容积式转动机械的制作方法

专利名称：容积式转动机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械工程，特别是一种具有转动工作件的容积式转动机械(简称DRM)，可用于包括柴油机的内燃机(ICE)中，用在内动力机械、压缩机、泵、涡轮及测量设备，如流量计和剂量仪。
技术上已知Ingersoll-Rand公司的有正齿轮转子的压缩机，其结构安排如下传动经过主齿轮传到安排成V形的两级轴的齿轮；两个压缩机转子正齿轮级；一个吸入口设在端盖上和部分在壳体的圆柱形孔上；排出孔设在端盖上；在压缩冲程中排出孔由专门形状的端面封住；内(内装的)压缩的终了通过打开由一个转子的端面打开排出孔确定(参见例如“Resume of science and technology”“Pump and CompressorBuilding.Refrigerating Machinery Building”丛书，作者P.I.Plastinin和T.M.Kalnin，第3卷，莫斯科，全苏科学技术资料中心1986，83-85页)。
上述技术方案有下面的缺点所述的容积式转动机械不是通用的，因为其不能有效地用作压缩机，这是由于在关闭空间和排出空间之间的连通的建立没有在转子之间的预压缩。该机械也不能用作内燃机。
所述的容积式转动机械不是紧凑的，因为只有密封盘的一部分(也就是单齿)在各瞬间作用，而机械的其它部分使总尺寸增加；密封盘的周边部分与中央螺旋部分接触，反之亦然，其破坏了接触条件和增加了它们之间的摩擦，因此影响了机械的效率和使用寿命。
与本发明最接近的现有技术是一个容积式转动机械，包括一个具有集中的工作表面的定子和一个主(主动)转子。定子和主转子限定了一个限定空间的室。容积式转动机械还包括至少一个从动转子，可绕与主动转子轴线相交的自身轴线转动，所述的从动转子部分深入一个槽中，该槽通过定子的区域，和有沿着其周边的至少一个槽；所述的从动转子驱动所述的至少一个限定室的空气进入工作室；用于液体通过的进口和出口，所述的进口和出口设成与工作室连通。该容积式转动机械制成一个螺旋泵，包括一个外壳，一个驱动螺旋和一个与螺旋接合的带齿的转动密封盘。盘齿与限定在螺旋凸脊之间的槽接合，以便提供它们之间的密封接触。密封盘的齿有平行的侧面，在齿之间设有三角形的余隙。
螺旋部部分设成一个台肩或凸脊，该台肩或凸脊的沿螺旋转动方向的尺寸设成与螺旋位移相应，这时密封盘从由一个盘齿提供密封的位置运动到由下一个盘齿提供密封的位置(见前苏联发明人证书757,770)。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种容积式转动机械，包括具有一个集中的工作表面的定子和一个主动转子，在定子和主动转子之间设有至少一个限定室的空间，至少一个从动转子，可绕其自身轴线转动，该轴线与主动转子轴线相交，所述的从动转子部分深入一个槽中，该槽通过定子的工作表面和有沿着其周边的至少一个凹口；用于工作液体通过的进口和出口，所述的进出口设成与工作室液体连通，其特征在于所述的限制室的空间由一个表面限定，该表面与通过与从动转子绕着自身轴线转动的同时，使定子与从动转子一起绕着主动转子轴线转动而形成转动体的表面相同，其中遵守下列关系p·DR=N]]>式中p是沿着从动转子周边的凹口的数目；D是从动转子绕自身轴的转数；R是绕主动转子轴线的转数；N是正整数，并且沿着从动转子周边安排的凹口具有的深度使所述的转子占据的任何位置下，所述的凹口的底部位于转子的工作表面下面，和所述的凹口的各侧面具有至少一个主动转子接触部分所述的部分沿着凹口的整个深度延伸。
另外，为了增加工作室的有效容积和减小机械的平衡容积，定子设有圆形凸脊，其中设置从动转子轴，因此使本转动机械加上了专门的特点。
