EA201100089A1 20110830 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2011/PDF/201100089 Полный текст описания EA201100089 20110124 Регистрационный номер и дата заявки RU2010102009 20100125 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок EAA1 Код вида документа [pdf] EAA21104 Номер бюллетеня ОБЪЁМНАЯ РОТОРНАЯ МАШИНА Название документа [8] F01C 3/06, [8] F04C 3/06 Индексы МПК [RU] Дидин Александр Владимирович, [RU] Яновский Илья Яковлевич Сведения об авторах [RU] ДИДИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ, [RU] ЯНОВСКИЙ ИЛЬЯ ЯКОВЛЕВИЧ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201100089a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[**]

В объемной роторной машине, содержащей корпус; ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения; разделитель, установленный в корпусе, имеющий направляющую часть с отверстием под ротор; один поршень, установленный в пазу ротора с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора вокруг оси, пересекающей ось вращения ротора преимущественно под прямым углом, имеющий по меньшей мере одну прорезь для прохода направляющей части разделителя; сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора, которую направляющая часть разделителя, при взаимодействии отверстием с ротором, разделяет на камерообразующие полости переменного сечения, каждую из которых поршень разделяет на рабочие камеры, для создания перепада давления использована область камерообразующих полостей, прилегающая к их минимальному и максимальному сечению, причем в минимальном сечении камерообразующей полости имеется зазор для прохода рабочего тела, и/или в роторе имеется канал, позволяющий рабочему телу обходить минимальное сечение камерообразующей полости; окна входа и выхода рабочего тела смещены в область к средней по сечению части камерообразующей полости. Это позволило изменить характер нагрузки и уменьшить износ поршня и уплотнительного синхронизирующего элемента, что увеличило ресурс машины. Кроме того, данное решение позволило создать регулируемые варианты данной машины.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

В объемной роторной машине, содержащей корпус; ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения; разделитель, установленный в корпусе, имеющий направляющую часть с отверстием под ротор; один поршень, установленный в пазу ротора с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора вокруг оси, пересекающей ось вращения ротора преимущественно под прямым углом, имеющий по меньшей мере одну прорезь для прохода направляющей части разделителя; сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора, которую направляющая часть разделителя, при взаимодействии отверстием с ротором, разделяет на камерообразующие полости переменного сечения, каждую из которых поршень разделяет на рабочие камеры, для создания перепада давления использована область камерообразующих полостей, прилегающая к их минимальному и максимальному сечению, причем в минимальном сечении камерообразующей полости имеется зазор для прохода рабочего тела, и/или в роторе имеется канал, позволяющий рабочему телу обходить минимальное сечение камерообразующей полости; окна входа и выхода рабочего тела смещены в область к средней по сечению части камерообразующей полости. Это позволило изменить характер нагрузки и уменьшить износ поршня и уплотнительного синхронизирующего элемента, что увеличило ресурс машины. Кроме того, данное решение позволило создать регулируемые варианты данной машины.


(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201100089 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2011.08.30
(22) Дата подачи заявки 2011.01.24
(51) Int. Cl.
F01C 3/06 (2006.01) F04C 3/06 (2006.01)
(54) ОБЪЁМНАЯ РОТОРНАЯ МАШИНА
(31) 2010102009
(32) 2010.01.25
(33) RU
(71)(72) Заявитель и изобретатель: ДИДИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ; ЯНОВСКИЙ ИЛЬЯ ЯКОВЛЕВИЧ (RU)
(57) В объемной роторной машине, содержащей корпус; ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения; разделитель, установленный в корпусе, имеющий направляющую часть с отверстием под ротор; один поршень, установленный в пазу ротора с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора вокруг оси, пересекающей ось вращения ротора преимущественно под прямым углом, имеющий по меньшей мере одну прорезь для прохода направляющей части разделителя; сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора, которую направляющая часть разделителя, при взаимодействии отверстием с ротором, разделяет на камеро-образующие полости переменного сечения, каждую из которых поршень разделяет на рабочие камеры, для создания перепада давления использована область камерообразующих полостей, прилегающая к их минимальному и максимальному сечению, причем в минимальном сечении камерообра-зующей полости имеется зазор для прохода рабочего тела, и/или в роторе имеется канал, позволяющий рабочему телу обходить минимальное сечение камерообразующей полости; окна входа и выхода рабочего тела смещены в область к средней по сечению части камерообразующей полости. Это позволило изменить характер нагрузки и уменьшить износ поршня и уплотнительного синхронизирующего элемента, что увеличило ресурс машины. Кроме того, данное решение позволило создать регулируемые варианты данной машины.
Объёмная роторная машина.
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретения относятся к области машиностроения, а именно к роторным объёмным машинам, которые могут быть использованы в качестве насосов, компрессоров, гидроприводов, в том числе регулируемых,
Уровень техники.
Известна объёмная роторная машина (GB 573278), содержащая корпус, ротор и, по меньшей мере, один поршень, окна входа и выхода рабочего тела.
Ротор, имеет рабочую поверхность, ограниченную поверхностью вращения, и установлен в корпусе с возможностью вращения.
Между корпусом и ротором образована, по меньшей мере, одна частично сферическая рабочая полость, ограниченная частью сферообразной поверхности корпуса, поверхностью разделителя и рабочей поверхностью ротора.
В роторе имеется, по меньшей мере, один паз, вьшолненный преимущественно вдоль оси вращения ротора на его рабочей поверхности. Поршень установлен в упомянутом пазу ротора с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора. Поршень, выступая из паза ротора, имеет возможность перекрытия рабочей полости.
Разделитель имеет возможность поворота в сферообразной рабочей полости для изменения подачи машины.
Данная машина имеет следующие недостатки. Поршень имеет несимметричную форму, и связанное с этим неустранимое смещение центра масс от оси вращательных колебаний поршня, ведущее к смещению центра масс от оси симметрии ротора в ходе вращательных колебаний поршня, вызывающее значительные центробежные силы, действующие на центр масс поршня, и вызванные ими моменты сил вокруг оси поршня. Последние нагружают пару трения поршень - разделитель или, при наличии уплотнительного синхронизирующего элемента (УСЭ), пары трения поршень - УСЭ -разделитель. Именно износ упомянутых пар трения определяет ресурс машины.
К недостаткам можно так же отнести консольное крепление вала машины при наличии некомпенсированной радиальной нагрузки на свободный конец ротора; непостоянство подачи машины на протяжении одного оборота вала и невозможность получить равномерную подачу при параллельном объединении нескольких ступеней; невозможность создания давления одной ступенью в варианте с одним поршнем; уменьшение максимального давления, развиваемого ступенью при использовании двух поршней из-за их ослабления, связанного с необходимостью взаимного перекрытия внутри ротора; ограниченный ход поршней при использовании двух поршней, снижающий максимальную подачу и пределы регулирования. Кроме того, использование общего уплотнительного синхронизирующего элемента (УСЭ) для двух (нескольких) поршней предполагает обязательное наличие упругих элементов, через которые поршень взаимодействует с УСЭ, что ограничивает сферы применения машины.
Известна ОРМ (RU 2202695), содержащая статор; рабочие камеры; ротор, установленный с возможностью вращения; разделитель установленный с возможностью вращения, причем геометрические оси вращения ротора и разделителя пересекаются под острым углом; окна входа и окна выхода рабочего тела; причем разделитель находится в зацеплении с ротором через уплотняющий синхрошгзирующий элемент (УСЭ), имеющий сквозную щель, через которую проходит ротор.
Данная ОРМ имеет симметрично нагруженный УСЭ, две её ступени при параллельной работе могут обеспечить почти равномерную подачу, однако, она имеет увеличенные габариты (диаметр) за счет паза, который делает возможным вращение разделителя. Диаметр еще дополнительно увеличивается из-за необходимости пропускать два канала для рабочего тела в обход этого паза для связи рабочих камер и ступеней. Недостатком является и возможность концентрации абразива центробежными силами в упомянутом пазу.
Известна ОРМ (RU 2382884), содержащая корпус со сферообразной внутренней рабочей поверхностью, условно разделенный на перепускную и напорную части, ротор с рабочей поверхностью вращения, установленный в корпусе с возможностью вращения, кольцевую рабочую полость, образованную рабочими поверхностями корпуса и ротора, С-образный разделитель, установленный в части (по ходу вращения ротора) кольцевой рабочей полости под углом к плоскости вращения ротора и прикрепленный неподвижно к корпусу, при этом рабочая полость разделена разделителем на две части в перепускной части
корпуса, а окна входа и выхода рабочего тела расположены по разные стороны указанного разделителя, причём на рабочей поверхности ротора выполнен, по меньшей мере, один паз, преимущественно, вдоль геометрической оси вращения ротора, в каждом пазу ротора установлен поршень с юзможностью перекрытия (угаютнения) рабочей полости и совершения вращательных колебаний в плоскости паза, причем поршень выполнен в виде, по меньшей мере, части диска, а в каждом поршне имеется, по меньшей мере, одна прорезь для прохода разделителя, а также средство для перекрытия прорези поршня на напорном участке корпуса.
В кольцевой (круговой) сферообразной рабочей полости, образованной в корпусе вокруг ротора, рабочие камеры отсекаются поршнем и разделителем при взаимодействии его с конической поверхностью на роторе, т.к. рабочая полость разделена разделителем на две части в перепускной части корпуса.
Данная ОРМ имеет надежную синхронизацию, симметричный уравновешенный поршень, рабочие органы, имеющие большой запас прочности, практически строго равномерную подачу даже с одной ступенью.
Однако, максимальное давление, выдерживаемое одной ступенью, и ресурс ограничены износостойкостью пары трения УСЭ - поршень из-за нагрузки УСЭ перепадом давления ступени. Поскольку основные опорные поверхности УСЭ находятся внутри не выступающей из ротора части поршня, а нагрузка перепадом давления приходится на находящиеся в прорези поршня части УСЭ, то удельное давление на опорную поверхность получается несколько больше чем перепад давления ступени.
Равнодействующая сил, действующих на поршень со стороны давления рабочего тела, создающая крутящий момент вокруг оси ротора, приложена дальше от оси ротора, чем равнодействующая сил, возникающих в опоре поршня (в прорези ротора). Поэтому плечо нагрузки больше плеча опоры, чго увеличивает удельное давление в опоре по сравнению с перепадом давления ступени, что снижает ресурс пары трения поршень - прорезь ротора.
Кроме того, ОРМ не имеет регулируемого исполнения.
Известна ОРМ (RU 2376478), содержащая корпус, рабочая поверхность которого выполнена в виде части сегмента сферы, ротор с рабочей поверхностью вращения, установленный в корпусе с возможностью вращения, кольцевую концентрическую рабочую полость, образованную корпусом и ротором, разделитель, выполненный в виде наклонной шайбы, установленный неподвижно в корпусе под углом к геометрической оси вращения ротора и разбивающий рабочую полость на две части, причём на рабочей
поверхности ротора выполнен, по меньшей мере, один паз вдоль его геометрической оси вращения, в роторе установлен поршень с возможностью перекрытия (уплотнения) рабочей полости и совершения вращательных колебаний вокруг своей геометрической оси, пересекающей геометрическую ось ротора, причем поршень выполнен в виде, по меньшей мере, части диска, а в каждом поршне тлеется, по меньшей мере, одна уплотняемая прорезь для прохода разделителя. При этом, в варианте с одним поршнем, окна входа и выхода рабочего тела примыкают к месту касания торцов разделителя с ротором.
Данная ОРМ имеет надежную синхронизацию.
Однако ей присущи недостатки предыдущего аналога. А именно, максимальное давление, выдерживаемое одной ступенью и ресурс ограничены износостойкостью пары трения УСЭ - поршень из-за нагрузки УСЭ перепадом давления ступени.
Аналогично, равнодействующая сил, действующих на поршень со стороны давления рабочего тела, создает крутящий момент вокруг оси ротора, в то время как момент сил опоры в этом направлении минимален из-за геометрии ротора. Кроме того, ОРМ имеет пульсирующую подачу, которую не получается превратить в строго равномерную, устанавливая несколько параллельных ступеней.
