RU2640886C1 - Volumetric action rotary-piston hybrid machine - Google Patents

Volumetric action rotary-piston hybrid machine Download PDF

Info

Publication number
RU2640886C1
RU2640886C1 RU2016134559A RU2016134559A RU2640886C1 RU 2640886 C1 RU2640886 C1 RU 2640886C1 RU 2016134559 A RU2016134559 A RU 2016134559A RU 2016134559 A RU2016134559 A RU 2016134559A RU 2640886 C1 RU2640886 C1 RU 2640886C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
rotor
suction
valve
main rotor
Prior art date
Application number
RU2016134559A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Евгеньевич Щерба
Александр Валерьевич Григорьев
Александр Павлович Болштянский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Priority to RU2016134559A priority Critical patent/RU2640886C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2640886C1 publication Critical patent/RU2640886C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering.SUBSTANCE: machine consists of a body 1 with cylinders 2, 3, with rotors 10, 11, with projections 12, 13 which are driven by shafts 4, 6, synchronized by toothing 7, 8, 9 and a rotor 17 with recess 18. In the cylinders there are suction ports 27, 29 and pressure valves 29, 30. The shaft 4 has a crank 33 with rods 34, 46, on which the pistons 35, 47 are pivotally mounted in cylinders 32, 36 with valves 37, 40, 48, 49. In the cylinder 36 there are bypass channels 43 and 45. Channel 43 has a spool 44 protruding into the cavity of the cylinder 36. The suction port 27 and the valve 37 are connected by a suction line 39 to a source of liquid 38. The valves 29, 40 are connected by a pressure line 41 to consumer of liquid 42. The valve 30 is connected by the pressure line 50 to heat exchanger 51 which is connected to the cylinder 32 via the valve 48. The valve 49 is connected by the pressure line 52 to gas consumer 53.EFFECT: increased specific power of the machine, extended field of application, higher specific power, reduced material usage and reduced cost of compressed gas and liquid under pressure.3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетических машин объемного действия и может быть использовано пи создании высокоэффективных источников энергии для одновременного питания пневматического и гидравлического оборудования.The invention relates to the field of volumetric energy machines and can be used to create highly efficient energy sources for simultaneously supplying pneumatic and hydraulic equipment.

Известна роторная машина объемного действия, содержащая всасывающее окно и нагнетательный клапан, рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, но крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, причем основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, а плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, а торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора (см. RU 11211 U1, 10.12.2011).Known rotary machine volumetric action, containing a suction window and a discharge valve, a working cylinder with a main rotor placed therein having, but at least one protrusion, the radius of which is equal to the radius of the cylinder, and an auxiliary rotor having a cavity for accommodating the protrusion of the main rotor moreover, both rotors have a kinematic connection that ensures their synchronous rotation, and the main and auxiliary rotors are placed in such a way that their axes are crossed, and the plane of rotation of the auxiliary rotor n is at an angle of 90 ° to the plane of rotation of the main rotor, and the end surface of the auxiliary rotor facing the cylinder is located relative to the axis of rotation of the main rotor at a distance equal to the radius of the main rotor (see RU 11211 U1, 10.12.2011).

Известна также роторная машина объемного действия, содержащая всасывающее окно и нагнетательный клапан, соединенные соответственно с линией всасывания и нагнетания жидкости, рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, а основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, и плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, причем торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, и параллельно плоскости вращения основного ротора установлен дополнительный ротор, размещенный в дополнительном цилиндре с торцовыми стенками, всасывающим окном и нагнетательным клапаном и кинематически связанный с основным ротором, причем выступ дополнительного ротора ориентирован но отношению к выступу основного ротора под углом 180°, и основной ротор приводится во вращение приводным валом (см. RU 2520774 C1, 27.06.2014).A volumetric rotary machine is also known, comprising a suction window and a discharge valve, respectively connected to a liquid suction and discharge line, a working cylinder with a main rotor located therein, having at least one protrusion, the radius of which is equal to the radius of the cylinder, and an auxiliary rotor having a cavity for accommodating the protrusion of the main rotor in it, both rotors having a kinematic connection that ensures their synchronous rotation, and the main and auxiliary rotors are placed in such a way that their axes are crossed, and the rotation plane of the auxiliary rotor is at an angle of 90 ° to the plane of rotation of the main rotor, and the end surface of the auxiliary rotor facing the cylinder is located relative to the axis of rotation of the main rotor at a distance equal to the radius of the main rotor, and parallel to the plane of rotation the main rotor has an additional rotor installed in an additional cylinder with end walls, a suction window and a discharge valve and kinematically connected with new rotor, and the protrusion of the additional rotor is oriented relative to the protrusion of the main rotor at an angle of 180 °, and the main rotor is driven into rotation by the drive shaft (see RU 2520774 C1, 06.27.2014).

