Роторная машина

Роторная машина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование1 в энергомашиностроении , тракторои автомобилестроении. Сущность изобретения: ротор эксцентрично установлен в корпусе с патрубками подвода и отвода рабочего тела. Разделительный элемент размещен с возможностью контакта с ротором в пазу корпуса с образованием рабочих камер. Разделительный элемент выполнен в виде пластины с роликом, закрепленным на ее конце, и контактирует с ротором. Патрубок отвода сообщен с полостью паза над пластиной с образованием дополнительной ступени сжатия. Машина выполнена из углерод-углероднбго композиционного материала, армирующий каркас к-рого выполнен в виде намотанных углеродных волокон, матрица - из пироуглерода. 1 з.п ф-лы, 2 ил.

1756636 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕспуБлик (я)5 F 04 С 18/356

Я

"Е!Я

Е«А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4746616/29

{22) 09.10.89

{46) 23.О8.92. Ьюл. Ь 31 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте им, адм, С.О,Макарова (72) Ю.В.Селезнев и А.П.Зубков (56) Авторское свидетельство СССР

Кт 1337554, кл, F О4 С 2/356, 1985.

{54) РОТОРНАЯ МАШИНА (57) Использование: B энергомэшиностроении; трактора- и автомобилестроении. Сущность изобретения: ротор эксцентрично установлен в корпусе с патрубками подвода

Изобретение относится к области двигателестроения, в именно к двигателям; компрессорам и насосам роторного тийа и может быть использовано в энергомашиностроении, тракторо- и автомобилестроении, тепловозо- и судостроении, в авиации и др. областях техники.

Известно много различных конструкций роторных машин, отличающихся режимами рабочих циклов, кинематическими особенностями, В то же время все известные конструкции роторных машин имеют ряд существенных недостатков. препятствующих их широкому применению, Общими недостатками известных конструкций роторных машин и двигателей являются плохое уплотнение границы между полостями низкого и высокого давления, сложность обеспечения качественного смесеобразования, охлаждения и смазки, Из-за указанных недостатков роторные машины имеют меньшую экономичность, более низкую надежи отвода рабочего тела, Разделительный элемент размещен с возможностью контакта с ротором в пазу корпуса с образованием рабочих камер. Разделительный элемент выполнен в виде пластины с роликом, за- крепленным на ее конце, и контактирует с ротором. Пэтрубок отвода сообщен с полостью паза над пластиной с образованием дополнительной ступени сжатия. Машина выполнена из углерод-углеродного композиционного материала, армирующий каркас к-рого выполнен в виде намотанных углеродных волокон, матрица — из пироуглеродэ. 1 з,п. ф-лы, 2 ил. ность по сравнению с поршневыми двигателями и машинами.

Наиболее близким к предложенной конструкции роторной машины по совокупности существенных признаков и функциональному назначению является роторная машина, содержащая корпус с патрубками подвода и отвода ра бочего тела, ротор, эксцентрично установленный в корпусе, и разделительный элемент, размещенный с возможностью контакта с ротором в пазу корпуса с образованием рабочих камер {А.С.

N 1337554, МКИ F 02 С 2/356)..

Известная конструкция роторной машины имеет ряд существенных недостатков, снижающих надежность, экономичность роторной машины: малые функциональные возможности, сложная конструкция ротора, низкий КПД из-за низкой герметичности между рабочими поверхностями ротора, корпуса и разделительного элемента, повы1756636 шенное трение разделительного элемента и ротора, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение КПД. 5

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемой роторной машине ротор выполнен в виде цилиндра и помещен в цилиндрический корпус таким образом, что ось вращения ротора смещена относи- 10 тельно его геометрической оси врашения.

Разделительный элемент — пластина — перемещается в-пазу корпуса, выполнен в виде пластины с роликом. Ролик прижимается к рабочей поверхности ротора за счет сил 15 давления газа в пространстве над пластиной.

В роторе устанавливаются графитовые уплотняющие пластины для предотвращения прорыва газа из полости нагнетания в 20 полость всасывания.

В предлагаемой роторной машине ротор, корпус, уплотняющий ролик выполняются из углерод-углеродного композиционного материала (УУКЧ), армирующий 25 каркас которого выполнен в виде намотанных углеродных волокон, а монолитная . матрица — иэ пйроуглерода. За счет повь)шенной термостойкости YYKM отпадает потребность в принудительной системе 30 охлаждения., высокие антифрикционные свойства УУКМ позволяют отказаться от жидкостной смазки, Низкий коэффициент теплового расширения позволяет зазоры между движущимися трущимися частями 35 сделать минимальными, что обеспечивает высокую герметичность, Н из к ий удел ь ; ый вес углерод-углеродного композиционного материала позволяет уменьшить вес ротор. ной машины более чем в пять раз. 40

На фиг. 1, 2 показана схема роторной машины (она может работать как одно- или двухступенчатый компрессор и кэк компрессорная или расширительная секция двигателя), включающая неподвижный корпус- 45 цилиндр 1; цилиндрический ротор 2 с уплотняющими графитовымл пластинами 3, укрепленный на валу 4; пластина 5 с уплотняющим роликом б; корпус пластины

7; крышки 8,, 9. В торцевых крышках 9 вы- 50 полнены впускные 10 и выпускные отверстия и перепускные каналы. Ротор 2 служит рабочим органом компрессора и одновременно выполняет функции устройства газораспределения. Г5

