РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС-КОМПРЕССОР

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС-КОМПРЕССОР


RU (11) 2096662 (13) C1

(51) 6 F04C2/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93006270/06 
(22) Дата подачи заявки: 1993.02.02 
(45) Опубликовано: 1997.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: FR, заявка, 2165283, кл. F 04 C 1/00, 1973. 
(71) Заявитель(и): Чикин Г.Г. 
(72) Автор(ы): Чикин Г.Г. 
(73) Патентообладатель(и): Чикин Герман Германович 

(54) РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС-КОМПРЕССОР 

Использование: в сельском хозяйстве, на предприятиях, например, в качестве прибора для накачивания шин или мойки автомобиля и т.п. Сущность изобретения: конструкция допускает два варианта монтажа в гидронасосном и компрессорном исполнениях. В данном устройстве применены сменные гильзы, клапанный штуцер и элемент очистки воздуха, внедрен фитильный способ смазки цилиндро-поршневой группы и т.д. Конструктивным переустройством достигнуто уменьшение внутренних гидравлических сопротивлений и бокового износа роторно-цилиндровых поверхностей за счет размещения смесительных объемов корпуса под углом друг к другу с направленностью проходящего через них потока к ротору со стороны увеличения объемов его камер и согласованием боковых сил всасывающих и вытесняемых ими потоков. Двухсторонняя работа поршней и двухкамерное строение ротора способствует малогабаритности и компактности корпуса, 9 з.п.ф., 10 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к насосо-компрессоростроению и может найти широкое применение в сельском хозяйстве, на предприятиях и т.п. например, в качестве прибора для накачивания шин или мойки автомобиля, может входить в приборы индивидуальных ингаляторов.

Из технической литературы известен роторно-поршневое нагнетальное устройство (см. Башта Т. М. " Самолетные гидравлические устройства", Москва, Оборонгиз, 1946, стр. 124-126)

Однако данное устройство малопроизводительное и не предусматривает унификации.

За ближайший аналог взят роторный гидронасосом, содержащий крышки, цилиндрический корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, размещенный в нем ротор с боковой камерой, в которой установлен бочкообразный поршень, взаимодействующий с эксцентриковым валом. По сравнению с ближайшим аналогом в изобретении изменена направленность смесительных объемов: в ближайшем аналоге смесительные объемы с всасывающим и нагнетательным штуцером размещены соосно по линии, проходящей через ротор, где разнонаправленностью потоков повышается сопротивление турбулентности с увеличением осевых нагрузок, то в изобретение движение потока по смесительным объемам направлено по вращению ротора за счет размещения объемов под углом это согласуется с боковым перемещением потока в камерах ротора.

Кроме того, предусмотренная в изобретении замена гильз и нагнетательного штуцера не допускает обратного выхода воздуха со стороны сжатия в роторные камеры до повышения в них давления сжатием. Именно согласованность упомянутых потоков и унифицированная работа является основной технической задачей данного изобретения. И кроме того, внедрение в схему фитильного способа смазки рабочих поверхностей, а так же введение дополнительных осевых опор и уплотнений обеспечивает устройству длительный моторесурс. Создание высоких давлений при двухсторонней работе поршневой пары способствует малогабаритности и компактности изготовления, что позволяет применять предложенное устройство в качестве прибора для накачивания шин или мойки автомашины, который заводы-изготовители могут включить в комплект инструмента. Благодаря этим же качествам, роторно-поршневой насос-компрессор может найти широкое применение в сельском хозяйстве, на предприятиях, в клиниках и быту.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что в роторно-поршневом, насосе-компрессоре, содержащем крышки, цилиндрический корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, размещенный в нем ротор с боковой камерой, в которой установлен бочкообразный поршень, взаимодействующий с эксцентриковым валом, согласно изобретению насос-компрессор снабжен дополнительным бочкообразным поршнем, установленным в дополнительной камере, при этом основная и дополнительная камеры расположены по бокам ротора под углом 90o друг относительно друга и разделены центральной стенкой с дисковым уплотнением, охватываемой дугообразными корпусными перемычками, в дисковом уплотнителе и крышках корпуса выполнены эксцентричные отверстия с возможностью взаимодействия с эксцентриковым валом, стенки корпуса в центральной части выполнены криволинейными и равны соответственно диаметру ротора и ширине его камер, между стенками корпуса и ротора образованы смесительные объемы, выполненные с наклонными со стороны крышек стенками и расположенные друг к другу под углом с возможностью огибания ротора проходящим через них со стороны увеличения камерных объемов потоком и согласования с боковыми силами потоков роторных камер, при этом на торцах наклонных стенок выполнены нарезные отверстия для соединения штуцеров, снабженных продолговатыми фланцами, а дугообразные перемычки выполнены вместе с запрессованной в корпус гильзой, контактирующей с боковыми кольцевыми звеньями ротора, выполненными съемными и соединенными с ним болтами с потайными коническими головками и установленными заподлицо с гильзой на соосных цилиндрическому корпусу дисковых выступах, размещенных на крышках и выполненных с эксцентричными, соосными валу отверстиями под его опорные концевые участки.