К недостатку известных конструкций следует отнести низкое отношение производительности к общей массе машины (низкая удельная мощность), т.к. дополнительный цилиндр участвует в работе на незначительном участке цикла, а его торцовая стенка имеет сложную конструкцию. Кроме того, имея два цилиндра, известная машина работает только с одним рабочим телом, что сужает область ее применения.A disadvantage of the known structures is the low ratio of productivity to the total mass of the machine (low specific power), because an additional cylinder is involved in the work on a small portion of the cycle, and its end wall has a complex structure. In addition, having two cylinders, the known machine works with only one working fluid, which narrows the scope of its application.

Технической задачей изобретения является расширение области применения машины и повышение ее удельной мощности.An object of the invention is to expand the scope of the machine and increase its specific power.

Указанная задача решается тем, что в известной роторной машине объемного действия, содержащей всасывающее окно и нагнетательный клапан, соединенные соответственно с линией всасывания и нагнетания жидкости, рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, а основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, и плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, причем торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, и параллельно плоскости вращения основного ротора установлен дополнительный ротор, размещенный в дополнительном цилиндре с торцовыми стенками, всасывающим окном и нагнетательным клапаном, и кинематически связанный с основным ротором, причем выступ дополнительного ротора ориентирован по отношению к выступу основного ротора под углом 180°, и основной ротор приводится во вращение приводным валом, согласно изобретению всасывающее окно и нагнетательный клапан дополнительного цилиндра соединены, соответственно с источником и потребителем газа, причем приводной вал снабжен кривошипом, с которым сопряжен шатун с шарнирно соединенным с ним поршнем, расположенным в жидкостном цилиндре, имеющем всасывающий клапан, соединенный с линией всасывания жидкости, нагнетательный клапан, соединенный с линией нагнетания жидкости, а также перепускной канал, соединяющий цилиндр с линией всасывания жидкости через подпружиненный золотник, расположенный в торцовой части цилиндра с возможностью взаимодействия с днищем поршня вдоль оси цилиндра, и байпасный канал, один конец которого имеет выход на боковую внутреннюю поверхность жидкостного цилиндра, а другой конец соединен с линией всасывания жидкости.This problem is solved by the fact that in the known rotary volumetric machine containing a suction window and a discharge valve, respectively connected to the suction and discharge lines of the liquid, the working cylinder with the main rotor placed in it, having at least one protrusion, the radius of which is equal to the radius of the cylinder, and an auxiliary rotor having a cavity for accommodating a protrusion of the main rotor in it, both rotors having a kinematic connection that ensures their synchronous rotation, and the main and auxiliary the openings are arranged in such a way that their axes cross and the rotation plane of the auxiliary rotor is at an angle of 90 ° to the plane of rotation of the main rotor, and the end surface of the auxiliary rotor facing the cylinder is located relative to the axis of rotation of the main rotor at a distance equal to the radius of the main rotor and parallel to the plane of rotation of the main rotor, an additional rotor is installed, located in an additional cylinder with end walls, a suction window and a discharge valve and kinematically connected with the main rotor, the protrusion of the additional rotor oriented relative to the protrusion of the main rotor at an angle of 180 °, and the main rotor driven by a drive shaft, according to the invention, the suction window and the discharge valve of the additional cylinder are connected, respectively, to the gas source and consumer moreover, the drive shaft is equipped with a crank, with which the connecting rod is connected with a piston pivotally connected to it, located in a liquid cylinder having a suction valve connected to a liquid suction line, a discharge valve connected to the liquid discharge line, and a bypass channel connecting the cylinder to the liquid suction line through a spring-loaded spool located in the end of the cylinder with the possibility of interaction with the piston bottom along the axis of the cylinder, and a bypass channel, one end of which has an exit to the lateral inner surface of the liquid cylinder, and the other end is connected to the liquid suction line.

На кривошипе приводного вала может быть установлен дополнительный шатун с поршнем, размещенным в пневматическом цилиндре, имеющем всасывающий и нагнетательный клапаны, причем всасывающий клапан соединен с линией всасывания газа, а нагнетательный клапан - с линией нагнетания газа.An additional connecting rod with a piston located in a pneumatic cylinder having suction and discharge valves can be installed on the drive shaft crank, moreover, the suction valve is connected to the gas suction line, and the discharge valve to the gas discharge line.

Всасывающий клапан пневматического цилиндра может быть соединен с линией нагнетания дополнительного цилиндра.The suction valve of the pneumatic cylinder can be connected to the discharge line of the additional cylinder.

Устройство машины поясняется чертежами.The device is illustrated by drawings.

На фиг. 1 схематично изображено сечение машины плоскостью, проходящей через ось приводного вала и перпендикулярной плоскости вспомогательного ротора.In FIG. 1 schematically shows a section of a machine with a plane passing through the axis of the drive shaft and perpendicular to the plane of the auxiliary rotor.

