RU2014505C1

RU2014505C1 - Rotary machine

Info

Publication number: RU2014505C1
Authority: RU
Inventors: А.Э. Чамьян; М.Г. Миклашевский; А.А. Баринов; В.Б. Макаров
Original assignee: Чамьян Арамис Эдуардович
Priority date: 1990-12-06
Filing date: 1990-12-06
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: manufacture of engines, pumps and compressors. SUBSTANCE: arranged in the housing is stator ring with profiled inner surface. Mounted in the stator ring on the shaft is rotor with slots which receive separating plates which are convex on side of ring. Plates are mounted for reciprocating the precompressing chambers under them and working chamber in the ring. Each plate is provided with through passage along the longitudinal axis of symmetry; this through passage brings the chamber under plate in communication with working chamber. Lateral walls of each slot are made at acute angle which is between 5 to 28 deg. relative to radial direction. Groove on the convex side of plate is in communication with through passage. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к двигателе-, насосно- и компрессоростроению и может быть использовано в качестве насосов, вакуум-насосов, компрессоров и двигателей холодильных машин, медицинской и бытовой техники. The invention relates to engine, pump and compressor engineering and can be used as pumps, vacuum pumps, compressors and engines of refrigeration machines, medical and household appliances.

Известен ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус с двумя торцевыми крышками, размещенное в корпусе статорное кольцо с профилированной внутренней поверхностью, концентрично установленный в статорном кольце на валу ротор с пазами, в которых размещены разделительные пластины, выпуклые со стороны корпуса, с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под разделительными пластинами полостей и в кольце рабочих камер, и каналы подвода и отвода рабочей среды, на торцевых поверхностях торцевых крышек выполнены две кольцевые выемки. Known rotary vane compressor comprising a housing with two end caps, a stator ring with a profiled inner surface located in the housing, concentrically mounted in the stator ring on the shaft of the rotor with grooves in which there are separation plates convex from the side of the housing, with the possibility of reciprocating displacement and formation of cavities under the dividing plates and in the ring of the working chambers, and channels for supplying and discharging the working medium, on the end surfaces of the end caps two annular recesses are not provided.

Недостатками известного компрессора является высокое энергопотребление и недостаточный ресурс работы. Эти недостатки обусловлены тем, что уплотнение между рабочими камерами осуществляется разделительными пластинами, скользящими по внутренней профилированной поверхности статорного кольца. Для уменьшения перетекания разделительные пластины должны быть хорошо прижаты к внутренней профилированной поверхности во всем диапазоне углов поворота ротора с недопустимостью ее отрыва от поверхности. Однако сильное прижатие повышает момент трения разделительных пластин о поверхность и, следовательно, увеличивает потери на трение и приводит к интенсивному износу внутренней профильной поверхности статорного кольца и разделительных пластин. The disadvantages of the known compressor is high power consumption and insufficient resource. These disadvantages are due to the fact that the seal between the working chambers is carried out by dividing plates sliding on the inner profiled surface of the stator ring. To reduce overflow, the separation plates should be well pressed to the internal profiled surface in the entire range of rotor rotation angles with the inadmissibility of its separation from the surface. However, a strong pressing increases the friction moment of the separation plates on the surface and, consequently, increases the friction losses and leads to intensive wear of the inner profile surface of the stator ring and separation plates.

Известен ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус с двумя торцевыми крышками, размещенное в корпусе статорное кольцо с профилированной внутренней поверхностью, концентрично установленный в статорном кольце на валу ротор с пазами, в которых размещены разделительные пластины, выпуклые со стороны корпуса, с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под разделительными пластинами полостей и в кольце рабочих камер, и каналы подвода и отвода рабочей среды. Known rotary vane compressor, comprising a housing with two end caps, a stator ring with a profiled inner surface located in the housing, concentrically mounted in the stator ring on the shaft of a rotor with grooves in which separation plates are convex from the side of the housing, with the possibility of reciprocating movement and formation under the dividing plates of the cavities and in the ring of the working chambers, and channels for supplying and discharging the working medium.

Недостатками известного компрессора является высокое энергопотребление и малый ресурс работы. Эти недостатки обусловлены тем, что для безотрывного движения разделительных пластин по профилированной внутренней поверхности статорного кольца с помощью создания усилия прижатия, равного постоянной центробежной силе, действующей на разделительные пластины, подбор материала для разделительных пластин с высокой удельной плотностью (например, из вольфрама) является неоптимальным, т.к. на большей части угла поворота ротора не требуются такие усилия прижима. Это увеличивает потери на трение и снижает ресурс работы компрессора. The disadvantages of the known compressor is high power consumption and low resource. These disadvantages are due to the fact that for the continuous motion of the separation plates along the profiled inner surface of the stator ring by creating a pressing force equal to the constant centrifugal force acting on the separation plates, the selection of material for separation plates with a high specific density (for example, from tungsten) is not optimal because on most of the angle of rotation of the rotor such clamping forces are not required. This increases the friction loss and reduces the life of the compressor.

