивать многофазные текучие среды, низкий расход топлива и низкие выбросы загрязняющих веществ, таких как окись углерода, нитрозные газы и не сгоревшие углеводороды.
Кроме того, одой целью данного изобретения является создание ротационной установки, имеющей компактную конструкцию, т.е. малый объем двигателя и малый общий объем относительно производимого эффекта.
Согласно данному изобретению предложена ротационная установка, относящаяся к указанному во введении типу и отличающаяся тем, что корпус собран из промежуточной части, выполненной изнутри цилиндрической и взаимодействующей с ротором и лопатками, и одной торцевой крышки на каждом конце указанной части, при этом ротор образует катушечную конструкцию, имеющую соответствующие фланцевые части, которые проходят в радиальном направлении и выполнены с возможностью вращения вместе с лопатками и которым противодействуют соответствующие боковые поверхности лопаток.
В предпочтительном варианте выполнения ротор собран из двух основных частей, которые вместе образуют катушечную конструкцию. Разделительная поверхность между указанными двумя основными частями в этом случае обычно проходит в радиальном направлении.
В другом варианте выполнения катушечная конструкция может быть изготовлена в виде единого целого, после чего корпус собирают из двух частей по существу С-образной формы, которые вместе образуют промежуточный корпус. Этот вариант имеет разделительные поверхности, проходящие в осевом направлении. Таким образом, имеется возможность монтажа двух половин корпуса поверх катушечной конструкции, если она изготовлена в виде единого целого.
В предпочтительном варианте выполнения между окружной поверхностью фланцевых частей, проходящих в радиальном направлении, и внутренней окружной поверхностью соответствующих торцевых крышек имеется малый зазор.
Предпочтительно между проходящими в радиальном направлении поверхностями указанных фланцевых частей и внутренней торцевой
поверхностью соответствующих торцевых крышек имеется малый зазор.
Кроме того, между проходящими в радиальном направлении поверхностями указанных фланцевых частей и внешними, противоположными поверхностями промежуточного корпуса, проходящими в радиальном направлении, имеется малый зазор.
При наличии вышеописанных поверхностей, которые непрерывно изменяют направление, малые зазоры между поверхностями обеспечивают образование бесконтактного лабиринтного уплотнения.
Однако следует понимать, что по меньшей мере в одном из указанных малых зазоров между указанными поверхностями может быть установлен тот или иной вид механического уплотнения. Одним примером является уплотнение типа "поршневое кольцо", имеющее разрез, или уплотнение типа металлического поршневого кольца, имеющее крюкообразные концы, которые захватывают друг друга. Этот тип часто используется для уплотнения вала в автоматических передачах.
Предпочтительно количество лопаток может составлять три или более.
В одном подходящем варианте выполнения, как показано в данном документе, количество лопаток равно шести.
В одном варианте выполнения концевые части лопаток могут содержать уплотняющие средства.
Предпочтительно канавки для лопаток могут содержать подшипники скольжения, которые взаимодействуют с каждой лопаткой.
Предпочтительно закрепленный вал на своем свободном конце может опираться на ротор и быть зафиксирован в нем с помощью эксцентрикового держателя.
Ниже приведено более подробное описание одного иллюстративного варианта выполнения ротационной установки согласно изобретению со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает вид в аксонометрии полностью собранной ротационной установки в виде очень компактного блока,
фиг.2 изображает вид в аксонометрии установки, показанной на фиг.1, с частями, отделенными друг от друга,
фиг.З изображает вид в аксонометрии только ротора с частями, отделенными друг от друга,
фиг.4 изображает вид в аксонометрии лопаток, отделенных от ротора,
фиг.5 изображает вид в аксонометрии одиночной лопатки, в том числе ее управляющих рычагов,
фиг.6 изображает лопаточный блок и его шарнирно присоединенный вал и одну торцевую крышку,
фиг.7 изображает вариант, в котором промежуточный корпус разделен на две С-образные части,
фиг.8А изображает вид в аксонометрии ротационной установки, содержащей три лопатки, в качестве второго варианта выполнения,
фиг.8В изображает вид в аксонометрии ротационного блока второго варианта выполнения,
фиг.ЭА изображает вид в аксонометрии ротационного блока второго варианта выполнения без одной торцевой крышки, и
фиг.ЭВ изображает вид в аксонометрии ротационного блока второго варианта выполнения с вынутым лопаточным блоком.
