RU2177083C1

RU2177083C1 - Radial rotary piston machine

Info

Publication number: RU2177083C1
Application number: RU2000124909A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Вахрушин; А.Л. Вахрушин
Original assignee: Вахрушин Леонид Александрович; Вахрушин Александр Леонидович
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2001-12-20

Abstract

FIELD: hydraulic units for various industries. SUBSTANCE: radial rotary machine has oval or elliptical stator with profiled surface. Rotor mounted concentrically inside stator is rotatable around its axis. Pistons mounted in radial slots of rotor performing reciprocating motion are engageable with profiled surface of stator. Working chambers formed under pistons are connected with suction and discharge mains through end distributing passages. Each piston consists of two parts: one part is made in form of cylindrical member and other part is made in form of spherical body located in mounting surface of cylindrical member. End distributing passages formed by bow-shaped slots are located in area of working chambers with which they are connected in the course of operation by means of side holes provided with rotor. Distributing passages are made in end surfaces of housing which are engageable with respective end surfaces of rotor. Distributing suction passages are located on one side of rotor and distributing discharge passages are located on its other side; above- mentioned suction and discharge passages are mounted in pairs in opposite sectors of circle in such way that all passages form in plan one circular passage with jumpers. EFFECT: enhanced stability of operation without vibrations; simplified construction; enhanced reliability. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим устройствам, более конкретно к радиальным роторно-поршневым насосам или гидромоторам, которые могут быть использованы в самых различных сферах производства. The invention relates to hydraulic devices, and more particularly to radial rotary piston pumps or hydraulic motors, which can be used in various fields of production.

Как известно, радиально-поршневые насосы по сравнению с осевыми находят меньшее применение, так они более громоздки, а также имеют более высокие моменты инерции вращающихся частей, обусловленные необходимостью увеличения размеров ротора при радиальном расположении поршней. Также поскольку эти насосы применяются преимущественно с цапфовым распределением, вызывающим прогиб распределительной цапфы, то они менее производительны. As you know, radial piston pumps are less used than axial pumps, because they are more bulky and also have higher moments of inertia of the rotating parts, due to the need to increase the size of the rotor with a radial arrangement of the pistons. Also, since these pumps are mainly used with trunnion distribution, causing the distribution trunnion to bend, they are less efficient.

Кроме того, в насосах и гидромоторах с непринудительным ведением поршней их прижим к статору в процессе всасывания осуществляется с помощью центробежной силы, вследствие чего из-за трения возникают напряжения в месте контакта поршня со статором. Все это отрицательно сказывается на работе насоса, т.е. снижает его производительность и надежность. In addition, in pumps and hydraulic motors with non-forced piston guidance, they are pressed against the stator during the suction process by centrifugal force, as a result of which, due to friction, stresses arise at the contact of the piston with the stator. All this negatively affects the operation of the pump, i.e. reduces its performance and reliability.

Известна радиальная роторно-поршневая машина по заявке GB N 2110770, класс F 04 В 1/10, опубл. 22 июня 1983 года, содержащая смонтированный на корпусе статор, установленный концентрично внутри статора ротор с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер, соединенных через распределительные каналы с каналами всасывания и нагнетания, при этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент, смонтированный в имеющем соответствующую форму пазу ротора, а другая - сферическое тело, расположенное со стороны внешней части имеющего соответствующую посадочную поверхность цилиндрического элемента. Known radial rotary piston machine according to the application GB N 2110770, class F 04 In 1/10, publ. June 22, 1983, containing a stator mounted on the housing, a rotor mounted concentrically inside the stator, rotatable with respect to the axis and pistons in contact with the profiled stator surface, mounted in radial grooves of the rotor with the possibility of reciprocating movement and the formation of working chambers under them connected through distribution channels with suction and discharge channels, with each piston consisting of two parts, one of which is a cylindrical element, cm mounted in a rotor groove having a corresponding shape, and the other a spherical body located on the outside of the cylindrical element having a corresponding seating surface.

Использование сферических поршневых элементов в известном насосе позволяет значительно уменьшить напряжения в местах контакта поршней со статором. The use of spherical piston elements in a known pump can significantly reduce stresses at the contact points of the pistons with the stator.

