[1]Настоящее изобретение относится к цилиндрической симметричной объемной машине.
[2]Объемная машина также известна под названием «машина вытесняющего действия” (positive displacement machine).
[3]В частности изобретение относится к машинам, таким как расширительные устройства, компрессоры и насосы с цилиндрической симметрией, содержащим два ротора, а именно, внутренней ротор, который установлен с возможностью вращения в наружном роторе.
[4]Эти машины известны и описываются, например, в US 1,892,217. Также известно, что роторы могут иметь цилиндрическую или коническую форму.
[5]Известно, что привод этих машин может осуществляться с помощью электрического двигателя.
[6]Из заявки на патент Бельгии № BE 2017/5459 известно, что электрический двигатель может быть установлен вокруг наружного ротора, при этом статор двигателя непосредственно приводит в движение наружный ротор.
[7]Эта машина имеет много преимуществ по сравнению с известными машинами, в которых вал двигателя соединен с помощью передаточного механизма с валом ротора наружного или внутреннего ротора.
[8]Так, машина будет не только намного более компактной, так что занимаемая ею площадь будет меньше, это также означает, что потребуется меньше уплотнений вала и подшипников.
[9]Эффективность машины во многом определяется степенью заполнения так называемой камеры сжатия, представляющей собой пространство между выступами роторов, которое будет перемещаться при вращении роторов от стороны впуска к стороне выпуска и тем самым уменьшаться в объеме, так что воздух, заключенный в этом пространстве, будет сжиматься.
[10]Целью настоящего изобретения является улучшение степени заполнения такой машины.
[11]Для достижения этой цели изобретение предлагает цилиндрическую симметричную объемную машину, содержащую корпус с двумя взаимодействующими роторами в нем, а именно, наружный ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе, и внутренний ротор, установленный с возможностью вращения в наружном роторе, при этом между роторами расположена камера сжатия, которая перемещается при вращении роторов от стороны впуска к стороне выпуска, отличающуюся тем, что сторона впуска наружного ротора имеет вентилятор, чтобы подавать воздух в камеру сжатия.
[12]Это дает преимущество в том, что вентилятор будет обеспечивать центростремительный поток воздуха на впуске, так что получают лучшее заполнение камеры сжатия.
[13]Тем самым производительность машины увеличится.
[14]Это также будет компенсировать любое преждевременное уменьшение объема камеры сжатия, происходящее до ее закрытия.
[15]Другое преимущество состоит в том, что активно всасываемый воздух также пригоден для охлаждения, например, двигателя, который осуществляет привод машины, выпуска или масла, используемого для смазки и/или охлаждения компонентов машины.
[16]Это может быть реализовано путем направления всасываемого воздуха вдоль упомянутых компонентов или через них перед тем, как он поступит в камеру сжатия.
[17]В практическом варианте осуществления наружный ротор имеет дополнительную часть на его стороне впуска, в которую встроен вентилятор и которая прикреплена к наружному ротору.
[18]Дополнительная часть может быть образована полым цилиндрическим элементом, расположенным таким образом, что его ось продолжает ось наружного ротора.
[19]В соответствии с предпочтительным признаком изобретения наружный ротор установлен с возможностью вращения в корпусе с помощью подшипника, установленного на упомянутой дополнительной части.
[20]Преимущество состоит в том, что можно использовать подшипник меньшего размера. Действительно, дополнительная часть, например, сама может иметь ориентированный радиально внутрь воротник, так что подшипник может быть прикреплен к этому воротнику.
[21]Чтобы лучше показать особенности изобретения, несколько предпочтительных вариантов осуществления цилиндрической симметричной объемной машины в соответствии с изобретением будут описаны ниже в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
[22]фиг. 1 - схематически иллюстрирует цилиндрическую симметричную объемную машину в соответствии с изобретением;
[23]фиг. 2 - иллюстрирует поперечное сечение по линии II-II на фиг. 1;
[24]фиг. 3 - схематически иллюстрирует альтернативный вариант осуществления части, обозначенной на фиг. 1 как F3;
[25]фиг. 4 - схематически иллюстрирует вариацию фиг. 3;
[26]фиг. 5 - схематически иллюстрирует другую вариацию фиг. 3.
[27]Машина 1, схематически иллюстрируемая на фиг. 1, в данном случае представляет собой компрессорное устройство.
[28]В соответствии с изобретением машина 1 также может представлять собой расширительное устройство. Изобретение также может относиться к насосному устройству.
[29]Машина 1 представляет собой цилиндрическую симметричную объемную машину 1. Это означает, что машина 1 имеет цилиндрическую симметрию, т.е. такие же симметричные свойства, что и конус.
