NL1004426C2 - Roterende omkeerbare volume-expansie machine. - Google Patents

Description

ROTERENDE, OMKEERBARE, VOLUME-EXPANSIE MACHINE Beschrijving van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op het gebied van de algemene machinebouw: warmtemotoren (interne en externe verbrandingsmotoren, stoommachines enz.)/ pneumatische motoren, hydromotoren, proportionele, omkeerbare en propor-5 tioneel omkeerbare compressoren en pompen.

Doel van de uitvinding: vergroting van het rendement van warmtemotoren en volume-uitdrijvingsmachines; verkleining van het soortelijk gewicht en volume van warmtemotoren per krachteenheid; vereenvoudiging van de constructie; vergro-10 ting van de betrouwbaarheid en levensduur; het bereiken van een grotere mate van gemak bij massaproduktie; in geval de warmtemotor wordt gebruikt in het transportwezen, zal dit een aanzienlijke besparing opleveren op het brandstofverbruik per trajecteenheid.

15

In figuur 1 is een dwarsdoorsnede afgebeeld (minimale variant lxl) van de roterende, omkeerbare, volume-expansiemachi-ne. De expansiemachine omvat een stator en een rotor. Het vaste deel kan zowel rotor als stator zijn. Bij deze variant 20 is het losse deel van de expansiemachine stator 1 met bevestigingselementen. De draaiende rotor 2 is vast verbonden met draaiingsas 3. De stator is een cilinder met een aan de binnenwand geplaatste volume-verdeler 4, in welk lichaam zich een instroomkanaal van de werkzame stof 5 en een uit-25 stroomkanaal van de afgewerkte stof 6 bevinden. Indien het nodig is de draairichting van de rotor te veranderen, dan veranderen tevens de functies van de in- en uitstroomkanalen. In de cilindrische uitholling van de rotor is een tandwiel-afsluiter 7 geplaatst met minimaal drie bladen; in 30 het voorbeeld van figuur 1 heeft de tandwiel-afsluiter vier bladen (afhankelijk van de uitgevoerde variant kan de tandwiel-afsluiter uitgerust zijn met drie, vier, vijf of 1004426 2 meer bladen). De tandwiel-afsluiter is vast verbonden met de as die op een lager steunt, geplaatst aan de zijwanden van de rotor. De zijvlakken en toppen van de volume-verdeler en de bladen van de tandwiel-afsluiter zijn voorzien van pak-5 kingen. De tandwiel-afsluiter is tevens voorzien van een synchronisatie mechanisme, waardoor het langs de volume-verdeler passeren van de tandwiel-afsluiter en de fixatie van de bladen in radiaalstand tijdens de arbeidsslag gewaarborgd wordt.

10 Het arbeidsprincipe van de expansiemachine leidt tot het principe van de mechanische commutatie van het volume wanneer de tandwiel-afsluiter de volume-verdeler passeert. Bij instroom van de werkzame stof in instroomkanaal 5 ontstaat door de druk uitgeoefend op het blad van tandwiel-afsluiter 15 7, een draaimoment aan as 3 dat proportioneel is aan de druk van de werkzame stof in expansiekamer 8 en het doorsneevlak van de expansiekamer in de draairichting van de rotor aangegeven door een pijltje, hetgeen vervolgens leidt tot beweging van rotor 2. De andere (tweede) kant van het blad van 20 tandwiel-afsluiter 7 drijft de afgewerkte stof via uitstroomkanaal 6 uit. Bij verdere beweging van de rotor maakt de tandwiel-afsluiter, die langs volume-verdeler 4 gaat een draai van 90 graden tegengesteld aan de draairichting van de rotor en fixeert in radiaalstand door middel van 25 het synchronisatie mechanisme, en maakt aldus de opnieuw gevormde expansiekamer 8 gereed voor opname van een nieuwe portie (lading) werkzame stof. Bij verdere beweging van de rotor zullen de arbeidscycli zich als hierboven beschreven herhalen.

30 Indien de expansiemachine als compressor of pomp wordt gebruikt, wordt in het instroomkanaal geperst gas of overgepompte vloeistof ingevoerd, terwijl het persgas of de overgepompte vloeistof wordt afgevoerd via het uitstroomkanaal .

35 Door het flexibele schema van de expansiemachine is het mogelijk een expansiemachine samen te stellen afhankelijk van de vereiste resultaten door de grote variatie die mogelijk is in het aantal arbeidscycli per asomwenteling. Zo bestaat er de variant van twee volume-verdelers en één 1 0 0 44 2 b 3 tandwiel-afsluiter of andersom, één volume-verdeler en twee tandwiel-afsluiters; twee volume-verdelers en drie tandwiel-afsluiters; drie volume-verdelers en twee tandwiel-afsluiters enz.

5 N.B. Het aantal volume-verdelers en tandwiel-afsluiters mag niet gelijk zijn teneinde de slag bij zowel de omvorming van warmte-energie in mechanische energie als gebruik van de expansiemachine als compressor of pomp zo vloeiend mogelijk te krijgen.

10

In figuur 2 is, als voorbeeld, een dwarsdoorsnede afgebeeld van variant 2x3 van de roterende, omkeerbare, volurae-expansiemachine. De expansiemachine omvat: een vast stator-huis met bed 15; rotor 17 die tezamen met as 10 draait; 15 tandwiel-af sluiters 9, 14 en 21; volume-verdelers 12 en 19, waarin zich instroomkanalen van de directe slag 11 en 20 en uitstroomkanalen van de directe slag 13 en 18 bevinden; expansiekamers 16 en 22. Bij omkering van de draairichting van de machine verandert de functie van de in- en 20 uitstroomkanalen. Volume-verdelers 12 en 19 zijn voorzien van pakkingen die langs het cilindrische oppervlak van de rotor, een deel van de tandwiel-afsluiters en de zijwanden van de rotor schuiven teneinde weglekken van de werkzame stof uit de expansie- c.q. compressiekamer tegen te gaan.

