RU2082903C1

RU2082903C1 - Rotary machine

Info

Publication number: RU2082903C1
Application number: RU94028922A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Курочкин
Original assignee: Андрей Геннадьевич Курочкин
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1997-06-27
Also published as: RU94028922A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps and engines. SUBSTANCE: rotary machine has housing with cylindrical bore and working medium inlet and outlet channels, stator rings installed coaxially in housing. Rotor with diametrically profiled slots accommodating rods with separating plates on ends is also installed in housing. Plates can move radially in rotor slots to form working chambers in stator rings. Both ends of each rod are rigidly connected with adjacent plates. Inner surface of stator ring is made in form of polygon coaxial with stator ring outer surface with number of working faces equal to number of plates. Length of faces is made to satisfy the condition L>2E+T, where L - length of working face of polygon; E - eccentricity of rotor setting relative to stator ring; T - width of contact surface of plate radial end. Contact surface of radial end of plate is made at right angle to rod axis. Width of contact surface of plate radial end exceeds thickness of plate. Longitudinal slot is made in central portion of each contact surface of plate. Resilient sealing member in form of plate bent in cross section to arc of circumference is placed in longitudinal slot. Rotor and stator ring are mechanically connected by gear train with gear ratio 1:1. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в насосно- и двигателестроении. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in pumping and engine building.

Известны роторные машины, содержащие цилиндрический корпус, с концентрично установленным в подшипниках цилиндрическим статорным кольцом, внутри него с эксцентриситетом установлен цилиндрический ротор, радиальных пазах которого размещены подпружиненные пластины, касающиеся внутренней поверхности статорного кольца (DE, патент N 3315571, F 01 C 1/344, 1985). Known rotor machines containing a cylindrical housing, with a cylindrical stator ring concentrically mounted in bearings, a cylindrical rotor with eccentricity installed inside its radial grooves of which are spring-loaded plates touching the inner surface of the stator ring (DE, patent N 3315571, F 01 C 1/344 , 1985).

Недостатком этого решения являются высокие потери на трение пластин о статорное кольцо и ротор, большие утечки рабочей среды по гребням пластин из-за линейного контакта, а также большая удельная масса и радиальные габариты, диктуемые необходимостью ограничивать вылет пластин из пазов ротора по условиям заклинивания. The disadvantage of this solution is the high friction losses of the plates on the stator ring and the rotor, large leaks of the working medium along the plate ridges due to linear contact, as well as the large specific gravity and radial dimensions dictated by the need to limit the plate outflow from the rotor grooves according to jamming conditions.

Известна также роторная машина, у которой в пазах ротора дополнительно установлены цилиндрические стержни, имеющие на периферийных участках продольные пазы, в которых с возможностью радиального перемещения установлены подпружиненные пластины. (SU, N 1665047, F 01 C 1/344, 1991). A rotary machine is also known, in which cylindrical rods are additionally installed in the grooves of the rotor, having longitudinal grooves in peripheral sections, in which spring-loaded plates are mounted with the possibility of radial movement. (SU, N 1665047, F 01 C 1/344, 1991).

При этом решении снижаются потери на трение за счет снижения сил в паре пластика-ротор и уменьшаются радиальные размеры, поскольку нет необходимости ограничивать вылет пластин из пазов ротора. With this solution, friction losses are reduced by reducing the forces in the pair of plastic-rotor and the radial dimensions are reduced, since there is no need to limit the extension of the plates from the rotor grooves.

Задачей изобретения является устранение шума при работе роторной машины, локальных износов статорного кольца, снижение утечек рабочей среды и уменьшение потерь на трение. Технический результат достигается тем, что оба конца каждого стержня жестко соединены с прилегающими пластинами; а внутренняя поверхность статорного кольца выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней равным количеству пластин, при этом длина граней выполнена с условием:
L>2E + T,
где L длина рабочей грани многогранника;
E эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца;
T ширина контактной поверхности радиального конца пластины.The objective of the invention is to eliminate noise during operation of the rotor machine, local wear of the stator ring, reduce leakage of the working environment and reduce friction losses. The technical result is achieved by the fact that both ends of each rod are rigidly connected to adjacent plates; and the inner surface of the stator ring is made in the form of a polyhedron coaxial with its outer surface with the number of working faces equal to the number of plates, while the length of the faces is made with the condition:
L> 2E + T,
where L is the length of the working face of the polyhedron;
E the eccentricity of the installation of the rotor relative to the stator ring;
T is the width of the contact surface of the radial end of the plate.