Данная ОРМ является ближайшим аналогом.
Задачей изобретения является уменьшение нагрузки на пары трения для увеличения ресурса и рабочего перепада давления на ступень в ОРМ со сферообразной рабочей камерой и поршнем, совершающим вращательные колебания относительно ротора, в их нерегулируемом и регулируемом исполнении.
Функционально задача изобретения достигается тем, что в кольцевой (круговой) сферообразной рабочей полости, образованной в корпусе вокруг ротора, рабочие камеры отсекаются разделителем и поршнем, исключая участие конической поверхности ротора. Для этого либо оставляется достаточный для прохода рабочего тела зазор между торцами направляющей части разделителя и ротором (его конической или ее заменяющей поверхностью), либо на роторе выполняются каналы, обеспечивающие проход рабочего тела между частями рабочей камеры и / или из камеры к окнам входа и выхода. Соответственно этому изменяется расположение окон входа и окон выхода.
При работе с условно несжимаемой жидкостью, при выполнении на поверхности сферообразной полости корпуса, окна расположены в области максимального угла
наклона разделителя, в отличие от расположения окон у аналога, где они примыкают к месту касания торцов разделителя с ротором. При работе со сжимаемой жидкостью, окна одного из типов (входа или выхода) уменьшаются, и ограничение на их положение становятся менее жесткими.
Такое изменение ведет к тому, что, в случае симметричного исполнения, равнодействующая сил и моментов сил со стороны давления рабочего тела на УСЭ становится равной нулю; равнодействующая сил со стороны давления рабочего тела на поршень тоже становится равной нулю, а суммарный момент сил со стороны давления рабочего тела на поршень действует, в основном, в плоскости, проходящей через ось вращения ротора (т.е. вокруг оси, перпендикулярной оси вращения ротора). В этой плоскости плечо сил существенно меньше плеча опоры (силы приложены вблизи оси УСЭ, а основная площадь опоры сосредоточена вблизи диаметра поршня внутри прорези ротора), поэтому имеет место ослабление удельной нагрузки на пару трения поршень -прорезь ротора, а не ее увеличение как в аналогах.
Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус;
ротор, установленный в корпусе с возможностью Е(ращения;
разделитель, установленный в корпусе, имеющий направляющую часть с отверстием под ротор;
поршень, установленный в пазу ротора с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора вокруг оси, пересекающей ось вращения ротора преимущественно под прямым углом, имеющий, по меньшей мере, одну прорезь для прохода направляющей части разделителя,
сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора, которую направляющая часть разделителя, при взаимодействии отверстием с ротором, разделяет на камерообразующие полости переменного сечения, каждую из которых поршень разделяет на рабочие камеры,
причем в минимальном сечении камерообразующей полости между торцовыми поверхностями направляющей части разделителя и ротора имеется проход для рабочего тела, и / или в роторе имеется канал, позволяющий рабочему телу обходить минимальное сечение камерообразующей полости;
окна входа и выхода рабочего тела.
Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус; ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения; разделитель, установленный в корпусе, имеющий направляющую часть с отверстием под ротор; поршень, установленный в пазу ротора с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора вокруг оси, пересекающей ось вращения ротора преимущественно под прямым углом, имеющий, по меньшей мере, одну прорезь для прохода направляющей части разделителя;
сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора, которую направляющая часть разделителя, при взаимодействии отверстием с ротором, разделяет на две части, каждую из которых поршень разделяет на рабочие камеры;
окна входа и выхода рабочего тела, причем, по меньшей мере, одно из окон по угловому положению примыкает к месту максимального наклона направляющей части разделителя.
Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина, содержит корпус, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, имеющий паз преимущественно вдоль оси его вращения,
разделитель, имеющий направляющую часть с отверстием для прохода ротора, установленный в корпусе,
поршень, имеющий две прорези для прохода направляющей части разделителя, установленный в пазу ротора с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора, при взаимодействии с направляющей частью разделителя,
сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора, которую направляющая часть разделителя разделяет на две части, каждую из которых поршень разделяет на две рабочие камеры,
окна входа и выхода рабочего тела,
причем из каждой камеры выходят каналы для прохода рабочего тела, выполненные в роторе с возможностью её связи с окнами входа и выхода.
Задача изобретения достигается тем, что окна входа и окна выхода рабочего тела расположены в зоне взаимодействия с ротором, а на роторе имеются каналы, выполненные с возможностью связи рабочих камер с окнами входа и выхода, что позволило поддерживать давление одной ступенью при использовании одного поршня.
Задача изобретения достигается тем, что поршень содержит, по меньшей мере, один уплотнительный синхронизирующий элемент, установленный в прорези, через который он взаимодействует с направляющей частью разделителя.
Задача изобретения достигается тем, что уплотнительный синхронизирующий элемент установлен в поршне с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной оси поршня.
Задача изобретения достигается тем, что направляющая часть разделителя установлена в корпусе под фиксированным углом к оси вращения ротора.
Задача изобретения достигается тем, что разделитель установлен в корпусе с возможностью изменения наклона направляющей части к оси вращения ротора для регулирования подачи машины.
Задача изобретения достигается тем, что разделитель изменяет наклон направляющей части к оси вращения ротора, поворачиваясь вокруг оси, перпендикулярной оси вращения ротора.
Задача изобретения достигается тем, что разделитель выполнен с оболочкой.
Задача изобретения достигается тем, что разделитель, по меньшей мере, одной ступени дополнен оболочкой со сферообразной полостью.
Задача изобретения достигается тем, что направляющая часть расположена под углом по отношению к оболочке и изменяет свой наклон к оси вращения ротора, за счет поворота оболочки вокруг оси, проходящей под углом к оси вращения ротора.
Задача изобретения достигается тем, что в корпусе установлена втулка, на которой расположены окна входа и выхода рабочего тела, причем машина оснащена механизмом поворота разделителя и втулки.
Задача изобретения достигается тем, что разделитель изменяет наклон направляющей части к оси вращения ротора, поворачиваясь вокруг точки - центра сферообразной рабочей полости.
При этом нагрузка УСЭ давлением рабочего тела оказывается полностью симметричной, что резко снижает нагрузку на пару трения УСЭ - поршень. Дополнительно улучшаются условия работы пары трения поршень - ротор. За счет изменившегося характера нагрузки (направление, цикличность), появляется возможность гидродинамической разгрузки поршня (эффективна, если скорость вращения ротора не снижается ниже минимальной) и, в другом варианте, полной гидростатической разгрузки поршня (эффективна при любых оборотах).
Всё это позволяет увеличить максимальное давление, создаваемое ступенью при работе с абразивом. Даже с учетом необходимости использования удвоенного количества ступеней (параллельных) для получения равномерной подачи, тем же количеством ступеней удается получить в разы более высокое давление при обеспечении аналогичного ресурса или больший ресурс при равном с лучшими аналогами (RU 2382884) давлении. Использование одного поршня в ступени позволяет получить более прочный ротор, поршень и УСЭ, что увеличивает надежность и запас прочности машины. Кроме того, в новой конфигурации удалось разработать надежную регулируемую машину в погружном многоступенчатом варианте исполнения.
Неочевидность решения объясняется нгшичием множества модификаций и направлений развития производительных машин, со сферообразной камерой, разделителем и поршнем, установленным с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора, удовлетворяющих отдельным требованиям поставленной задачи, но не решающих задачу полностью. Для решения задачи потребовалось отказаться от существующих достижений (например, равномерная подача в одной ступени, многопоршневые варианты), сделать шаг назад к двухступенчатому варианту с одним поршнем в ступени и изменить расположение окон.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг.1 представлена в изометрии ступень многоступенчатой объёмной роторной машины (ОРМ). Удалена часть корпуса.
На фиг.2 представлена в изометрии часть ротора, соответствующая одной ступени
ОРМ.
На фиг.З представлен в изометрии поршень ОРМ.
На фиг.4 представлен в изометрии уплотнительный силовой элемент (УСЭ).
На фиг.5 представлен в изометрии разделитель.
На фиг.6 представлена в изометрии часть корпуса, видимая на фиг.1.
На фиг.7 представлена в изометрии часть корпуса, отсутствующая на фиг.1.
На фиг. 8 представлен в изометрии участок многоступенчатой ОРМ, состоящий из двух гидравлически параллельных ступеней, запрессованных в трубу. Часть трубы для наглядности удалена.
На фиг.9 представлен в изометрии гидравлически разгруженный поршень в сборе
с УСЭ.
На фиг. 10 представлена в изометрии часть корпуса ступени, выполненной с возможностью регулировки подачи.
На фиг. 11 представлен в изометрии поворотный вал разделителя.
На фиг. 12 представлен в изометрии разделитель, используемый с поворотным валом по фиг.11.
На фиг. 13 представлены в изометрии две гидравлически параллельные ступени регулируемой ОРМ с поворотным валом разделителя.
На фиг. 14 представлены в изометрии две ступени регулируемой ОРМ со сферообразной оболочкой разделителя. Сняты ближние части корпусов.
На фиг. 15 представлены в изометрии две ступени регулируемой ОРМ по фиг. 14. Сняты все детали кроме дальних частей корпусов, половинки разделителя с оболочкой и рейки.
На фиг. 16 представлены в изометрии две ступени регулируемой ОРМ по фиг. 14. Внешний вид с каналами для рабочего тела.
На фиг. 17 представлен в изометрии поворотный разделитель. На фиг. 18 представлена в изометрии часть корпуса с пазом под поворотный разделитель.
На фиг. 19 представлена в изометрии ступень, использующая поворотный разделитель. Внешний вид. Видна рейка, каналы.
На фиг.20 представлена в изометрии поворотная втулка.
На фиг.21 представлена в изометрии схема регулирования подачи ОРМ. Показаны две ступени ротора с поворотными разделителями, втулкой и рейкой.
На фиг.22 представлена в изометрии поворотная втулка с рейкой и их зацепление с помощью зуба и винтового паза.
На фиг.23 представлен в изометрии вариант поворотного разделителя, устанавливаемого с возможностью вращения вокруг точки.
На фиг.24 представлена в изометрии часть корпуса с пазом под рейку, работающая с поворотным разделителем по фиг.23.
На фиг.25 представлена в изометрии вторая часть корпуса по фиг.24.
На фиг.26 представлена в изометрии ступень, работающая с поворотным разделителем по фиг.23. Удалена часть корпуса без паза под рейку.
На фиг.27 представлены в изометрии две гидравлически последовательные ступени ОРМ, создающие перепад давления только на части цикла. Удалены ближние части корпуса.
На фиг.28 представлена в изометрии часть корпуса ОРМ по фиг.27. На фиг.29 представлен в изометрии внешний вид ОРМ по фиг.27. На фиг.30 представлен в изометрии внешний вид ОРМ по фиг.27 с обратной стороны.
На фиг.31 представлены в изометрии две гидравлически последовательные ступени регулируемой ОРМ, в "наземном" исполнении. Отсечена половина средней и половина крайней части корпуса.
На фиг. 32 представлен в изометрии поршень с пазами для увеличения площади
опоры.
На фиг.ЗЗ представлен в изометрии ротор, используемый с поршнем по фиг.32.
Описание наилучшего образца. Для упрощения описания введем несколько определений.
Под перекрытием имеется в виду скользящий контакт или наличие небольшого
зазора.
Под сферообразной поверхностью понимается похожая на сферу или часть сферы поверхность, допускающая небольшие отклонения от идеальной сферы, связанные с неточностью изготовления, необходимостью обеспечения рабочих зазоров, с выполнением уплотнений, зазоров для уменьшения вязкостного трения и т.п.
Под сферообразной полостью понимается полость, у которой, по меньшей мере, одной из ограничивающих ее поверхностей является сферообразная поверхность.
Областью взаимодействия двух деталей будем называть один или несколько участков поверхности одной детали, с рабочим зазором, от которого, в процессе работы постоянно или периодически имеет возможность находиться поверхность второй детали.