На фиг.1 изображен вариант выполнения предложенной ротационной установки в виде экспандера 1, уже собранного и имеющего вид, в котором он используется. Экспандер 1 содержит корпус 5, который окружает установленный внутри него ротор. Корпус 5 имеет впуск 11 для пара и выпуск 12 для расширенного пара. Ось или вал 3 образует средство съема мощности и может быть присоединен(а) к другому оборудованию для использования энергии ротационной установки.
Чтобы понять конструкцию ротационной установки, сделана ссылка на фиг.2, показывающую отдельные части и иллюстрирующую способ их сборки для получения экспандера 1. Также сделана ссылка на патентный документ Норвегии №307668 (международный патентный документ №99/43926) для облегчения понимания режима работы указанной установки.
Также следует отметить, что рассмотрен вариант выполнения установки, сконструированной в виде экспандера. Как указано выше, при выполнении различных небольших модификаций и приспособлений конструкция также может использоваться для создания, например, двигателя внутреннего сгорания, компрессора, теплообменника или насоса. Кроме того, следует отметить, что установка конструируется и изготавливается с такой точностью, что использование уплотнений должно быть минимальным. Конструкционным
материалом могут быть различные сорта стали, но для некоторых вариантов применения также могут вполне подходить пластмассы и Тефлон.
Экспандер 1 содержит промежуточный корпус 5с и первую и вторую торцевые крышки 5а, 5Ь, которые совместно охватывают ротор 2. Корпус 5с имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность 5d, окружающую ротор 2, который, в свою очередь, расположен эксцентрическим образом относительно указанной поверхности 5d. Вал 3, представляющий собой средство съема мощности с ротора 2, показан на фиг.1 и 2. Следует отметить, что установка не содержит коленчатого вала, и мощность снимается непосредственно с ротора 2 через вал 3. Ротор 2 вращается вокруг оси А вращения, которая отличается от продольной оси корпуса 5С, обозначенной буквой В на фиг.2.
На чертежах проиллюстрировано, как промежуточный корпус 5с собран с торцевыми крышками 5а, 5Ь при помощи ряда болтов 10, расположенных по их окружностям. Внутренняя поверхность 5d корпуса 5с ограничивает полость 9. Периферическая поверхность 5d имеет соответствующие каналы, выполненные в ней и ограничивающие впуск 11 и выпуск 12.
Более подробно физическая конструкция экспандера 1 и, в частности, ротора 2, описана со ссылкой на фиг.З, которую следует рассматривать совместно с фиг.2. На фиг.З изображен корпус ротора, составленный из двух половин 2а, 2Ь и лопаточного блока 17 ротора 2. Каждый блок 17, в свою очередь, образован шестью роторными лопатками 15а, 15Ь, 15с и т.д. (см. фиг.5). Каждая лопатка 15а, 15Ь, 15с и т.д. взаимодействует скользящим образом с соответствующими пазами 18а, проходящими в радиальном направлении и выполненными в корпусе 2а, 2Ь ротора. Когда экспандер находится в работе, на боковые поверхности пазов 18а опираются расположенные на них с возможностью скольжения соответствующие лопатки 15а, 15Ь, 15с и т.д. При "полной мощности" усилие, действующее в окружном направлении на соответствующие лопатки 15а, 15Ь, 15с и т.д., является существенным и вносит вклад в момент опрокидывания или наклона в лопатках 15а, 15Ь, 15с и т.д. относительно линии вдоль выходного отверстия паза 18а.
