Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос :  ea201300027a*\id

больше ...
Термины запроса в документе


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Сферическая объемная машина, содержащая корпус, ротор, по меньшей мере одну рабочую полость, выполненную в роторе, с установленным в ней вытеснителем и уплотняющим силовым элементом, отличающаяся тем, что уплотнительный синхронизирующий элемент имеет механизм синхронизации с вытеснителем по углу поворота вокруг оси рабочей камеры, размещенный в пределах одной рабочей камеры. Это позволило улучшить характеристики объемной роторной машины.


Евразийское (21) 201300027 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. F01C3/06 (2006.01)
2013.09.30 F04C 3/06 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2013.01.17
(54) СФЕРИЧЕСКАЯ ОБЪЁМНАЯ РОТОРНАЯ МАШИНА
(31) 2012101510
(32) 2012.01.18
(33) RU
(71) Заявитель:
ДИДИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ (RU)
(72) Изобретатель:
Дидин Александр Владимирович, Яновский Илья Яковлевич (RU) (57) Сферическая объемная машина, содержащая корпус, ротор, по меньшей мере одну рабочую полость, выполненную в роторе, с установленным в ней вытеснителем и уплотняющим силовым элементом, отличающаяся тем, что уплотнительный синхронизирующий элемент имеет механизм синхронизации с вытеснителем по углу поворота вокруг оси рабочей камеры, размещенный в пределах одной рабочей камеры. Это позволило улучшить характеристики объемной роторной машины.
\МГЖ F01C3/00, 1/08 F04C 3/00
Сферическая объемная роторная машина.
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретения относятся к области машиностроения, именно к объёмным роторным машинам.
Уровень техники.
Известна сферическая объемная роторная машина (СОРМ) (PCT/RU2010/000672), имеющая в корпусе сферическую полость, ротор в виде шара с выходным валом, в шаре выполнены две рабочие полости в виде фигур вращения вокруг оси вращения ротора, при этом между рабочими полостями образуются перегородки, имеющие постоянное сечение. В корпусе по поверхности сферической полости проходит круговой паз. В пазу, с возможностью вращения относительно оси паза, установлен разделитель в виде кольца с двумя выступами внутрь сферической полости. Разделитель выступами разделяет рабочие полости на рабочие камеры, взаимодействуя с перегородками через уплотнительные синхронизирующие элементы (УСЭ). УСЭ выполнен в виде цилиндра с сосной ему осью, рассеченного продольной прорезью под перегородку. Ось УСЭ устанавливается в кольцевой части разделителя, расположенной в пазу. Благодаря симметричности рабочих камер с равными давлениями вокруг оси УСЭ, сумма сил и моментов со стороны рабочего тела на УСЭ равна нулю. Разделитель удается разгрузить гидравлически от сил со стороны рабочего тела. Перекашивающий момент сил, действующий на ротор, сдерживается небольшими силами в радиальных подшипниках за счет разнесения опор на достаточно большое расстояние вдоль вала. Все границы между рабочими камерами уплотняются по площадкам. Все вместе создает возможность получения высоких давлений, высокого кпд и большой удельной мощности.
Однако у данной СОРМ имеются следующие недостатки. Подача одной ступени меняется от нуля до максимального значения. Комбинацией из двух ступеней не удается получить достаточно равномерной подачи. Неравномерность составляет ±15%. При увеличении количества камер в одной ступени, данный вид УСЭ перестает быть уравновешен по нагрузке и не позволяет получить высокое давление. При использовании
УСЭ с другими степенями свободы ухудшаются условия герметичности рабочих камер (особенно при небольших габаритах).
Другим недостатком является неравномерное движение имеющего достаточно большой момент инерции разделителя, что ограничивает обороты СОРМ, особенно при больших габаритах. Частично за увеличение момента инерции отвечает размещение оси УСЭ в кольцевой части разделителя, что увеличивает его толщину на самом большом диаметре.
Задачей данного изобретения является создание СОРМ с более равномерной подачей / крутящим моментом, с высокими удельными характеристиками и с высоким кпд, сохраняющую свои качества в широком диапазоне габаритов. Дополнительным преимуществом является очень прочный вал, благодаря которому на многоступенчатом варианте СОРМ можно получать большие давления и большие подачи.
Задача изобретения достигается тем, что в сферической объемной роторной машине, содержащей корпус со сферической полостью, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, по меньшей мере, одну круг лую полость, выполненную в роторе, с установленным в ней вытеснителем и уплотняющим синхронизирующим элементом, причем рабочая поверхность круглой полости является поверхностью вращения относительно оси круглой полости, пересекающей ось вращения ротора преимущественно под прямым углом, уплотнительный синхронизирующий элемент установлен с возможностью совершения вращательньк колебаний относительно оси круглой полости, а вытеснитель установлен с возможностью вращения относительно оси вытеснителя, пересекающей ось вращения ротора под углом, причем уплотнительный синхронизирующий элемент выполнен в виде двух ушек, соединенных расположенным в круглой полости сферическим крутом с сосной ему физической осью.
Задача изобретения достигается тем, что в машине упиотнительный синхронизирующий элемент имеет механизм синхронизации с вытеснителем по углу поворота вокруг оси круглой полости, размещенный в пределах одной круглой полости.
Задача изобретения достигается тем, что в машине механизм синхронизации выполнен в виде, по меньшей мере, одной направляющей и взаимодействующего с ней паза.