Работа роторной машины в компрессорном режиме осуществляется следующим образом. При вращении ротора он торцевыми поверхностями перекрывает и открывает впускные 10 и выпускные 11 отг -- верстия и каналы. Цллиндрическэя поверхность ротора контактирует с уплотняющим роликом пластины, сжимает и вытесняет рабочлй газ. При повороте по часовой стрелке (фиг. 1) открываются впускные отверстия 10 и порция рабочего газа заполняет полость между ротором, корпусом и пластиной. При втором обороте, после прохождения уплотняющими пластинами 3 ротора впускных отверстий, происходит сжатие и выпуск этой порции рабочего газа B выпускное отверстие 11 и перепускной канал из полости нагнетания через невозвратный клапан в нагнетательный коллектор. В полости всасывания в это время вновь происходит всасывание следующей порции рабочего газа, Для обеспечения силы давления на пластину для прижатия ее к цилиндрической поверхности ротора с целью обеспечения уплотнения между всасывающей и нагнетательной полостью (полостью высокого давления), последняя сообщается посредством перепускного канала с полостью над пластиной. Посредством выпускного отверстия она сообщается с потребителем. Таким образом в пространстве над пластиной находится газ, который является упругим элементом и прижимает пластину с уплотняющим роликом к ротору.

Предлагаемая роторная машина может работать кэк двухступенчатый компрессор следующим образом. При поьороте ротора

2 его торцевой поверхностью открывается впускное отверстие 10, 3 счет разрежения, образующегося в пространстве между ротором, корпусом и пластиной 5 при вращении ротора, в полость всасывается порция рабочего газа, При втором обороте в момент перекрывания торцевой поверхностью ротора впускного отверстия 10 начинается вытеснение поступившей порции рабочего газа в перепускной канал через выпускное отверстие

11, Перепускной канал сообщает полость нагнетания роторной секции с полостью над пластиной — второй ступенью сжатия. Второе (выходное) отверстие перепускного канала располагается не ниже уровня верхней кромки пластины в момент ее нахождения в крайнем нижнем положении, Оптимальное положение выходного отверстия перепускного канала по высоте зависит от требуемых параметров сжатия газа. Таким образом, при втором обороте ротора пластина 5 вначале перекрывает выходное отверстие перепускного канала 11 и затем открывает его, При закрытом выходном отверстии перепускного канала происходит сжатие газа в первой ступени (роторной), При открытии выходного отверстия газ за счет перепада

1756636 давления поступает в пространство над пластиной и при дальнейшем повороте сжимается в этом пространстве (вторая ступень компрессора), После сжатия во второй ступени газ поступает через выпускное отвер- 5 стие к потребителю.

Для повышения эффективности работы данной конструкции роторной машины как двухступенчатого компрессора необходимо применять известные конструкторские ре- 10 шения (аналогичные для других двух- и многоступенчатых поршневых компрессоров): применение в выпускном отверстии второй ступени и в выпускном отверстии первой ступени 11 клапанов, управляющих процес" 15 сом перепуска газа; применение охлаждения сжатого газа после первой ступени (охлаждение перепускного канала либо применение охладителя вместо него), Работа машины в режиме расширения 20 происходит в следующем порядке, Через отверстия 10 поступает газ от выносной камеры сгорания, который совершает работу расширения до открытия выпускных отвер- стий. При следующем обороте порция отра- 25 ботавшего газа выталкивается ротором в выпускные отверстия 11, Для создания четырехтактного двигателя необходимы две соединенные секции — компрессорная и расширительная, 30

Параметры процессов в роторной машине, время их начала и окончания могут : быть выбраны соответствующим расположением, формой, размерами ротора, впускных и выйускных отверстий и каналов, 35 .Изложенные особенности не встречаются в известных роторных машинах. Таким образом, заявленная конструкция соответствует критериям изобретения "новизна" по сравнению не только с прототипом, но и с 40 другими техническими решениями в области роторных машин, т.е, сравнительный анализ позволил выявить в предложенной конструкции признаки, отличающие заявленное решение от известных, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию

"существенные отличия".

Примером конкретного исполнения является роторно-пластинчатый компрессор из углерод-углеродистого композиционного материала, спроектированный и изготовленный в Научно-производственном центре при Николаевском кораблестроительном институте. Диаметр ротора 120 мм, диаметр корпуса 150 мм. Компрессор показал хорошую работоспособность и надежность.

Перспективной областью применения данной роторной машины является двигателестроение автомобильной и тракторной промышленности, а также компрессорост роение для различных областей техники.

Формула изобретения

1. Роторная машина, содержащая корпус с патрубками подвода и отвода рабочего тела, ротор, эксцентрично установленный в корпусе и разделительный элемент. размещенный с,возможностью контакта с ротором в пазу корпуса с образованием рабочих камер, отличающаяся тем; что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения КПД путем снижения трения и увеличения давления нагнетания, разделительный элемент выполнен в виде пластины с роликом. закрепленным на ее конце с возможностью контакта с ротором, а патрубок отвода рабочего тела сообщен с полостью паза над пластиной с образованием дополнительной ступени сжатия.

2. Машина по и. I, отличающаяся тем, что она выполнена из углерод-углеродного композиционного материала, армирующий каркас которого выполнен в виде намотанных углеродных волокон, а матрица— из пироуглерода.

1756636

1756636

Составитель Ю.Селезнев

Техред М,Моргентал Корректор д.долинич

Редактор А.3 робок

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3076 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по.изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 !3035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5