Кроме того, при использовании его в качестве насоса в гильзе по обе стороны перемычек выполнены окна, совпадающие с линиями стыковки роторных камер с криволинейными участками корпуса при использовании его в качестве компрессора, гильза со стороны нагнетательного смесительного объема корпуса выполнена с перепускными отверстиями у линии стыковки роторных камер с криволинейными участками корпуса со стороны вытеснения поршнями объемов, при этом штуцер со стороны перепускных отверстий снабжен шариковым клапаном, а со стороны всасывающего отверстия на корпусе установлен сетчатый фильтр коробчатой формы с матерчатой прослойкой.

Кроме того на внутренних поверхностях крышек по линиям окружного контакта ротора и корпуса выполнены канавки прямоугольного сечения, в которых размещены гибкие уплотнители круглого сечения.

Кроме того, на опорной втулке задней крышки напрессован воронкообразный корпус передаточного планетарного механизма с закрепленной внутри его большего диаметра коронной шестерней, при этом оси сателлитов размещены по краям диска-водила, с центральным граненым отверстием, установленным на граненый конец вала, а солнечная шестерня закреплена на граненом конце обращенного встречно соосного вала электромотора.

Кроме того, корпус планетарного механизма со стороны большего диаметра закрыт шайбообразной стенкой с возможностью уплотнения вала электромотора.

Кроме того, отверстие в коническом выступе крышки для концевого участка вала выполнено глухим, выходящим через дисковый опорный выступ, размещенный заподлицо в боковой кольцевой стенке ротора.

Кроме того, вал выполнен с центральным отверстием и сообщающимся с ним поперечными отверстиями, проходящими через утолщенную со стороны задней крышки его часть и эксцентрики, а в отверстиях закреплены фитили, при этом отверстия выполнены на рабочих стенках поршней для прохода масла к стенкам камер.

Кроме того, со стороны (плоских) рабочих поверхностей поршни выполнены с продольными пазами в угловых участках, в которых размещены уплотнительные пластинчатые элементы с внутренними уступами на концах для соединений с загнутыми концами углубленных в пазы параболических пластинчатых пружин.

Кроме того, граненый конец выходного вала ротора в граненый конец вала электромотора выполнены с возможностью соединения муфтой.

Изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 показан боковой разрез корпуса и гильзы, выполняющей насосные функции, с показом контурными стрелками кинематически криволинейного движения согласованных потоков от ротора и смесительных объемов. Пунктиром отмечена вторая (дальняя) камера ротора с поршнем, эксцентриком и направлением потоков указательными стрелками. Направление вращения показано на эксцентрике контурной стрелкой.

На фиг. 2 изображена гильза, предназначенная для насосных функций.

На фиг. 3 показан боковой разрез корпуса и гильзы, выполняющей компрессорные функции. Показан момент открытия ротором перепускного отверстия гильзы (перепускные отверстия здесь заменяют окна) ближней по чертежу камеры, где пунктиром обозначена та же камера в момент полного вытеснения поршнем сжатого воздуха и перекрытия отверстия.

На фиг. 4 изображена одна из кольцевых боковых (объемных) стенок ротора.

На фиг. 5 эта стенка, соединенная с ротором болтами с потайными коническими головками, отмечена пунктиром. Пунктиром так же отмечена глубина нарезной части болтов в конических стенках смесительных объемов корпуса.

На фиг. 6 изображена крышка корпуса с показом на внутренней стороне дискового опорного выступа (уплотнения) и окружной канавки.