Задача изобретения достигается тем, что в машине, содержащей разделитель, установленный с возможностью вращения вокруг оси вытеснителя и содержащий, по меньшей мере, один выступ, служащий для установки на нем вытеснителя с возможностью поворота вокруг оси вытеснителя.
Задача изобретения достигается тем, что в сферической полости машины выполнен, по меньшей мере, один круговой паз под углом к оси вращения ротора, для установки в нем опоры вытеснителя.
Задача изобретения достигается тем, что в сферической полости машины выполнено, по меньшей мере, два круговых паза, повернутых друг относительно друга вокруг оси вращения ротора.
Задача изобретения достигается тем, что в машине имеется разделитель, установленный с возможностью вращения вокруг оси вытеснителя и содержащий, по меньшей мере, одни выступ, служащий для установки на нем вытеснителя с возможностью поворота вокруг оси вытеснителя.
Задача изобретения достигается тем, что в сферической полости машины выполнен, по меньшей мере, один круговой паз под углом к оси вращения ротора, для установки в нем опоры вытеснителя.
Задача изобретения достигается тем, что в сферической полости машины выполнено, по меньшей мере, два круговых паза, повернутые друг относительно друга вокруг оси вращения ротора.
Задача изобретения достигается тем, что в сферической объемной роторной машине, содержащей корпус со сферической полостью, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, по меньшей мере, одна круглая полость, по меньшей мере, одна вытянутая полость, выполненные в роторе, с установленными в них вытеснителями, причем ось круглой полости пересекает ось вращения ротора преимущественно под прямым углом и является осью вытянутой полости, уплотнительный синхронизирующий элемент установлен с возможностью совершения вращательных колебаний относительно
оси круглой полости, а вытеснители установлены с возможностью вращения относительно оси вытеснителей, пересекающей ось вращения ротора под углом, причем для улучшения характеристик машины в круглой полости и в вытянутой полости установлены вытеснители разных типов
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг.1 представлена в изометрии сферическая объемная роторная машина (СОРМ) со снятой половинкой корпуса.
На фиг.2 представлена половинка корпуса СОРМ.
На фиг.З представлен ротор.
На фиг.4 представлен вытеснитель.
На фиг.5 представлен уплотнительный синхронизирующий элемент (УСЭ).
На фиг.6 представлена СОРМ с разделителем.
На фиг.7 представлен разделитель.
На фиг. 8 представлен вытеснитель.
На фиг.9 представлен вытеснитель с вкладышем.
На фиг. 10 представлена СОРМ с вытеснителями, установленными на оси. На фиг. 11 представлен корпус СОРМ с двумя разведенными по углу пазами. На фиг. 12 представлена СОРМ с двумя пазами. На фиг. 13 представлен ротор двухступенчатой СОРМ. На фиг. 14 представлена СОРМ с двумя пазами (внешний вид). На фиг. 15 представлена СОРМ с проходами рабочего тела по ротору. На фиг. 16 представлена часть ротора СОРМ, видны проходы рабочего тела по ротору.
На фиг. 17 представлена СОРМ (без корпуса) с 6-ю вытеснителями другого типа, закрепленными парами на трех дугах.
На фиг. 18 представлена сборка двух вытеснителей, закрепленных жестко на одной
дуге.
На фиг. 19 представлена СОРМ (без корпуса) с 4-мя вытеснителями двух типов, закрепленными жестко на одной дуге.
На фиг.20 представлена сборка вытеснителей двух типов на одной дуге.
На фиг.21 представлена СОРМ (без корпуса) с У СЭ для вытеснителей двух типов. На фиг.22 представлена СОРМ (без корпуса) с объединенным УСЭ. На фиг.23 представлен объединенный УСЭ для СОРМ по фиг.22. На фиг.24 представлен ротор СОРМ по фиг.22.
Описание наилучшего образца.
Геометрические оси, совпадающие при сборке, обозначены одинаковыми номерами.
Сферическая объемная роторная машина (СОРМ) (фиг.1) содержит корпус 1, ротор 2 с выходным валом 3, установленный в корпусе 1 с возможностью вращения вокруг оси 4 вращения ротора 2, три вытеснителя 5, установленные на дугах 6 с возможностью вращения вокруг геометрической оси 7, пересекающей ось 4 под углом. Вытеснители 5 взаимодействуют с ротором 2 через уплотнительные синхронизирующие элементы (УСЭ) 8.
Корпус 1 (фиг.2) имеет сферическую полость 10, из которой в противоположные стороны выходят отверстия 11 для выхода вала 3. По поверхности сферической полости 10 проходит два круговых паза 12 под дуги 6. Геометрическая ось 7 паза 12 пересекает геометрическую ось 4 отверстий 11 под утлом (в данном примере угол равен 35 градусов).
Симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 4 перпендикулярно плоскости осей 4 и 7, расположено окно входа 14 рабочего тела. Оно располагается по одну сторону (на фигуре снизу) относительно плоскости, проходящей через центр сферической полости 10 перпендикулярно оси 4. Соответствующее ему окно выхода 15 расположено симметрично относительно плоскости осей 4 и 7. Центрально симметрично первой паре окон входа 14 и выхода 15 относительно центра сферической полости 10 расположена вторая пара окон входа 14 и выхода 15. Пазы 12 проходят между первой и второй парой окон входа 14 и выхода 15. Окно входа 14 плавно переходит во входной патрубок 16. Окно выхода 15 плавно переходит в выходной патрубок 17.
Для увеличения плеча опоры вала 3, на корпусе 1 имеются шейки 18, удлиняющие отверстия 11.