На фиг. 2 изображена машина со снятой передней крышкой.In FIG. 2 shows a machine with the front cover removed.

На фиг. 3 изображено сечение машины плоскостью, параллельной оси приводного вала и перпендикулярной плоскостям основного и дополнительного роторов.In FIG. 3 shows a section of the machine with a plane parallel to the axis of the drive shaft and perpendicular to the planes of the primary and secondary rotors.

На фиг. 4 и фиг. 5 показаны диаграммы работы машины.In FIG. 4 and FIG. 5 shows diagrams of the operation of the machine.

В данном примере показан вариант машины с двухступенчатым сжатием газа.This example shows a variant of a machine with two-stage gas compression.

Насос состоит (фиг. 1 и фиг. 2) из корпуса 1, рабочего 2 и дополнительного 3 цилиндров, имеющих одинаковый диаметр и высоту, приводного 4, вспомогательного 5 и дополнительного 6 валов, на концах которых имеются соответственно зубчатые колеса 7, 8 и 9, образующие кинематическую связь между приводным валом 4, вспомогательным валом 5 и дополнительным валом 6.The pump consists (Fig. 1 and Fig. 2) of a housing 1, a working 2 and an additional 3 cylinders having the same diameter and height, a drive 4, an auxiliary 5 and an additional 6 shafts, at the ends of which there are gears 7, 8 and 9, respectively forming a kinematic connection between the drive shaft 4, the auxiliary shaft 5 and the additional shaft 6.

В цилиндрах 2 и 3 размещены основной 10 и дополнительный 11 роторы, имеющие выступы 12 и 13, ориентированные под углом 180° друг к другу, радиусы выступающей части которых одинаковы и равны радиусам цилиндров 2 и 3. Роторы 10 и 11 соединены с валами 4 и 6 с помощью шпонок 14 и 15. Плоскость дополнительного цилиндра 3 параллельна плоскости вращения основного ротора 10.In the cylinders 2 and 3, the main 10 and additional 11 rotors are located, having protrusions 12 and 13 oriented at an angle of 180 ° to each other, the radii of the protruding part of which are the same and equal to the radii of the cylinders 2 and 3. The rotors 10 and 11 are connected to the shafts 4 and 6 using the keys 14 and 15. The plane of the additional cylinder 3 is parallel to the plane of rotation of the main rotor 10.

На вспомогательном валу 5 установлен соединенный с помощью шпонки 16 вспомогательный ротор 17 в плоскости, находящейся под углом 90° к плоскости вращения основного ротора 10. Ротор 17 имеет впадину 18 для размещения выступов 12 и 13 при синхронном и противоположно направленном вращении валов 4 и 6 с роторами 10 и 11, и его рабочая торцовая поверхность, обращенная в сторону цилиндров 2 и 3, расположена относительно оси вращения основного 10 и дополнительного 11 роторов на расстоянии, равном радиусу этих роторов.On the auxiliary shaft 5, an auxiliary rotor 17 connected by means of a key 16 is installed in a plane at an angle of 90 ° to the plane of rotation of the main rotor 10. The rotor 17 has a cavity 18 for accommodating the protrusions 12 and 13 with synchronous and oppositely directed rotation of the shafts 4 and 6 sec rotors 10 and 11, and its working end surface facing toward the cylinders 2 and 3, is located relative to the axis of rotation of the main 10 and the additional 11 rotors at a distance equal to the radius of these rotors.

Валы 4, 5 и 6 вращаются в подшипниковых узлах 19, 20 и 21, болтовые соединения 22 и 23 служат соответственно для стяжки передней 24 крышки, цилиндров 2 и 3 и задней крышки 25, а также для крепления колпака 26.The shafts 4, 5 and 6 rotate in the bearing assemblies 19, 20 and 21, the bolted joints 22 and 23 serve respectively for tightening the front cover 24, cylinders 2 and 3 and the rear cover 25, as well as for attaching the cap 26.

В крышках 24 и 25 расположены соответственно соединенные между собой коммуникациями (условно на фиг. 1 не показаны) всасывающие окна 27 и 28, соединенные с линиями всасывания (условно на фиг. 1 и фиг. 2 не показаны), а также нагнетательные клапаны 29 и 30 (см. также фиг. 2 и фиг. 3), соединенные с линиями нагнетания (условно на фиг. 1 и фиг. 2 не показаны). Контуры всасывающего окна 27 и нагнетательного клапана 29 показаны штриховыми линиями на фиг. 2. Они расположены под углом α друг к другу. Этот угол определяется разностью между радиусом ротора 10 и радиусом окружности цилиндра 2 и размерами окна 27 и клапана 29.In the covers 24 and 25 are located respectively interconnected by communications (conventionally not shown in FIG. 1) suction windows 27 and 28 connected to suction lines (conventionally not shown in FIG. 1 and FIG. 2), as well as pressure valves 29 and 30 (see also Fig. 2 and Fig. 3) connected to the discharge lines (conditionally in Fig. 1 and Fig. 2 are not shown). The contours of the suction window 27 and discharge valve 29 are shown by dashed lines in FIG. 2. They are located at an angle α to each other. This angle is determined by the difference between the radius of the rotor 10 and the radius of the circumference of the cylinder 2 and the dimensions of the window 27 and valve 29.