Жесткое соединение стержня с пластинами приводит к реализации кинематически замкнутого механизма и исключению гистерезиса движения частей механизма, что исключает возможность ударов при перекладке стержней и сопутствующих им шумов и износов. Дополнительным эффектом является взаимное уравновешивание, через жесткое соединение со стержнем, центробежных сил от противолежащих пластин, что существенно снижает потери на трение, т.к. центробежные силы от пластин в прототипе создают наибольшую долю потерь на трение. Дополнительное снижение потерь на трение происходит из-за взаимной компенсации кориолисовой и инерционной сил с тангенциальной силой давления рабочей среды на пластины. A rigid connection of the rod with the plates leads to the implementation of a kinematically closed mechanism and the hysteresis of the movement of the parts of the mechanism is eliminated, which excludes the possibility of impacts when shifting the rods and the noise and wear associated with them. An additional effect is the mutual balancing, through a rigid connection with the rod, of centrifugal forces from opposing plates, which significantly reduces friction losses, because centrifugal forces from the plates in the prototype create the largest share of friction losses. An additional reduction in friction losses occurs due to the mutual compensation of the Coriolis and inertial forces with the tangential pressure force of the working medium on the plates.

Также тем, что контактная поверхность радиального конца пластины выполнена под прямым углом к оси стержня, что позволяет применять роторную машину в условиях эксплуатации, когда направление результирующей силы, приложенной к статорному кольцу, заведомо неизвестно или переменно. Also, the contact surface of the radial end of the plate is made at right angles to the axis of the rod, which allows the use of a rotary machine in operating conditions when the direction of the resulting force applied to the stator ring is obviously unknown or variable.

А также тем, что ширина контактной поверхности радиального конца пластины больше толщины пластины, что позволяет снизить потери на трение от сил, синхронизирующих вращение ротора и статорного кольца. And also the fact that the width of the contact surface of the radial end of the plate is greater than the thickness of the plate, which allows to reduce friction losses from forces synchronizing the rotation of the rotor and stator ring.

Дополнительно тем, что в центральной части каждой контактной поверхности пластины выполнен продольный паз, в который установлен упругий уплотнительный элемент, имеющий форму пластины, изогнутой в поперечном сечении, например, по дуге окружности, что позволяет снизить утечки рабочей среды. Additionally, in the central part of each contact surface of the plate, a longitudinal groove is made in which an elastic sealing element is installed, having the shape of a plate bent in cross section, for example, along an arc of a circle, thereby reducing leakage of the working medium.

И еще тем, что ротор и статорное кольцо кинематически соединены зубчатой передачей с передаточным отношением 1:1, что позволяет передавать или отбирать мощность со статорного кольца. And the fact that the rotor and the stator ring are kinematically connected by a gear transmission with a gear ratio of 1: 1, which allows you to transfer or select power from the stator ring.

На фиг. 1 изображена роторная машина, поперечный разрез; на фиг. 2 - участок контактной поверхности радиального конца пластины в увеличенном виде; на фиг. 3 схема сил, действующих в кинематическом механизме, в котором контактная поверхность радиального конца пластины выполнена под прямым углом к оси стержня; на фиг. 4 схема сил, действующих в кинематическом механизме, в котором контактная поверхность радиального конца пластины выполнена не под прямым углом к оси стержня. In FIG. 1 shows a rotary machine, a cross section; in FIG. 2 - enlarged view of the contact surface of the radial end of the plate; in FIG. 3 is a diagram of the forces acting in the kinematic mechanism in which the contact surface of the radial end of the plate is made at right angles to the axis of the rod; in FIG. 4 is a diagram of the forces acting in the kinematic mechanism in which the contact surface of the radial end of the plate is not made at right angles to the axis of the rod.