Для разборности корпус 1 разделен на две симметричные половинки. Плоскость разъема проходит через оси 4 и 7. Для соединения половинок корпуса 1, на них, в плоскости разъема, имеется фланец 19, на котором выполнены крепежные отверстия 20.
Ротор 2 (фиг.З) выполнен в виде шара 22 на валу 3. В шаре 22 имеются три открытые наружу круглые полости 23 с конической боковой стороной 24 и сферическим дном 25. Геометрические оси 26 круглых полостей 23 проходят через центр шара 22 перпендикулярно геометрической оси 4, являющейся осью вращения ротора 2. Круглые полости 23 распределены равномерно вокруг оси 4. В центре круглой полости 23 имеется соосное ей отверстие 27.
Вытеснитель 5 (фиг.4) ограничен сферической выпуклой поверхностью 30, радиус которой соответствует (равен с точностью до допусков) радиусу сферической полости 10, концентричной ей сферической вогнутой поверхностью 31 меньшего радиуса, двумя большими по угловой протяженности симметричными участками 32 выпуклых конических поверхностей, соответствующих конической боковой стороне 24, геометрические оси 33 которых пересекаются в центре поверхности 30, и двумя небольшими по угловой протяженности симметричными участками 34 вогнутых конических поверхностей, имеющих общую геометрическую ось 35, пересекающую оси 33 в центре поверхности 30 под прямым углом.
Через всю поверхность 31, соосно участкам 34, проходят два паза 36.
Вытеснитель 5 соединен по поверхности 30 с двумя дугами 6. Дуга 6 представляет собой плоский сектор кольца, концентричного поверхности 30, плоскость которого параллельна оси 35. Дуги 6 начинаются приблизительно в центре поверхности 30 и идут в противоположные стороны. Суммарная угловая длина дуг 6 немного меньше 240 градусов. Расстояние между плоскостями дуг 6 равно расстоянию между пазами 12.
УСЭ 8 (фиг.5) выполнено в виде двух симметричных ушек 40, симметрично соединенных относительно тонким сферическим кругом 41. Круг 41 имеет физическую ось 42, идущую к центру сферы круга 41. Ушки 40 одной поверхностью посажены на край круга 41 (на его выпуклую сферическую поверхность) и ограничены концентричной кругу 41 выпуклой боковой поверхностью 43, выполненной в виде конической
поверхности, соответствующей (имеющей равные с точностью до допусков параметры) конической боковой стороне 24, концентричной кругу 41 выпуклой сферической поверхностью 44, соответствующей сферической полости 10. Внутренняя сторона 45 ушек 40, которой они повернуты друг к другу, ограничена выпуклой конической поверхностью, ось 46 которой проходит через центр! сферы круга 41 перпендикулярно геометрической оси 47 круга 41. Ближе к центру круга 41, по его поверхности, концентрично поверхностям 45 проходят две направляющих 48. Для удобства обработки, они имеют плоские боковые поверхности и сферическую выпуклую поверхность. Для разгрузки УСЭ 8 от сил, действующих со стороны рабочего тела, в круге выполнены сквозные (радиальные) отверстия 49 небольшого диаметра. В ушках 40, для разгрузки УСЭ 8 от сил, действующих со стороны рабочего тела, тоже выполнены отверстия 49 вдоль радиуса поверхности внутренней стороны 45.
Из круглых полостей 23 ротора 2, установленного в корпусе 1, образуются рабочие полости СОРМ, которые разделяются на две рабочие камеры вытеснителем 5 и УСЭ 8. На фиг.1 видна рабочая камера 50, увеличивающаяся в объеме, рабочая камера 51, уменьшающаяся в объеме, рабочая камера 52 минимального, практически нулевого объема, рабочая камера 53 максимального объема (ротор 2 вращается по часовой стрелке при виде сверху).
По сравнению с аналогом, ушки 40, находцпциеся в одной круглой полости 23 связаны между собой сферическим кругом 41, расположенным в круглой полости 23 и имеющим ось 42, воспринимающую нагрузку от ушек 40. Посредством круга 41 ушки 40 связаны с направляющими 48, через которые надежно обеспечивается требуемая в каждый момент ориентация УСЭ 8. Два паза 12 позволяют каждому вытеснителю 5 иметь опору на дуги 6, занимающие значительную угловую протяженность вокруг оси 7 (почти 240 градусов), что позволяет центру давления рабочего тела на вытеснитель 5 располагаться между площадками опоры дуг 6 на плоскости пазов 12 (при небольших угловых размерах дуг 6 одного вытеснителя 5 его центр давления был бы за пределами опорной площадки дуг 6 на плоскости пазов 12, что ведет к концентрации нагрузок и увеличению потерь на трение).
Связь (по углу поворота УСЭ 8 вокруг оси 26) вытеснителя 5 с УСЭ 8 через пару: паз 36 - направляющая 48, позволяет иметь их надежную синхронизацию в пределах одной круглой полости 23. УСЭ разных круглых полостей 23 могут не зависеть друг от друга. Этот факт позволяет иметь на роторе 2 произвольное количество круглых полостей 23. Максимальную подачу удается получить при двух или трех круглых полостях 23 на один шар 22. Несколько меньшая подача получается при четырех круглых полостях 23 на один шар 22. При этом, в целом, равномерность подачи растет с увеличением количества круглых полостей 23, но при близких количествах круглых полостей 23 равномерность больше при нечетном количестве круглых полостей 23.