Однако в известной радиально-поршневой машине система соединения распределительных каналов с каналами всасывания и нагнетания имеет несколько отделений, которые приводят к усложнению общей конструкции насоса, к тому же не устранена самая основная проблема, характерная для насосов данного вида - цапфовое распределение потоков жидкости. However, in the well-known radial piston machine, the system for connecting the distribution channels to the suction and discharge channels has several compartments, which complicate the overall design of the pump; moreover, the most basic problem that is characteristic of pumps of this type is the axle distribution of fluid flows.

Кроме того, известное техническое решение относится к поршневым машинам однократного действия с асимметричным расположением ротора относительно внутреннего кольца статора. In addition, the known technical solution relates to single-acting piston machines with an asymmetric arrangement of the rotor relative to the inner ring of the stator.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения принимается техническое решение по патенту GB N 1019018, кл. F 04 В 1/10, от 02.02.66, из которого известна радиальная роторно-поршневая машина, содержащая смонтированный на корпусе статор, имеющий профилированную поверхность овальной или эллиптической формы, установленный концентрично внутри статора ротор с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер, соединенных через торцевые распределительные каналы с магистралями всасывания и нагнетания, при этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент, а другая - сферическое тело, расположенное в посадочной поверхности цилиндрического элемента, причем торцевые распределительные каналы образованы дугообразными пазами и расположены в зоне размещения рабочих камер, с которыми они соединяются в процессе работы с помощью выполненных в роторе боковых отверстий. As the closest analogue of the invention, a technical solution is made according to patent GB N 1019018, class. F 04 B 1/10, dated 02.02.66, of which a radial rotary piston machine is known, comprising a stator mounted on a housing having a profiled surface of oval or elliptical shape, a rotor mounted concentrically inside the stator with the possibility of rotation about the axis and contacting with the profiled the surface of the stator pistons mounted in the radial grooves of the rotor with the possibility of reciprocating movement and the formation under them of working chambers connected through end distribution channels with suction and discharge lines, each piston consisting of two parts, one of which is a cylindrical element, and the other is a spherical body located in the seating surface of the cylindrical element, and the end distribution channels are formed by arcuate grooves and are located in the area of the working chambers, with which they are connected during operation with the help of the side holes made in the rotor.

В данном решении наряду с преимуществами, получаемыми от использования сферических поршневых элементов, исключено также цапфовое распределение потоков, что обеспечивает возможность увеличения производительности. In this solution, along with the advantages obtained from the use of spherical piston elements, the trunnion distribution of flows is also excluded, which makes it possible to increase productivity.

Однако в известном устройстве конструкция также усложнена в части выполнения системы подачи жидкости, поступающей от магистрали всасывания, и ее отвода из рабочих камер. В частности, оно имеет фигурную пластину сложной конфигурации, которая образует распределительные каналы и находится в скользящем взаимодействии с вращающимся ротором. При этом, поскольку в известном насосе каналы всасывания и нагнетания находятся с одной стороны ротора, это приводит к повышенным вибрациям из-за неравномерной нагрузки на роторе. However, in the known device, the design is also complicated in terms of the implementation of the fluid supply system coming from the suction line, and its removal from the working chambers. In particular, it has a figured plate of complex configuration, which forms distribution channels and is in sliding interaction with a rotating rotor. Moreover, since in the known pump the suction and discharge channels are located on one side of the rotor, this leads to increased vibrations due to the uneven load on the rotor.

Отмеченные недостатки сказываются на производительности и надежности работы насоса (гидромотора). The noted shortcomings affect the performance and reliability of the pump (hydraulic motor).

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции насоса, позволяющей значительно повысить надежность и эффективность его работы. The objective of the proposed invention is to remedy these disadvantages and create a pump design that can significantly improve the reliability and efficiency of its operation.