Лопаточный блок 17, отчетливо показанный на фиг.4 и 5 с отделенными друг от друга частями, также содержит набор управляющих рычагов14а, 14Ь, 14с и т.д., которые попарно служат для поддержания соответствующих лопаток 15а, 15Ь, 15с и т.д. Каждая пара рычагов 14а, 14Ь, 14с и т.д. и лопатка 15а, 15Ь,
15с и т.д. имеют одинаковую функцию и шарнирно присоединены друг к другу с помощью вала, имеющего ось С. Рычаги 14а, 14Ь, 14с и т.д. собраны так, что их большие отверстия совмещены для последующей сборки с общим валом 24. Когда эти части смонтированы вместе, они образуют лопаточный блок 17 ротора 2, работающий на валу 24, как ясно показано на фиг.6.
Каждая концевая часть 15а', 15Ь',15с' и т.д. лопаток описывает сектор цилиндрической поверхности, центр кривизны которого лежит на оси С, проходящей через шарнир, соединяющий лопатки 15а, 15Ь, 15с и т.д. с рычагами 14а, 14Ь, 14с и т.д. Смысл этого заключается в том, что концевая часть лопатки, проходящая вдоль воображаемой линии, параллельной оси А ротора, должна в любое время "касаться" внутренней поверхности 5d промежуточного корпуса 5с, но при этом не иметь прямого контакта с указанной поверхностью 5d. Эта воображаемая линия "перемещается" назад и вперед по концевой части лопатки во время вращения ротора 2 и в любой момент времени описывает цилиндрическую поверхность, которая приблизительно повторяет внутреннюю поверхность 5d корпуса 5с с той лишь разницей, что между концевой частью лопатки и поверхностью 5d корпуса имеется зазор. Зазор между концевой частью лопатки и поверхностью 5d должен быть настолько мал, насколько это практически осуществимо.
Каждая часть 15а', 15Ь', 15с' и т.д. также может быть выполнена из материала, отличного от материала лопатки, как показано на чертежах. Каждая часть 15а', 15Ь', 15с' может быть выполнена в виде вставки. В некоторых вариантах применения они также могут быть в контакте с поверхностью 5d и даже могут быть поджаты к поверхности 5d.
На фиг.2 также показано, что в первой крышке 5а расположен первый подшипник L-i, который, в свою очередь, поддерживает ротор 2 на одном конце, т.е. при помощи вала 3 вдоль оси А, и центральным образом внутри крышки 5а. Соответственно, во второй крышке 5Ь, как показано на чертеже, расположен второй подшипник l_2, который поддерживает ротор 2 на противоположном конце и центральным образом внутри крышки 5Ь, также вдоль оси А. Следует отметить, что ротор 2 поддерживается не валом 24, а центральным опорным выступом 5Ь' при помощи подшипника l_2. Выступ 5Ь' расположен концентрическим образом внутри крышки 5Ь.
Кроме того, следует понимать, что ротор должен быть смонтирован в
корпусе 5с таким образом, что соответствующие половины 2а, 2Ь корпуса смещены по направлению друг к другу с каждой стороны корпуса 5с. Боковые или торцевые стенки ротора 2, имеющего форму катушки, проходят за пределы боковых поверхностей корпуса 5с, когда части смонтированы друг с другом. Таким образом, только концевые части 15а', 15Ь', 15с' лопаток и т.д. расположены внутри поверхности 5d корпуса 5с.
Соответственно, корпус 5 ротора образован промежуточной частью 5с, выполненный изнутри цилиндрической и взаимодействующей с ротором 2 и лопатками 15а, 15Ь, 15с и т.д. и соответствующими крышками 5а, 5Ь на каждом конце указанной части 5с. Ротор 2, в свою очередь, составлен из двух основных частей 2а, 2Ь, которые совместно образуют катушечную конструкцию, имеющую соответствующие фланцевые части 2а', 2Ь', которые проходят в радиальном направлении и выполнены с возможностью вращения вместе с лопатками и которым противодействуют соответствующие боковые поверхности лопаток.