Рабочим зазором будем называть зазор между двумя деталями, при котором они имеют возможность относительного движения, но при этом утечки рабочего тела через него отсутствуют или находятся в допустимых для ДЕШНОГО устройства пределах из-за малости зазора или из-за расположения в нем элементов уплотнений.
Будем говорить, что две детали взаимодействуют между собой, если у них есть область взаимодействия.
Рабочей поверхностью детали будем называть один или несколько участков поверхности одной детали, по которым она для отсечения объема взаимодействует с другими деталями.
Камерообразующая поверхность - это поверхность, ограничивающая рабочую полость.
Рабочая полость - ограниченный объём, разделяемый на рабочие камеры поршнем и разделителем.
Камерообразующая полость - ограниченный объём, в котором перемещается поршень, разделяя его на рабочие камеры. При этом проходы для рабочего тела для удобства описания будем считать отдельными элементами.
Каналами будем называть проходы различной формы для рабочего тела, выполненные внутри или по поверхности детали, например, отверстия, пазы, полости полученные литьем или другим способом.
Ступень ОРМ (фиг.1), которая может использоваться и в качестве отдельного насоса, содержит корпус 1 с разделителем 2, ротор 3 и поршень 4. В состав поршня 4 входит уплотнительный синхронизирующий элемент 5 (УСЭ).
Камерообразующая поверхность ротора 3 (фиг.2) выполнена в виде поверхности вращения и состоит из нескольких поверхностей, концентричных геометрической оси 6 вращения ротора 3: центральной сферообразной поверхности 7, двух одинаковых усеченных конических поверхностей 8, опирающихся с противоположных сторон на центральную сферообразную поверхность 7 своими меньшими основаниями. По обе стороны от камерообразующей поверхности вдоль оси 6 ротора 3 имеются концентричные оси 6 цилиндрические поверхности 9, являющиеся поверхностями вала 10 (полувалов) ротора 3. Переход между цилиндрическими поверхностями 9 и большими основаниями усеченных конических поверхностей 8 выполнен по сферообразным поверхностям 11, центр которых совпадает с центром центральной сферообразной поверхности 7. Камерообразующая поверхность ротора 3 формирует на роторе 3 круговой паз 12, боковыми стенками которого являются усеченные конические поверхности 8, а дном является центральная сферообразная поверхность 7.
Вдоль оси 6 ротора 3 через всю его камерообразующую поверхность, сферообразную поверхность 11 и части цилиндрических поверхностей 9 выполнен сквозной, практически прямоугольный (не считая скруглений по углам) паз 13.
Через каждую сферообразную поверхность 11 и усеченные конические поверхности 8 симметрично относительно паза 13 выполнены по два перепускных канала 14 в виде пазов. Угловая протяженность вокруг оси 6 каждого из них составляет ХА оборота.
Поршень 4 (фиг.З) имеет форму плоского диска со сферообразной боковой поверхностью 15 и плоскими торцами 16. Диаметр боковой поверхности 15 приблизительно (с точностью до рабочих зазоров и допусков) равен диаметру сферообразной поверхности 11. Толщина диска соответствует размеру паза 13. Параллельно торцам 16, симметрично вдоль диаметра в диске выполнено сквозное цилиндрическое отверстие 17. Соосно ему, симметрично, с двух сторон выполнены два цилиндрических отверстия 18 большего диаметра. Их диаметр немного больше толщины диска. Переход 19 между разными диаметрами отверстий 17, 18 выполнен коническим. Через каждое отверстие 18, симметрично, оси 20 отверстия 17 выполнен паз со сферообразным дном 21, рассекающий боковую поверхность диска и образующий сквозную прорезь 22. Диаметр дна 21 соответствует диаметру центральной сферообразной поверхности 7. Пазами образованы фаски 23 между торцами 16 и поверхностью отверстий 18. Геометрическая ось симметрии диска, перпендикулярная торцам 16, является осью 161 его вращательных колебаний относительно ротора 3.
УСЭ 5 (фиг.4) выполнен в виде симметричной гантельки, состоящей из двух соосных цилиндров 24, соединенных осью 25 меньшего диаметра. Переход между цилиндрами 24 и осью 25 выполнен по конусу 26. Цшшндры 24 симметрично рассечены круговым плоским пазом 27, выходящим на их внешние торцы 28. Дно 29 паза 27 сферообразное. Внешние рассеченные пазом 27 торцы 28 цилиндров 24 ограничены сферообразной поверхностью, которая имеет диаметр близкий к диаметру боковой стороны 15 поршня 4. Боковые стороны 30 паза 27 плоские. Для возможности сборки УСЭ 5 в районе середины оси 25 разделен на две части (не показано), которые соединяются при сборке любым известным способом (контактная сварка, сварка через технологическое отверстие, резьбовое или штифтовое соединение).
Разделитель 2 (фиг.5) выполнен в виде плоского прямоугольника со скругленными углами с отверстием 31 в центре. Поверхность отверстия 31 сферообразная. Торцы 32 -плоские. Центральная часть разделителя 2 в форме плоского кольца (на фиг.5 ограничена штрих-пунктирной окружностью) взаимодействует с поршнем 4 через УСЭ 5, для отсечения объема. Будем называть ее направляющей частью 140, при необходимости отличить ее от остальной части разделителя 2, которая служит для его крепления в
корпусе 1. Ось 144 является осью вращения образующей направляющей части 140. В случае, например, цельного изготовления разделителя 2 и корпуса 1, разделитель 2 может состоять только из направляющей части 140. Для возможности сборки, разделитель 2 выполнен из двух одинаковых частей (деталей). Разъем 33 между ними проходит приблизительно через диаметрально противоположные точки центрального отверстия 31. От них он идет под углом к радиусу отверстия 31 (в приведенном примере угол равен 30 градусов). Кроме того, поверхность разъема 33 взаполнена в виде симметричного двухгранного угла (в приведенном примере угол равен 90 градусов), вершина 34 которого ориентирована против хода движения УСЭ 5 при работе ОРМ.
Внутри корпуса 1 (фиг.6, 7) имеется сферообразная полость 35 с центром на оси 6, от которой в противоположные стороны отходят два соосных оси 6 цилиндрических отверстия 36 для выхода вала 10 ротора 3. Функционально на поверхности полости 35 можно выделить три кольцевых участка: симметричный, соосный оси 6 средний участок
37, соответствующий области расположения паза 12 на роторе 3, и два крайних участка
38, соответствующие расположению сферообразных поверхностей 11 на роторе 3. На фиг. 6 и фиг.7 для наглядности участки 37 и 38 разделены штрих-пунктирными окружностями. Через центр полости 35 под углом к плоскости вращения (она перпендикулярна оси 6) ротора 3 (в данном примере угол равен 25 градусов), симметрично относительно центра полости 35, по среднему участку 37 поверхности полости 35 выполнен плоский круговой паз 39 под установку разделителя 2. Для возможности сборки машины, корпус 1 выполнен из двух частей 40 и 41 (фиг. 8), плоскость 42 раздела между которыми проходит через ось 6 перпендикулярно пазу 39 (фиг.6, 7). На крайних участках 38 поверхности полости 35, в каждой из частей 40 и 41 корпуса 1, симметрично относительно плоскости вращения ротора 3, проходящей через центр полости 35, симметрично относительно плоскости 42 раздела и симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 6 перпендикулярно плоскости 42 раздела, расположены окно 43 входа и окно 44 выхода рабочего тела. Каждое из них имеет протяженность 1А оборота вокруг оси 6. По направлению вдоль оси 6, окна 43 и 44 разнесены от центра поверхности 35 и размещаются на крайних участках 38 поверхности 35, т.е. вне зоны расположения кругового паза 12. Поэтому окна 43 входа и окна 44 выхода рабочего тела могут сообщаться с рабочими камерами только посредством перепускных каналов 14. Про окно входа 43 / выхода 44 можно сказать, что оно примыкает с двух сторон к плоскости, проходящей через ось 6 вращения ротора 3
перпендикулярно плоскости, проходящей через ось 6 и ось 144 вращения, образующей направляющей части 140 разделителя 2.
Центральной сферообразной поверхностью 7 (фиг.1), двумя усеченными коническими поверхностями 8 и средним участком 37 поверхности сферообразной полости 35 образована кольцеобразная рабочая полость 45, которую разделитель 2 направляющей частью 140 разделяет на две одинаковые камерообразующие полости 46 переменного сечения. Поршень 4 разделяет каждую из камерообразующих полостей 46 на две рабочие камеры 47 переменного объема. По угловому положению вокруг оси 6, окно 43 входа и окно 44 выхода находятся приблизительно посередине между максимальным и минимальным сечениями камерообразующей полости 46 (имеются в виду сечения плоскостями, содержащими ось 6). Т.е. в области минимального сечения и в области максимального сечения камерообразующей полости 46 и областях, примьпсающих к ним, окон входа 43 и окон выхода 44 нет. Проходя области камерообразующей полости 46, прилегающие к ее минимальному и максимальному сечениям, поршень 4 своими выступающими из ротора 3 частями создает перепад давления ступени. В ближайшем аналоге, при использовании одного поршня 4, в местах, прилегающих с двух сторон к минимальному сечению камерообразующей полости 46, расположены окна входа 43 и выхода 44 рабочего тела, и эти места не используются для создания перепада давления.
Для отсечения рабочих камер 47, между собой, в основном, взаимодействуют: сферообразная поверхность 11 ротора 3 с крайними участками 38 поверхности сферообразной полости 35, поверхность центрального отверстия 31 разделителя 2 с центральной сферообразной поверхностью 7 ротора 3, боковая поверхность 15 поршня 4 и внешний торец 28 УСЭ 5 с поверхностью сферообразной полости 35 корпуса 1, торец 16 поршня 4 с поверхностью паза 13 ротора 3, боковая поверхность 30 паза 27 УСЭ 5 с торцом 32 направляющей части 140 разделителя 2, боковая поверхность цилиндра 24 УСЭ 5 с поверхностью отверстия 18 в поршне 4, конус 26 УСЭ 5 с коническим переходом 19 в поршне 4. Усеченная коническая поверхность 8 ротора 3 не взаимодействует с другими поверхностями для отсечения рабочих камер 47, поэтому к ней нет строгих требований по качеству и форме (в отличие от аналогов). Напротив, между ней и торцом 32 направляющей части 140 разделителя 2 имеется большой зазор - проход 143 для рабочего тела.
Более общие требования к окнам входа 43 и окнам выхода 44 заключаются в том, что они располагаются в области взаимодействия корпуса 1 с ротором 3, сообщаясь с камерами 47 через перепускные каналы 14, и по отдельности угловая протяженность окна
43 входа, окна 44 выхода и перепускного канала 14 в местах пересечения с окнами 43 и 44 может изменяться, но их сумма для каждой камерообразующей полости 46 для несжимаемого рабочего тела должна составлять приблизительно один оборот, и может быть меньше оборота для сжимаемого рабочего тела.
Поскольку сумма угловых протяженностей окна 43 входа, окна 44 выхода и двух перепускных каналов 14, относящихся к каждой камерообразующей полости 46, приблизительно равна одному обороту, ротор 3 имеет возможность практически полного перекрытия каждого из окон 43, 44. Исключением является случай высокооборотной ОРМ, в которой достаточно неполного (например, процентов на 95) перекрытия окон 43,
44 ротором 3.
Окна 43 входа разных камерообразующих полостей 46 симметричны относительно центра полости 35. Окна 44 выхода разных камерообразующих полостей 46 так же симметричны относительно центра полости 35.
Внешне корпус 1 выполнен в виде цилиндра. По внешней поверхности корпуса 1 окна входа 43 разных камерообразующих полостей 46 связывает канал 48, обходящий полость 35. Аналогичный канал 49 (фиг.8) по внешней боковой поверхности корпуса 1 связывает их окна выхода 44. Оба канала 48, 49 одинаковы и осе симметричны между собой. Начинается и заканчивается канал 48 / 49 глухими отверстиями 50/51 (фиг.1, фиг.8), идущими мимо полости 35 параллельно плоскости разъёма 42 перпендикулярно оси 6. В них из полости 35 ведут окна входа 43 / окна выхода 44 соответственно. Относительно корпуса 1, каналы 48 и 49 имеют в основном диагональное (винтовое) направление. Середина канала 48 / 49 приходится на разъём 42.