На фиг. 7 изображен планетарный передаточный механизм с разрезом вала электродвигателя.

На фиг. 8 роторно-поршневой насос-компрессор показал в соединении с планетарным механизмом и электродвигателем, размещенных валами соосно. Пунктиром отмечены боковые стенки ротора и наклонные стенки смесительного объема корпуса.

На фиг. 9 изображен уплотнительный пластинчатый элемент с пружиной.

На фиг. 10 показано размещение уплотнительных элементов на поршне.

Цилиндрический корпус 1 фиг. 1 выполнен по схеме гидронасоса с коническими, расположенными друг к другу под углом смесительными объемами 2, которые направлены на сгибание потоком ротора 3 со стороны увеличения объемов его камер 4 и согласование с боковым перемещением в камерах с обеих сторон поршней 5 впускных-выпускных (центробежных) потоков. В цилиндрическую полость корпуса запасована сменная гильза 6, выполненная по ширине корпуса заодно с дугообразными перемычками 7, охватывающими ротор в плоскости центральной стенки и заостренными в направлении смесительных объемов. По бокам перемычки стенки гильзы выполнены с диаметрально противоположными окнами 8, совпадающими с контурами оснований смесительных объемов. Торцевые участки гильзы, аналогично центральному участку, выполнены кольцеобразными 9. По ширине концевых участков и внутреннему диаметру гильзы изготовлены кольцеобразные боковые (съемные) стенки 10 ротора с отверстиями 11 и коническими в них раззенковками для потайных конусообразных головок 12 болтов. Поскольку смесительные объемы, помимо наклонных стенок со стороны цилиндра, в данной конструкции имеют наклонные стенки 13 со стороны крышек 14 и нарезные, выполненные на торцах стенок отверстия 15, то крышки здесь о ограничены закрытием цилиндрического объема корпуса и одновременно выполнены с дисковыми опорными выступами 16 (уплотнителями) для боковых стенок ротора и кругообразными вокруг опор уплотнительными канавками 17 прямоугольного сечения для уплотнения ротора размещенными в канавках элементами круглого сечения, проходящими по контактным стыкам роторных стенок и гильзы. С наружной стороны передняя по фиг. 5 (левая по фиг.8) крышка имеет соосное смещенному валу коническое утолщение 18 с глухим отверстием 19 для концевого участка вала, выходящим через дисковый опорный выступ, а на опорную втулку 20 задней крышки запрессован малым диаметром воронкообразный корпус 21 планетарного передаточного механизма, в большом диаметре которого закреплена коронная шестерня 22, при этом водило 23, выполненное в виде диска, содержит три симметричных осевых выступа под шестернисателлиты 24 и установлено центровым граненым отверстием на граненом конце выходного вала 25, а солнечная шестерня 26 установлена граненым отверстием на граненом конце вала электромотора 27. На выходе корпус планетарного механизма герметизирован уплотнительной дисковой стенкой 28, имеющей центровое отверстие для прохода вала в зацепление с солнечной шестерней. Штуцеры 29 выполнены с продолговатыми пластинчатыми фланцами и отверстиями на их концах для соединения болтами 30 с торцами смесительных объемов через нарезные отверстия в наклонных их стенках: в схеме гидронасоса проходные сечения штуцеров выполнены соответственно выходным отверстиям смесительных объемов.

Конструкция корпуса по схеме компрессора (фиг.3) та же, что на фиг.1, однако гильза с нагнетательной стороны корпуса вместо окон выполнена у верхнего их контура (на стороне вытеснения объемов) и по сторонам дугообразной перемычки с перепускными отверстиями 31. Штуцер 32 с этой стороны корпуса имеет меньший диаметр и внутренний канал 33, суженный со стороны фланца отверстием 34, между которым и игольчатой поперечной шпилькой З5 запасован шариковый клапан 36 с возможностью осевого перемещения на этом участке канала.

С противоположного всасывающего смесительного объема корпуса штуцер снят, а впускное отверстие закрыто сетчатым воздухоочистителем 37 коробчатой формы, имеющим матерчатую прослойку (отмечено на фиг. 3 точечной штриховкой). Для постоянной смазки контактных рабочих поверхностей вал роторно-поршневого насоса-компрессора выполнен с центральным отверстием 38 и сообщенными с ним проходящими сквозь эксцентрики и утолщенную со стороны опорной втулки его часть поперечными отверстиями 39, при этом в отверстиях размещены фитили, выполненные из высокотемпературных волокон. Для смазки поверхностей роторных камер в стенках поршней выполнены отверстия 40.