Кроме того, следует понимать, что в практическом варианте выполнения на периферической поверхности фланцевых частей 2а', 2Ь' имеется малый зазор относительно внутренней окружной поверхности в соответствующих торцевых крышках 5а, 5Ь. Более того, на проходящих или выступающих в радиальном направлении поверхностях частей 2а', 2Ь' имеется малый зазор относительно внутренней торцевой поверхности в соответствующих крышках 5а, 5Ь. На проходящих или выступающих в радиальном направлении поверхностях частей 2а', 2Ь' имеется малый зазор относительно внешних, противоположных поверхностей на корпусе 5с, проходящих в радиальном направлении. Таким образом, следует понимать, что указанные малые зазоры между указанными поверхностями обеспечивают своего рода бесконтактное лабиринтное уплотнение. Однако возможно, что в некоторых обстоятельствах или ситуациях целесообразно установить подходящее физическое уплотняющее средство между одной или более поверхностями с указанным малым зазором. Кроме того, для усиления эффекта лабиринтного уплотнения в периферических поверхностях частей 2а', 2Ь' могут быть выполнены одна или более канавок. Как вариант, одна или более канавок могут быть выполнены внутри крышек 5а, 5Ь, в которые проходят фланцевые части 2а', 2Ь' и с которыми сопряжена указанная периферическая поверхность.
Однако следует понимать, что по меньшей мере в одном из указанных
малых зазоров между указанными поверхностями может быть установлен тот или иной вид механических уплотняющих средств. Одним примером является уплотнение типа "поршневое кольцо", имеющее разрез, или уплотнение типа металлического поршневого кольца, имеющее крюкообразные концы, предназначенные для захвата друг друга. Этот тип уплотнения часто используется для уплотнения вала в автоматических передачах. "Поршневые кольца" могут быть установлены вплотную к корпусу и могут образовывать один или более дополнительных лабиринтов с соответствующими канавками в боковых или торцевых стенках катушки.
Требования к скорости, температуре и чистоте, а также давление, являются факторами, определяющими подходящий тип материала, однако стенки катушки, как указано выше, уже сами по себе представляют лабиринт. Как изложено выше, зазоры выполнены по возможности малыми и приведены в соответствие веществам, проходящим через них.
На фиг.6 изображен вал 24, вводимый в лопаточный блок 17 и предназначенный для шарнирного присоединения соответствующих рычагов 14а,14Ь, 14с и т.д. Вал 24 имеет центральную ось В, отличную от оси А. На чертеже показаны вал 24 и подшипник 25, готовый к установке на конце вала 24. Подшипник 25 расположен эксцентрическим образом в опорном выступе 5Ь'. Крышки 5а, 5Ь корпуса ротора отцентрированы относительно оси А, но эксцентричны относительно продольной оси В корпуса 5с и вала 24. В то же время вал 24 поддерживает каждую лопатку 15а, 15Ь, 15с и т.д. центральным образом относительно продольной оси В, но эксцентрическим образом относительно продольной оси А, проходящей через корпус ротора.
Это означает, что лопатки 15а,15Ь, 15с и т.д., если рассматривать их изолированно или по отдельности, в действительности не перемещаются ни в радиально внутреннем, ни в радиально наружном направлении, но совершают небольшое перемещение качания или наклона относительно оси С при вращении ротора 2. Так как половины 2а, 2Ь корпуса ротора расположены эксцентрическим образом относительно лопаток 15а, 15Ь, 15с и т.д., т.е. их ось вращения отличается от оси вращения лопаток, лопатки 15а, 15Ь, 15с, как должно быть очевидно, перемещаются во внутреннем и наружном направлении в канавках 18а. При этом во время вращения ротора 2 получают одну камеру, которая расположена позади лопатки и расширяется, пока не достигнет
максимального объема и не начнет снова уменьшаться. Кроме того, достигается весьма значительный результат, заключающийся в том, что не возникает действующих в радиальном направлении массовых усилий, которые могли бы создать дисбаланс.
