устройство радиального уплотнения роторно-поршневой машины

Формула изобретения

Устройство радиального уплотнения роторно-поршневой машины, содержащее уплотнительный элемент, размещенный в пазу поршня, и набор пластин, выполненных из антифрикционного термостойкого материала, размещенных на внутренней стороне корпуса, отличающийся тем, что указанный паз поршня представляет собой радиальную проточку трапецеидального сечения, основания которого соотносятся как 1:2-1:5, а боковая сторона равна длине меньшего основания, выполненную в шаровой поверхности поршня и ориентированную перпендикулярно оси валов роторно-поршневой машины, при этом на дне каждой проточки расположен первый упругий элемент, имеющий в поперечном сечении эллипс, причем больший диаметр эллипса на 3-7% больше длины средней линии трапецеидального сечения проточки, а меньший диаметр эллипса равен половине глубины проточки, при этом на первом упругом элементе расположен второй упругий элемент прямоугольного сечения, ширина которого на 2-5% превышает длину меньшего основания проточки, а длина обеспечивает образование выступа на шаровой поверхности поршня высотой 1-3% от меньшего основания проточки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области систем уплотнения для рабочего тела в роторных машинах, и может быть использовано в роторных машинах различного назначения.

Известно устройство радиального уплотнения роторно-поршневой машины (DE, заявка 2437263, F 01 С 19/00, 1974), содержащее единую уплотнительную пластину, имеющую опорный выступ и установленную в пазу поршня с возможностью радиального перемещения, и рычажно-ползунный механизм управления и компенсации центробежных сил с двумя грузами и рычагами, шарнирно установленными в поршне, причем один из рычагов установлен на качающейся опоре.

Недостатком известной конструкции следует признать ее ненадежность, обусловленную кинематической связью механизма управления с выступом на уплотнительной пластине, что приводит к возможности ее осевого перемещения и последующего перекоса в пазу поршня, а также использованием для указанной кинематической связи ползунов, не сопряженных с поверхностью паза в выступе, что приводит к высоким контактным напряжениям.

Известно также устройство радиального уплотнения роторно-поршневой машины (GB, патент 1208430, F 01 С 19/00, 1977). Известное устройство содержит единую уплотнительную пластину, установленную в пазу поршня с возможностью радиального перемещения, и шарнирно-рычажный механизм управления и компенсации центробежных сил, причем указанный механизм установлен внутри поршня и состоит из двух частей, шарнирно соединенных с соответствующими концами уплотнительной пластины, при этом в состав указанного механизма входят двуплечие рычаги, по меньшей мере, один шатун и груз.

Недостатком известной конструкции следует признать ее ненадежность, обусловленную возможностью осевого смещения уплотнительной пластины в пазу поршня и/или перекоса и нарушения уплотнения или увеличения зазора между уплотнительной пластиной и внутренней поверхностью корпуса машины.

Техническая задача, решаемая посредством предложенной конструкции, состоит в разработке надежной системы уплотнения роторно-поршневой машины.

Технический результат, получаемый при реализации предложенной конструкции, состоит в повышении коэффициента полезного действия роторно-поршневой машины.

Для получения указанного технического результата предложено использовать устройство радиального уплотнения роторно-поршневой машины, содержащее уплотнительный элемент, размещенный в пазу поршня, и набор пластин, выполненных из антифрикционного термостойкого материала, размещенных на внутренней стороне корпуса. Указанный уплотнительный элемент представляет собой радиальную проточку трапецеидального сечения, основания которого соотносятся как 1:2-1:5, а боковая сторона равна длине меньшего основания, выполненную в шаровой поверхности поршня и ориентированную перпендикулярно оси валов роторно-поршневой машины, при этом на дне каждой проточки расположен первый упругий элемент, имеющий в поперечном сечении эллипс, причем больший диаметр эллипса на 3-7% больше длины средней линии трапецеидального сечения проточки, а меньший диаметр эллипса равен половине глубины проточки, при этом на первом упругом элементе расположен второй упругий элемент прямоугольного сечения, ширина которого на 2-5% превышает длину меньшего основания проточки, а длина обеспечивает образование выступа на шаровой поверхности поршня высотой 1-3% от меньшего основания проточки.

Отличие предложенной системы уплотнения состоит в том, что она выполнена простой в изготовлении и легко заменяемой. Второй упругий элемент при перемещении поршня скользит по набору пластин, выполненных из антифрикционного термостойкого материала и размещенных на внутренней стороне корпуса роторно-поршневой машины. При этом указанный поршень приведен в плотный контакт с указанными пластинами на внутренней поверхности корпуса, что исключает перетекание рабочего тела из компрессорной зоны в детандерную зону, уменьшающее коэффициент полезного действия. Неизбежное разогревание поршня в процессе работы роторно-поршневой машины приведет к незначительному утапливанию второго уплотнительного элемента внутрь проточки на счет деформации первого уплотнительного элемента. По мере истирания второго уплотнительного элемента под действием деформированного первого упругого элемента второй упругий элемент перемещается в вертикальной плоскости по направлению к внутренней стороне корпуса роторно-поршневой машины, сохраняя плотный контакт, исключающий перемещение рабочего тела. При значительном истирании второго упругого элемента проводят его замену путем полного удаления из проточки остатков второго упругого элемента и деформации сжатия первого упругого элемента.

Предпочтительно выполнять оба упругих элемента из полимерного материла с высокой сопротивляемостью истиранию и высоким модулем всестороннего сжатия, причем желательно, чтобы первый упругий элемент имел более высокий модуль всестороннего сжатия, а второй упругий элемент - более высокую сопротивляемость истиранию (например, стереорегулярный полиизопрен и кристаллический полипропилен). Пластины могут быть выполнены, в частности, из силиконовой резины.

На чертеже приведен поперечный разрез шаровой поверхности поршня, при этом использованы следующие обозначения: поршень 1, проточка 2, первый уплотнительный элемент 3, второй уплотнительный элемент 4.

Использование предложенного уплотнения позволяет повысить коэффициент полезного действия роторно-поршневой машины примерно на 7-8% относительно технического решения, использованного в качестве ближайшего аналога.