Целью изобретения является повышение КПД ротационной машины за счет уменьшения потерь на трение разделительных пластин по профилированной внутренней поверхности статорного кольца, увеличение ресурса работы за счет снижения износа разделительных пластин и профилированной внутренней поверхности статорного кольца. The aim of the invention is to increase the efficiency of the rotary machine by reducing friction losses of the separation plates along the profiled inner surface of the stator ring, to increase the service life by reducing wear on the separation plates and the shaped inner surface of the stator ring.

Это достигается за счет того, что в ротационной машине, содержащей корпус, размещенное в нем статорное кольцо с профилированной внутренней поверхностью и торцевыми крышками, концентрично установленный в статорном кольце на валу ротор с пазами, в которых размещены выпуклые со стороны корпуса разделительные пластины, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под пластинами полостей поджима, а в кольце-рабочих камер, и каналы подвода и отвода рабочей среды, в каждой разделительной пластине вдоль продольной оси симметрии выполнен сквозной канал, сообщающий полость под пластиной с рабочей камерой, а боковые стенки каждого паза выполнены под острым углом α, который находится в диапазоне α= 5-28^о к радиальному направлению; на выпуклой стороне каждой разделительной пластины выполнена выемка, сообщенная со сквозным каналом.This is achieved due to the fact that in a rotary machine containing a housing, a stator ring with a profiled inner surface and end caps placed in it, a rotor with grooves concentrically mounted in the stator ring on the shaft, in which there are spacer plates convex from the side of the housing, installed with the possibility of reciprocating movement and the formation of pressing cavities under the plates, and in the ring of working chambers, and channels for supplying and discharging the working medium, in each separation plate along the longitudinal axis of symmetry is formed a through channel communicating a cavity underneath the plate to the working chamber, and the side walls of each groove formed at an acute angle α, which is within the range ^of α = 5-28 to the radial direction; on the convex side of each dividing plate there is a recess communicated with the through channel.

На фиг. 1 изображен продольный разрез ротационной машины; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез разделительной пластины; на фиг. 4 - график усилий отрыва, действующих на разделительную пластину; на фиг. 5 - схемы взаимодействия разделительных пластин с профилированной внутренней поверхностью статорного кольца; на фиг. 6 - расчетная схема для определения угла α. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a rotary machine; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a cross section of a separation plate; in FIG. 4 is a graph of peel forces acting on a separation plate; in FIG. 5 is a diagram of the interaction of the separation plates with the profiled inner surface of the stator ring; in FIG. 6 is a design diagram for determining the angle α.

Ротационная машина содержит корпус 1, размещенное в нем статорное кольцо 2 с профилированной внутренней поверхностью 3 и торцевыми крышками 4 и 5, концентрично установленный в статорном кольце 2 на валу 6 ротор 7 с пазами 8, боковые стенки которых выполнены под острым углом α, который находится в диапазоне α = 5-28^о к радиальному направлению. В пазах 8 размещены выпуклые со стороны корпуса 1 разделительные пластины 9, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под разделительными пластинами 9 полостей 10 поджима и в статорном кольце 2 рабочих камер 11, и каналы 12 и 13 подвода и отвода рабочей среды. В каждой из разделительных пластин 9 выполнены сквозные каналы 14, соединяющие соответствующие рабочие камеры 11 с полостями 10 поджима под разделительными пластинами 9. В торцевых крышках 5 и 4 выполнены каналы 15 для подачи смазывающей жидкости. На выпуклой стороне каждой из разделительных пластин 9 могут быть выполнены выемки 16, соединенные с соответствующими сквозными каналами 14. Профилированная внутренняя поверхность 3 статорного кольца 2 может быть выполнена различной конфигурации, например, эллиптической или в виде четырех соединенных и попарно равных между собой дуг окружностей с различными радиусами кривизны.The rotary machine comprises a housing 1, a stator ring 2 located therein with a profiled inner surface 3 and end caps 4 and 5, concentrically mounted in the stator ring 2 on the shaft 6, a rotor 7 with grooves 8, the side walls of which are made at an acute angle α, which is in the range α = 5-28 ^about to the radial direction. In the grooves 8 there are placed dividing plates 9, convex from the side of the housing 1, mounted with the possibility of reciprocating movement and the formation under the dividing plates 9 of the cavities 10 of the prepress and in the stator ring 2 of the working chambers 11, and the channels 12 and 13 for supplying and discharging the working medium. In each of the dividing plates 9, through channels 14 are made connecting the corresponding working chambers 11 with the pressing cavities 10 under the dividing plates 9. In the end caps 5 and 4, channels 15 for supplying a lubricating fluid are made. On the convex side of each of the dividing plates 9, recesses 16 can be made, connected to the corresponding through channels 14. The profiled inner surface 3 of the stator ring 2 can be made of various configurations, for example, elliptical or in the form of four connected and pairwise equal arcs of circles with different radii of curvature.