Поставленная выше задача решается в предложенной радиальной роторно-поршневой машине, содержащей смонтированный на корпусе статор, имеющий профилированную поверхность овальной или эллиптической формы, установленный концентрично внутри статора ротор с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер, соединенных через торцевые распределительные каналы с магистралями всасывания и нагнетания, при этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент, а другая - сферическое тело, расположенное в посадочной поверхности цилиндрического элемента, причем торцевые распределительные каналы образованы дугообразными пазами и расположены в зоне размещение рабочих камер, с которыми они соединяются в процессе работы с помощью выполненных в роторе боковых отверстий. При этом согласно изобретению распределительные каналы образованы в двух выполненных в соединяемых между собой частях корпуса торцевых поверхностях, контактирующих с соответствующими торцевыми поверхностями ротора, при этом распределительные каналы всасывания расположены с одной стороны ротора, а распределительные каналы нагнетания - с другой стороны ротора, причем упомянутые каналы всасывания и нагнетания установлены попарно - в противоположных секторах круга так, что все каналы в плане образуют кольцевой канал с перемычками. The problem posed above is solved in the proposed radial rotary piston machine, comprising a stator mounted on the housing, having a profiled surface of oval or elliptical shape, mounted rotor concentrically inside the stator rotor with the possibility of rotation about the axis and pistons in contact with the profiled surface of the stator installed in the radial grooves of the rotor with the possibility of reciprocating movement and the formation under them of working chambers connected through end distribution e channels with suction and discharge lines, each piston consisting of two parts, one of which is a cylindrical element and the other is a spherical body located in the seating surface of the cylindrical element, and the end distribution channels are formed by arcuate grooves and are located in the placement zone working chambers with which they are connected during operation by means of side openings made in the rotor. Moreover, according to the invention, the distribution channels are formed in two end surfaces made in interconnected parts of the housing in contact with the corresponding end surfaces of the rotor, while the suction distribution channels are located on one side of the rotor, and the distribution distribution channels are on the other side of the rotor, said channels suction and discharge are installed in pairs - in opposite sectors of the circle so that all channels in plan form an annular channel with jumpers.

В предпочтительном варианте выполнения машины предусматривается, что она содержит по меньшей мере четыре поршня и по меньшей мере четыре распределительных канала. In a preferred embodiment of the machine, it is provided that it comprises at least four pistons and at least four distribution channels.

Машина может быть выполнена реверсивной в зависимости от направления движения ротора. The machine can be made reversible depending on the direction of movement of the rotor.

Распределительные каналы всасывания и нагнетания могут быть соединены с соответствующими магистралями с возможностью образования двух самостоятельных контуров. The distribution channels of the suction and discharge can be connected to the corresponding highways with the possibility of the formation of two independent circuits.

Предпочтительно распределительные каналы образуют сходящийся поток, в котором каждый канал всасывания соединен с соответствующей магистралью всасывания, а оба канала нагнетания соединены с одной магистралью нагнетания, или расходящийся поток, в котором, соответственно, каналы всасывания соединены с общей магистралью всасывания, а каналы нагнетания - каждый со своей магистралью нагнетания. Preferably, the distribution channels form a converging stream in which each suction channel is connected to a corresponding suction line, and both discharge channels are connected to one discharge line, or a diverging stream in which, respectively, the suction channels are connected to a common suction line, and each discharge channel with its discharge line.

На фиг. 1, 2 и 3 схематично показаны примеры выполнения предложенной радиальной роторно-поршневой машины. In FIG. 1, 2 and 3 schematically show examples of the proposed radial rotary piston machine.