Всасывающее окно 28 и нагнетательный клапан 30 дополнительного цилиндра 11 (фиг. 3) соединены соответственно с источником 31 и потребителем газа. В качестве потребителя газа, нагнетаемого через клапан 30, в данном примере выступает пневматический цилиндр 32. Приводной вал 4 снабжен кривошипом 33, с которым сопряжен шатун 34, шарнирно соединенный с поршнем 35, расположенным в жидкостном цилиндре 36. Этот цилиндр имеет всасывающий клапан 37, соединенный с источником жидкости 38 линией всасывания жидкости 39, и нагнетательный клапан 40, соединенный с линией нагнетания жидкости 41, которая, в свою очередь, соединена с потребителем жидкости 42. В цилиндре 36 имеется перепускной канал 43, соединяющий этот цилиндр с линией всасывания жидкости 39 через подпружиненный золотник 44, расположенный в торцовой части цилиндра 36, с возможностью взаимодействия с днищем поршня 35 вдоль оси цилиндра 36. В этом цилиндре размещен также байпасный канал 45, один конец которого имеет выход на боковую внутреннюю поверхность жидкостного цилиндра 36, а другой конец соединен с линией всасывания жидкости 39.The suction window 28 and the discharge valve 30 of the additional cylinder 11 (Fig. 3) are connected respectively to the source 31 and the gas consumer. In this example, the pneumatic cylinder 32 acts as a consumer of gas pumped through the valve 30. The drive shaft 4 is provided with a crank 33 with which a connecting rod 34 is coupled pivotally to a piston 35 located in the liquid cylinder 36. This cylinder has a suction valve 37, connected to a fluid source 38 by a fluid suction line 39, and a discharge valve 40 connected to a fluid injection line 41, which, in turn, is connected to a fluid consumer 42. In the cylinder 36 there is a bypass channel 43 connecting this t cylinder with a liquid suction line 39 through a spring-loaded spool 44 located in the end part of the cylinder 36, with the possibility of interaction with the piston bottom 35 along the axis of the cylinder 36. In this cylinder there is also a bypass channel 45, one end of which has an exit to the side inner surface of the liquid a cylinder 36, and the other end is connected to a liquid suction line 39.

На кривошипе 33 приводного вала установлен дополнительный шатун 46 с дополнительным поршнем 47, размещенным в пневматическом цилиндре 32, который имеет всасывающий 48 и нагнетательный 49 клапаны. Всасывающий клапан 48 пневматического цилиндра 32 соединен с линией нагнетания газа 50 дополнительного цилиндра 11 через теплообменник 51, а нагнетательный клапан - с линией нагнетания газа 52, которая соединена с потребителем газа 53.An additional connecting rod 46 is installed on the drive shaft crank 33 with an additional piston 47 located in the pneumatic cylinder 32, which has a suction 48 and a discharge 49 valves. The suction valve 48 of the pneumatic cylinder 32 is connected to the gas injection line 50 of the additional cylinder 11 through a heat exchanger 51, and the pressure valve is connected to the gas injection line 52, which is connected to the gas consumer 53.

Цилиндры 32 и 36 имеют фланцы, через которые они с помощью болтов 54 притянуты к крышкам 24 и 25.Cylinders 32 and 36 have flanges through which they are drawn with bolts 54 to caps 24 and 25.

На фиг. 4 по оси абсцисс отложен в градусах угол ϕ поворота ротора 10 и вращающегося вместе с ним кривошипа 33, при этом за «ноль» принято положение, изображенное на фиг. 1. По оси ординат отложена относительная подача QОТ жидкости ротором 10, поршнем 35 и их совместная относительная подача.In FIG. 4, the abscissa axis in degrees shows the angle ϕ of rotation of the rotor 10 and the crank 33 rotating with it, while the position depicted in FIG. 1. On the ordinate axis, the relative supply of Q FROM liquid is rotated by the rotor 10, piston 35 and their joint relative supply.

На фиг. 5 по оси абсцисс отложен угол ϕ поворота кривошипа 33, а по оси ординат - относительная подача QОТ жидкости поршнем 35.In FIG. 5, the axis of rotation of the crank 33 is plotted on the abscissa axis, and the relative flow of Q FROM fluid from the piston 35 is plotted on the ordinate axis.

При этом QОТ=Qϕ/Qmax, где Qϕ - значение подачи жидкости по углу поворота ϕ, а Qmax - максимальная подача.In this case, Q OT = Q ϕ / Q max , where Q ϕ is the value of the fluid supply at the angle of rotation ϕ, and Q max is the maximum flow.