[30]Машина 1 содержит корпус 2, имеющий впускное отверстие 3 для всасывания подлежащего сжатию газа и выпускное отверстие 4 для сжатого газа. Корпус 2 образует камеру 5.
[31]Два взаимодействующих ротора 6a, 6b, а именно, наружный ротор 6a, установленный с возможностью вращения в корпусе 2, и внутренней ротор 6b, установленный с возможностью вращения в наружном роторе 6a, расположены в камере 5 в корпусе 2 машины 1.
[32]Оба ротора 6a, 6b имеют выступы 7 и могут вращаться относительно друг друга взаимодействующим образом, при этом между выступами 7 образуется камера 8 сжатия, объем которой может уменьшаться при вращении роторов 6a, 6b, так что газ, захваченный в камере 8 сжатия, сжимается. Это принцип очень похож на известные соприкасающиеся взаимодействующие винтовые роторы.
[33]Во время вращения роторов 6a, 6b упомянутая камера 8 сжатия перемещается от одного конца 9a роторов 6a, 6b к другому концу 9b роторов 6a, 6b.
[34]Конец 9a в дальнейшем будет также называться как сторона 9a впуска внутреннего и наружного роторов 6a, 6b, а конец 9b внутреннего и наружного роторов 6a, 6b будет называться как сторона 9b выпуска.
[35]В иллюстрируемом примере роторы 6a, 6b имеют коническую форму, при этом диаметр D, D’ роторов 6a, 6b уменьшается в осевом направлении X-X’. Однако это не является обязательным для изобретения, диаметр D, D’ роторов 6a, 6b также может быть постоянным или изменяться другим образом в осевом направлении X-X’.
[36]Такая конструкция роторов 6a, 6b является подходящей как для компрессорного устройства, так и для расширительного устройства. В качестве альтернативы, роторы 6a, 6b также могут иметь цилиндрическую форму с постоянным диаметром D, D’. Далее, они могут иметь или переменный шаг, так что имеется встроенное объемное отношение, в случае компрессорного или расширительного устройства, или постоянный шаг, в случае, если машина 1 представляет собой насосное устройство.
[37]Ось 10 наружного ротора 6a и ось 11 внутреннего ротора 6b представляют собой фиксированные оси 10, 11. Это означает, что оси 10, 11 не перемещаются относительно корпуса 2 машины 1, однако они не продолжаются параллельно, а расположены под углом относительно друг друга, при этом оси пересекаются в точке P.
[38]Однако это не является обязательным для изобретения. Например, если роторы 6a, 6b имеют постоянный диаметр D, D’, оси 10, 11 могут продолжаться параллельно.
[39]В соответствии с изобретением сторона 9a впуска наружного ротора 6a имеет вентилятор 12, чтобы подавать воздух в камеру 8 сжатия.
[40]Это означает, что вентилятор 12 будет вращаться вместе с наружным ротором 6a, так что когда роторы 6a, 6b вращаются, вентилятор 12 также будет начинать работать.
[41]В данном случае вентилятор 12 представляет собой радиальный вентилятор 12.
[42]В примере, иллюстрируемом на фиг. 1 и фиг. 2, наружный ротор 6a имеет дополнительную часть 13 на стороне 9a впуска, в которую встроен вентилятор 12 и которая прикреплена к наружному ротору 6a.
[43]В данном случае дополнительная часть 13 содержит полый цилиндрический элемент, расположенный таким образом, что его ось продолжает ось 10 наружного ротора 6a.
[44]Дополнительная часть 13 имеет стенку 14 с определенной толщиной A, при этом лопасти 15 вентилятора установлены в этой стенке 14.
[45]Не исключено, что высота одной или более из лопастей 15 уменьшается в осевом направлении от внутренней стороны к наружной стороне в радиальном направлении.
[46]Тем самым может быть получен уменьшенный периметр.
[47]Роторы 6a, 6b установлены на подшипниках в машине 1, при этом внутренний ротор 6b на одном конце 9a установлен в машине 1 на подшипнике 16, а на другом конце 9b внутренний ротор 6b как бы поддерживается наружным ротором 6a.
[48]В иллюстрируемом примере наружный ротор 6a установлен на обоих концах 9a, 9b в машине 1 с помощью подшипников 17, 18.
[49]Как показано на фиг. 1, наружный ротор на стороне 9a впуска установлен с возможностью вращения в корпусе 2 с помощью подшипника 17, установленного на упомянутой дополнительной части 13.
[50]Дополнительная часть 13 имеет ориентированный радиально внутрь воротник 19, на котором установлен упомянутый подшипник 17.