Радиальная роторно-поршневая машина содержит смонтированный на корпусе 1 статор 2, имеющий профилированную поверхность овальной или эллиптической формы, установленный концентрично внутри статора ротор 3 с возможностью его вращения относительно оси и контактирующие с профилированной поверхностью статора поршни 4, установленные в радиальных пазах ротора с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под ними рабочих камер 5, соединенных через торцевые распределительные каналы 6 с магистралями всасывания и нагнетания. При этом каждый поршень состоит из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндрический элемент 7, а другая - сферическое тело 8, расположенное в посадочной поверхности цилиндрического элемента. Торцевые распределительные каналы образованы дугообразными пазами 9 и расположены в зоне размещения рабочих камер, с которыми они соединяются в процессе работы с помощью выполненных в роторе боковых отверстий. Дугообразные распределительные каналы образованы в двух торцевых поверхностях, выполненных в соединяемых между собой частях корпуса и контактирующих с соответствующими торцевыми поверхностями ротора. С одной стороны ротора расположены два распределительных канала всасывания А, которые соединены с магистралью всасывания, а с другой стороны ротора расположены два дугообразных распределительных канала нагнетания В, которые соединены с магистралью нагнетания, причем каналы каждой пары расположены в противоположных секторах круга так, что все каналы в плане образуют кольцевой канал с четырьмя перемычками. The radial rotary piston machine comprises a stator 2 mounted on the housing 1, having a profiled surface of oval or elliptical shape, a rotor 3 mounted concentrically inside the stator rotor 3 with the possibility of rotation about the axis and pistons 4 in contact with the profiled surface of the stator, mounted in the radial grooves of the rotor with the possibility of return - translational movement and formation of working chambers 5 under them, connected through end distribution channels 6 with suction and discharge lines i. Moreover, each piston consists of two parts, one of which is a cylindrical element 7, and the other is a spherical body 8 located in the seating surface of the cylindrical element. The end distribution channels are formed by arcuate grooves 9 and are located in the area of the working chambers, with which they are connected in the process of operation using the side holes made in the rotor. Arcuate distribution channels are formed in two end surfaces made in interconnected parts of the housing and in contact with the respective end surfaces of the rotor. On the one side of the rotor are two suction distribution channels A, which are connected to the suction line, and on the other side of the rotor are two arcuate discharge distribution channels B, which are connected to the discharge line, the channels of each pair being located in opposite sectors of the circle so that all channels in plan form an annular channel with four jumpers.

Машина может содержать как четыре поршня, так и большее их число. Количество распределительных каналов может быть также больше четырех. A machine can contain both four pistons and a larger number of them. The number of distribution channels may also be more than four.

Еще одной особенностью предложенной роторно-поршневой машины является то, что она может быть выполнена реверсивной в зависимости от направления движения ротора. Another feature of the proposed rotary piston machine is that it can be made reversible depending on the direction of movement of the rotor.

Возможны разные схемы выполнения машины в зависимости от конфигурации распределительных каналов (фиг. 2, 3). There are various schemes of the machine depending on the configuration of the distribution channels (Fig. 2, 3).

Распределительные каналы всасывания и нагнетания могут быть соединены с соответствующими магистралями с возможностью образования двух самостоятельных контуров (фиг. 2). Кроме того, распределительные каналы могут образовывать сходящийся поток, в котором каждый канал всасывания соединен с соответствующей магистралью всасывания, а оба канала нагнетания соединены с одной магистралью нагнетания (фиг. 3), или расходящийся поток, в котором, соответственно, каналы всасывания соединены с общей магистралью всасывания, а каналы нагнетания - каждый со своей магистралью нагнетания (не показано). The distribution channels of the suction and discharge can be connected to the corresponding highways with the possibility of the formation of two independent circuits (Fig. 2). In addition, the distribution channels can form a converging stream in which each suction channel is connected to a corresponding suction line, and both discharge channels are connected to one discharge line (Fig. 3), or a diverging stream in which, respectively, the suction channels are connected to a common suction line, and discharge channels - each with its own discharge line (not shown).

Прижим каждого поршневого элемента к статору осуществляется центробежными силами. Выполнение поршней 4 из двух частей, одна из которых представляет собой цилиндр 7, а другая выполнена в виде сферического тела 8, контактирующего с посадочной поверхностью внешней части цилиндра (которая также может иметь сферическую форму), позволяет обеспечить безударное взаимодействие их с внутренним кольцом статора. Внутренняя профилированная поверхность статора, контактирующая с поршневыми элементами, имеет торообразную форму, радиус кривизны которой соответствует радиусу сферического тела поршня. Каналы всасывания и нагнетания в корпусе расположены таким образом, что они сообщаются с рабочими камерами 5 под поршневыми элементами (под основаниями их цилиндрических частей). Это обеспечивается расположением каналов 6 в торцевых частях корпуса, контактирующих с соответствующими торцевыми поверхностями ротора. Каналы в корпусе имеют дугообразную форму, что обеспечивает в течение заданного периода времени контактирование с отверстием каждой рабочей камеры вращающегося ротора для подачи очередной порции рабочей жидкости из магистрали всасывания и к магистрали нагнетания. The clamp of each piston element to the stator is carried out by centrifugal forces. The implementation of the pistons 4 in two parts, one of which is a cylinder 7, and the other is made in the form of a spherical body 8 in contact with the seating surface of the outer part of the cylinder (which may also have a spherical shape), allows for their impactless interaction with the inner ring of the stator. The internal profiled surface of the stator in contact with the piston elements has a toroidal shape, the radius of curvature of which corresponds to the radius of the spherical body of the piston. The suction and discharge channels in the housing are arranged so that they communicate with the working chambers 5 under the piston elements (under the bases of their cylindrical parts). This is ensured by the location of the channels 6 in the end parts of the housing in contact with the corresponding end surfaces of the rotor. The channels in the housing have an arcuate shape, which provides for a predetermined period of time contacting with the opening of each working chamber of the rotating rotor to supply the next portion of the working fluid from the suction line and to the discharge line.