С одного торца 52 (фиг.6, 7, 8) на корпусе 1 имеется соосное его боковой поверхности цилиндрическое обнижение 53 диаметра, на котором выполнена резьба 54. Из отверстий 50 и 51, ближних к торцу 52, имеются по два отверстия 55 (для связи по входному давлению) и 56 (для связи по выходному давлению), выходящие вдоль оси 6 на торец 52. При выходе на торец 52 их диаметр увеличен. Отверстия 55 и 56 служат для гидравлического параллельного объединения двух соседних ступеней. На противоположном торце 57 имеется два аналогичных отверстия 55 из отверстия 50 на торец 57. Они служат для гидравлически последовательного объединения двух соседних гидравлически последовательных ступеней или для соединения с входом / выходом ОРМ.
По резьбе 54 на корпус 1 при сборке ступени навинчивается распорная втулка 58 (фиг.8) для регулировки расстояния между соседними ступенями. Для предотвращения гидравлического сообщения между отверстиями 55 и 56 в зазоре между гидравлически параллельными ступенями, отверстия 55 и 56 соседних ступеней соединяет вставленная в них переходная втулка 59 (фиг.1). Втулка 59 также служит штифтом при сборке. Пара или более отверстий 55 / 56 (а не по одному) выполняется для увеличения проходного сечения.
При установке более двух гидравлически параллельно работающих ступеней, в не крайних ступенях на каждом торце 52 и 57 выполняются отверстия 55 и 56, а на крайних торцах крайних ступеней выполняются только отверстия 55 или 56. При отсутствии гидравлически параллельных ступеней (что используется очень редко), на каждом торце 52 и 57 ступени выполняются только отверстия 55 йот 56. На торцах 52 / 57 в случае отсутствия одного из типов отверстий 55 или 56, вместо него выполняются глухие неглубокие отверстия 60 (фиг.8) под штифты. У двух соседних гидравлически параллельных ступеней расположение каналов 48 / 49 и разделителей 2 зеркально относительно плоскости, проходящей между ступенями в области резьбы 54 перпендикулярно оси 6, а расположение отверстий 55 на крайнем торце 52 первой ступени 61 центрально симметрично отверстиям 56 на крайнем торце 57 второй ступени 62.
Сборка из нескольких ступеней на одном валу запрессовывается в трубу 63 (обычный элемент сборки погружных насосов). На краях трубы выполнена внутренняя резьба для гаек, сжимающих ступени (не показаны).
Ротор 3 многоступенчатой ОРМ выполняется общим (цельным) для нескольких ступеней. При этом ступени ротора 3 двух соседних ступеней ОРМ развернуты вокруг оси 6 на % оборота. Разделители 2 разных ступеней параллельны. Гидравлически последовательно соединены пары соединенных параллельно ступеней.
Приведем несколько простых модификаций описанной конструкции, которые могут использоваться и в вариантах, описанных далее.
Для упрощения конструкции, сферообразная поверхность И ротора 3 может отсутствовать, и усеченная коническая поверхность 8 может переходить в цилиндрическую поверхность 9. При этом её диаметр (диаметр вала 10) может быть увеличен. Перепускные каналы 14 выполняются на поверхности 9 или внутри вала 10 с выходом на цилиндрическую поверхность 9. Тогда окна 43 входа и окна 44 выхода
вьшолняются на поверхности отверстий 36 под выход вала 10. При этом поверхность отверстия 36 должна взаимодействовать с поверхностью 9 ротора 3.
Для увеличения жесткости, рабочая часть торцов 32 (фиг.5) разделителя 2 может иметь коническую форму поверхности, сужаясь к центральному отверстию 31. Тогда паз 26 (фиг.4) на УСЭ 5 тоже имеет ответные конические боковые поверхности 30. Разделитель 2 может так же иметь небольшие отклонения от плоскости или от фигуры вращения (известны заявки по улучшению характеристик ОРМ за счет искривления разделителя).
Для усиления ротора 3, поршня 4 и УСЭ 5, поршень 4 может быть не плоским, а иметь утолщение в центре. Поршень 4 может быть снабжен осью, соосной геометрической оси 161. Она может состоять из двух полуосей. Для ее крепления проще использовать неразъемное соединение, выполняемое при сборке, например, сварка.
Для выборки зазоров между поршнем 4 и поверхностью сферообразной полости 35, поршень 4 может состоять из двух (нескольких) частей. В зависимости от требуемого прижатия, разъем может проходить посередине поршня 4 перпендикулярно оси 20 или иметь более сложную форму.
Для упрощения сборки УСЭ 5 может состоять из двух отдельных половинок (тогда можно говорить о двух УСЭ 5), но их взаимное крепление снижает нагрузки на пары трения, улучшая характеристики машины.
Вместо использования распорной втулки 58 можно использовать регулировочные прокладки или просто точно подгонять / выполнять длину ступени. Переходные втулки 59 в этих случаях тоже не нужны.
Для усиления поверхности работающей по торцу 32 направляющей части 140 разделителя 2 в качестве пары трения, на боковой стороне одного или двух цилиндров 24 УСЭ 5 могут быть выполнены выступы 64 (фиг.9), прилегающие к пазу 27 и расширяющие его боковые поверхности 30. Фаски 23 на поршне 4 при этом нужно увеличить.
Для гидростатической разгрузки поршня 4 (фиг.9) на его торцах 16 вьшолняются два типа канавок. По одну сторону от оси 20 по периметру участка поверхности, который при поворотах поршня 4 не выходит из паза 13, выполняется симметричная канавка 65. Если торец 16 поршня 4 условно разделить на центральный круг максимального диаметра, который не рассекает прорезь 22 и два полукольца, примыкающие к нему, то из паза 13 не выходит этот круг и середина (по углу) полуколец, удаленная от прорезей 22 поршня 4. Поэтому, канавка 65 состоит из дуги вдоль боковой стороны 15, симметричных
относительно её двух почти радиальных участков, двух симметричных дуг вдоль периметра круга (дна 21), и прямого участка вдоль оси 20. По другую сторону от оси 20 выполняется симметричная ей канавка 65. По периметру симметричных участков поршня 4, выходящих из паза 13 (они прилегают к прорезям 22), вьшолняются открытые к прорезям 22 канавки 66. Такая же система канавок 65 и 66 выполняется на другом торце 16. Канавки 65 отверстиями 67 связываются с канавками 66 на другой стороне поршня 4.
Поршень 4 может выполняться из двух частей 68, разъём между которыми выполнен по плоскости симметрии поршня 4, параллельной его торцам 16. Части фиксируют друг относительно друга штифт-винтами 69, расположенными по периметру поршня 4, или сваркой.
Для возможности изменения угла наклона направляющей части 140 разделителя 2 относительно плоскости вращения ротора 3 (можно сказать угла наклона к оси 6, но подача ОРМ пропорциональна углу отклонения разделителя 2 от плоскости вращения ротора 3), паз 39 не выполняется. На корпусе 1 (фиг. 10) имеется сквозное отверстие 70 через центр полости 35 перпендикулярно оси 6 и перпендикулярно плоскости 42 разъёма. Соосно ему, с внутренней и с внешней стороны каждой части 40 и 41 имеются глухие отверстия большего диаметра 71 и 72 (фиг. 13) соответственно. Переход 73 между отверстиями 70 и 71, а так же переход между отверстиями 70 и 72 сферообразные. В отверстиях 71, 70 размещается деталь - поворотный полувал 75 (фиг. 13) в виде цилиндра 76 (фиг.11), заканчивающегося вогнутой шляпкой 77 большего диаметра. Вогнутая поверхность 78 шляпки 77 является продолжением поверхности полости 35. Со стороны отверстия 72, на цилиндр 76 при сборке напрессовывается выпуклая шляпка 79, имеющая центральное отверстие под цилиндр 76. Для улучшения условий напрессовки, отверстие на шляпке 79 удлинено за счет цилиндрического выступа, который заходит в отверстие 70. На поверхности 78 имеется глухой прямоугольный паз 80 под запрессовку разделителя 2. Паз 80 в центре имеет углубление, идущее в цилиндр 76. На части (в данном примере на угле в 60 градусов) боковой цилиндрической поверхности 81 шляпки 79 имеются зубья 82.
Разделитель 2 (фиг. 12) выполнен в виде центральной направляющей части 140 в форме плоского кольца со сферообразной внешней боковой поверхностью 83, торцами 32 и центральным отверстием 31. На диаметрально противоположных сторонах кольца имеются выступы 84 для запрессовки в паз 80. Дня возможности сборки, разделитель 2 состоит из двух одинаковых частей 85, разъём между которыми выходит на середину
выступов 84. При запрессовке в паз 80, выступы удерживают вместе части 85. После сборки, разделитель вместе с двумя поворотными полувалами 75 имеет возможность поворачиваться относительно корпуса 1 вокруг оси 97 (фиг. 13), перпендикулярной оси 6. В данном примере угол его возможного отклонения от плоскости вращения ротора от -25 до +25 градусов. Величина утла ограничена только формой ротора 3.
Корпус 1 (фиг. 10) ступеней такой регулируемой ОРМ выполняется с полостью 35 без обнижения 53 и распорной втулки 58. Длина корпусов 1 ступеней 61 и 62 (фиг. 13) подгоняется по расстоянию между ступенями 61 и 62 на общем роторе 3 или регулируется регулировочными прокладками (не показаны). Каналы 48 и 49 ступеней 61 и 62 выполняются одинаково (а не зеркально, как в предьвдущем примере), разделители 2 выставляются параллельно. Роторы 3 гидравлически параллельных ступеней 61, 62 развернуты на 1Л оборота. Отверстия 55 / 56 (фиг. 10, 13) для связи отверстий 50/51 гидравлически параллельных ступеней 61 и 62 выполняются диагонально, а отверстия 55 и 56 на внешних торцах 52 и 57 оказываются по одну сторону от ротора 3 (а не осе симметрично как в предыдущем примере).
По внешней стороне корпусов 1 ступеней 61, 62 (фиг. 13) выполнены два паза 86, параллельные оси 6. Пазы 86 на размер зубьев задевают боковую сторону отверстий 72. В пазах 86 плотно размещены рейки 87 с зубьями 88 на отдельных участках. В сборе, рейки 87 входят в зубчатое зацепление с выпуклой шляпкой 79 поворотного полувала 75. При синхронном перемещении двух реек 87, синхронно поворачиваются в одном направлении все поворотные полувалы 75 и разделители 2 всех ступеней ОРМ. Две (а не одна) рейки 87 используются для снятия части нагрузки с разделителя 2. За пределами ступеней ОРМ или в промежуточных местах, рейки 87 связаны с поршневым регулятором давления или с другим управляющим приводом. Поршень 4, УСЭ 5 и ротор 3 принципиально не отличаются от ОРМ по фиг.1. Небольшие различия могут быть в длине ступени (без втулки 58 она короче), толщине поршня 4 (поршень 4 может быть немного тоньше, т.к. разделитель 2 в этом варианте менее прочный) и т.п. Большой угол регулировки делает машину реверсивной, т.е. направление движения! рабочего тела за счет изменения угла разделителя может изменяться на противоположное. Максимальная величина перепада давления на ступень в этом исполнении ограничена прочностью разделителя 2.