Машина работает следующим образом.The machine operates as follows.

При вращении основного вала 4 (фиг. 1) вместе с основным ротором 10 и выступом 12 вращается и вспомогательный вал 5 со вспомогательным ротором 17 и впадиной 18 (вращение передается через зубчатое зацепление 7-8). Зубчатое колесо 8 через зубчатое колесо 9 вращает дополнительный вал 6 с дополнительным ротором 11 и выступом 13. Таким образом, роторы 10 и 11 вращаются синхронно в противоположных направлениях в своих цилиндрах соответственно 2 и 3. При этом постоянно сохраняется их однозначное положение относительно вспомогательного ротора 17 с впадиной 18 таким образом, что выступ 12, как и выступ 13, создают зацепление с впадиной 18, которое, в частности, может быть и бесконтактным. То есть впадина 18 служит исключительно для того, чтобы «пропустить» выступы 12 и 13 при взаимном вращении роторов 10 и 11 с ротором 17.When the main shaft 4 (Fig. 1) rotates, along with the main rotor 10 and the protrusion 12, the auxiliary shaft 5 rotates with the auxiliary rotor 17 and the cavity 18 (rotation is transmitted through gearing 7-8). The gear wheel 8 through the gear wheel 9 rotates the additional shaft 6 with the additional rotor 11 and the protrusion 13. Thus, the rotors 10 and 11 rotate synchronously in opposite directions in their cylinders 2 and 3, respectively. At the same time, their unique position is constantly maintained relative to the auxiliary rotor 17 with the cavity 18 in such a way that the protrusion 12, as well as the protrusion 13, create engagement with the cavity 18, which, in particular, can be contactless. That is, the cavity 18 serves solely to “skip” the protrusions 12 and 13 during the mutual rotation of the rotors 10 and 11 with the rotor 17.

При выходе выступа 12 из зацепления с впадиной 18 (фиг. 2) он сначала перекрывает всасывающее окно 27, отсекая полость цилиндра 2 от линии всасывания, а затем сжимает рабочую жидкость и вытесняет ее через нагнетательный клапан 29 в линию нагнетания до тех пор, пока выступ 12 не перекроет полностью нагнетательный клапан. Этот процесс происходит за (360-α) градусов. В течение этого процесса рабочая жидкость вслед за выступом 12 поступает из всасывающего окна 27 в полость цилиндра 2. Как только выступ 2 входит во впадину 18, вся полость цилиндра 2 соединяется с всасывающим окном 27 и в ней устанавливается давление всасывания, а нагнетательный клапан полностью закрывается. Это процесс длится в течение поворота основного ротора 10 на α градусов. Затем процесс повторяется.When the protrusion 12 is out of engagement with the cavity 18 (Fig. 2), it first closes the suction window 27, cutting off the cavity of the cylinder 2 from the suction line, and then compresses the working fluid and displaces it through the discharge valve 29 into the discharge line until the protrusion 12 will not completely block the discharge valve. This process takes place over (360-α) degrees. During this process, the working fluid after the protrusion 12 enters from the suction window 27 into the cavity of the cylinder 2. As soon as the protrusion 2 enters the cavity 18, the entire cavity of the cylinder 2 is connected to the suction window 27 and the suction pressure is established in it, and the discharge valve is completely closed . This process lasts during the rotation of the main rotor 10 by α degrees. Then the process is repeated.

Таким образом, работа основного ротора 10 обеспечивает непрерывную и постоянную (постоянная величина расхода) подачу рабочей жидкости на протяжении (360-α) градусов поворота основного вала 4. В течение поворота ротора 10 на α градусов подача рабочей жидкости ротором 10 полностью отсутствует (см. также фиг. 4).Thus, the operation of the main rotor 10 provides a continuous and constant (constant flow rate) flow of working fluid over (360-α) degrees of rotation of the main shaft 4. During the rotation of the rotor 10 by α degrees, the flow of working fluid by the rotor 10 is completely absent (see also Fig. 4).