Роторно-поршневой насос-компрессор смонтирован с планетарной передачей и электромотором на одной платформе 41, где электромотор установлен на резиновой подушке 42. В монтаже по компрессорной схеме из планетарной передачи может быть удалено водило-диск с сателлитами для повышения оборотистости ротора: соединение граненых концов валов насоса-компрессора и электродвигателя может быть втулочной муфтой с граненым отверстием. Поршни выполнены со стороны рабочих (плоских) поверхностей с продольными пазами 43, размещенными в угловых участках. В пазах размещены уплотнительные пластинчатые элементы 44, концы которых имеют внутренние уступы 45 для сцепных соединений с загнутыми концами углубленных в пазы параболических пластинчатых пружин 46.

Для компрессорного монтажа в комплекте должна быть сменная гильза, клапанный штуцер, соединительная муфта и коробчатый воздухоочиститель. На положении гидронасоса по фиг. 1, 5 и 8 перекачивание жидкости происходит следующим образом.

Через солнечную шестерню 26 и сцепленные с ней шестерни-сателлиты 24 вал электромотора 27 вращает диск-водило 23 в ту же сторону с трехкратным понижением передаточного числа, а водило приводит во вращение вал 25 гидронасоса. Поскольку в состоянии герметизации ближней по чертежу роторной камеры, обусловленной стыковкой ее углов с линиями границ контактных участков гильзы 6, эксцентрики устанавливаются по линии центров вала и ротора, то поршень 5 этой камеры находится в прижатом к стенке гильзы положении при полностью вытесненном объеме и полном объеме с противоположной стороны. Выходя из состояния герметизации, поршень со стороны верхней камеры (отмечено стрелками) начнет всасывать жидкость из правого смесительного объема 2 и одновременно вытеснять жидкость из нижней камеры в левый смесительный объем, а дальний поршень, проходящий в момент герметизации ближней камеры по центру ротора в поперечном направлении, продолжит всасывание жидкости из правого смесительного объема и вытеснение с другой стороны жидкости из камеры в левый смесительный объем (отмечено пунктиром). При этом перемещающийся по размещенным под углом штуцером общий поток жидкости согласуется в одном направлении с жидкостными потоками камер. Перемещение жидкости гидронасосами на высоту сопровождается большими нагрузками, в данном случае осевыми. В основном, боковые нагрузки вала приходятся на крышки 14, дисковые выступы которых предназначены для уменьшения выработки ротора. Разгруженность введением в конструкцию боковых стенок ротора уменьшит его боковой износ, повысит качество уплотнения в гильзе и увеличит срок службы роторно-поршневого механизма. В процессе работы залитое в воронкообразный корпус 21 масло разбрызгивается шестеренчатым механизмом, попадает на фитили, выходящие из поперечных отверстий конца вала 25, перемещается по центральному отверстию 38 и поперечным отверстиям 39 вала к поверхностям эксцентриков и глухому отверстию 19 конического утолщения 19 передней крышки, смазывая их и дисковые выступы 16 крышек тонким слоем. Через отверстия 40 в стенках поршней масло через контактные зазоры попадает на рабочие поверхности роторных камер.

Перевод механизмов заявленного устройства на компрессорную работу происходит заменой гильзы 6 (фиг.3) и штуцеров 29 на клапанный 32 со стороны нагнетательного смесительного объема и воздухоочиститель 37 со стороны всасывающего смесительного объема, а также соединением напрямую валов компрессора и электромотора муфтой. Поскольку сменная гильза в компрессорном варианте не имеет со стороны нагнетательного объема окон, то при той же кинематической схеме работы механизмов между поршнями и стенкой гильзы с упомянутой стороны происходит сжатие воздуха в уменьшающихся объемах камер с выпуском его в сжатом состоянии в смесительный объем в момент открытия окружными стенками ротора перепускных на гильзе отверстий 31. Из смесительного объема сжатый воздух перемещается через суженное отверстие 34 во внутренний канал 33 штуцера 32: шариковый клапан 36 при этом сместится воздушным потоком к поперечной опорной шпильке 35. В процессе работы выработка сжатого воздуха, равно как и его всасывание, происходит в данном двухкамерном роторе при двухсторонней работе его поршней непрерывно и равномерно. В процессе износа рабочих поверхностей между поршнями и стенками роторных камер возникают зазоры, которые будут устраняться выдвижением с помощью пружин 46 пластинчатых элементов 44 из пазов 43 поршня 5. 