Ротационная машина в качестве компрессора работает следующим образом. Rotary machine as a compressor operates as follows.

При вращении ротора 7 разделительные пластины 9 под действием центробежных сил и сил газодинамического давления в полостях 10 поджима под разделительными пластинами 9 и на их выпуклых поверхностях выдвигаются из пазов 8, прижимаются к профилированной внутренней поверхности 3 статорного кольца 2 и скользят по внутренней профилированной поверхности 3 статорного кольца 2. При этом изменяются объемы рабочих камер 11 и происходит процесс сжатия и перемещения рабочей среды от каналов 12 подвода и каналам 13 отвода рабочей среды... Каждая разделительная пластина 9 выпуклой поверхностью скользит по профилированной внутренней поверхности 3 и линия контакта разделительной пластины 9 с профилированной внутренней поверхностью 3 меняется в зависимости от угла поворота ротора 7. When the rotor 7 rotates, the separation plates 9 under the action of centrifugal and gas-dynamic forces in the compression cavities 10 under the separation plates 9 and on their convex surfaces extend from the grooves 8, press against the profiled inner surface 3 of the stator ring 2 and slide along the inner profiled surface 3 of the stator rings 2. At the same time, the volumes of the working chambers 11 change and the process of compression and displacement of the working medium from the supply channels 12 and the working medium removal channels 13 takes place ... Each separator the null plate 9 with a convex surface slides along the profiled inner surface 3 and the contact line of the dividing plate 9 with the profiled inner surface 3 changes depending on the angle of rotation of the rotor 7.

При движении разделительной пластины 9 по расширяющейся части профилированной внутренней поверхности 3 (при подводе рабочей среды) линия контакта находится слева от продольной оси симметрии разделительной пластины 9, полость 10 поджима под разделительной пластиной 9 соединена с частью рабочей камеры перед разделительной пластиной 9 и усилие прижатия разделительной пластины 9 пропорционально давлению в этой части рабочей камеры. When the separation plate 9 moves along the expanding part of the profiled inner surface 3 (when supplying the working medium), the contact line is to the left of the longitudinal axis of symmetry of the separation plate 9, the pressing cavity 10 under the separation plate 9 is connected to the part of the working chamber in front of the separation plate 9 and the pressing force of the separation plates 9 are proportional to the pressure in this part of the working chamber.

При повороте разделительной пластины 9 на угол перехода φ_п, соответствующий максимальному значению усилий отрыва, и далее при движении разделительной пластины 9 по сужающейся части профильной внутренней поверхности 3 происходит отсоединение полости 10 поджима под разделительной пластиной 9 от части рабочей камеры 11 перед разделительной пластиной 9 и соединение с частью рабочей камеры 11 за разделительной пластиной 9. При этом за счет резкого падения давления происходит ослабление усилий прижима разделительной пластины 9 до величины, соответствующей усилиям отрыва, что позволяет снизить потери от чрезмерных усилий прижима.When the dividing plate 9 is rotated by a transition angle φ _p corresponding to the maximum value of the separation forces, and then, when the dividing plate 9 moves along the tapering part of the profile inner surface 3, the pressing cavity 10 is disconnected under the dividing plate 9 from the part of the working chamber 11 in front of the dividing plate 9 and the connection with the part of the working chamber 11 behind the separation plate 9. In this case, due to a sharp drop in pressure, the pressing forces of the separation plate 9 are weakened to a value corresponding to corresponding to separation forces, which allows to reduce losses from excessive pressing forces.

Таким образом при движении разделительной пластины 9 по профилированной внутренней поверхности 3 благодаря сквозному каналу 14 в полости 10 поджима под разделительной пластиной 9 давление соответствует давлению в рабочей камере 11 и усилия отрыва разделительной пластины 9 будут соответствовать усилиям прижатия разделительной пластины 9. Thus, when the separation plate 9 moves along the profiled inner surface 3 due to the through channel 14 in the pressing cavity 10 under the separation plate 9, the pressure corresponds to the pressure in the working chamber 11 and the separation forces of the separation plate 9 will correspond to the pressing forces of the separation plate 9.