Передний конец дуги 6 не прикреплен к вытеснителю 5 (место крепления находится ближе к середине дуги 6), поэтому за счет упругости материала он может отклоняться от своего равновесного положения на небольшую величину. Такое отклонение способствует возникновению жидкостного клина при движении дуги 6 по пазу 12. Для этого требуется, что бы толщина дуги 6 была бы немного (обычно порядка 0,04 мм, но зависит от размеров СОРМ) меньше размера паза 12 в этом направлении и наличие заходной фаски или скругления.
СОРМ имеет неравномерность подачи / крутящего момента ±8.8% (для данного угла наклона паза 12) и величину подачи 2.0 кубических единиц за оборот вала при единичном радиусе полости 10.
СОРМ в качестве насоса работает следующим образом. При равномерном вращении ротора 2 вокруг оси 4 вытеснители 5 совершают слегка неравномерное вращение вокруг оси 7. Из-за наклона оси 7 вращения вытеснителей 5 к оси 4 вращения ротора 2 (или другими словами, плоскости пазов 12 к плоскости вращения ротора 2), относительно ротора 2 вытеснители 5 перемещаются по круглой полости 23, совершая повороты вокруг оси 26 вместе с УСЭ 8 и повороты вокруг оси 35 УСЭ 8. При этом, ротор 2 через взаимодействие отверстия 27 с осью 42 (или боковой стенки 24 с поверхностью 43) и, далее, направляющих 48 с пазами 36, перемещает вытеснитель 5 вокруг оси 7 вдоль пазов 12. Ориентация УСЭ 8 в круглой полости 23 обеспечивается передачей крутящего момента (углового положения) вытеснителем 5 от пазов 12 через дуги 6 на направляющие 48 УСЭ 8. Повороты вытеснителя 5 вокруг оси 35 УСЭ 6 обеспечиваются взаимодействием плоскостей дуг 6 с плоскостями пазов 12. За счет
поворота вытеснителя вокруг оси 35 меняются размеры рабочих камер, на которые вытеснитель 5 с УСЭ 8 разделяют круглую полость 23. Так камера 50 увеличивает свой размер и в нее заходит рабочее тело через окно 14 входа рабочего тела из входного патрубка 16, а камера 51 уменьшает свой размер и из нее выходит рабочее тело через окно 15 выхода рабочего тела в выходной патрубок 17. Камера 52 достигла минимального, равного нулю размера. Камера 53 достигла максимального размера. Камеры 52 и 53 в этот момент не связаны с окнами входа 14 и выхода 15. Сила давления, действующая на вытеснитель 5 со стороны рабочего тела, передается им через дуги 6 на плоскости пазов 12. Сила давления, действующая на УСЭ 8, ложится на ось 42 и на дно 25. Момент трения относительно оси 24 компенсируется в основном, моментом сил, передаваемым на УСЭ 8 через направляющие 48 и пазы 36. Силы и моменты инерции, возникающие за счет неравномерности вращений вытеснителя 5 и УСЭ 8, тоже уравновешиваются такими же путями.
При трех круглых полостях 23 на один шар 22 осевая нагрузка на ротор 2 в среднем за период равна нулю. Однако она несколько раз (три раза) за период меняет знак. Знакопеременность помогает улучшить смазку > тюрных подшипников: попадающая в зазоры по шару 22 или в упорном подшипнике во время отсутствия нагрузки (когда действие сил со стороны рабочего тела увеличивает зазор) жидкость не успевает выйти из зазора (например, между шаром 22 и поверхностью сферической полости 10) на нагруженном участке и служит гидравлической подушкой.
У данной СОРМ, по сравнению с аналогом, имеется возможность изменения рабочей камеры до нуля, что уменьшает потери при работе со сжимаемыми рабочими телами (например, при работе с высокими давлениями) и позволяет эффективно работать в качестве компрессора. Подача компрессора получается выше, по сравнению с аналогом, за счет отсутствия паразитного объема. Для работы в качестве компрессора, окна выхода 15 выполняются меньшего углового размера. При этом в камере 51, отсеченной от окна входа 14, сначала образуется камера предварительного сжатия, и только по достижению выходного давления рабочим телом (или при уменьшении объема в заданное количество раз), камера 51 попадает на окно выхода 15.
На дугах 6 могут располагаться разгрузочные канавки 37. Канавки 37, расположенные на верхней плоскости дуги 6, состыкованы отверстиями 38, идущими через вытеснитель 5, с камерой, находящейся с противоположной стороны (вниз) от дуги 6, и наоборот, канавки 37 расположенные на нижней плоскости дуги 6, состыкованы отверстиями 38, идущими через вытеснитель 5, с камерой, находящейся с противоположной стороны (вверх) от дуги 6 для создания гидростатической разгрузки дуг 6 и вытеснителя 5.
Исполнение СОРМ по фиг.6 в целом похоже на СОРМ по фиг.1. Отличие состоит в том, что с целью уменьшения инерционных нагрузок от вытеснителей 5 на УСЭ 8 и давление вытеснителей 5 на стенки сферической полости 10 из-за центробежных сил (с ним связаны потери на трение), дуги 6 вытеснителей 5 объединены в разделитель 60. Разделитель 60 (фиг. 7) выполнен в виде плоского кольца 61 с тремя симметрично расположенными плоскими выступами 62, направленными к центру кольца 61. Кольцо 61 с выступами 62 ограничено плоскими торцами 63. Внешней боковой стороной 64 кольца 61 служит выпуклая сферическая поверхность. В промежутках между выступами 62 кольцо 61 ограничено вогнутой сферической поверхностью 65. Поверхность 66 выступов 62, обращенная к центру кольца 61 тоже сферична. Поверхности 64, 65, 66 концентричны. Концы 67 (по углу вокруг оси 7) выступов 62 ограничены плоскими площадками. На концах 67 имеются отверстия 68 для установки демпфирующих элементов. Выступы 62 по очереди "ведут" (создают основное тяговое усилие) разделитель 60 по пазу 12.