Другое исполнение разделителя 2 (фиг. 14) позволяет увеличить величину максимального давления ступени ОРМ. Для этого центральная направляющая часть 140 (фиг. 15) разделителя 2 в форме плоского кольца, с цетгральным отверстием 31 и торцами
32, заключена в оболочку 89 со сферообразной внутренней поверхностью 90, т.е. угол наклона направляющей части 140 зафиксирован относительно оболочки 89, или разделитель 2 выполнен цельно с ней. Такое исполнение увеличивает жесткость разделителя 2. Внешняя поверхность 91 (фиг. 14) оболочки 89 концентрична внутренней поверхности 90 (фиг. 15) и, для удобства выполнения, сферообразна. В оболочке 89 имеется центральное сквозное вытянутое отверстие 92, позволяющее пропускать вал 10 (фиг. 14) ротора 3 при разных допустимых углах наклона разделителя 2 к плоскости вращения ротора 3. В данном примере отверстие 92 пропускает вал 10 при углах наклона направляющей части 140 разделителя 2 от 0 до 25 градусов. Роль сферообразной полости 35 по образованию камерообразующих полостей 46, в этом исполнении, выполняет сферообразная полость 93, образованная внутри оболочки 89. Для возможности сборки машины, разделитель 2, дополненный оболочкой 89, вьшолнен из двух частей, разъем 94 (фиг. 15) между которыми проходит приблизительно через центр разделителя 2 вдоль его плоскости поворота. Для крепления двух частей разделителя 2 между собой, на оболочке разделителя вдоль разъема 94 имеется фланец 95. Крепление выполнено при помощи штифт-винтов (не показаны), для чего на фланцах 95 выполнены отверстия 109. Для зацепления между собой двух полуколец направляющей части 140 разделителя 2, в местах разъёма 94, на них имеется паз под закладку штифта или шпонки. На разъеме 42 частей 40 (на фиг. 15 отсутствует) и 41 корпуса 1, по периметру полости 35, имеется круговой паз 96 для размещения фланцев 95 оболочки 89. Окна 43 входа и окна 44 выхода остаются на поверхности полости 35 корпуса 1, которая уже может иметь другую форму, например, форму поверхности вращения относительно оси 97 поворота разделителя 2. Но более удобно выполнять её сферообразной. Для прохода рабочего тела через оболочку 89 к окнам входа 43 и окнам выхода 44, расположенным на корпусе 1, на оболочке 89 разделителя 2, симметрично относительно поворотной плоскости имеются проходы 98. Они выполнены в виде одного ромбообразного большого отверстия 99 и нескольких небольших отверстий 100. Большое отверстие 99 выполнено на участке оболочки 89, который при любом допустимом угловом положении разделителя 2 находится напротив окна 43 входа / окна 44 выхода. Небольшие отверстия 100 выполнены на участках оболочки 89, которые не при любом допустимом угловом положении разделителя 2 находятся напротив окна входа 43 / окна выхода 44, т.е. существуют положения разделителя 2, при которых небольшие отверстия 100 могут не сообщаться с окнами входа 43 или окнами выхода 44. Такое исполнение ЕОСОДНЫХ / выходных проходов 98 позволяют убрать влияние углового положения разделителя 2 на фазы перепуска
машины. Общая форма прохода 98 (со всеми его отверстиями 99, 100) похожа на трапецию. Проходы 98 расположены симметрично относительно оболочки 89, но не симметрично относительно направляющей части 140 разделителя 2, т.к. она расположена под наклоном к плоскости симметрии оболочки 89. Понятие небольшое отверстие 100 - качественное, т.к. оптимальный размер зависит от вязкости рабочего тела, доли утечек в подаче машины и определяется для каждых конкретных условий применения. Важен сам факт отдельности таких отверстий 100, т.е. то, что они не сливаются с другими отверстиями 100. Чем меньше размер отверстий 100, тем больше точность соблюдения оптимальных фаз перепуска рабочего тела, но больше процент гидравлических потерь. Чем больше размер отверстий 100, тем меньше точность соблюдения оптимальных фаз перепуска рабочего тела, но меньший процент гидравлических потерь на них. Для большей жесткости разделителя 2, большое отверстие 99 тоже может быть заменено набором небольших отверстий, хотя это немного увеличивает гидравлическое сопротивление. Небольшие отверстия могут располагаться и на других участках оболочки 89 для выравнивания давления внутри и снаружи оболочки 89. Это позволяет снизить нагрузку на оболочку 89 от перепада давления рабочего тела и, тем самым, снизить ее требуемую толщину и, соответственно, массу и габариты машины. Перепад давления при этом воспринимает корпус 1, который в любом случае на это рассчитан.
Окна входа 43 и окна выхода 44, как и в предыдущем примере, располагаются в области 38 взаимодействия корпуса 1 с ротором 3. Но корпус 1 с ротором 3 взаимодействуют, в этом варианте, через промежуточную деталь - оболочку 89 разделителя 2, которая уплотняет контакт корпуса 1 с ротором 3, но благодаря проходам 98, пропускает рабочее тело в направлении между каналами 14 (фиг.2, 14) ротора и окнами входа 43 / окнами выхода 44, расположенными на корпусе 1. Т.е. дырчатая оболочка 89 препятствует проходу рабочего тела вдоль зазора между корпусом 1 и ротором 3 и пропускает его в поперечном направлении. Для ограничения степеней свободы разделителя 2 в полости 35, на нем имеются две полуоси 101 (фиг. 14) в виде соосных цилиндрических выступов, геометрическая ось которых проходит через центр оболочки 89 вдоль оси 97 поворота (перпендикулярно плоскости поворота) разделителя 2. На частях 41, 40 (на фиг. 15 не показана, т.к. внутренняя её часть зеркальна части 40) корпуса 1 имеются цилиндрические углубления 102 (фиг. 15) под полуоси 101.
Для управления углом разделителя 2 (направляющей части 140), на цилиндрической поверхности фланцев 95 выполнены зубья 82.
22 *
Наклон разделителя 2 контролируется при помощи рейки 87, размещенной в пазу 86 корпуса 1, находящемся на стыке частей 40 и 41, и задевающем на размер зубьев 82 пазы 96 ступеней 61, 62.
Подвод рабочего тела выполнен посредством подводящих каналов 103 (фиг. 16) и отводящих каналов 104, идущих по поверхности корпуса 1 вдоль оси 6 по ступеням 61, 62. Симметрично с двух сторон от паза 86, проходят два отводящих канала 104, а симметрично от диаметрально противоположной линии разъёма 42, идут два подводящих канала 103. По сути, это один канал 103, но для симметрии запрессовки в трубу 63 (показана ранее на фиг.8), у него по середине оставлено ребро жесткости 105. Между каналами 103 и 104 на частях 40 и 41 выходят проходы 106 от окон 43 входа и окон 44 выхода рабочего тела и соединяются с каналами 103 и 104 соответственно.
По разъёму 42, с диаметрально противоположной стороны от паза 86, идет цилиндрическое отверстие 107 под прокладку трубки, связывающей гидравлически вход ОРМ с выходом для подвода низкого / высокого давления для осевой разгрузки ротора 3.
Для взаимной ориентации соседних корпусов 1 ступеней ОРМ по углу относительно оси 6, на торцах 52, 57 имеются отверстия 108 под штифты. Аналогичные отверстия 108, для фиксации положения частей 40, 41 между собой, имеются на плоскости разъёма 42 (фиг. 15). Каналы 103 / 104 (фиг. 16) гидравлически параллельных ступеней сообщаются, а при переходе к следующей гидравлически последовательной ступени, канал 103 настоящей ступени заканчивается, а канал 104 настоящей ступени переходит в канал 103 следующей ступени. Для этого в следующей группе гидравлически параллельных ступеней проходы 106 выходят в противоположных направлениях, из-за чего каналы 103 и 104 меняются местами. А в следующей за ними группе проходы 106 выполнены, как в настоящих ступенях 61,62, и т.д.
Форма внешней поверхности 91 и поверхности полости 35 в этом варианте не обязательно должна быть сферообразной. Эти поверхности могут быть любыми поверхностями вращения относительно оси 97, например, цилиндрами. Но сферообразное исполнение позволяет уменьшить размер и вес.
Другой способ изменения угла наклона направляющей части 140 разделителя 2 (фиг. 17) состоит в том, что оболочку 89 разделителя 2 выполняют в виде кольца ПО. Внутренняя поверхность 90 кольца ПО ограничена сферообразной поверхностью, близкой (с точностью до допусков) по диаметру к диаметру полости 35. Внешняя поверхность 91 тоже сферообразна и концентрична внутренней поверхности 90, торцы
136 плоские. Направляющая часть 140 разделителя 2 находится в кольце 110 под углом к нему, т.е. установлена под фиксированным углом, например, при помощи паза, или выполнена зацело. Т.е. центральное отверстие 31 концентрично внутренней поверхности 90, а торцы 32 (или плоскость) направляющей части 140 разделителя 2 расположены под углом (в данном примере 21 градус) к торцам 136 кольца 110. По сути, участок корпуса 1 - наклонное кольцо 110 вместе с направляющей частью 140 разделителя 2, установленной в нем, выделен в отдельную деталь - поворотный разделитель 111 (используется далее на фиг.21, 26). На корпусе 1 (фиг. 18) при этом выполняется паз 112, проходящий симметрично через центр полости 35, под углом (в данном примере 21 градус) к плоскости вращения ротора 3 (другими словами, ось вращения его образующей проходит под углом к оси 6). Он ограничен сферообразной боковой поверхностью 113, концентричной полости 35, и двумя торцами 114 в виде плоских колец. Паз 112 выполнен симметрично относительно плоскости разъёма 42.
Для возможности сборки, поворотный разделитель 111 (фиг. 17) выполнен из двух частей 115 и 116. Разъём 117 между ними, для удобства выполнения "напроход", проходит через всю деталь насквозь, приблизительно через центр направляющей части 140 разделителя 2, параллельно плоскости симметрии поворотного разделителя 111, в виде двугранного угла 118, и далее, по одну сторону от плоскости симметрии симметрично плоскости направляющей части 140 разделителя 2, в обе стороны от тела направляющей части 140 по кольцу 110, формируя в нем прямоугольные выступы 119, на, приблизительно, диаметрально противоположных местах части 115 и ответные пазы под него на части 116. Для фиксации частей 115 и 116 между собой, на стыке выступов 119 и пазов выполнены отверстия 121 под штифты. На вяешней поверхности 91 части 115 выполнены зубья 122 на участке, прилегающем к разъёму 117 с угловой протяженностью приблизительно в 100 градусов вокруг оси симметрии кольца 110.
По внешней стороне корпуса 1 (фиг. 18) по поверхности одной из его частей -части 40, выполнен паз 86 вдоль оси 6 с сечением в виде сектора кольца. Паз 86 задевает на величину зуба 122 паз 112 в месте его максимального наклона. В пазу 86 размещается рейка 87 (фиг. 19), имеющая сечение, ответное сечению паза 86, в виде сектора кольца. На отдельных ее участках на внутренней цилиндрической поверхности выполнены зубья 123 для взаимодействия с зубьями 122. В данном примере зубья 123 выполнены под утлом около 45 градусов к оси 6. Направление перемещения рейки 87 в пазу 86 частично совпадает с направлением вращения кольца ПО, что улучшает условия их зубчатого зацепления.