Как должно быть понятно, вал 24 находится в покое и неподвижно закреплен. Его назначение заключается в управлении, через управляющие рычаги 14а,14Ь, 14с и т.д., относительным перемещением лопаток 15а, 15Ь, 15с и т.д. относительно канавок 18а. Однако возможен вариант, в котором вал 24 выполнен с возможностью вращения или не является "закрепленным".
Каждая лопатка 15а, 15Ь, 15с и т.д., как указанно выше, шарнирно присоединена к одному концу рычага 14а, 14Ь, 14с и т.д., который на его другом конце шарнирно присоединен, с возможностью поворота, к закрепленному валу 24. Рычаги 14а, 14Ь, 14с и т.д. не передают никаких рабочих усилий, но обеспечивают управление каждой лопаткой 15а, 15Ь, 15с и т.д. путем ее вынужденного перемещения в направляющих канавках или пазах 18а в корпусе 2а, 2Ь ротора так, что концевые части 15а', 15Ь', 15с' и т.д. лопаток в любой момент времени при вращении ротора 2 проходят по касательной (касание без контакта) к внутренней поверхности 5d корпуса 5с.
Полость 9 может быть подразделена на расширительную камеру 9а и выпускную камеру 9Ь, которые перемещаются во время вращения и заданы положением лопаток относительно впуска 11 и выпуска 12.
Ниже приведено описание работы ротационной установки со ссылкой на чертежи. Как изложено выше, пример варианта выполнения представляет собой экспандер. На впуск подается дросселирующая среда, например пар. Пар ударяет в концевые части лопаток и подвергается расширению, таким образом, толкая лопатку. Даже если расширительная камера 9а постепенно отсекается появляющейся концевой частью новой лопатки, рабочая поверхность в направлении предшествующей лопатки будет больше и, таким образом, будет прикладывать усилие в том же направлении. Непосредственно после того, как расширительная камера достигает своего максимума, выпускная камера 9Ь открывается и обеспечивает возможность выхода расширенного пара из выпуска 12.
Период расширения начинается тогда, когда лопатка 15а,15Ь, 15с и т.д. проходит впускной канал 11, ведущий в камеру 9а, и длится до тех пор, пока
указанная лопатка не окажется открыта для выпускной камеры и выпускного канала 12. Как должно быть понятно, сторона лопаток 15а, 15Ь, 15с и т.д., обращенная в направлении, противоположном направлению R вращения, образует сторону давления экспандера. С технической точки зрения период расширения охватывает как фазу заполнения, так и фазу расширения камеры. Для камеры, ограниченной ротором, корпусом, лопаткой 15а (передней при вращении) и лопаткой 15Ь (последней при вращении), фаза заполнения начинается, когда лопатка 15а проходит начало впуска, и оканчивается, когда лопатка 15Ь проходит конец впуска. Фаза расширения начинается, когда прекращается фаза заполнения, и заканчивается, когда лопатка 15а проходит начало выпуска.
Также следует понимать, что концевые части лопаток совершают "качение" по внутренней цилиндрической поверхности 5d промежуточного корпуса 5с во время его вращения с ротором 2. При совершении ротором 2 половины оборота каждая концевая часть лопатки выполняет одно перемещение качения между внешними кромками дуги указанной части. Таким образом, концевые части лопаток совершают качение один раз вперед и назад во время одного оборота ротора 2.