为了把本发明用作一个压缩机或一个内燃机，定子设成在内表面上有圆形凸脊的环，所述的凸脊安装从动转子轴，因此通过使用环形的几何形状实施工作液体的压缩-膨胀过程。
为了更好地连接从动转子轴(因为使用重负载轴承)，所述轴延伸超过所述的圆形凸脊的极限，这提供了建立驱动和从动转子的附加的(外面的)同步。
按照本发明的一个实施例，主动转子是固定的和定子可绕其自身轴线转动。因此，改善了“外”流体密封性，也就是减少工作液体泄漏到周围环境中。在某些情形下，这种安排允许改善抗内泄漏，因为通过从动转子的无槽部分把进口、出口和工作室分离开。
为了简化主动转子的形状和产生一个工作液体加到从动转子的恒定的力矩，在凹槽的至少一个侧面上的主动转子接触部分制成一个肋的形式，所述的肋与从动转子的端面和槽的侧面连接。
为减小或消除工作液体加到从动转子上的力矩，第二主动转子接触部分设成在所述的槽的相对侧面上的肋的形式，所述的肋位于一个从动转子端面上。
为了建立工作液体加到从动转子上的亚力矩，第二主动转子接触部分设成在所述的槽的相对侧面上的肋的形式，所述的肋位于相对的从动转子端面上，第一和第二肋位于相对的从动转子端面上，因此对从动转子轴线中的摩擦进行了补偿，并且简化了主动转子的形状和在从动转子中的槽的形状。
取决于容积式转动机械的工作条件和工作液体的预设定的参数，进口和出口设在定子和/或主动转子上，这是因为需要减小液流转动机械的内在的液体阻力。
更具体地，当从周围环境取工作液体，进口设在定子和主动转子上，和当把工作液体排到周围环境，出口位于定子和主动转子上。


图12是图11的压缩机形式的容积式转动机械的顶视图；图13是环形段的展开图，示出包括一个单从动转子的压缩机形式的容积式转动机械的工作；图14是环形段的展示图，示出图10的容积式转动机械的工作。
在主动转子8和定子1之间形成三个形成室的空间12，相互由主动转子8的肋13隔开。限定室的空间的表面14由主动转子的肋13的工作表面15、盖8的集中的内表面16、定子1的集中的表面2形成。形成室的空间12由可绕其自身轴19转动的从动转子18细分为几个工作室17。图2示出4个从动转子。各所述的从动转子的轴19与主动转子的转动轴线20相交。从动转子18部分深入穿过定子工作表面2的槽21中。各从动转子18有沿着转子周边安排的至少一个凹口22。
图2示出从动转子各有四个这种凹口。定子和/或主动转子设有工作液体进口23和工作液体出口24，所述的进出口可与工作室17液体流通。
图1示出工作流体进口23设在定子圆周部分4。限定室的空间12由表面14限定，该表面与通过与从动转子18绕着自身轴线19转动的同时，使定子与从动转子一起绕着主动转子轴线20转动而形成转动体的表面相同。在限定限定室的空间12的表面14时，遵守下列关系p·DR=N]]>式中p是沿着从动转子周边的槽的数目；D是从动转子绕自身轴线的转数；R是绕主动转子轴线转动的数目；
N是正整数。
另外，p、D和R的值根据容积式转动机械的工作条件选定。
沿着从动转子18安排的凹口22(图2)的深度设成在所述的转子占据的任何位置下，所述的凹口的底部25位于定子的工作表面2下，和所述的凹口22(图3)的各侧面26具有与表面26的部分27接触的至少一个主动转子，所述的部分27沿着槽22的整个深度延伸。
图1示出一个具有圆形凸脊的容积式转动机械，圆形凸脊设有从动转子的轴；图2示出一个容积式转动机械，其中定子1设成环28的形式，该环的内表面有圆形凸脊3，从动转子的轴19位于所述的圆形凸脊3中。
图3示出一个容积式转动机械，其中，从动转子18的轴19的延长部分29突出超出圆形凸脊3的限界。
图4示出一个容积式转动机械，其中主动转子8是固定的，而定子1可绕其自身轴线30转动。设有两个从动转子18，它们附加地相互同步，和各有一个槽。