При повороте поворотного разделителя 111, направляющая часть 140 разделителя 2 изменяет угол наклона к плоскости вращения ротора 3, изменяя подачу ОРМ, но при этом имеется и отрицательный эффект - относительно оси 6 поворачиваются точки максимального наклона направляющей части 140 разделителя 2, с угловым положением которых связано положение окон 43 входа и окон 44 выхода рабочего тела. Для компенсации этого эффекта, окна входа 43 и окна выхода 44 вьшолняются на поворотной втулке 124 (фиг.20). Поворотная втулка 124 имеет форму отрезка трубы с концентричными цилиндрическими внутренней и внешней поверхностью. Диаметр внутренней поверхности близок к диаметру поверхности 9. Они взаимодействуют друг с другом. На ней симметрично выполнены два окна 43 входа и два окна 44 выхода. Окна входа 43 осе симметричны окнам 44 выхода и пара окон 43, 44 находится центрально симметрично по отношению к центру втулки 124 другой паре окон 43, 44. Угловая протяженность каждого окна 43,44 в данном примере - % оборота вокруг оси втулки 124. В плоскости симметрии втулки 124, перпендикулярной её оси, концентрично втулке 124, расположен выступ 125 в виде сектора плоского кольца с зубьями 126 на внешней цилиндрической поверхности (другими словами, сектор шестеренки). На отдельных участках рейки 87 (фиг.21), между участками, на которых выполнены зубья 123, выполнены зубья 127, ответные зубьям 126. Они выполнены под меньшим углом к рейке 87, чем зубья 123. Соотношение между углами зубьев 123 и зубьев 126 рассчитывается из условия, что поворотная втулка 124 должна поворачиваться рейкой 87 относительно оси 6 вдвое медленнее, чем поворотный разделитель 111 поворачивается рейкой 87 в пазу 112. Для возможности сборки на роторе 3, втулка 124 (фиг.20) выполняется из двух частей. Разъем 120 между ними симметричен относительно плоскости симметрии втулки и проходит через внутреннюю поверхность втулки 124 в её диаметрально противоположных местах вдали от окон 43, 44, по радиусу, далее под прямым углом к нему и далее снова под прямым углом в прежнем направлении, образуя ступеньки. Между собой части втулки 124 соединяются с помощью штифтов, для которых в ступеньке разъема 120 выполнены радиальные отверстия. Жесткость втулки 124 обеспечивается за счет толщины её стенок.
Полувалы 10 (фиг.21) ротора 3 вьшолняются большего диаметра, чем в ОРМ по фиг.1, т.к. каналы 14 для прохода рабочего тела, начинаясь на усеченных конических поверхностях 8, вьшолняются внутри ротора 3 и выходят наружу в виде окон 128 уже на цилиндрической поверхности 9. Угловая протяженность окон в данном примере - ХА оборота вокруг оси 6. В середине окна 128 оставлено ребро жесткости 129. Каналы 103
подвода и каналы 104 (фиг. 19) отвода рабочего тела выполнены на внешней поверхности корпуса 1 в осевом направлении. На показанных ступенях, два канала 103 примыкают к пазу 86, и два канала 104 находятся на противоположной стороне корпуса 1 и разделены ребром жесткости 105. На следующей за ними гидравлически последовательной ступени каналы 103 и 104 меняются местами. Внутри ребра жесткости 105 через все ступени ОРМ проходит отверстие 107 для сообщения области входа ОРМ с областью выхода ОРМ. Через него из одной области в другую подаодится давление, необходимое для гидравлической осевой разгрузки общего ротора 3 и для привода системы управления рейкой 87 (подачей ОРМ).
В корпусе 1, в отверстиях 36 (фиг. 18), имеется цилиндрическая полость 130 под втулку 124, имеющая диаметр, близкий к диаметру внешней поверхности втулки 124. На ее поверхность выходят проходы 131 для рабочего тела из каналов 103 и 104 (фиг. 19) в область расположения окон 43 и 44 соответственно. Проходы 131 выходят на внешнюю поверхность корпуса 1 между каналами 103 и 104 и имеют выход или в канал 103 или в канал 104, в зависимости от положения ступени в ОРМ и положения прохода 131 на ней. Внешняя поверхность втулки 124 взаимодействует с поверхностью полости 130. В центре полости 130 имеется плоский паз 132 под выступ 125. Угловая протяженность паза 132 больше угловой протяженности выступа 125 на угол регулирования (в данном примере на 34 градуса).
В местах стыковки гидравлически параллельных ступеней, соответствующие каналы разных ступеней сообщаются друг с другом, а в местах стыковки гидравлически последовательных ступеней, сообщается только канал 104 для выходного давления одной ступени с каналом 103 для входного давления следующей ступени. Как и в примере по фиг. 16, нужные для стыковки каналы 103 и 104 гидравлически последовательных ступеней оказываются друг напротив друга.
Как и в предьвдущем варианте, можно считать, что окна 43 входа и окна 44 выхода расположены на корпусе 1 в области его взаимодействия с ротором 3, но они взаимодействуют через промежуточную деталь - втулку 124, уплотняющую их контакт. Но в добавление к предьщущему варианту, втулка 124 активно смещает границы окон 43 входа и окон 44 выхода.
Другим способом управления втулкой 124 (фиг.22) является выполнение винтового паза 133 на втулке 124 в промежутке между окнами 43,44 вместо выступа 125. Тогда на рейке 87 вместо зубьев 127 выполняется высокий зуб 134 для взаимодействия с винтовым пазом 133. На корпусе 1 вместо паза 1.32 вьшолняется сквозной паз, идущий
вдоль оси 6 внутри паза 86 на длине полости 130. Зуб 134 имеет две боковые поверхности, ответные винтовому пазу 133 и две боковые поверхности, ответные пазу в корпусе 1.
Среди простых возможных модификаций - выполнение поверхности торцов 136 кольца ПО и ответных им торцов 114 паза 112, даю удобства выполнения паза 112 электроэрозионным способом, конической. Вместо сферообразной внешней поверхности 91 кольца ПО может использоваться другая, например цилиндрическая поверхность. Положение поворотного разделителя 111 и поворотной втулки 124 может контролироваться валом с имеющимися на нем шестеренками, а не рейкой 87. Поскольку втулка 124 поворачивается на угол, меньший углового размера окон 43, 44, то часть окон 43, 44 меньшего углового размера, может быть выполнена на корпусе 1, как в примере по фиг.1.
У варианта машины по фиг. 13 перепад давления ограничен прочностью разделителя 2, у машины по фиг. 14 ограничен угол регулирования, у машины по фиг. 19 появляется лишняя деталь - перепускная втулка 124. Следующий вариант машины (фиг.26) лишен этих недостатков. Для этого центральная направляющая часть 140 разделителя 2 (фиг.23) в форме плоского кольца, с центральным отверстием 31 и торцами 32, заключена в оболочку 89 со сферообразной внутренней поверхностью 90 и концентричной ей сферообразной внешней поверхностью 91. В оболочке 89 имеется круглое центральное сквозное отверстие 92, позволяющее пропускать вал 10 ротора 3 при нулевом и при максимальном допустимом угле наклона направляющей части 140 разделителя 2 к плоскости вращения ротора 3. В данном примере отверстие 92 пропускает вал 10 при углах наклона направлякщей части 140 от 0 до 25 градусов. Роль сферообразной рабочей полости 35 по образованию камерообразующих полостей 46, в этом исполнении, выполняет сферообразная полость, 93 образованная внутри оболочки 89.
Для управления угловым положением направляющей части 140 такого поворотного разделителя 111, на поверхности оболочки 89 имеется несколько выступов 135. Их минимальное число - два. В данном примере выполнено три выступа 135. Каждый выступ 135 выполнен в виде цилиндра, ориентированного вдоль радиуса оболочки 89. Выступы 135 разнесены вдоль кольца разделителя 2 примерно на углы в 90 градусов и немного разнесены вдоль оси 137 оболочки 89. На поверхности оболочки 89
вьшолнены зубья 138 (пазы), наклон которых к оси 137 изменяется (как у косозубой шестерни, только наклон зубьев 138 плавно изменяется от зуба к зубу).
Для возможности сборки машины, разделитель 2, дополненный оболочкой 89, выполнен из двух частей, разъем 117 между которыми проходит приблизительно через центр направляющей части 140 разделителя 2 и состоит из прямоугольных выступов 119 вдоль плоскости разделителя 2 и ответных им пазов. На одном из выступов 119 в центре разделителя 2 выполнено два двугранных угла 118 с вершинами, направленными в противоположные стороны по направлению вдоль плоскости разделителя 2. Направление образующей разъема 117 немного отклоняется от плоскости направляющей части 140 разделителя 2, поэтому каждая из вершин двугранны?!: углов 118 приходится на одну из диаметрально противоположных частей направляющей части 140 разделителя 2, так что угол вершиной везде направлен против направления движения поршня 4. Для крепления двух частей разделителя 2 между собой, на стыках плоскостей выступов 119 и пазов имеются отверстия 121 под штифты.
В корпусе 1 (фиг.24, 25) имеется сферообразная полость 35 для размещения оболочки 89. На поверхности полости 35 имеется три (по числу выступов 135) криволинейных направляющих паза 139. На поверхности отверстий 36 корпуса 1 имеются окна входа 43 и окна выхода 44 рабочего тела. Их угловая протяженность приблизительно 1Л оборота. На внешней поверхности корпуса 1 имеется паз 86 под рейку 87, идущий вдоль оси 6. С двух сторон относительно паза 86, симметрично расположены каналы 103 и 104. В каждом из них посередине имеется ребро жесткости 105. Для возможности сборки, корпус 1 состоит из двух частей 40 и 41, Плоскость 42 разъема между ними проходит через ребра жесткости 105. Паз 86 оказывается в центре части 40. Окна входа 43 и окна выхода 44 расположены симметрично на частях 40, 41 и связаны проходами 96 с каналами 103 и 104 соответственно.
Направляющая часть 140 разделителя 2 (фиг.23 - 26) изменяет свой наклон к плоскости вращения ротора 3 при повороте разделителя 2 вокруг точки - центра полости 35. У него нет фиксированной оси поворота. Имея дополнительную степень свободы, он выполняет одновременно два движения - наклон (как у машин по фиг. 10 - 13 и 14) и поворот вокруг оси симметрии оболочки 89 (как у машины по фиг. 17-22). Он наклоняется от -25 градусов через ноль снова до -25 градусов, как позволяет ему отверстие 92, но при этом он успевает повернуться вокруг оси 6, в результате чего отрицательный наклон в -25 градусов становится положительным в +25 градусов. В результате, он может изменять свой наклон в данном примере от угла -25 до угла +25 градусов. Т.е. угол регулировки
удваивается. Ншравляющие пазы 139 можно построить, проследив путь выступов 135 при одновременном наклоне и повороте разделителя 2. Их форма зависит от положения выступов 135.
Для уменьшения нагрузки на пары трения, выступы 135 могут иметь форму, ответную пазам 139 (её нетрудно получить обкаткой выступа 135 пазом 139), или они могут быть установлены с возможностью вращения, или для передачи усилий может использоваться промежуточный элемент, например, втулка, одеваемая на цилиндрический выступ 135. Выступы 135 могут быть вьшолнены на поверхности полости 35, а направляющие пазы 139 - на оболочке 89. Выступов и пазов может быть много. Пространство в отверстии 92, свободное от вала 10 ротора 3, может быть заполнено отдельной деталью, имеющей форму сферического круга с радиальным отверстием под вал, смещенным от центра. Такую деталь имеет смысл использовать для уплотнения рабочей полости при больших углах регулирования, для которых поверхность 11 ротора 3 не перекрывает отверстие 92. Для предотвращения взаимодействия ее с валом 10, вокруг отверстия в детали имеется круговой выступ, а в корпусе - круговой паз под него, расположенный на стыке поверхности 11 и отверстия 36.
Для снижения внутренних перетоков, можно в каждой ступени 61,62 использовать для создания перепада давления только часть рабочего цикла, имеющую максимальную подачу (фиг.27). Для этого можно расширить окна входа 43 и / или выхода 44 (фиг.28) по угловому размеру и / или сместить / продлить их на участок 37 корпуса 1, т.е. в область рабочей полости 45. По направлению вдоль оси 6 окна входа 43 и выхода 44 могут доходить до паза 39 под разделитель 2. Поскольку окна 43, 44 большие, для жесткости корпуса 1, посередине окон 43, 44 оставлено ребро жесткости. Нагрузка поршня 4 и УСЭ 5 при этом аналогична нагрузке в предьгдущих вариантах, за исключением того, что на части цикла, за счет продления связи рабочих камер 47 с окнами входа 43 и выхода 44, практически полностью исчезает перепад давления ступени 61, 62. При этом для поддержания давления машиной, устанавливается две или более последовательных ступеней 61, 62, поддерживающих давление - каждая на своем участке цикла, возможно с небольшим перекрытием. Так, например, если перепад давления на всем цикле обеспечивается двумя последовательными ступенями 61, 62, то приблизительно на 1/2 цикла рабочая камера 47 ступени связана одновременно и с окном входа 43 и с окном выхода 44, а если тремя - то приблизительно 1/3 цикла, и т.д. Ступень 62, создающая
перепад давления, прокачивает рабочее тело через рабочие полости 46 не создающих, в этот момент, давление последовательных ступеней 61. Чем больше установлено последовательных ступеней 61, 62, тем более равномерную подачу машины можно получить. Каналы 14 на роторе 2, в этом варианте, в большей мере используются для обеспечения прохода 143, чем как средство для связи окон входа 43 и окон выхода 44 с рабочими камерами 47. Проход 143 обеспечен каналами 14, а не общим сдвигом усеченных конических поверхностей 8 в тело ротора 3, т.к. таким образом, удается сохранить большую площадь опорной поверхности для поршня 4 в пазу 13, т.к. каналы 14 не доходят до паза 13. В другом исполнении вместо поверхности 8 и каналов 14 выполняется поверхность, не являющаяся поверхностью вращения вокруг оси 6.