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Роторно-поршневой насос-компрессор, содержащий крышки, цилиндрический корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, размещенный в нем ротор с боковой камерой, в которой установлен бочкообразный поршень, взаимодействующий с эксцентриковым валом, отличающийся тем, что насос-компрессор снабжен дополнительным бочкообразным поршнем, установленным в дополнительной камере, при этом основная и дополнительные камеры расположены по бокам ротора под углом 90o друг относительно друга и разделены центральной стенкой с дисковым уплотнителем, охватываемой дугообразными корпусными перемычками, в дисковом уплотнителе и крышках корпуса выполнены эксцентричные отверстия с возможностью взаимодействия с эксцентриковым валом, стенки корпуса в центральной части выполнены криволинейными и равны соответственно диаметру ротора и ширине его камер, между стенками корпуса и ротора образованы смесительные объемы, выполненные с наклонными со стороны крышек стенками и расположенные друг к другу под углом с возможностью огибания ротора проходящим через них со стороны увеличения камерных объемов потоком и согласования с боковыми силами потоков роторных камер, при этом на торцах наклонных стенок выполнены нарезные отверстия для соединения штуцеров, снабженных продолговатыми фланцами, а дугообразные перемычки выполнены вместе с запрессованной в корпусе гильзой, контактирующей с боковыми кольцевыми звеньями ротора, выполненными съемными и соединенными с ним болтами с потайными коническими головками и установленными заподлицо с гильзой на соосных с цилиндрическим корпусом дисковых выступах, размещенных на крышках и выполненных с эксцентричными, соосными с валом отверстиями под его опорные концевые участки.

2. Насос-компрессор по п.1, отличающийся тем, что при использовании его в качестве насоса в гильзе по обе стороны перемычек выполнены окна, совпадающие с линиями стыковки роторных камер с криволинейными участками корпуса.

3. Насос-компрессор по п.1, отличающийся тем, что при использовании его в качестве компрессора гильза со стороны нагнетательного смесительного объема корпуса выполнена с перепускными отверстиями линии стыковки роторных камер с криволинейными участками корпуса со стороны вытеснения поршнями объемов, при этом штуцер со стороны перепускных отверстий снабжен шариковым клапаном, а со стороны всасывающего отверстия на корпусе установлен сетчатый фильтр коробчатой формы с матерчатой прослойкой.

4. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что на внутренних поверхностях по линиям окружного контакта ротора и корпуса выполнены канавки прямоугольного сечения, в которых размещены гибкие уплотнители круглого сечения.

5. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что на опорной втулке задней крышки напрессован воронкообразный корпус передаточного планетарного механизма с закрепленной внутри его большего диаметра коронной шестерней, при этом оси сателлитов размещены по краям диска-водила, с центральным граненым отверстием, установленным на граненый конец вала, а солнечная шестерня закреплена на граненом конце обращенного встречно соосному вала электромотора.

6. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что корпус планетарного механизма со стороны большего диаметра закрыт шайбообразной стенкой с возможностью уплотнения вала электромотора.

7. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что отверстие в коническом выступе крышки для концевого участка вала выполнено глухим, выходящим через дисковый опорный выступ, размещенный заподлицо в боковой кольцевой стенке ротора.

8. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что вал выполнен с центральным отверстием и сообщающимися с ним поперечными отверстиями, проходящими через утолщенную со стороны задней крышки его часть и эксцентрики, а в отверстиях закреплены фитили, при этом отверстия выполнены на рабочих стенках поршней для прохода масла к стенкам камер.

9. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что со стороны плоских рабочих поверхностей поршни выполнены с продольными пазами в угловых участках, в которых размещены уплотнительные пластинчатые элементы с внутренними уступами на концах для соединений с загнутыми концами углубленных в пазы параболических пластинчатых пружин.

10. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что граненый конец выходного вала ротора и граненый конец вала электромотора выполнены с возможностью соединения муфтой.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru