Роторная гидромашина

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Антоненко Александр Николаевич(72) Автор Антоненко Александр Николаевич(73) Патентообладатель Антоненко Александр Николаевич(57) 1. Роторная гидромашина, содержащая корпус, образованную торцовыми крышками и двумя цилиндрическими поверхностями равного радиуса внутреннюю полость, включающую полости всасывания и нагнетания, установленные в корпусе на валах с возможностью синхронного вращения в разных направлениях два лопастных ротора с, по меньшей мере, тремя радиально направленными и равномерно расположенными лопастями, ограниченными в радиальном направлении радиусом, близким к радиусу цилиндрической поверхности корпуса, в двугранных углах между лопастями выполнены замыкатели с профилированными углублениями, взаимодействующие своей поверхностью с вершинами лопастей сопряженного ротора таким образом, что в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого ближайшая лопасть этого ротора начинает взаимодействовать с замыкателем первого ротора и наоборот, отличающаяся тем, что 14939 1 2011.10.30 профили частей углублений замыкателей выполнены несимметричными относительно биссектрисы двугранного угла между ближайшими лопастями так, что первая по направлению вращения ротора часть углубления имеет большую величину и время зацепления с вершиной взаимодействующего ротора, при этом уголнаклона каждой лопасти к плоскости, проходящей через оси роторов в момент начала взаимодействия вершины лопасти с углублением замыкателя взаимодействующего ротора, выбран из диапазона 90/ - 590/,где- количество лопастей на одном роторе,а величина углублений замыкателей выполнена такой, что время взаимодействия вершины каждой лопасти с углублением замыкателя взаимодействующего ротора соответствует времени поворота ротора на угол , выбранный из диапазона 180/1180/9. 2. Гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что передняя грань вершины каждой лопасти в направлении вращения ротора выполнена под углом от 0 до 30 к радиальной плоскости, проходящей через вершину этой лопасти. Изобретение относится к машиностроению, в частности к насосостроению, а именно к роторным гидромашинам. Известен плоскоколовратный насос, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, роторы, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие профилированные кулачки с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными по удлиненной эпициклоиде и с внешней цилиндрической поверхностью с радиусом , причем межцентровое расстояние между роторами 2, а каждая из поверхностей, расположенная между криволинейными боковыми поверхностями кулачков, выполнена в форме вогнутой цилиндрической поверхности с радиусом равным 1,159 1. Известна объемная шестеренчатая машина, содержащая корпус, внутренняя полость которого образована двумя цилиндрическими поверхностями, внутри корпуса, на валах,связанных между собой синхронизирующими шестернями, установлены профилированные, взаимодействующие роторы, при этом в каждом роторе окружность головок совпадает с окружностью вершин, а окружность немного превышает начальную окружность. Интервал между зубьями больше толщины зуба и равен толщине оснований. Боковой профиль головки зуба представляет собой кривую, которая близка к эпициклоиде, описываемой точкой на окружности оснований при зацеплении зуба с сопряженным ротором. Боковой профиль ножки представляет кривую, описываемую вершиной указанного зуба 2. Известен насос или мотор вращательного типа, состоящий из корпуса и 2-х крыльчаток, свободно вращающихся вокруг своих осей, зубчато-приводного механизма, связующего валы. Крыльчатки расположены по отношению друг к другу так, что вершина (край) лопатки одной крыльчатки играет роль замыкателя (уплотнителя) и герметично соприкасается со ступицей другой крыльчатки на участке от основания одной лопатки до основания другой лопатки. Каждая крыльчатка имеет предпочтительно 6 лопаток, которые позволяют иметь наибольшую длину лопаток, а расстояние между осями крыльчаток выбирается таким, что в любой момент времени обеспечивается герметичное разделение полостей за счет соприкосновения вершины лопатки одной крыльчатки и ступицы другой крыльчатки. Вершина (край) каждой лопатки в разрезе представляет форму полукруга с диаметром, равным толщине лопатке 3. Очевидно, что роторы упомянутых машин имеют сложную и трудновыполнимую поверхность, высокую материалоемкость и стоимость. Вместе с тем контактирующие скругленные поверхности образуют клин, где собирается находящийся в неочищенной жидкости различный мусор, и вследствие этого роторы заклинивают. 