Роторная машина содержит корпус 1, концентрично установленное в нем с возможностью вращения статорное кольцо 2, эксцентрично размещенный в кольце 2 ротор 3 с радиальными пазами 4. В радиальных пазах 4 расположены пластины 5. В роторе 3 выполнены сквозные диаметральные профилированные пазы 6, в которые пропущены стержни 7, концы которых жестко соединены с прилегающими пластинами 5. Внутренняя поверхность статорного кольца 2 выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней 8, равным количеству пластин, при этом длина граней выполнена с условием: L>2E + T, где L длина рабочей грани многогранника; E эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца; T ширина контактной поверхности радиального конца пластины 9. Контактная поверхность 9 радиального конца пластины выполнена под прямым углом к оси стержня 7. Ширина контактной поверхности 9 радиального конца пластины больше толщины пластины 5. В центральной части каждой контактной поверхности 9 пластины 5 выполнен продольный паз 10, в который установлен упругий уплотнительный элемент 11, имеющий форму пластины, изогнутой в поперечном сечении, например, по дуге окружности. Ротор 3 и статорное кольцо 2 могут быть кинематически соединены зубчатой передачей с передаточным отношением 1:1. The rotor machine comprises a housing 1, a stator ring 2 mounted concentrically rotatably in it 2, a rotor 3 eccentrically placed in the ring 2 with radial grooves 4. In the radial grooves 4 there are plates 5. In the rotor 3 there are made through diametrically profiled grooves 6 into which are passed rods 7, the ends of which are rigidly connected to adjacent plates 5. The inner surface of the stator ring 2 is made in the form of a polyhedron coaxial with its outer surface with the number of working faces 8 equal to the number of plates, p and faces this length is adapted to the condition: L> 2E + T, where L the length of the working face of the polyhedron; E the eccentricity of the installation of the rotor relative to the stator ring; T is the width of the contact surface of the radial end of the plate 9. The contact surface 9 of the radial end of the plate is made at right angles to the axis of the rod 7. The width of the contact surface 9 of the radial end of the plate is greater than the thickness of the plate 5. A longitudinal groove 10 is made in the center of each contact surface 9 of the plate 5, into which an elastic sealing element 11 having the shape of a plate curved in cross section, for example, in an arc of a circle, is installed. The rotor 3 and the stator ring 2 can be kinematically connected by a gear transmission with a gear ratio of 1: 1.

При вращении ротора 3 боковые поверхности пазов 4 передают крутящий момент на пластины 5, попарно соединенные в одно целое стержнями 7. Пластины проходят во вращение и контактными поверхностями 9 давят на рабочие грани 8 статорного кольца 2, препятствующего вращению пластин (фиг. 3). На контактных поверхностях 9 противолежащих пластин 5 реализуется пара сил F_син, оси действия которых разнесены на величину, равную ширине контактной поверхности 9. Эта пара сил передает крутящий момент на статорное кольцо 2, которое начинает вращаться с угловой скоростью, равной угловой скорости ротора 3. При вращении пластины 5 начинают перемещаться вдоль рабочих граней 8, при большом вылете из пазов 4 опережая статорное кольцо, при малом вылете отставая от него. Таким образом реализуется относительное возвратно-поступательное движение каждой пластины 5 в пределах своей рабочей грани 8.When the rotor 3 rotates, the lateral surfaces of the grooves 4 transmit torque to the plates 5, connected in pairs by the rods 7. The plates pass into rotation and the contact surfaces 9 press on the working faces 8 of the stator ring 2, which prevents the rotation of the plates (Fig. 3). A pair of forces F _syn is realized on the contact surfaces 9 of the opposing plates 5, the axis of action of which is spaced apart by an amount equal to the width of the contact surface 9. This pair of forces transmits torque to the stator ring 2, which starts to rotate at an angular speed equal to the angular velocity of the rotor 3. When the rotation of the plate 5 begin to move along the working faces 8, with a large reach from the grooves 4 ahead of the stator ring, with a small reach, lagging behind it. Thus, the relative reciprocating movement of each plate 5 is realized within its working face 8.