В полости 10 поджима под разделительными пластинами 9 по каналу 15 может подаваться смазывающая жидкость и по сквозному каналу 14 в рабочую камеру 11 в место контакта разделительной пластины 9 с профилированной внутренней поверхностью 3, создавая жидкую пленку, и, как следствие, снижая потери на трение, улучшая уплотнение и уменьшая износ. In the pressing cavity 10 under the dividing plates 9, a lubricant can be supplied through the channel 15 and through the through channel 14 to the working chamber 11 at the contact point of the dividing plate 9 with the profiled inner surface 3, creating a liquid film, and, as a result, reducing friction losses, improving compaction and reducing wear.

Выполнение выемки 16 на выпуклой стороне разделительной пластины 9 обеспечивает лучшее удержание пленки смазывающей жидкости. The recess 16 on the convex side of the separation plate 9 provides better retention of the film of lubricating fluid.

Величина угла α наклона боковых стенок паза к радиальному направлению для профилированной внутренней поверхности статорного кольца, выполненной в виде четырех соединенных и попарно равных между собой дуг окружностей, определяется из соотношения
α= arctg

, (1) где ε - величина смещения центров дуг вдоль большой оси симметрии кольца относительно центра ротора;
d_ц - расстояние от центра ротора до центра полости поджима под разделительной пластиной;
φ_п - угол перехода, соответствующий максимальному значению усилий отрыва разделительной пластины;
ε=

, (2) где Н - величина наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора;
R - радиус кривизны двух дуг образующих часть профилированной внутренней поверхности статорного кольца;
2 φ_э - центральный угол, на который опираются дуги радиусом R (16^о≅ 2φ_э≅ 46^о).The value of the angle α of the inclination of the side walls of the groove to the radial direction for the profiled inner surface of the stator ring, made in the form of four connected and pairwise equal arcs of circles, is determined from the ratio
α = arctg

, (1) where ε is the displacement of the centers of arcs along the major axis of symmetry of the ring relative to the center of the rotor;
d _c - the distance from the center of the rotor to the center of the compression cavity under the separation plate;
φ _p - transition angle corresponding to the maximum value of the separation forces of the separation plate;
ε =

, (2) where H is the value of the largest departure of the separation plate from the groove of the rotor;
R is the radius of curvature of the two arcs forming part of the profiled inner surface of the stator ring;
2 φ _e is the central angle on which arcs of radius R rest (16 ^о ≅ 2φ _э ≅ 46 ^о ).

Для ротационно-пластинчатого компрессора, создающего давление нагнетания р_н = 6 атм и имеющего следующие значения параметров: H = 0,002 м; R = 0,02 м; 2 φ_э = 15^о; d_ц = 0,01 м.For a rotary vane compressor creating a discharge pressure p _n = 6 atm and having the following parameter values: H = 0.002 m; R = 0.02 m; 2 φ _e = 15 ^o ; d _c = 0.01 m

по формуле (2) получают
ε = 0,0025 м.according to the formula (2) get
ε = 0.0025 m.

Угол перехода φ_п определяют по графику (фиг. 4) для давления нагнетания р_н = 6 атм - φ_п = 120^о
Подставляя эти значения в формулу (1), определяют угол
α = 9^о
В случае выполнения профилированной внутренней поверхности статорного кольца в виде эллипса угол α наклона боковых стенок каждого паза к радиальному направлению определяется по тем же соотношениям, т.к. погрешность в определении угла мала и составляет величину до 3%.The transition angle φ _p is determined according to the schedule (Fig. 4) for the discharge pressure p _n = 6 atm - φ _p = 120 ^o
Substituting these values in the formula (1), determine the angle
α = 9 ^about
If the profiled inner surface of the stator ring is made in the form of an ellipse, the angle α of the inclination of the side walls of each groove to the radial direction is determined by the same relations, because the error in determining the angle is small and amounts to 3%.

Claims

1. ROTARY MACHINE, comprising a housing, a stator ring placed therein with a profiled inner surface and end caps, a rotor with grooves concentrically mounted in the stator ring on the shaft, with grooves in which there are separation plates convex on the ring side, mounted with the possibility of reciprocating movement and the formation of pressing cavities under the plates, and in the ring - working chambers, and channels for supplying and discharging the working medium, characterized in that, in order to increase the efficiency and resource of work, in each section The through plate along the longitudinal axis of symmetry has a through channel communicating the cavity under the plate with the working chamber, and the side walls of each groove are made at an acute angle α, which is in the range α = 5–28 ^° to the radial direction.

2. The machine according to claim 1, characterized in that on the convex side of each dividing plate there is a recess communicated with the through channel.