Другое отличие состоит в том, что разделитель 60 установлен в корпусе 1 с образованием подшипника качения. На торцах 63 кольца 61 имеются дорожки 69 подшипника качения. В корпусе 1 по обе стороны паза 12 выполнены круговые канавки 70, открытые в полость паза 12 и служащие для размещения в них шариков 71 (фиг.6) -несущих элементов подшипника качения и в качестве дорожек этого подшипника.
Вытеснитель 5 (фиг.8) отличается от вытеснителя 5 (фиг.4) тем, что почти вдоль всей поверхности 50, симметрично на ней идет плоский, г лубокий, но несквозной паз 74 под выступ 62. По угловой длине паз 74 немного больше угловой длины выступа 62.
На поверхности выступа 62 для разгрузки вытеснителя 5 от перепада давления со стороны рабочего тела, выполнены разгрузочные канавки 76, к которым через вытеснитель 5 с участков 32 ведут отверстия 77.
Демпфирующие элементы гасят возможные удары при смене ведущего выступа 62. При отсутствии демпфирующего элемента его роль выполняет сопротивление рабочего тела частично запертого (с определенной степенью герметичности) в пазу 74.
Вместо подшипника качения дуга 6 разделителя 60 может работать как подшипник скольжения, аналогично примеру по фиг.4.
В данном исполнении, большую часть круглой полости 23 перегораживает выступ 62 разделителя 60. Благодаря разгрузке, вытеснитель 5 перекрывает небольшую часть площади, прилегающую к концам 67 выступа 60 и к поверхностям 66. Площадь перекрываемая УСЭ 8 тоже небольшая. Поэтому основная нагрузка от перепада давления рабочего тела ложится на разделитель 60, а вытеснитель 5 и УСЭ 8 нагружены меньше. Поскольку разделитель может иметь достаточную опору (большой подшипник качения или как в примере по фиг.1 - подшипник скольжения с гидравлической разгрузкой) то СОРМ может работать с большим перепадом давления.
По сравнению с аналогом, данная конструкция позволяет уменьшить массу дуги 6, расположенной за пределами радиуса сферической полости 10 (в ней не размещается ось УСЭ), что снижает момент инерции и, следовательно, инерционную нагрузку от вытеснителя 5, позволяя СОРМ работать на больших оборотах.
По сравнению с аналогом, данная конструкция имеет более толстую (объемную) часть вытеснителя 5, расположенную в сферической полости 10, что позволяет не только убрать паразитный объем, но и при сохранении прочности (т.к. толстая балка держит большую нагрузку на прогиб, чем тонкая такой же массы) выполнять его из более легкого материала. Эффект от применения более легкого материала для вытеснителя 5 снижает инерционную нагрузку на пары трения вытеснитель 5 - УСЭ 8 - ротор 2 за счет снижения инертности вытеснителя 5.
Пазы 36 могут выполняться и на УСЭ 8, а направляющие 48 могут выполняться на вытеснителе 5. При большом количестве пазов 36 и направляющих 48, пазы и направляющие выступы становятся неразличимы, поскольку перегородку между двумя пазами можно расценивать как направляющий выступ и наоборот, пространство между двумя направляющими выступами можно расценивать как паз. Пазов 36 и направляющих 48 может быть от одного до достаточно большого количества, в зависимости от технологии изготовления. В этом смысле, пара направляющая 48 - паз 36 является механизмом синхронизации вытеснителя 5 с УСЭ 8 по углу поворота вокруг оси 26 круглой полости 23, который удалось разместить внутри сферы сферической полости 10 и, тем самым, уменьшить инерционную нагрузку от дуг 6.
Для возможности сборки, две части вытеснителя 5, прилегающие к пазу 74, выполнены в виде вкладышей 80. Вкладыш 80 имеет угловую протяженность вдоль паза 74 приблизительно равную угловой протяженности выступа 62. На месте вкладыша в вытеснителе 5 получается полость 81, расширяющая! паз 74. Фиксируется вкладыш 80 штифтом / винтом через отверстие 82.
При сборке, в круглой полости 23 ротора 2 устанавливаются УСЭ 8 и вытеснители 5 без вкладышей 80 (например, все смещены в одну сторону вдоль вала до упора). В таком положении на ротор 2 может быть надет разделитель 60. Его выступы 62 заходят в пазы 74 вытеснителей 5, пользуясь прилегающими к нему полостями 81. В полости 81 устанавливаются вкладыши 80. Ротор 2 в сборе с вкладышами 80 и разделителем 60 устанавливается в корпус 1. При этом в канавки 70 устанавливаются шарики 71 (фиг.6) с сепараторами. Образованный таким образом шарикоподшипник воспринимает перекашивающий момент сил, действующий на разделитель 60 со стороны рабочего тела.