При запуске роторной машины на контактных поверхностях 9 возникают синхронизирующие вращение силы F_син (фиг. 3), величина которых равна:
F_син 2•F_тр.ск.•R/Т/Z,
где F_тр.ск. сила трения в подшипнике статорного кольца;
R радиус приложения силы трения в подшипнике статорного кольца (радиус наружной поверхности статорного кольца 2);
T ширина контактной поверхности радиального конца пластины 9;
Z количество пластин 5.When you start the rotary machine on the contact surfaces 9 there are synchronizing the rotation of the force F _syn (Fig. 3), the value of which is equal to:
F _syn 2 • F _tr.s. • R / T / Z,
where F _tr.sk. friction force in the bearing of the stator ring;
R is the radius of application of the friction force in the bearing of the stator ring (radius of the outer surface of the stator ring 2);
T is the width of the contact surface of the radial end of the plate 9;
Z number of plates 5.

На практике момент, передаваемый на статорное кольцо 2, определяется шириной контактной поверхности, поэтому требуется ее увеличивать как только возможно по конструктивным соображениям. На установке УМД-12 при запуске F_син примерно равна силе трения, приложенной к статорному кольцу, что приводит к некоторому увеличению потерь на трение при запуске роторной машины.In practice, the moment transmitted to the stator ring 2 is determined by the width of the contact surface; therefore, it is necessary to increase it as soon as possible for structural reasons. At the UMD-12 installation, when starting F _{syn, it is} approximately equal to the friction force applied to the stator ring, which leads to some increase in friction losses when starting the rotor machine.

Однако в работе на пластину в радиальном направлении действуют центробежные силы F_c и гидро- или газостатические силы F_g, равнодействующая которых направлена в сторону наибольшего вылета пластины, где контактная поверхность 9 обгоняет статорное кольцо 2. Сила трения F_тр.лоп. пластины 5 о рабочую грань 8 всегда направлена по вращению статорного кольца 2. Эта сила по величине примерно равна равнодействующей силе торможения статорного кольца 2, складывающейся из двух составляющих: силы трения подшипника статорного кольца F_тр.ск. и гидро- или газостатической силы F_d, действующей непосредственно на статорное кольцо и препятствующей вращению в случае использования роторной машины в качестве двигателя. При использовании роторной машины в качестве насоса эта сила не возникает. Таким образом в работе статорное кольцо 2 приводится во вращение силой трения пластин 5 о статорное кольцо 2, а силы, дополнительно возникающие на контактных поверхностях 9, лишь синхронизируют вращение статорного кольца 2 относительно ротора 3. На практике, на оптимальных режимах работы, синхронизация осуществляется смещением оси приложения суммы сил F_c и F_g относительно оси пластины 5, а дополнительных синхронизирующих сил F_син не возникает. При выполнении контактной поверхности 9 не под прямым углом к оси стержня работа роторной машины остается прежней (фиг. 4), но пропадает возможность реверсировать направление вращения роторной машины. Однако повышается технологичность изготовления пластин.However, in the work on the plate in the radial direction, centrifugal forces F _c and hydro- or gas-static forces F _g act, the resultant of which is directed towards the largest projection of the plate, where the contact surface 9 overtakes the stator ring 2. Friction force F _tr.Lop. plate 5 about the working face 8 is always directed along the rotation of the stator ring 2. This force is approximately equal in magnitude to the resultant braking force of the stator ring 2, consisting of two components: the friction force of the stator ring bearing F _tr.s. and hydro- or gas-static force F _d acting directly on the stator ring and preventing rotation in the case of using a rotary machine as an engine. When using a rotary machine as a pump, this force does not occur. Thus, in operation, the stator ring 2 is driven into rotation by the friction force of the plates 5 about the stator ring 2, and the forces additionally arising on the contact surfaces 9 only synchronize the rotation of the stator ring 2 relative to the rotor 3. In practice, at optimal operating conditions, synchronization is performed by displacement the axis of application of the sum of the forces F _c and F _g relative to the axis of the plate 5, and additional synchronizing forces F _syn does not occur. When performing the contact surface 9 is not at right angles to the axis of the rod, the operation of the rotary machine remains the same (Fig. 4), but the ability to reverse the direction of rotation of the rotary machine disappears. However, the manufacturability of the plate is increased.