图5和6示出一个容积式转动机械，其中主动转子是固定的，而定子1可绕其自身轴线30转动，设有两个从动转子相互搭接和各有六个槽。
图7是环形段的展开图，示出容积式转动机械的工作。环形段的展开图是环形表面段的展开图。
环形段的展开图事实上是由环形表面产生的段的展开图。在该具体情形下，容积式转动机械被环形表面分开，环形表面的对称轴线与主动转子(定子)的轴线对齐，和环形表面的轴向周边与从动转子的几何轴线接触，和所述的环形表面剖面的半径与从动转子剖面半径相等。在所述的展开图中，两条横向线18代表同样的从动转子，和中心线18表示另一个从动转子。斜线表示转子肋13，在转子肋13之间，限定室的空间12被主动转子18亚分成工作室17。虚线指示工作液体进出口。
图8示出容积式转动机械的从动转子18的凹口22。凹口22的侧面26(ABCD)的肋AB事实是主动转子接触部分27，所述的肋使从动转子端面31与凹口22的侧面26连接。在该具体情形下，凹口22的其它侧面A′B′C′D′上的第二主动转子接触部分事实是肋A′B′设有凹口22的侧面A′B′C′D′与从动转子端面相交处，在从动转子端面上设有边AB。
图9也示出在容积式转动机械的从动转子中的凹口。凹口22的侧面26(ABCD)的肋AB事实是主动转子接触部分27，所述的肋使主动转子端面31与凹口22的侧面26连接。第二主动转子接触部分设成在从动转子的相对端面上的肋C′D′的形式。
图1示出容积式转动机械的定子上的工作流体进口的安排。图4表示在容积式转动机械的主动转子上的工作流体进口23的安排。在图中没有示出既在定子上又在主动转子上的工作流体进口的安排。在容积式转动机械的定子上的工作液体出口的安排示于图1，和设在主动转子上的工作液体出口的安排示于图4，当需要时，出口可既安排在定子又定排在主动转子上(未示出)。
把本发明的容积式转动机械应用作为一个泵的替换实施例是图10所示的机械，其中在定子1上的圆形凸脊3的形状近似一个球形。从动转子18从定子突入工作室约三分之一的总长度(作为其角度尺寸)，这改善了泵的特点，不管力矩通过一个轴、一个皮带传动装置或齿轮传动装置传递。在力矩通过轴传送的情形下，工作液体在低压下供送通过主动转子的转动的盖。因此实现了一个结构安排，其中抽出工作液体的高压管容纳在供送工作流体的低压管中。在该情形下从高压管的不密封点的泄漏进入低压管中。
本发明的另一实施例是图11示出的压缩机，其中一个与其轴19成整体的盘用作从动转子18。盘的厚度朝着周边减小。盘有三个径向凹口22，沿着其周边对称地分开。在定子1上的圆形凸脊3是环形的。定子1的环28是一个空心环的横向段，该段被主动转子8的盖9补充成一整环。三个对称安排的限定室的空间插在主动转子8和定子1之间。低压工作流体供送通过管形的进口岐管6，在该管中容纳一个出口岐管7，该出口岐管制成管形用于抽出高压工作流体。
为增加压缩机的压缩比而不影响出口24的尺寸，通过从环的外侧移去工作室和把它们放在其内侧而减小工作室的尺寸。为了进一步减小压缩比，邻近从动转子18的出口比邻近相对侧的从动涡轮的进口23有更小的角度尺寸(见图12)。图13示出环形段的展开图，示出具有一个单从动转子的泵形式的容积式转动机械的工作。该图与图7所示的展开图的不同在于肋13的斜角，和只示出从动转子18，因此只有进口及出口的一半。另外，进口23和出口24只占据定子1的部分角度尺寸。当比较图7和13的展开图时，可注意到从动转子的负载程度的不同，也就是图7展开图示出的是可变量的及可反转的但是部分补偿的扭转力矩和在图13展开图中为恒定的力矩。
图14的环形段的展开图示出图10的泵形式的容积式转动机械的工作，其与图13的展开图的不同在于设有两个从动转子18，其导致肋13的另外的斜角。