Исполнение СОРМ по фиг. 10 в целом похоже на СОРМ по фиг.6, но вместо дуг 6, вытеснители 5 установлены на физической оси 85. Ось 85 воспринимает перекашивающий момент, действующий на вытеснители 5. Для этого выступы 62 вместо кольца 61 прикреплены к чаше 86, выполненной в виде относительно тонкостенной
полусферы со сквозными отверстиями 87 для прохода рабочего тела к окнам входа 14 и выхода 15. Чаша 86 выполнена соосно с осью 85.
В корпусе 1 в сферической полости 10 вместо паза 12 имеется углубление 88 под чашу 86. Одно из отверстий 11 выполнено соосно оси 7. Для фиксации половинок корпуса 1 дополнительно используется напрессовка втулок 89 на шейки 18.
Ротор 2 имеет только один выходной вал 11.
При выполнении двух симметричных круглых полостей 23 на шаре 22 (не показано на фигурах, т.к. является частным случаем СОРМ по фиг.1 или фиг.6), вытеснители 5 жестко крепятся к одной дуге 6 в виде кольца 60 или к нескольким таким параллельным дугам 6 (как в варианте СОРМ фиг.1), либо устанавливаются на разделитель 60 (как в варианте СОРМ фиг.6). При этом, для компенсации осевой нагрузки, УСЭ 8 из двух круглых полостей 23 могут быть соединены вместе, например, по осям 42. Подача такой СОРМ с одним шаром 22 (с одной ступенью) будет пульсировать от нуля до максимума.
Для выравнивания подачи одной ступени 90 СОРМ, в корпусе 1 (фиг.11) выполнено два паза 12, повернутых друг относительно друга вокруг оси 4 на угол <р. Дуга 6 вытеснителя 5 одной круглой полости 23 располагается в одном пазу 12, а дуга 6 вытеснителя 5 другой круглой полости 23 располагается в другом пазу 12. Дуга 6 имеет угловую длину чуть меньше 180 градусов. При этом, несмотря на то, что круглые полости 23 смещены в данном примере на пол оборота вокруг оси 4 друг относительно друга, за счет поворота пазов 12, вытеснители 5 смещены друг относительно друга по фазе на угол 180+ф (или 180-ф).
При смещении по фазе вытеснителей 5 на 180 градусов, две рабочие камеры расположенные центрально симметрично работают в одной фазе (синфазно, например максимальная скорость расширения) и две в противофазе им (например, максимальная скорость сжатия), поэтому сумма подач имеет пульсацию (от 0 до 2х максимальных).
При выполнении двухступенчатой СОРМ (фиг. 12), пазы 12 в одной ступени 90 и в другой ступени 91 разводят (поворачивают вокруг оси 4) на ф=45 градусов (так
получаются окна входа 14 и выхода 15 большего размера), корпуса 1 ступеней расположены зеркально, а роторы 2 ступеней повернуты на 90 градусов друг относительно друга вокруг оси 4. Тогда подача рабочих камер 50, 51 будет равномерно разведена по фазе, и мы получим меньшие пульсации суммарной подачи.
При разводе пазов 12 для своевременного сообщения рабочих камер 50 и 51 с окнами входа 14 и выхода 15, на роторе имеется перепускной круг 92, закрепленный соосно на валу 3. Для одной сферической полости 10 выполнено два перепускных круга 92 (один с одной стороны от шара 22, другой - с другой стороны). Внутренняя поверхность 93 перепускного круга 92 является вогнутой сферической поверхностью -продолжением поверхности шара 22. Внешняя поверхность 94 перепускного круга 92 выпуклая сферическая. На перепускном круге 92 выполнены перепускные окна 95. Они смещены в круглых полостях 23 навстречу друг другу для компенсации поворота одного из пазов 12 (т.к. окна входа 14 и выхода 15 общие для двух круглых полостей 23, а пазы 12 работающие с этими круглыми полостями 23 повернуты на угол ф).
В корпусе 1 в сферических полостях 10 имеются концентричные оси 4 заглубления 96 под перепускные круги 92. В этих заглублениях 96 выполнены окна входа 14 и выхода 15.
Для уменьшения гидродинамических потерь, прохода рабочего тела к окнам входа 14 и проходы рабочего тела от окон выхода 15 выполнены приблизительно по касательной к сфере сферической полости 10 в направлении местной скорости ротора 2. К общему (для разных окон входа 14 и разных ступеней) входному патрубку 16 и к общему выходному патрубку 17 ведут каналы в виде изогнутой приблизительно (с поправками на обход пазов 12) в дугу трубы 97.
СОРМ имеет неравномерность подачи / крутящего момента ±4.6% и величину подачи 2*1.8 кубических единиц за оборот вала при единичном радиусе полости 10.
При выполнении одноступенчатой СОРМ (одна ступень показанной ранее 2х ступенчатой СОРМ), пазы поворачивают на 90 градусов вокруг оси 4. Тогда когда у одной из рабочих камер 50, одной из сферических полостей 10 будет максимальная
скорость расширения, у другой камеры 51 будет максимальная скорость сжатия, скорость изменения двух других рабочих камер 52, 53 в другой круглой полости 23 будет равна нулю, и мы получим сглаженную суммарную подачу СОРМ с пульсациями ±20% и величину подачи 1.8 кубических единиц за оборот вала при единичном радиусе полости 10.