При выполнении в центральной части контактной поверхности 9 пластины 5 продольного паза 10, и установке в него упругого уплотнительного элемента 11 имеющего форму пластины, изогнутой в поперечном сечении, например, по дуге окружности, реализуется уплотнительное устройство, которое при минимальном усложнении конструкции, не занимая дополнительного объема, практически полностью исключает утечки рабочей среды по гребням пластин 5, являясь при этом практически безизносным уплотнением. Уплотнение происходит масляным клином реализуемым на переднем фронте упругого элемента при любом направлении движения пластины. При этом масляный клин предохраняет элемент 11 от непосредственного контакта с рабочей гранью 8 и устраняет все просветы, вызванные неточностью изготовления. When performing in the central part of the contact surface 9 of the plate 5 a longitudinal groove 10, and installing an elastic sealing element 11 having the shape of a plate bent in cross section, for example, along an arc of a circle, a sealing device is implemented that, while minimizing the complexity of the design, without additional volume, almost completely eliminates leakage of the working medium along the ridges of the plates 5, while being a virtually wear-free seal. Sealing occurs with an oil wedge implemented at the leading edge of the elastic element in any direction of movement of the plate. In this case, the oil wedge protects the element 11 from direct contact with the working face 8 and eliminates all gaps caused by manufacturing inaccuracies.

Если мощность снимается или подводится через статорное кольцо, возникает необходимость в соединении ротора и статорного кольца зубчатой передачей с передаточным отношением 1:1, через которую и будет происходить передача мощности. If the power is removed or supplied through the stator ring, there is a need to connect the rotor and stator ring with a gear transmission with a gear ratio of 1: 1, through which the power will be transmitted.

Жесткое соединение стержней с пластинами может быть выполнено различными способами: сваркой, пайкой, клеевым соединением. Стержни также могут быть выполнены за одно целое с пластинами. A rigid connection of the rods to the plates can be performed in various ways: welding, soldering, adhesive bonding. The rods can also be made in one piece with the plates.

Claims

1. A rotary machine, comprising a housing with a cylindrical bore and channels for supplying and discharging a working medium, a stator ring coaxially mounted in the housing, a rotor eccentrically mounted in the housing with diametrically profiled grooves and rods placed in them with dividing plates at the ends, with the possibility of radial movement in grooves of the rotor and formation of working chambers in the stator ring, characterized in that both ends of each rod are rigidly connected to adjacent plates, and the inner surface of the itator ring is made in the form of a polyhedron coaxial with its outer surface with the number of working faces equal to the number of plates, while the length of the faces is made with the condition
L> 2E + T,
where L is the length of the working face of the polyhedron;
E the eccentricity of the installation of the rotor relative to the stator ring;
T is the width of the contact surface of the radial end of the plate.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the contact surface of the radial end of the plate is made at right angles to the axis of the rod.

3. The machine according to claims 1 and 2, characterized in that the width of the contact surface of the radial end of the plate is greater than the thickness of the plate.

4. The machine according to claims 1 to 3, characterized in that a longitudinal groove is made in the central part of each contact surface of the plate, into which an elastic sealing element is installed, having the shape of a plate curved in cross section, for example along a circular arc.

5. The machine according to claims 1 to 4, characterized in that the rotor and stator ring are kinematically connected by a gear transmission with a gear ratio of 1 1.