本发明的容积式转动机械按如下方式工作。
下面考虑以泵形式(图1)的容积式转动机械的工作和通过该泵的环形段的展开图(图13)。展开的段(边缘)穿过从动转子(垂直边缘)和圆形凸脊3(水平边缘)。定子和主动转子形成三个恒容积的限定室的空间。在工作时(也就是由驱动而转动)，从动转子把上面的三个空间(两个空间同时)亚分成小室，小室的容积随主动转子的转动而增加，和小室与工作液体进口连通，和亚分成小室，小室的容积随着主动转子转动而减小及小室与工作流体出口24连通。这种安排的特点在于在一部分工作周期中，限定室的空间没有从动转子，所述的空间不与工作流体进口连通也不与工作流体出口连通。
下面涉及以较高液体密封性的泵(图4)的形式的容积式转动机械，转动定子和固定的主动转子形成一个单一的限定室的空间，所述的空间具有恒定横截面区域部分，该部分被一个从动转子的无凹口部分连续地覆盖，和工作液体被强制沿着所述的部分从工作液体进口流入和流到工作液体出口。两个从动转子的转动是同步的使至少一个从动转子与主动转子接合。这种安排的一个特点是不同压力的室被从动转子的无凹口部分相互分开，使得可能降低对凹口表面加上的质量要求。
以具有一个转动定子、一个固定的主动转子、和两个相互搭接的从动转子的形式的容积式转动机械被一个环形段的展开图示出(图7)。三个恒容积的限定室的空间被定子和主动转子限定，所述的空间使工作流体进口与工作流体出口连通。从动转子使所述的空间亚分成几个小室，其容积随着主动转子转动而增加，和小室与工作流体进口液体连通，和所述的空间还亚分成几个小室，小室的容积随着主动转子转动而减小和小室与工作液体出口液体连通。
以一个经过轴传动的泵形式的容积式转动机械的工作由其环形段的展开图(图14)示出。三个恒容积限定室的空间由定子和主动转子限定。从动转子把所述的空间亚分成几个小室，小室容积随主动转子转动而增加，并且小室与工作液体进口流体连通，及还亚分成几个小室，小室的容积随主动转子转动而减小和小室与工作液体出口流体连通。
这种安排的特点是在高低压之间的边界线位于从动转子的一个端表面，使得在所述的转子上的负载成为恒定，这依次又可能使用液体静力的轴承把从动转子装在定子中。
下面讨论以压缩机形式的容积式转动机械(图11)的工作。定子和主动转子限定恒容积的限定室的空间。从动转子亚分三个空间(同时二个所述的空间)为几个小室，小室的容积随主动转子转动而增加和小室与工作液体进口连通，以及亚分为几个小室，小室的容积随主动转子转动而减小和仅在工作液体压缩后与工作流体出口连通。主动转子转动一次所有室经过完整的冲程也就是说，基于带入与工作液体进口(吸入冲程)连通，容积从零增加到最大，不与进出口连通(压缩冲程)，容积减小，和带入与工作液体出口连通和容积减小到零(排气冲程)。
在图2示出的本容积式转动机械可用作一个柴油机。其工作如下。随着转子的转动，由定子、主动转子、从动转子限定的室的容积增加和通过工作液体进口，所述的室充以燃料-空气混合物。一当所述的室的容积达到局部的最大，在室和工作液体进口之间的连通中断。当所述的室接近容积式转动机械的对称轴线，由于室的构形改变，使室的容积开始降低。通过选择主动转子和从动转子的尺寸比，以及在它们的厚度之间的比例，可达到任意的压缩比。当室安排成相对从动转子的轴线平面对称，压缩比是最大，因而燃料-空气混合物点火。另外，当室离开容积式转动机械的对称轴线，室的容积增加。由于口的不同尺寸，第二局部大的室的容积超过第一个，当圆形凸脊3不在相对从动转子的轴线平面的对称位置室的容积进一步增加，使得在压力等于大气压下，各室带入与工作液体出口(排气口)24连通。当连续作用的火花塞和燃料喷射器安装在定子槽中，得到一个液体燃料的内燃机。