Одновременно с ротором 10 вращается кривошип 33, в результате чего поршень 35 совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 36. Кривошип 33 установлен на валу 4 таким образом относительно ротора 10, что в тот момент, когда нагнетание жидкости ротором 10 прекращается («начало» угла α, поршень 35 движется вправо по рисунку), сжимающий жидкость поршень 35 отсекает байпасный канал 45, соединяющий цилиндр 36 с линией всасывания жидкости 39, полость цилиндра замыкается (золотник 44 закрыт) и поршень 35 начинает вытеснять жидкость из цилиндра 36 через нагнетательный клапан 40 в линию нагнетания 41 и далее потребителю жидкости 42, поддерживая почти постоянной подачу жидкости машиной в целом (см. также фиг. 5). До этого момента, начиная от нижней мертвой точки, при движении поршня 35 вся сжимаемая поршнем жидкость уходит через канал 45 в линию всасывания 41.At the same time as the rotor 10, the crank 33 rotates, as a result of which the piston 35 reciprocates in the cylinder 36. The crank 33 is mounted on the shaft 4 in this way relative to the rotor 10, so that at the moment when the fluid is pumped by the rotor 10 (the “beginning” of the angle α, the piston 35 moves to the right in the figure), the fluid-compressing piston 35 cuts off the bypass channel 45 connecting the cylinder 36 to the liquid suction line 39, the cylinder cavity closes (the valve 44 is closed) and the piston 35 begins to displace the liquid from the cylinder 36 through a pressure valve 40 into the discharge line 41 and then to the liquid consumer 42, while maintaining an almost constant flow of liquid to the machine as a whole (see also Fig. 5). Up to this point, starting from the bottom dead center, when the piston 35 moves, all the fluid compressed by the piston leaves through the channel 45 to the suction line 41.

При дальнейшем повороте кривошипа 33 поршень 35 подходит к торцу золотника 44, нажимает на него и открывает золотник 44, сообщая полость цилиндра 36 с линией всасывания 39. Этот момент наступает после поворота кривошипа от «начала» угла α до «конца» этого угла. И далее поршень 35 вытесняет жидкость из цилиндра 36 в линию всасывания 39 через золотник 44 вплоть до момента его прихода в верхнюю мертвую точку.With further rotation of the crank 33, the piston 35 approaches the end of the spool 44, presses it and opens the spool 44, communicating the cavity of the cylinder 36 with the suction line 39. This moment occurs after the crank is rotated from the “beginning” of angle α to the “end” of this angle. And then the piston 35 displaces the liquid from the cylinder 36 to the suction line 39 through the valve 44 up to the moment of its arrival at the top dead center.

При дальнейшем повороте кривошипа 33 поршень 35 движется из верней мертвой точки в нижнюю мертвую точку (влево по рисунку). При этом сначала, пока золотник 44 открыт, в цилиндр 36 жидкость поступает из линии всасывания 39 через канал 43. После закрытия золотника 44 всасывание жидкости продолжается через клапан 37, а после прохождения и открытия канала 45 - одновременно из линии всасывания 39 через этот канал и через клапан 37. Затем цикл работы продолжается.With further rotation of the crank 33, the piston 35 moves from the top dead center to the bottom dead center (to the left in the figure). In this case, first, while the spool 44 is open, the liquid 36 enters the cylinder 36 from the suction line 39 through the channel 43. After closing the spool 44, the liquid continues to be sucked through valve 37, and after passing and opening the channel 45, simultaneously from the suction line 39 through this channel and through the valve 37. Then the cycle of work continues.

Вместе с основным ротором 10 вращается и дополнительный ротор 11 в дополнительном цилиндре 3. Вращение ротору 11 передается через зубчатое зацепление 8-9 и вал 6. При этом газ всасывается от источника 31 через окно 28, сжимается в цилиндре 3 и подается через клапан 30 в линию нагнетания 50. В данном примере цилиндр 3 с ротором 11 выполняют функцию первой ступени компрессора, в которой газ, в том случае, если его источником 31 является атмосфера, сжимается до 3-4 бар (степень повышения давления - 3÷4). По линии нагнетания 50 сжатый газ поступает в теплообменник 51, выполняющий одновременно функции ресивера, в котором от газа отводится в окружающую среду теплота и гасятся его пульсации. После этого охлажденный газ поступает к пневматическому цилиндру 32, который работает в режиме обычного поршневого компрессора и выполняет функцию второй ступени. Газ всасывается в цилиндр 32 через клапан 48, дожимается в нем до давления потребителя 53 и подается этому потребителю. Степень повышения давления в цилиндре 32 может варьироваться от 3-х до 10-ти в зависимости от системы его охлаждения, которая на чертеже не показана. То есть конечное давление машины по газу в случае использования в качестве источника газа атмосферы может варьироваться в пределах 9÷40 бар.Together with the main rotor 10, the additional rotor 11 rotates in the additional cylinder 3. The rotation of the rotor 11 is transmitted through gearing 8-9 and the shaft 6. In this case, the gas is sucked from the source 31 through the window 28, is compressed in the cylinder 3 and fed through the valve 30 to discharge line 50. In this example, the cylinder 3 with the rotor 11 performs the function of the first stage of the compressor, in which the gas, if its source 31 is the atmosphere, is compressed to 3-4 bar (the degree of pressure increase is 3 ÷ 4). On the discharge line 50, the compressed gas enters the heat exchanger 51, which simultaneously functions as a receiver, in which heat is removed from the gas to the environment and its pulsations are suppressed. After that, the cooled gas enters the pneumatic cylinder 32, which operates in the mode of a conventional reciprocating compressor and performs the function of a second stage. Gas is sucked into the cylinder 32 through the valve 48, is pressed in it to the pressure of the consumer 53 and is supplied to this consumer. The degree of pressure increase in the cylinder 32 may vary from 3 to 10 depending on its cooling system, which is not shown in the drawing. That is, the final gas pressure of the machine in the case of using the atmosphere as a gas source can vary between 9 ÷ 40 bar.