Ниже сделана ссылка на фиг.7, на которой схематически изображен корпус ротационной установки, в котором промежуточный корпус 5с' составлен из двух С-образных частей 5е, 5f. Части 5е, 5f совместно образуют корпус с разделительными поверхностями, проходящими в осевом направлении. Он скреплен болтами сверху и снизу и предпочтительно может быть механически обработан после такой сборки для выполнения отделочной чистовой обработки и подгонки перед окончательной сборкой катушечной конструкции, которая затем может быть получена в виде единого целого, что, однако, не является обязательным. Впускной и выпускной каналы не показаны.
На фиг.8А-9В изображен второй вариант выполнения, в котором ротор содержит только три лопатки, а окружающий их корпус несколько упрощен. Повторное описание всей конструкции ротационной установки не приводится, за исключением тех частей, которые отличаются от первого варианта выполнения.
На фиг.8А изображен вид в аксонометрии ротационной установки 1А, или экспандера, на котором ротационный блок 2А показан вынутым из корпуса 5А.
На чертеже также показан выпускной канал U, расположенный внутри корпуса 5А, и впускное отверстие Н, обеспечивающее возможность присоединения. На фиг.8В изображен вид в аксонометрии блока 2А.
На фиг.8А изображен вид в аксонометрии ротационного блока 2А во втором варианте выполнения и без первой торцевой стенки, при этом показаны три лопатки Vi - V3. На фиг.ЭВ лопаточный узел 17А показан вынутым из ротационного блока 2А.
Ротационная установка 1А содержит, как указанно выше, корпус 5А, имеющий внутреннюю цилиндрическую полость 9А и соответствующие торцевые крышки, при этом на чертеже показана одна торцевая крышка 5аА. В корпусе 5А выполнены впускной и выпускной проходы или каналы Н, U, соединенные с полостью 9А. Ротор 2А расположен и поддерживается в корпусе 5А и содержит одну или более лопаток V-i, V2, V3, которые установлены в соответствующих канавках, выполненных в роторе 2А, с возможностью перемещения. Каждая лопатка V-i, V2, V3 шарнирно присоединена вокруг оси СА к одному концу управляющего рычага 14А, 14В, 14С, а на другом конце опирается с возможностью поворота на вал, имеющий центральную ось, совпадающую с осью, проходящей по центру через полость 9А корпуса 5А. Каждая концевая часть лопатки описывает сектор цилиндрической поверхности, центр кривизны которого лежит на оси, проходящей через шарнир, соединяющий одну лопатку V-i, V2, V3 с рычагом 14А, 14В, 14С. Ротор 2А изготовлен в виде катушечной конструкции, имеющей соответственные фланцевые части 2А', 2В', выступающие в радиальном направлении. Фланцевые части 2А', 2В' вращаются совместно с лопатками V-i, V2, V3, и на указанные части 2А', 2В' действуют соответствующие концевые поверхности 15А", 15В", 15С" лопаток. Фланцевые части 2А', 2В' проходят за пределы диаметра полости, выполненной внутри цилиндрической промежуточной части корпуса 5А, для создания лабиринтного уплотнения с соответствующими торцевыми крышками и внутренней цилиндрической промежуточной частью.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ротационная установка (1) в виде экспандера, содержащая корпус (5), имеющий полость (9), являющуюся изнутри цилиндрической, и соответствующие торцевые крышки (5а, 5Ь), впускной и выпускной каналы (11, 12), расположенные в корпусе (5) и соединенные с указанной полостью (9), ротор (2), установленный и поддерживаемый в корпусе (5) и имеющий ось (А), одну или более лопаток (15а, 15Ь, 15с), которые с возможностью перемещения установлены в соответствующих канавках (18), выполненных в роторе (2), и каждая из которых шарнирно присоединена вокруг оси (С) к одному концу управляющего рычага (14а, 14Ь, 14с), а на другом конце опирается с возможностью поворота на вал (24), имеющий центральную ось (В), совпадающую с осью (В), которая проходит по центру через указанную полость (9) в корпусе (5), параллельна оси (А) ротора и отстоит от нее на расстояние (d), причем концевая часть каждой лопатки описывает сектор цилиндрической поверхности, центр кривизны которого лежит на оси, проходящей через шарнир, соединяющий лопатку (15а, 15Ь, 15с) с управляющим рычагом, при этом установка также содержит по меньшей мере одну рабочую камеру (9а), которая является частью указанной полости (9) и ограничена между внутренней периферической поверхностью (5d) корпуса, периферической поверхностью (18с) ротора (2) и боковой поверхностью (15') по меньшей мере одной лопатки, причем указанный ротор (2) образует блок для выработки мощности, отличающаяся тем, что ротор (2) выполнен в виде катушечной конструкции, имеющей соответствующие фланцевые части (2а', 2Ь'), которые проходят в радиальном направлении и выполнены с возможностью вращения вместе с лопатками (15а, 15Ь, 15с) и которым противодействуют соответствующие боковые поверхности (15а", 15Ь", 15с") лопаток, при этом указанные фланцевые части (2а', 2Ь') проходят за пределы диаметра полости цилиндрической промежуточной части (5с) корпуса с образованием лабиринтного уплотнения с соответствующими торцевыми крышками (5а, 5Ь) на каждом конце внутренней цилиндрической промежуточной части (5с) корпуса.
2. Ротационная установка по п.1, отличающаяся тем, что ротор (2) составлен из двух основных частей (2а, 2Ь), которые совместно образуют указанную катушечной конструкцию.
1.
3. Ротационная установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус (5с') составлен из двух по существу С-образных частей (5е, 5f), которые совместно образуют корпус с разделительными поверхностями, проходящими в осевом направлении, и выполнены с возможностью монтажа поверх катушечной конструкции, изготовленной в виде единого целого.
4. Ротационная установка по любому из п.п. 1-3, отличающаяся тем, что между окружной поверхностью указанных фланцевых частей (2а', 2Ь') и внутренней окружной поверхностью соответствующих торцевых крышек (5а, 5Ь) имеется малый зазор.
5. Ротационная установка по любому из п.п.1-4, отличающаяся тем, что между проходящими в радиальном направлении поверхностями указанных фланцевых частей (2а', 2Ь') и внутренней торцевой поверхностью соответствующих торцевых крышек (5а, 5Ь) имеется малый зазор.
6. Ротационная установка по любому из п.п.1-5, отличающаяся тем, что между проходящими в радиальном направлении поверхностями указанных фланцевых частей (2а', 2Ь') и внешними, противоположными поверхностями промежуточного корпуса (5с), проходящими в радиальном направлении, имеется малый зазор.
7. Ротационная установка по любому из п.п.4-6, отличающаяся тем, что указанные малые зазоры между указанными поверхностями обеспечивают образование бесконтактного лабиринтного уплотнения.
8. Ротационная установка по любому из п.п.4-7, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из указанных малых зазоров между указанными поверхностями содержит механическое уплотнение, например уплотнение типа "поршневое кольцо".
9. Ротационная установка по любому из п.п.1-8, отличающаяся тем, что количество лопаток больше трех.
10. Ротационная установка по любому из п.п.1-9, отличающаяся тем, что количество лопаток равно шести.
11. Ротационная установка по любому из п.п.1-10, отличающаяся тем, что концевые части лопаток содержат уплотняющие средства.
12. Ротационная установка по любому из п.п.1-11, отличающаяся тем, что канавки (18а) для лопаток содержат подшипники (22) скольжения, взаимодействующие с каждой лопаткой (15а, 15Ь, 15с).
1.
13. Ротационная установка по любому из п.п.1-12, отличающаяся тем, что закрепленный вал (24) на своем свободном конце опирается на ротор (2) и зафиксирован в нем с помощью эксцентрикового держателя (25).
Фиг. 2
Ротационная установка
Ротационная установка
Ротационная установка
Ротационная установка
Ротационная установка
Ротационная установка
Ротационная установка
Ротационная установка