工业应用按照本发明，由铝制出一个泵的原始型。在圣彼得堡列宁格勒金属加工厂成功地进行了该型号的常规试验，和确认了其可使用性。所建议的本发明的优点和广泛的材料范围，包括陶瓷，从这些材料，上面建议的泵、压缩机和转子型内燃机可制造出(因为液流转动机械的组件部分进行的单一种类的运动是它们绕着固定轴线的均匀转动，这减小了在容积式转动机械上的负载，和与其它转子型机械相比在同样的转速下有高的比输出。所有这些证明在工艺规模使用本发明的可能，和可以用在飞机工程及汽车工业等技术中，特别当这种类型的发动机设在汽车的轮中。
权利要求
1.一种容积式转动机械，包括具有一个集中的工作表面的定子和一个主动转子，在定子和主动转子之间设有至少一个限定室的空间，至少一个从动转子，可绕其自身轴线转动，该轴线与主动转子轴线相交，所述的从动转子部分深入一个槽中，该槽通过定子的工作表面和有沿着其周边的至少一个凹口；用于工作液体通过的进口和出口，所述的进出口设成与工作室液体连通，其特征在于所述的限制室的空间由一个表面限定，该表面与通过与从动转子绕着自身轴线转动的同时，使定子与从动转子一起绕着主动转子轴线转动而形成转动体的表面相同，其中遵守下列关系p·DR=N]]>式中p是沿着从动转子周边的凹口的数目；D是从动转子绕自身轴的转数；R是绕主动转子轴线的转数；N是正整数，并且沿着从动转子周边安排的凹口具有的深度使所述的转子占据的任何位置下，所述的凹口的底部位于转子的工作表面下面，和所述的凹口的各侧面具有至少一个主动转子接触部分所述的部分沿着凹口的整个深度延伸。
2.按照权利要求1所述的容积式转动机械，其特征在于所述的定子设有圆形凸脊，其中设置从动转子轴。
3.按照权利要求2所述的容积式转动机械，其特征在于所述的定子设成在内表面上有圆形凸脊的环，所述的凸脊安装从动转子轴。
4.按照权利要求3所述的容积式转动机械，其特征在于所述的从动转子轴延伸超出所述的圆形凸脊的极限。
5.按照权利要求1-4中任一项的容积式转动机械，其特征在于所述的主动转子是固定的和所述的定子可绕其自身轴线转动。
6.按照权利要求1-5中任一项的容积式转动机械，其特征在于在凹口的至少一侧面上的主动转子的接触部分成一个肋的形式，所述的肋连接从动转子的端面和凹口的侧面。
7.按照权利要求6所述的容积式转动机械，其特征在于一个第二主动转子接触部分设成在所述的凹口的相对侧面上的肋的形式，所述的肋位于一个从动转子端面上。
8.按照权利要求6所述的容积式转动机械，其特征在于所述的第二主动转子接触部分设成在所述的凹口的相对侧面上的肋的形式，所述的肋位于相对的从动转子端面上。
9.按照上述权利要求中任一项所述的容积式转动机械，其特征在于所述的工作液体进口设在定子和/或主动转子上。
10.按照上述权利要求中任一项所述的容积式转动机械，其特征在于所述的工作液体的出口设在定子和/或主动转子上。
全文摘要
一种容积式转动机械，用于柴油机或内燃机，以及泵、压缩器、涡轮，以及测量设备，如流量计和计量仪，该转动机械包括一个定子和一个主动转子，在定子和主动转子之间有至少一个限定室的空间。限定室的空间由一个表面限定，该表面与通过与从动转子绕着自身轴线转动的同时，使定子与从动转子一起绕着主动转子轴线转动而形成转动体的表面相同。至少一个凹口设在沿着从动转子的周边，其深度使转子占据的任何位置下，凹口的底部位于定子的工作表面下面。本发明可延伸转动机械的工艺和性能，和增加效率因素及比功率值。
文档编号F02B53/00GK1469967SQ01817648
公开日2004年1月21日 申请日期2001年10月10日 优先权日2000年10月19日
发明者亚历山大·弗拉基米洛维奇·迪丁, 亚历山大 弗拉基米洛维奇 迪丁 申请人:亚历山大·弗拉基米洛维奇·迪丁, 亚历山大 弗拉基米洛维奇 迪丁, 伊利亚·雅科夫列维奇·亚诺夫斯基