[51]В результате подшипник 17 может быть выполнен намного меньше, т.е. с меньшим диаметром, по сравнению со случаем, когда подшипник 17 установлен непосредственно на самом наружном роторе 6a.
[52]Далее, машина 1 также имеет электрический двигатель 20, который будет приводить в движение роторы 6a, 6b. Двигатель 20 имеет ротор 21 двигателя и статор 22 двигателя.
[53]В данном случае электрический двигатель 20 установлен вокруг наружного ротора 6a, при этом статор 22 двигателя непосредственно приводит в движение наружный ротор 6a.
[54]В иллюстрируемом примере это реализовано тем, что наружный ротор 6a также служит в качестве ротора 21 двигателя.
[55]Электрический двигатель 20 также имеет постоянные магниты 23, встроенные в наружный ротор 6a.
[56]Конечно, также возможно, что магниты 23 не встроены в наружный ротор 6a, а, например, установлены на его наружной стороне.
[57]Вместо электрического двигателя 20 с постоянными магнитами 23 (т.е. синхронного двигателя с постоянными магнитами) также может использоваться асинхронный индукционный двигатель, при этом магниты заменяются на короткозамкнутый ротор (ротор с «беличьей клеткой»). С помощью индукции от статора двигателя в короткозамкнутом роторе генерируется ток.
[58]С другой стороны, двигатель 20 также может быть реактивного типа или индукционного типа или комбинации типов.
[59]Статор 22 двигателя установлен вокруг наружного ротора 6a охватывающим образом, при этом в данном случае он расположен в корпусе 2 машины 1.
[60]Тем самым смазку двигателя 20 и роторов 6a, 6b можно осуществлять вместе, так как они расположены в одном корпусе 2 и, следовательно, не изолированы друг от друга.
[61]Работа машины 1 является очень простой и выглядит следующим образом.
[62]Во время работы машины 1 статор 22 двигателя будет известным образом приводить в движение ротор 21 двигателя и тем самым приводить в движение наружный ротор 6a.
[63]Наружный ротор 6a будет способствовать приведению в движение внутреннего ротора 6b, и при вращении наружного ротора 6a также будет вращаться вентилятор 12.
[64]Благодаря работе вентилятора 12 газ будет всасываться через впускное отверстие 3. Этот газ будет поступать в камеру 8 сжатия между роторами 6a, 6b.
[65]Так как вентилятор 12 будет обеспечивать активную подачу или поток газа, степень заполнения камеры 8 сжатия будет увеличиваться.
[66]Кроме того, газ, когда он всасывается через впускное отверстие 3, будет течь мимо ротора 21 двигателя и статора 22 двигателя. Тем самым газ будет способен обеспечить активное охлаждение двигателя 20.
[67]Благодаря вращению камера 8 сжатия перемещается к выпускному отверстию 4, и в то же время она будет уменьшаться в объеме, чтобы тем самым обеспечить сжатие газа.
[68]Сжатый газ затем может выходить из машины 1 через выпускное отверстие 4.
[69]Не исключено, что во время сжатия жидкость будет впрыскиваться в машину 1.
[70]Эта жидкость может представлять собой как воду, так и синтетическое или несинтетическое масло.
[71]На фиг. 3 иллюстрируется альтернативный вариант осуществления вентилятора 12, который здесь представляет собой осевой вентилятор 12.
[72]В данном случае дополнительная часть 13 является не цилиндрической, а, скорее, конической. Однако это не является обязательным. Осевой вентилятор 12 встроен в ориентированный радиально внутрь воротник 19.
[73]На фиг. 4 показаны радиальный вентилятор 12 с фиг. 1 в комбинации с дополнительным осевым вентилятором 12a, которые расположены последовательно друг с другом.
[74]В данном случае дополнительный осевой вентилятор 12a расположен перед радиальным вентилятором 12, если смотреть в направлении потока всасываемого воздуха. Конечно, также возможно, чтобы радиальный вентилятор 12 был расположен перед дополнительным осевым вентилятором 12a.
[75]Дополнительный осевой вентилятор 12a установлен вокруг дополнительной части 13.
[76]На фиг. 5 иллюстрируется другая вариация, в которой вентилятор 12 представляет собой смешанный осевой-радиальный вентилятор 12, при этом лопасти 15 имеют как осевую часть, так и радиальную часть.
[77]Работа вентилятора 12 в вариантах осуществления на фиг. 3-5 аналогична работе варианта осуществления на фиг. 1-2.
[78]Настоящее изобретение не ограничивается каким-либо образом вариантами осуществления, описываемыми в качестве примера и иллюстрируемыми на чертежах, и цилиндрическая симметричная объемная машина в соответствии с изобретением может быть реализована в любых формах и размерах, не выходя за пределы объема изобретения.