В целом машина по фиг.27 похожа на машину по фиг. 1. Отличия заключаются в расширенных по угловому размеру каналах 14, расширенных по размеру (в основном, вдоль оси 6) окнах входа 43 и выхода 44 и изменении системы каналов 48, 49, связывающих ступени 61, 62 (из-за перехода от параллельного соединения к последовательному). Так же не выполнена, для упрощения описания, система регулировки расстояний между ступенями 61, 62. Машина по фиг.27 может использоваться во всех описанных ранее для машины по фиг.1 регулируемых вариантах исполнения, т.к. переход от машины по фиг.1 к машине по фиг.27 заключаются в увеличении окон входа 43, выхода 44 и каналов 14 (вместо каналов 14 может использоваться большой зазор между деталями - проход 143).
Для возможности сборки машины, корпус 1 (фиг.29, 30) выполнен из двух частей 40 и 41, плоскость 42 раздела между которыми проходит через ось 6 перпендикулярно пазу 39. Внешне корпус 1 машины по фиг.27 выполнен в виде цилиндра . По внешней поверхности корпуса 1 группы из двух ступеней 61, 62 проходят каналы: 147 - 154. Их расположение несимметричное. С одной стороны корпуса, по частям 40 проходят каналы 147 - 149 и прямые каналы 150, 151, с другой стороны корпуса 1 по частям 41 проходят в обход сферообразных полостей 35 "с"-образные каналы 152 - 154. Канал 147 (фиг.29) связывает окно входа 43 на части 40 ступени 61 с входом машины или с предыдущими ступенями. Канал 148 связывает окно выхода 44 на части 40 ступени 61 с ближайшим окном входа 43 на части 40 ступени 62. Канал 149 связывает окно выхода 44 на части 40 ступени 62 с выходом машины или с последующими ступенями. На поверхности частей 40 остается место, которое используется для размещения каналов 150 и 151, идущих параллельно оси 6. Их можно использовать для параллельного соединения других ступеней, для увеличения пропускной способности основных каналов или для
подвода давления к гидравлической разгрузке ротора 3. Канал 152 (фиг.30) связывает окно входа 43 на части 41 ступени 61с входом машины или с предьщущими ступенями. Канал 153 связывает окно выхода 44 на части 41 ступени 61 с дальним от него окном входа 43 на части 41 ступени 62. Канал 154 связывает окно выхода 44 на части 41 ступени 62 с выходом машины или с последующими ступенями.
На фиг.31, для иллюстрации различных возможностей применения типов машин по фиг.1 и фиг.27 приведен пример выполнения машины по фиг.27 в наземном регулируемом исполнении. Для него обычно требуется меньшее количество ступеней, а так же патрубки входа и выхода машины. Поэтому использование внешней трубы в качестве общего корпуса машины менее целесообразно, и предпочтительным является поперечное разделение корпуса на части.
Корпус 1 состоит из трех частей, по форме близких к цилиндрам: средней части 155 и двух симметричных крайних частей 156. Разъемы между ними проходят через центры ступеней 61 и 62 (через центры полостей 35). Для взаимного крепления, на разъемах имеются фланцы. Крепеж (отверстия, болты) не показан. Симметрично, в торцах средней части 155 выполнено по одной половине сферообразной полости 35, которые соединены соосным им отверстием 36 под вал 10 ротора 3. С торцов средней части 155 через поверхность сферообразной полости 35 выполнены каналы 148, 152 и 154.
На торце крайней части 156 выполнена половина сферообразной полости 35, из которой симметрично выходит сквозное отверстие 36 под вал 10 ротора 3. На другом торце выполнена расточка под подшипник качения 160. Через поверхность сферообразной полости 35 выполнены каналы 147, 153 на ступени 61 и каналы 149, 154 на ступени 62. Их назначение совпадает с предыдущим примером. Все каналы заканчиваются отверстиями 157 для подстыковки магистралей (гибких шлангов высокого давления или труб), соединяющих два участка внутреннего канала 153, находящихся в разных крайних частях 156, а так же машина присоединяется к внешней нагрузке.
Разделитель 2 выполнен аналогично разделителю машины по фиг. 14 - со сферообразной оболочкой 89. У нее сферообразная внутренняя поверхность 90 и, для удобства исполнения, сферообразная внешняя поверхность 91. Небольшие отличия имеются в креплении двух частей разделителя 2 между собой. Раздел между ними проходит симметрично через центр оболочки 89, но на одной части имеется цилиндрическое обнижение, а на другой - охватьгоаюншй его цилиндрический выступ.
При сборке обнижение входит в выступ и части фиксируются друг к другу штифтами (не показаны). Окна входа 43 и окна выхода 44, для снижения гидравлического сопротивления, выполнены на оболочке 89. Это связано с тем, что при последовательном соединении двух ступеней пульсации давления обычно выше, чем при параллельном (это плата за снижение внутренних перетоков, трения и износа), а отклонение окон 43,44, при повороте разделителя 2, от их оптимального положения меньше (из-за их большей угловой протяженности на сфере). Но можно использовать и расположение окон 43, 44 при использовании проходов 98 по фиг. 14.
Для возможности сборки в корпусе 1, роторы 3 отдельных ступеней 61, 62 выполнены отдельно. Между ними имеется соединение типа "вал - втулка".
Еще одним отличием является то, что полувалы 101 разделителя 2 выходят из корпуса 1 через уплотняемые отверстия 158 и имеют на концах лыски (шлицы) 159 для стыковки с внешним устройством, регулирующим подачу машины.
Для снижения нагрузки на пару трения поршень 4 - паз 13 ротора 3 (фиг.32), на поршне 4 параллельно его торцам 16 выполнены плоские пазы 141. Каждый паз 141 проходит через боковую поверхность 15 поршня 4, не задевая прорезей 22. При использовании УСЭ 5, пазы 141 не задевают отверстия 17, 18 под УСЭ 5. В данном примере можно сказать, что поршень набран из нескольких дисков, связанных в районе оси 20 УСЭ 5.
При этом, на роторе 3 (фиг.ЗЗ), паз 13 под поршень 4 выполняется в виде нескольких параллельных пазов 145, соединяющихся в середине паза 13. Между соседними пазами 145 оставлены выступы 142. Толщина выступа 142 соответствует размеру паза 141. При поворотах поршня 4 в пазу 13 ротора 3, выступы 142 не полностью перекрывают пазы 141, оставляя место вблизи оси 20 для прохода рабочего тела, отсеченного в пазу 141.
В данном примере выполнено по одному пазу 141 с каждой от оси УСЭ 5 стороны. Но можно выполнять и большее количество пазов 141. При этом каждому пазу 141 соответствует выступ 142 в пазу 13 ротора 3.
Пазы 145 могут быть не плоскими, например, коническими с осью конуса вдоль геометрической оси 161 вращательных колебаний поршня 4. Т.е. поверхности пазов 145 могут быть поверхностями вращения вокруг геометрической оси 161 поршня 4. Тогда на выступах 142 выполняется ответная поверхность.
Такой поршень 4 может использоваться и в других ОРМ из приведенных аналогов, т.к. добавление пазов 141 не влияет на способ или особенности работы ОРМ, а только усиливает опору поршня 4.
Машина по фиг.1 работает следующим образом. В сферообразной полости 35 корпуса 1 между корпусом 1 и ротором 3, вокруг ротора 3 образована круговая рабочая полость 45, которую направляющая часть 140 разделителя 2 разделяет на две части 46 переменного сечения, каждую из которых поршень 4 разделяет на две рабочие камеры 47. При вращении ротора 3, периодически изменяется угол между поршнем 4 и направляющей частью 140 разделителя 2. Поэтому периодически изменяется объем рабочих камер 47. Когда две камеры 47, расположенные центрально симметрично относительно центра полости 35 увеличивают свой объем, две другие рабочие камеры 47 уменьшают свой объем. Во время увеличения объема камер 47, каналы 14, идущие из них, находятся в перекрытии с окнами входа 43 (фиг.6,7), расположенными на корпусе 1 за пределами рабочей полости 45, в области взаимодействия корпуса 1 с ротором 3. Через каналы 14 рабочее тело из окон входа 43 поступает в рабочие камеры 47. Во время уменьшения объема камер 47, каналы 14, идущие из них, находятся в перекрытии с окнами выхода 44, расположенными на корпусе 1 за пределами рабочей полости 45, в области взаимодействия корпуса 1 с ротором 3. Через каналы 14 рабочее тело из рабочих камер 47 выходит в окна выхода 44. Окна входа 43 / выхода 44 связаны с входом / выходом машины или с выходом / входом последовательных ступеней посредством каналов 48, 49, и отверстий 50, 51, 55, 56. Каналы 14 вместе с проходом (большим зазором) 143 обеспечивают связность частей камеры 47, находящихся по разные стороны ее минимального сечения.
При симметричных камерах 47 и центрально симметричном расположении окон входа 43 и окон выхода 44 разных камер 47, нагрузка на УСЭ 5 от перепада давления рабочего тела симметрична и сумма этих сил и моментов сил равна нулю. УСЭ 5 участвует в передаче момента сил от разделителя 2, требуемого для поддержания и синхронизации вращательных колебаний поршня 4 с вращением ротора 3. При этом удельные давления в парах трения пропорциональны квадрату максимальной линейной скорости поршня 4. Так, при работе на 3000 об/мин машины со стальным поршнем диаметром 46мм, удельное давление, связанное с инерционными нагрузками на пары трения разделитель 2 - УСЭ 5 - поршень 4 ~4 кг/см2. Небольшой (особенно при
использовании гидравлической разгрузки поршня 4) момент требуется для компенсации сил трения поршня 4.
Машина по фиг. 10-13 работает аналогичным образом. Отличие состоит в том, что с помощью механизма изменения угла наклона рааделителя 2 (точнее говоря его направляющей части 140), можно регулировать подачу машины за счет изменения геометрии машины. Т.е. при постоянных оборотах ротора 3, изменяя угол разделителя 2 можно плавно изменять подачу машины от максимальной подачи в одну сторону до максимальной подачи в другую сторону. При перемещении внешним устройством, например, поршневым регулятором, рейки 87 вдоль оси 6 ротора 3, через зубья 88 и 82 приводится во вращение шляпка 79 поворотного полувала 75 и поворачивается, жестко связанная с ним, направляющая часть 140 разделителя 2, изменяя свой угол наклона к оси 6 вращения ротора 3. При этом изменяются пределы периодических изменений размеров камер 47 и, следовательно, изменяется подача машины. При угле между направляющей частью 140 разделителя 2 и осью 6 вращения ротора 3 равном 90 градусам, теоретическая подача машины (при работе на несжимаемой жидкости) становится равной нулю, т.к. максимальный объем камер 47 становится равным их минимальному объему. При дальнейшем изменении угла наклона разделителя 2, машина начинает подавать рабочее тело в обратную сторону, т.к. при увеличении объема камер 47 они уже будут связаны каналами 14 с окнами выхода 44, а при уменьшении объема камер 47 они будут связаны каналами 14 с окнами входа 43. Т.е. функционально окна входа 43 и окна выхода 44 меняются местами.
Машина по фиг. 14-16 работает аналогичным с машиной по фиг. 10-13 образом. Отличие состоит в том, что с помощью рейки 87, через зубья 88 и 82 приводится во вращение оболочка 89 разделителя 2 и поворачивается, жестко связанная с ним, направляющая часть 140 разделителя 2, изменяя свой угол наклона к оси 6 вращения ротора 3. При этом, максимальный перепад давления одной ступени может быть больше, а диапазон регулирования подачи меньше, например, от нуля до максимальной подачи. Также, отличием является то, что рабочее тело между каналами 14 и окнами входа 43 / выхода 44 проходит через окна 98 в оболочке 89 разделителя 2.
Машина по фиг. 17-22 работает аналогичным с машиной по фиг. 10-13 образом. Отличие состоит в способе изменения угла наклона направляющей части 140 разделителя
2. Направляющая часть 140 разделителя 2 изменяет свой наклон к оси 6 вращения ротора 3 за счет поворота оболочки 89 разделителя 2, выполненной в виде кольца 110 в круговом пазу 112, ось вращения образующей которого наклонена к оси 6 вращения ротора 3. При этом направляющая часть 140 разделителя 2 тоже наклонена к оси 137 вращения образующей оболочки 89. Поступательное движение рейки 87 передается во вращение кольца 110 через зубья 123 и 122. При таком способе изменения угла возникает паразитное явление - уход оптимального положения окон входа 43 и выхода 44 по отношению к плоскости наклона направляющей части 140 разделителя 2. Уход компенсируется поворотом перепускной втулки 124 вокруг оси 6. Для этого рейка 87 находится еще и в зубчатом зацеплении с втулкой 124 через зубья 126 и 127 или через зуб 134 и канавку 133. При этом используется другое передаточное число. Другое отличие заключается в том, что окна входа 43 и выхода 44 располагаются в районе полувалов 10 для упрощения геометрии втулки 124, и каналы 14 выполнены внутри ротора 3, а не в виде открытых пазов, как в других вариантах.
Машина по фиг.23-26 работает аналогичным с машиной по фиг.10-13 образом. Отличие состоит в способе изменения угла наклона направляющей части 140 разделителя 2. Направляющая часть 140 разделителя 2 изменяет свой наклон к оси 6 вращения ротора 3 за счет сложного поворота оболочки 89 разделителя 2 вокруг центра полости 35. При этом направляющая часть 140 разделителя 2 наклонена к оси 137 оболочки 89. Поступательное движение рейки 87 через зубья 123 и 138 превращается во вращение оболочки 89, изменяющее угол наклона направляющей части 140, но не поворачивающее плоскость наклона вокруг оси 6. Характер этого движения определяется перемещением выступов 135 в направляющих пазах 139. При таком способе изменения угла, оптимальные положения окон входа 43 и выхода 44 остаются на своих местах. Другое отличие заключается в том, что окна входа 43 и выхода 44 располагаются в районе полувалов 10, и каналы 14 выполнены внутри ротора 3, а не в виде открытых пазов, как в других вариантах.
Машина по фиг.27 работает следующим образом. В сферообразной полости 35 корпуса 1 между корпусом 1 и ротором 3, вокруг ротора 3 образована круговая рабочая полость 45, которую направляющая часть 140 разделителя 2 разделяет на две части 46 переменного сечения, каждую из которых поршень 4 разделяет на две рабочие камеры 47. При вращении ротора 3, периодически изменяется злгол между поршнем 4 и
направляющей частью 140 разделителя 2. Поэтому периодически изменяется объем рабочих камер 47. Когда две камеры 47, расположенные центрально симметрично относительно центра полости 35 увеличивают свой объем, две другие рабочие камеры 47 уменьшают свой объем. Во время быстрого увеличения объема камер 47, они частично напрямую, а частично через каналы 14, находятся в перекрытии с окнами входа 43, расположенными на корпусе 1. Рабочее тело из окон входа 43 поступает в рабочие камеры 47. Во время быстрого уменьшения объема камер 47, они частично напрямую, а частично через каналы 14, находятся в перекрытии с окнами выхода 44, расположенньми на корпусе 1. В фазе цикла, когда скорость изменения объема камер меньше, поршни 4 попадают в зону окон 43, 44 и больше не создают перепада давления ступени, но и не мешают проходу рабочего тела через данную ступень за счет перепада давления, создаваемого в этот момент другой последовательной ступенью, у которой фаза смещена. При симметричных камерах 47 и центрально симметричном расположении окон входа 43 и окон выхода 44 разных камер 47, нагрузка на УСЭ 5 от перепада давления рабочего тела симметрична, и сумма этих сил и моментов сил равна нулю. УСЭ 5 участвует в передаче момента сил от разделителя 2, требуемого для поддержания и синхронизации вращательных колебаний поршня 4 с вращением ротора 3. В данной машине поршень 4 и УСЭ 5 нагружены только часть цикла, следовательно, их износ меньше чем у машины по фиг.1. Лучшими являются и условия смазки. Но недостатком является большая пульсация подачи.
Машина по фиг.31 работает аналогичным с машиной по фиг.27 образом. Отличием является возможность регулирования подачи за счет изменения угла наклона направляющей части разделителя относительно оси 97. Угол изменяется за счет одновременного поворота полувалов 101 внешним регулирующим устройством.
Формула изобретения
1. Объемная роторная машина, содержащая корпус;
ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения;
разделитель, установленный в корпусе, имеющий направляющую часть с отверстием под ротор;
поршень, установленный в пазу ротора с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора вокруг оси, пересекающей ось вращения ротора преимущественно под прямым углом, имеющий., по меньшей мере, одну прорезь, в которую входит направляющая часть разделителя;
сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора, которую направляющая часть разделителя, при взаимодействии отверстием с ротором, разделяет на камерообразующие полости переменного сечения,, каждую из которых поршень разделяет на рабочие камеры,
причем в минимальном сечении камерообразующей полости имеется проход для рабочего тела, и / или в роторе имеется канал, позволяющий рабочему телу обходить минимальное сечение камерообразующей полости;
окна входа и выхода рабочего тела.
2. Машина по п.1, в которой из каждой камеры выходят каналы для прохода рабочего тела, выполненные в роторе с возможностью её связи с окнами входа и выхода.
3. Машина по п.1, в которой, посередине между максимальным и минимальным сечением камерообразующей полости, по угловому положению вокруг оси вращения ротора, имеется, по меньшей мере, одно окно входа или окно выхода.
4. Мапшна по п.1, в которой поршень содержит, по меньшей мере, один уплотнительный синхронизирующий элемент, установленный в прорези, через который он взаимодействует с направляющей частью разделителя.
5. Машина по п.4, в которой уплотнительный синхронизирующий элемент установлен в поршне с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной оси поршня.
6. Машина по п.1, в которой направляющая часть разделителя установлена в корпусе под фиксированным углом к оси вращения ротора.
7. Машина по п.1, в которой разделитель установлен в корпусе с возможностью изменения наклона направляющей части к оси вращения ротора для регулирования подачи машины.
8. Машина по п.7, в которой разделитель изменяет наклон направляющей части к оси вращения ротора, поворачиваясь вокруг оси, перпендикулярной оси вращения ротора.
9. Машина по п.7, в которой разделитель дополнен оболочкой со сферообразной полостью, в которой расположена его направляющая часть.
Ю.Мапшна по п.9, в которой направляющая часть расположена под углом по отношению к оболочке и изменяет свой наклон к оси вращения ротора, за счет поворота оболочки вокруг оси, проходящей под углом к оси вращения ротора.
11. Машина по п. 10, в которой в корпусе установлена втулка, на которой расположены окна входа и выхода рабочего тела, причем машина оснащена механизмом поворота разделителя и втулки.
12. Машина по п.7, в которой разделитель изменяет наклон направляющей части к оси вращения ротора, поворачиваясь вокруг точки - центра сферообразной рабочей полости.
ФИГ.1
ФИГ.2
/\ S X
.. \ \
"Л а V~-----7vi .
т \
8 11 13
ФИГ.З
ФИГ.4
ФИГ.5
56 56
ФИГ.6
ФИГ. 7
ФИГ.8
ФИГ. 10
ФИГ. 11
ФИГ. 12
_.....
ТТ \Д / '
\ I .1 0
, \ \ Л\ Гч
/ \ \ 1\\ А\
: \ \1 \i/ \ R7
/ \ \| \
Ч/1ГИ . 1Л
104
J- ЧУ
101
ФИГ 14
86 43
i " v / // i \ ( x i i т / v / / \ \ /с \ i / "•a-¦----~l
\ W / / I \| fi) 4 / INI \ \OXL'l Y / /
1 \ \ \ \ V
1 42 , 108 Ш9.
140
Ґ"\ \ T \^
1 \ м \ \
. _'_ \31 \ mo 1
109 V"
"96
^52 41
c\r\ УУ
107
(ЫЛГ 1 ^
JZ,
/ \ \ inn 106 106 106
107 108
.10
/ТчТТТ-1 1 О
J\\ \VJ / А \ I V A ///
^пf?f7fШ^\^c--/\\l Г \/// ' Ш//М/ГА V-^ \л i ч X/
\ 7awua/WJ ^/ \^-\ \ / ; iU^v \ \ 7-7--V--x_
123
/ /
w..
\ \132
127
\ \
\ 130 \96
ФИ1.19
ФИГ.20
*Х " ш
6 ч X 1Л .
\ Г I
М \
. . _ _____________......___^^,^^^^^И?УЛ <ЛУЛ^^-
¦ ~(tm)i-- ' V \ \ \ \ 1
-¦-\-¦_\
\\ \ \~т~-V
\^ \\126 \ \ \ \
\ \ \
\п, ^ \ -
и \2
\125
\127 \4 \2
ФИГ.21
124
ФИГ.22
ФИГ.23
ФИ1.24
ФИГ.25
1лУ
ФИГ 16
3 14
/ t r
/ I I-A
11// /
.. IV/ /
№7 / A
t/ / / / i
N // / .
XV/ / / TJ/L I
/ / /
. \\\\Л/
\ \Ж
¦ " \ \
/ / /
' / / /
41 1
// / // /
. \\k IV/ / Jill. _
IUJJ/ /-^JUJ I f
I / 1 I / / it T f ?
. ^// / X__^ \ / /
^Ml/J \ k Vх /У / \ / -
III \ \
I I I
/ / / ' / '
Л A S\ I
143 I 2 14
4-V
\ \
л л
ЛИГ T7
ФИГ.28
d"> 144
ФИГ.29
ФИГ.ЗО
(Т)ИГ 11
т Я- -1-Х . _/ J
141
ФИТ .33
ЕВРАЗИЙСКОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО
ЕАПВ/ОП-2
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42
Номер евразийской заявки: 201100089
Дата подачи: 24 января 2011 (24.01.2011) | Дата испрашиваемого приоритета: 25 января 2010 (25.01.2010)
Название изобретения: Объемная роторная машина
Заявитель:
ДИДИН Александр Владимирович
О" Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа) ? Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
F01С 3/06 (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, 20/00-20/26, F02B 53/00-53/14, F04C 2/00, 3/00-3/06, 9/00, 14/00-14/26
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
RU 2376478 С2 (ДИДИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ и др.) 20.12.2009, с. 5, 6, фиг. 1, 2
DE 964866 A (MAURICE PELLADEAU) 29.05.1957, формула, фиг. 1 -5
GB 790190 A (RECHERCHES ETUDES PRODUCTION R.E.P.) 05.02.1958, формула, фиг. 1, 2
US 826985 A (DANIEL APPEL) 24.07.1906, формула, фиг. 4-6
GB 403914 A (JAMES LEWIS KEMPTHORNE) 04.01.1934, формула, фиг. 13, 15 1-12
1-12 1-12
1-12 1-12
|^ [последующие документы указаны в продолжении графы В
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
* 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:
18 мая 2011 (18.05.2011)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
м1сква, Г-59, ГСП-5, Бережковская наб., ;337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо :
Т. Ф. Владимирова
Телефон № (495) 730-76-98