Возможна и параллельная работа цилиндров 3 и 32. В этом случае степень повышения давления будет определяться возможностями цилиндра 3 и может составить величину до 4÷6, а производительность машины по газу определится суммарной производительностью этих цилиндров.Parallel operation of cylinders 3 and 32 is also possible. In this case, the degree of pressure increase will be determined by the capabilities of cylinder 3 and can be up to 4–6, and the gas productivity of the machine will be determined by the total productivity of these cylinders.

Предложенная конструкция машины позволяет существенно расширить область ее применения за счет обеспечения возможности сжимать как газ, так и жидкость одновременно, что необходимо, например, в крупном обрабатывающем оборудовании типа обрабатывающих центров, автоматизированных линий и пр., где силовые механизмы и механизмы перемещения приводятся в движение и жидкостью под давлением, и сжатым газом, а жидкость под давлением используется в смазке трущихся узлов. Причем газ может подаваться под повышенным давлением в связи с организацией двухступенчатого сжатия, что позволяет снизить массу питаемого машиной пневматического оборудования и повысить его удельную мощность.The proposed design of the machine can significantly expand its scope by providing the ability to compress both gas and liquid at the same time, which is necessary, for example, in large processing equipment such as machining centers, automated lines, etc., where power and movement mechanisms are set in motion and liquid under pressure, and compressed gas, and liquid under pressure is used in the lubrication of friction units. Moreover, gas can be supplied under increased pressure in connection with the organization of two-stage compression, which allows to reduce the mass of pneumatic equipment supplied by the machine and increase its specific power.

По сравнению с известными конструкциями предложенное техническое решение обладает более высокой (ориентировочно на 30-40%) удельной мощностью (мощностью, отнесенной к массе машины), что позволяет снизить ее материалоемкость и приведенную стоимость сжатого газа и жидкости под давлением.Compared with the known structures, the proposed technical solution has a higher (approximately 30-40%) specific power (power related to the mass of the machine), which allows to reduce its material consumption and the present cost of compressed gas and liquid under pressure.

В связи с изложенным следует признать, что поставленная техническая задача полностью выполнена.In connection with the above, it should be recognized that the technical task posed is fully completed.

Claims (3)

1. Роторная машина объемного действия, содержащая всасывающее окно и нагнетательный клапан, соединенные соответственно с линией всасывания и нагнетания жидкости, рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, а основной и вспомогательный роторы размещены таким образом, что их оси скрещиваются, и плоскость вращения вспомогательного ротора находится под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, причем торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, и параллельно плоскости вращения основного ротора установлен дополнительный ротор, размещенный в дополнительном цилиндре с торцовыми стенками, всасывающим окном и нагнетательным клапаном и кинематически связанный с основным ротором, причем выступ дополнительного ротора ориентирован по отношению к выступу основного ротора под углом 180°, и основной ротор приводится во вращение приводным валом, отличающаяся тем, что всасывающее окно и нагнетательный клапан дополнительного цилиндра соединены соответственно с источником и потребителем газа, причем приводной вал снабжен кривошипом, с которым сопряжен шатун с шарнирно соединенным с ним поршнем, расположенным в цилиндре, имеющем всасывающий клапан, соединенный с линией всасывания жидкости, нагнетательный клапан, соединенный с линией нагнетания жидкости, а также перепускной канал, соединяющий цилиндр с линией всасывания жидкости через подпружиненный золотник, расположенный в торцовой части цилиндра с возможностью взаимодействия с днищем поршня вдоль оси цилиндра, и байпасный канал, один конец которого имеет выход на боковую внутреннюю поверхность цилиндра, а другой конец соединен с линией всасывания жидкости.1. A volumetric rotary machine comprising a suction window and a discharge valve connected respectively to a liquid suction and discharge line, a working cylinder with a main rotor located therein, having at least one protrusion, the radius of which is equal to the radius of the cylinder, and an auxiliary rotor having a cavity for accommodating the protrusion of the main rotor in it, both rotors having a kinematic connection providing their synchronous rotation, and the main and auxiliary rotors are placed in such a way that their axis skr hinges, and the plane of rotation of the auxiliary rotor is at an angle of 90 ° to the plane of rotation of the main rotor, and the end surface of the auxiliary rotor facing the cylinder is located relative to the axis of rotation of the main rotor at a distance equal to the radius of the main rotor, and parallel to the plane of rotation of the main rotor is installed additional rotor located in an additional cylinder with end walls, a suction window and a discharge valve and kinematically connected with the main rotor m, and the protrusion of the additional rotor is oriented relative to the protrusion of the main rotor at an angle of 180 °, and the main rotor is driven by a drive shaft, characterized in that the suction window and the discharge valve of the additional cylinder are connected respectively to the gas source and consumer, and the drive shaft is provided a crank with which the connecting rod is connected with a piston pivotally connected to it located in a cylinder having a suction valve connected to a liquid suction line, a discharge valve, connected to the fluid injection line, as well as the bypass channel connecting the cylinder to the liquid suction line through a spring-loaded spool located in the end part of the cylinder with the possibility of interaction with the piston bottom along the axis of the cylinder, and a bypass channel, one end of which has an exit to the lateral inner surface of the cylinder and the other end is connected to the liquid suction line. 2. Роторная машина по п. 1, отличающаяся тем, что на кривошипе приводного вала установлен дополнительный шатун с поршнем, размещенным в пневматическом цилиндре, имеющем всасывающий и нагнетательный клапаны, причем всасывающий клапан соединен с линией всасывания газа, а нагнетательный клапан - с линией нагнетания газа.2. The rotary machine according to claim 1, characterized in that an additional connecting rod with a piston located in a pneumatic cylinder having a suction and discharge valves is installed on the drive shaft crank, the suction valve being connected to the gas suction line and the discharge valve to the discharge line gas. 3. Роторная машина по п. 2, отличающаяся тем, что всасывающий клапан пневматического цилиндра соединен с линией нагнетания дополнительного цилиндра.3. The rotary machine according to claim 2, characterized in that the suction valve of the pneumatic cylinder is connected to the discharge line of the additional cylinder.
RU2016134559A 2016-08-23 2016-08-23 Volumetric action rotary-piston hybrid machine RU2640886C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016134559A RU2640886C1 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Volumetric action rotary-piston hybrid machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016134559A RU2640886C1 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Volumetric action rotary-piston hybrid machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2640886C1 true RU2640886C1 (en) 2018-01-12