Для совмещения входных патрубков 16 в общий входной патрубок 16 и, аналогично, для совмещения выходных патрубков 17, в СОРМ (фиг. 15) в роторе 2 выполнены похожие на винт каналы 98 (фиг. 16) для прохода рабочего тела вдоль ротора 2. Они идут из круглых полостей 23 (фиг. 15) со стороны, которая ближе к одному из выходных валов 3 до мест на шаре 22 ближе к другому выходному валу 3. Проходя вдоль оси 4, каналы 98 совершают пол оборота вокруг оси 4. Далее они выходят на поверхность в виде перепускных окон 95. Проход рабочего тела из ближайших к этому месту камер 50, 51, тоже оформлен в виде окон 95. Все окна 95 расположены равномерно по окружности вокруг оси 4.
Дуги 6 находятся в одном пазу 12 и, для увеличения своей угловой длины, частично накладываются друг на друга.
СОРМ (фиг. 17) содержит корпус 1, ротор 2 с выходным валом 3, установленный в корпусе 1 с возможностью вращения вокруг оси 4 вращения ротора 2, шесть вытеснителей 105 установленные на дугах 6 с возможностью вращения вокруг геометрической оси 7, пересекающей ось 4 под углом. Вытеснители 105 взаимодействуют с ротором 2 напрямую и через колеса 100.
Корпус 1 идентичен корпусу 1 по фиг.2 за исключением количества пазов 12. Их у него три (по количеству дуг 6).
Ротор 2 выполнен в виде шара 22 на валу 3. В шаре 22 имеются три открытые наружу вытянутые полости 123 с двумя коническими боковыми сторонами 24 и сферическим дном 25. Вытянутые полости 123 имеют форму следа усеченного конуса, который повернули на угол (в данном примере ±35 градусов) вокруг оси 26,
перпендикулярной оси 4 вращения ротора 2. Геометрические оси 26 проходят через центр шара 22. Вытянутые полости 123 распределены равномерно вокруг оси 4.
Вытеснитель 105 (фиг. 18) ограничен сферической выпуклой поверхностью 30, радиус которой соответствует (равен с точностью до допусков) радиусу сферической полости 10, концентричной ей сферической вогнутой поверхностью 31 меньшего радиуса, и конической поверхностью 101, геометрическая ось 102 которой проходит через центр поверхности 30. Для замены трения скольжения трением качения (для увеличения допустимой нагрузки и снижения трения), часть вытеснителя 105 выделена в отдельный элемент - колесо 100. Колесо 100 установлено соосно остальной части вытеснителя 105 на физической оси 104. Ось 104 вращается вместе с колесом 100. С целью снижения нагрузки перепадом давления, колесо 100 имеет меньшие размеры вдоль оси 102, чем остальная часть вытеснителя 105 (т.к. пара трения качения способна нести большую нагрузку, чем пара трения скольжения - ось 104 - отверстие в вытеснителе 105 под ось 104).
Вытеснитель 105 соединен по поверхности 30 с дугой 6. Дуга 6 представляет собой плоское кольцо концентричное поверхности 30. На одной дуге 6 зеркально симметрично установлены два вытеснителя 105.
Другие пары вытеснителей 105 установлены на других дугах 6, параллельных данной дуге 6. Дуги разнесены вдоль оси 7. Расстояние между плоскостями дут 6 равно расстоянию между пазами 12. Оси 102 вытеснителей 105 расположены в одной плоскости.
Из вытянутых полостей 123 ротора 2 установленного в корпусе 1 образуются рабочие полости СОРМ, которые разделяются на две рабочие камеры вытеснителем 105.
Недостатками СОРМ по фиг.1 - 16 и СОРМ по фиг. 17 является изменение углового расстояния между вытеснителями 5/105 одной ступени. Расстояние может быть постоянным только для двух диаметрально противоположных вытеснителей 5/105. Но такая пара вытеснителей 5/105 дает подачу, пульсирующую от нуля до максимума.
Это вынуждает устанавливать вытеснители 5/105 на отдельных дугах 6, являющихся целым кольцом 61 или частью кольца 61 или подвижно относительно кольца 61, что усложняет конструкцию, делает ее менее прочной.
Оказывается, что комбинация вытеснителей 5 и 105 СОРМ по фиг.1 - 16 и СОРМ по фиг. 17, установленная в одной ступени (фиг. 19) дает сразу несколько положительных эффектов. Во-первых, на одной дуге 6 становится возможным жестко установить до 4х вытеснителей 5 и 105 (по два каждого типа), что увеличивает жесткость и надежность крепления и позволяет частично компенсировать нагрузки на дугу 6 от разных вытеснителей 5 и 105, что снижает потери на трение. Во-вторых, избавляет от необходимости синхронизации УСЭ 8 с вытеснителем 5 с помощью направляющих 48 и пазов 36 (это уменьшает сложность исполнения и ;^гечки). В-третьих, УСЭ 8 служит физической осью, вокруг которой поворачиваются УСЭ 108. В-четвертых, вытянутые полости 123 удачно располагаются на шаре 22 в комбинации с полостями 23. Четыре вытянутых полости 123 занимают на шаре много места - упираются друг в друга их концы. Четыре круглых полости 23 занимают на шаре много места - упираются друг в друга их серединки. А комбинация из круглых полостей 23 и вытянутых полостей 123 имеет плотное расположение на шаре 22, и дает большую суммарную подачу в том же размере сферической полости 10. В-пятых, комбинация из круглых полостей 23 и вытянутых полостей 123 дает более равномерную подачу, чем такое же количество полостей одного типа.
Два вытеснителя 5 (фиг.20) расположены симметрично относительно дуги 6 и зеркально. Так же симметрично и зеркально расположены два вытеснителя 105, но пара вытеснителей 105 повернута относительно оси 7 на 90 градусов относительно пары вытеснителей 5 (расположение может быть и не симметричным при несимметричном УСЭ 8). Ось 102 совпадает с осью 35. Такое расположение делает вытеснители 105 осями вытеснителей 5.