2 14939 1 2011.10.30 Известна роторная лопастная гидромашина, содержащая корпус, внутренняя полость которого образована двумя цилиндрическими поверхностями равного радиуса и торцовыми крышками, установленные в корпусе с возможностью вращения в разных направлениях на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, лопастные роторы с радиально направленными и равномерно расположенными лопастями, в двугранных углах между которыми установлены замыкатели в виде вкладышей и взаимодействующие поверхностью углубления с вершиной лопасти сопряженного ротора, причем величина углубления выполнена такой, что в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого, ближайшая лопасть этого ротора начинает взаимодействовать с замыкателем первого ротора и наоборот, а длина лопасти в радиальном направлении ограничена радиусом, близким к радиусу цилиндрической поверхности корпуса, при этом центральный угол, соответствующий цилиндрической поверхности корпуса, больше, чем двугранный угол между лопастями 4. Основными существенными недостатками известной роторной лопастной гидромашины являются сложность конструкции роторов и невысокая надежность работы гидромашины. При работе гидромашины, замыкатели роторов в которой выполнены симметричными, каждая вновь вступающая в зацепление пара лопастей и замыкателей закрывает выход рабочей жидкости в пространстве между ранее вступившей в зацепление парой. Объем замкнутого пространства начинает уменьшаться и запираемая жидкость выдавливается через зазоры под большим давлением при этом затрачивается излишняя мощность,перегружаются и изнашиваются подшипники. Задачей изобретения является повышение надежности и КПД гидромашины. Решение указанной задачи достигается тем, что в роторной гидромашине, содержащей корпус, образованную торцовыми крышками и двумя цилиндрическими поверхностями равного радиуса внутреннюю полость, включающую полости всасывания и нагнетания,установленные в корпусе на валах с возможностью синхронного вращения в разных направлениях два лопастных ротора с, по меньшей мере, тремя радиально направленными и равномерно расположенными лопастями, ограниченными в радиальном направлении радиусом, близким к радиусу цилиндрической поверхности корпуса, в двугранных углах между лопастями выполнены замыкатели с профилированными углублениями, взаимодействующие своей поверхностью с вершинами лопастей сопряженного ротора таким образом, что в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого ближайшая лопасть этого ротора начинает взаимодействовать с замыкателем первого ротора и наоборот, профили участков углубления замыкателя выполнены несимметричными относительно биссектрисы двугранного угла между ближайшими лопастями так, что первая по направлению вращения ротора часть углубления имеет большую величину и время зацепления с вершиной взаимодействующего ротора, при этом уголнаклона каждой лопасти к плоскости, проходящей через оси роторов в момент начала взаимодействия вершины лопасти с углублением замыкателя взаимодействующего ротора, выбран из диапазона 90/ - 590/,где- количество лопастей на одном роторе,а величина углублений замыкателей выполнена такой, что время взаимодействия вершины каждой лопасти с углублением замыкателя взаимодействующего ротора соответствует времени поворота ротора на угол , выбранный из диапазона 180/1180/9. Передняя грань вершины каждой лопасти в направлении вращения ротора выполнена под углом 0-30 к радиальной плоскости, проходящей через вершину этой лопасти. Техническим результатом при использовании предложенных решений является повышение надежности и увеличение КПД роторной гидромашины за счет совершенствования конструкции роторов, что позволит разработать и поставить на производство 3 14939 1 2011.10.30 высокопроизводительные насосы для коммунального и сельского хозяйства, а также для перекачивания вязкой массы, например нефти и мазута. Высокая надежность и КПД гидроагрегата имеют реальную перспективу использования гидромашины в качестве объемных обратимых гидроагрегатов на гидроаккумулирующих электростанциях. На фиг. 1, 2, 3 изображена предлагаемая роторная гидромашина, разрез на фиг. 1 представлена гидромашина с четырехлопастными роторами, на фиг. 2 изображена роторная гидромашина с пятилопастными роторами, на фиг. 3 изображена роторная гидромашина с шестилопастными роторами. Роторная гидромашина (фиг. 1, 2, 3) содержит корпус 1, установленные в корпусе с возможностью синхронного вращения в разных направлениях два лопастных ротора 2 и 3 с радиально направленными и равномерно расположенными лопастями 4, ограниченными в радиальном направлении радиусом , близким к радиусу цилиндрических расточек корпуса 1. В двугранных углах между лопастями 4 выполнены углубления замыкателей 5,взаимодействующие с вершиной лопасти сопряженного ротора. Величина углубления выполнена такой, что в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого, ближайшая лопасть этого ротора уже взаимодействует с замыкателем первого ротора в пределах 1-9 и наоборот, постоянно разделяя всасывающую 6 и напорную 7 полости роторной гидромашины. Таким образом, при смене зацепления каждой пары лопастей и замыкателей две лопасти и два замыкателя одновременно разделяют всасывающую 6 и напорную 7 полости, что снижает объемные потери. Поверхность углубления замыкателя 5 условно разделена биссектрисойдвугранного углана два различных участкаи , при этом первый по направлению вращения ротора участок углублениябольше участка углубления . Уголнаклона каждой лопасти 4 к плоскости, проходящей через осии 1 роторов 2 и 3 в момент начала взаимодействия вершины лопасти 4 с углублением замыкателя 5, взаимодействующего ротора, находится в диапазоне 90/ - 590/,где- количество лопастей на одном роторе. Вершина каждой лопасти 4 имеет заточку переднего, в направлении вращения, ребра. Ее передняя грань наклонена к радиальной плоскости, проходящей через эту вершину,под углом 0-30. Гидромашина работает следующим образом. При вращении роторов от внешнего источника крутящего момента гидромашина работает как насос. Перекачиваемая среда захватывается лопастями 4 и переносится из всасывающей полости 6 в напорную полость 7. Большая часть этой среды из напорной полости 7 вытесняется в выпускной трубопровод,а находящаяся в пространстве между двумя лопастями и взаимодействующими с ними замыкателями в момент выхода лопасти 4 одного ротора из зацепления с замыкателем 5 другого перепускается обратно во всасывающую полость 6 (фиг. 2). Наименьший объем запертого пространства, а следовательно, и наибольший КПД гидромашины устанавливается при параллельных лопастях или когда их наклон к плоскости, проходящей через оси роторови 1, равен 90/,где- оптимальный угол наклона лопасти 4 к плоскости, проходящей через оси роторови 1 в момент начала взаимодействия лопасти с замыкателем взаимодействующего ротора,- количество лопастей на одном роторе. Очевидно, что начала взаимодействия лопасти 4 с замыкателем 5 под большим чем уголведет к увеличению объема жидкости в запертом пространстве и увеличению объемных потерь гидромашины. Для снижения объемных потерь и повышения КПД первая по направлению вращения часть углублениявыполнена с большей высотой. В этом случае, при вращении роторов, каждая вновь вступающая в зацепление пара лопастей и замыкателей разделяет некоторое время полости между роторами вместе с ранее вступившей в зацепление парой и разделявшей до этого времени всасывающую 6 и напорную 4 14939 1 2011.10.30 7 полости. Объем замкнутого пространства постепенно увеличивается, а повышения давления рабочей жидкости в запертом пространстве между лопастями 4 и замыкателями 5 при взаимодействии роторов 2 и 3 не происходит. Величина углублений замыкателей выполнена такой, что время взаимодействия вершины каждой лопасти с углублением замыкателя взаимодействующего ротора соответствует времени поворота ротора на угол ,выбранный из диапазона 180/1180/9. Увеличение на некоторое время зацепления вершины лопасти с углублением замыкателя обеспечивает снижение объемных потерь. Острые вершины лопастей 4 легко перерезают встречающиеся в перекачиваемой жидкости волокнистые, твердые частицы и другие включения, а также очищают цилиндрические расточки корпуса и углубления замыкателей. Процесс взаимодействия лопастей с замыкателеми при работе гидромашины в качестве гидромотора не изменяется. Таким образом, предлагаемое конструктивное исполнение роторов с замыкателями,выполненными несимметричными относительно биссектрисы двугранного угла между ближайшими лопастями и величиной углубления, позволяющей увеличить время зацепления вершины лопасти с замыкателем взаимодействующегоротора, исключает повышение давления рабочей жидкости между лопастями и замыкателями, снижает объемные потери роторной гидромашины и повышает КПД агрегата. Выполнение передней грани вершины каждой лопасти в направлении вращения ротора под углом от 0 до 30 к радиальной плоскости, проходящей через вершину этой лопасти, обеспечит высокую надежность и долговечность гидроагрегатов, работающих с неочищенными жидкостями и вязкими массами. Источники информации 1. А.с. СССР 983316, МПК 04 2/00, 1982. 2. Заявка 2394670, МПК 01 1/08, 1979. 3. Заявка 2000284, МПК 04 1/00, 1969. 4. Патент 3161, МПК 04 2/00,04 2/08, 1999. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5