Family

ID=68235571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016134559A RU2640886C1 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Volumetric action rotary-piston hybrid machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2640886C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU43925U1 (en) * 2003-02-28 2005-02-10 Омский государственный технический университет VOLUME ACTION MACHINE
RU2272149C2 (en) * 2004-05-25 2006-03-20 Тимур Бердиевич Мирзоев Rotary-piston machine
US20110198887A1 (en) * 2010-02-17 2011-08-18 Vianney Rabhi Double-acting piston compressor of which the piston is guided by a roller and driven by a pinion and racks
RU2520774C1 (en) * 2013-05-14 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Rotary displacement pump

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU43925U1 (en) * 2003-02-28 2005-02-10 Омский государственный технический университет VOLUME ACTION MACHINE
RU2272149C2 (en) * 2004-05-25 2006-03-20 Тимур Бердиевич Мирзоев Rotary-piston machine
US20110198887A1 (en) * 2010-02-17 2011-08-18 Vianney Rabhi Double-acting piston compressor of which the piston is guided by a roller and driven by a pinion and racks
RU2520774C1 (en) * 2013-05-14 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Rotary displacement pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3333428B1 (en) Fluid machinery, heat exchange equipment, and operating method for fluid machinery
EP3333427B1 (en) Fluid machine, heat exchanger, and operating method of fluid machine
WO2017024867A1 (en) Compressor, heat exchanger, and operating method of compressor
CN110630461B (en) Variable radial plunger pump
CN104006590A (en) Portable refrigerant recovery all-in-one machine with vacuum pump
WO2007130850A2 (en) Single stage to two stage compressor
US3238889A (en) Piston drive mechanism
RU2640886C1 (en) Volumetric action rotary-piston hybrid machine
CN109595152A (en) A kind of big flow twin flue parallel connection three-apexed rotor pump
CN110671195B (en) Cylinder sleeve piston rotor combined engine
RU111211U1 (en) VOLUME ROTARY MACHINE
RU2520774C1 (en) Rotary displacement pump
US4957419A (en) Compressor
CN109209879B (en) Closed rotor compressor
WO2017032271A1 (en) Rotating apparatus and rotating system applying pressing gate valve mechanism, and fluid machinery
CN101251106A (en) Rotary type fluid machine transfiguration mechanism
US20150377023A1 (en) Eccentric motor
US3635596A (en) Valved twin-piston
GB1366786A (en) Axial piston rotary pump
CN111075686A (en) Air compressor
CN111005854A (en) Air compressor
CN203784212U (en) Spring type duckbilled key for direction change gear shafts of circulating type forward and reverse direction change speed change vacuum compressor
CN201180650Y (en) Capacity-variable mechanism of rolling type fluid machine
US3129669A (en) Rotary compressors, pumps and the like
CN203893518U (en) Portable coolant recycling all-in-one machine with vacuum pump

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20181129

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190824