Для увеличения герметичности (фиг.21), у вытеснителя 105 может быть УСЭ 108, который похож на конус с приблизительно квадратным сечением, с соосным ему коническим отверстием 110. Две стороны 109, работающие по поверхности 24 имеют
коническую поверхность. Еще его ограничивают продолжения поверхностей 30 и 31. УСЭ 108 позволяет выполнять гидравлические разгрузки вытеснителя 105.
Для исключения пазов 36 (фиг.22) и направляющих 48, два типа вытеснителей 5 и 105 (фиг.23) объединены в одну (возможно сборную) деталь. Один из способов -объединить два типа УСЭ 8 и УСЭ 108 с помощью дуг 112. На роторе 2 (фиг.24) выполняют дополнительные пазы 113 под дуги 112.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Сферическая объемная роторная машина, содержащая корпус со сферической полостью, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, по меньшей мере, одну круглую полость, выполненную в роторе, с установленным в ней вытеснителем и уплотняющим синхронизирующим элементом,
причем рабочая поверхность круглой полости является поверхностью вращения относительно оси круглой полости, пересекающей ось вращения ротора преимущественно под прямым углом, уплотнительный синхронизирующий элемент установлен с возможностью совершения вращательных колебаний относительно оси круглой полости, а вытеснитель установлен с возможностью вращения относительно оси вытеснителя, пересекающей ось вращения ротора под углом, причем уплотнительный синхронизирующий элемент выполнен в виде двух ушек, соединенных расположенным в круглой полости сферическим кругом с сосной ему физической осью.
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что уплотнительный синхронизирующий элемент имеет механизм синхронизации с вытеснителем по углу поворота вокруг оси круглой полости, размещенный в пределах одной круглой полости.
3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что механизм синхронизации выполнен в виде, по меньшей мере, одной направляющей и взаимодействующего с ней паза.
4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что машина содержит разделитель, установленный с возможностью вращения вокруг оси вытеснителя и содержащий, по меньшей мере, один выступ, служащий для установки на нем вытеснителя с возможностью поворота вокруг оси вытеснителя.
5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что в сферической полости машины выполнен, по меньшей мере, один круговой паз под углом к оси вращения ротора, для установки в нем опоры вытеснителя.
6. Машина по п.5, отличающаяся тем, что в сферической полости машины выполнено, по меньшей мере, два круговых паза, повернутых друг относительно друга вокруг оси вращения ротора.
7. Сферическая объемная роторная машина, содержащая корпус со сферической полостью, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, по меньшей мере, одна круглая полость, по меньшей мере, одна вытянутая полость, выполненные в роторе, с установленными в них вытеснителями,
причем ось круглой полости пересекает ось вращения ротора преимущественно под прямым углом и является осью вытянутой полости,
уплотнительный синхронизирующий элемент, установленный с возможностью совершения вращательных колебаний относительно оси круглой полости, а вытеснители установлены с возможностью вращения относительно оси вытеснителей, пересекающей ось вращения ротора под углом,
причем для улучшения характеристик машины, в круглой полости и в вытянутой полости установлены вытеснители разных типов.
ФИГ.9
^3 ФИГ. 14
109
ФИГ.22
ФИГ.23
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42
Номер евразийской заявки: 201300027
Датаподачи: 17 января 2013 (17.01,2013) |Дата испрашиваемого приоритета: 18 января 2012 (18,01.2012)
Название изобретения: Сферическая объёмная роторная машина
Заявитель: ДИДИН Александр Владимирович
I | Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа) | | Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ: F01С3/06 (2006.01)
F04C3/06 (2006.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) F01C 1/00, 3/00-3/06, 9/00, F02B 53/00-53/14, F04C 2/00, 3/00-3/06, 9/00
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
А А А А А А А
WO 2011/062523 А1 (ДИДИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ и др.) 26.05.201
WO 2011/090408 А1 (ДИДИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ и др.) 28.07.201
RU 2134796 С1 (МАТВЕЕВ СЕРГЕЙ БОРИСОВИЧ) 20.08.1999
JP 2001355401 A (OKURA ТОМЮ) 26.12.2001
WO 2007/107503 Al (SNC PROMEX AS et al.) 27.09.2007
GB 790190 A (RECHERCHES ETUDES PRODUCTION R.E.P.) 05.02.1958
US 2318386 A (KARL LEGNER) 04.05.1943
1-7 1-7 1-7 1-7 1-7 1-7 1-7
* Особые категории ссылочных документов: "А" документ, определяющий общий уровень техники "Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности
"Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
16 мая 2013 (16.05.2013)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 123995,Москва, Г-59, ГСГ1-5, Бережковская наб., д. 30-1 .Факс: (499) 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо :
Телефон № (499) 240-25-91
ФИГ.1
ФИГ.1
ФИГ.2
ФИГ.2
ФИГ.З
ФИГ.З
ФИГ. 5
ФИГ. 5
ФИГ.6
ФИГ.6
ФИГ.11
ФИГ. 10
ФИГ. 13
ФИГ. 13
ФИГ. 15
ФИГ. 16
ФИГ. 16
ФИГ. 17
ФИГ. 17
ФИГ. 19
ФИГ. 19
ФИГ.24
ФИГ.24
ФИГ.24
ФИГ.24
ФИГ.24
ФИГ.24