Работа предложенной радиальной роторно-поршневой машины осуществляется следующим образом. В результате вращения ротора под действием центробежной силы, а также под действием давления нагнетания, подводимого через каналы нагнетания статора, поршни прижимаются к профильной поверхности статора и скользят по его дугообразным участкам. Жидкость по каналам подводится лишь под те поршни, которые находятся в зоне нагнетания, за счет чего обеспечивается их разгрузка, необходимая для повышения давления нагнетания. Поршни, находящиеся в зоне всасывания, давлением нагнетания не нагружаются, потому что канавки, при помощи которых рабочая жидкость подводится под направляющие элементы, соединены с магистралью всасывания. Таким образом изменяется объем рабочих камер, т.е. происходит процесс сжатия и перемещения рабочей среды от каналов подвода к каналам отвода. The work of the proposed radial rotary piston machine is as follows. As a result of the rotation of the rotor under the action of centrifugal force, as well as under the action of the discharge pressure supplied through the stator discharge channels, the pistons are pressed against the stator profile surface and slide along its arcuate sections. The liquid through the channels is supplied only under those pistons that are in the discharge zone, due to which their unloading is provided, which is necessary to increase the discharge pressure. Pistons located in the suction zone are not loaded with discharge pressure, because the grooves by which the working fluid is supplied under the guide elements are connected to the suction line. In this way, the volume of the working chambers, i.e. there is a process of compression and movement of the working medium from the supply channels to the exhaust channels.

Предложенная схема выполнения распределительных каналов обеспечивает устойчивую работу без вибраций, а также значительное упрощение конструкции радиальной роторно-поршневой машины и, следовательно, позволяет обеспечить в целом высокую надежность ее работы, а также высокую производительность. The proposed distribution channel design provides stable operation without vibrations, as well as a significant simplification of the design of the radial rotary piston machine and, therefore, allows to ensure generally high reliability of its operation, as well as high productivity.

Claims

1. A radial rotary piston machine comprising a stator mounted on a housing having a profiled surface of oval or elliptical shape, a rotor mounted concentrically inside the stator, with the possibility of rotation about the axis, and pistons in contact with the profiled surface of the stator installed in the radial grooves of the rotor reciprocating movement and formation of working chambers beneath them, connected through end distribution channels to suction and discharge lines wherein each piston consists of two parts, one of which is a cylindrical element, and the other is a spherical body located in the seating surface of the cylindrical element, and the end distribution channels are formed by arcuate grooves and are located in the area of the working chambers with which they are connected during operation using the side holes made in the rotor, characterized in that the distribution channels are formed in two torus made in the interconnected parts of the housing the surfaces contacting the respective end surfaces of the rotor, wherein the suction distribution channels are located on one side of the rotor and the discharge distribution channels are on the other side of the rotor, said suction and discharge channels being installed in pairs in opposite sectors of the circle so that all the channels are in plan form an annular channel with jumpers.

2. The machine according to p. 1, characterized in that it contains at least four pistons and at least four distribution channels.

3. The machine according to claim 1, characterized in that it is made reversible depending on the direction of movement of the rotor.

4. The machine according to claim 1, characterized in that the distribution channels of the suction and discharge are connected to the respective lines with the possibility of the formation of two independent circuits.

5. The machine according to claim 1, characterized in that the distribution channels form a converging stream, in which each suction channel is connected to a corresponding suction line, and both discharge channels are connected to one discharge line, or a diverging stream, in which, respectively, the suction channels connected to a common suction line, discharge channels - each with its own discharge line.