25 Ook de toppen en zijvlakken van de bladen van de tandwiel-afsluiters zijn voorzien van een pakking. De tandwiel-afsluiters draaien in de cilindrische uithollingen van de rotors op lagers, die bevestigd zijn aan de zijwanden van de rotor.

30 Bij het instromen van de werkzame stof in instroomkanaal 20 ontwikkelt de druk, uitgeoefend op het blad van de tandwiel-afsluiter 21, een kracht proportioneel aan de druk van de werkzame stof en het doorsneevlak van de expansiekamer in de draairichting van de rotor, aangegeven door een pijltje, 35 hetgeen vervolgens leidt tot beweging van de rotor. Bij verdere beweging van de rotor maakt tandwiel-afsluiter 14, die volume-verdeler 12 passeert, een draai van 90 graden tegengesteld aan de draairichting van de rotor en fixeert in loodrechte stand ten opzichte van de rotoras, en maakt zo -r o c- > r ; t v> O 1- 4 expansiekamer 16 gereed voor inname van werkzame stof. N.B. De toevoer van werkzame stof in kanaal 20 kan, afhankelijk van de bedri jfsmodus, totaan of na het bereiken van dit moment worden gestopt en begint de instroom van werkzame 5 stof in kanaal 11 met als resultaat dat de druk, uitgeoefend op het blad van tandwiel-afsluiter 14, leidt tot het voortbewegen van de rotor. Een verdere analoge cyclus wordt herhaald in expansiekamer 22, maar dan met tandwiel-afslui-ter 9. Iedere volgende arbeidscyclus, voor het gegeven 10 schema van de expansiemachine afgebeeld in figuur 2, zal plaatshebben iedere keer wanneer de rotor 60 graden gedraaid is met wisseling van de expansiekamer. N.B. Op het moment van aanvang van een nieuwe cyclus duurt de voorafgaande nog voort. Op deze manier vindt er een sommering van het - begin 15 en eind - draaimoment plaats. Het uitdrijven van de afgewerkte stof vindt plaats via uitstroomkanalen 13 en 18 na beëindiging van de arbeidscyclus.

Uit bovenstaande volgt dus dat voor de variant gegeven in figuur 1 per rotoromwenteling zes arbeidscycli verwezenlijkt 20 worden.

Indien het nodig is de draairichting van de rotor te veranderen, dan verandert de functie van de in- en uitstroomkanalen mee, dat wil zeggen dat kanalen 13 en 18 instroomkanalen en kanalen 11 en 20 uitstroomkanalen worden. 25 De vorm en afmetingen van de volume-verdelers worden dusdanig gekozen dat het oppervlak van het blad van de tandwiel-afsluiter direct contact kan hebben met het grootste deel van het vlak van de volume-verdeler, waardoor nuttige arbeid kan worden verricht tot het moment van direct contact van 30 het blad met de volume-verdeler bij compressie of uitdrijving of vanaf het moment van direct contact met de volume-verdeler bij expansie, terwijl in de vorm van het blad van de tandwiel-afsluiter de krommingsstraal van de rotor wordt voortgezet, waardoor, dit alles bij elkaar genomen, het 35 niet-produktieve deel van het beginvolume kan worden geminimaliseerd.

1004426

Claims (8)

1. De roterende, omkeerbare, volume-expansie machine bevat 5 een vaste stator waarin een volume-verdeler is ge - plaatst met kanalen voor de instroom van de werkzame stof en de uitstroom van de afgewerkte stof, een rotor die tezamen met een as draait, een tandwiel-afsluiter, een expansiekamer die - met als doel verhoging van het 10 rendement en vereenvoudiging van de constructie, vermindering van het soortelijk gewicht per krachteen-heid en vergroting van de betrouwbaarheid van de arbeid en vergroting van de levensduur - wordt gekenmerkt door een in de cirkelvormige cilindrische uithollingen van 15 de rotor geplaatste tandwiel-afsluiter, die wanneer hij de volume-verdeler passeert, een draai maakt in een hoek bepaald door het aantal bladen en zo de volgende expansiekamer vormt voor de inname en vergroting van de werkzame stof en met het zich verder verwijderen vanaf 20 de volume-verdeler de expansiekamer vergroot proportio neel aan de draaiingshoek van de rotor en op de as, onafhankelijk van de draaiingshoek van de rotor, een kracht ontwikkelt proportioneel aan de druk in de expansie c.g. compressiekamer;

2. De expansiemachine genoemd onder punt l. wordt gekenmerkt door het feit dat de expansiekamer minimaal door middel van één volume-verdeler tussen rotor en stator wordt gevormd, waarin zich een instroomkanaal voor de werkzame stof en een uitstroomkanaal voor de afgewerkte 30 stof bevindt, waarbij ieder kanaal een dubbele functie kent afhankelijk van de draairichting van de rotor en door middel van minimaal één tandwiel-afsluiter;

3. De expansiemachine genoemd onder punten 1. en 2. wordt kenmerkt door het feit dat het oppervlak van de bladen 35 van de tandwiel-afsluiters gua vorm het oppervlak van de krommingsstraal van de rotor voortzetten, als het ware het verlengde ervan zijn;

4. De expansiemachine genoemd onder de punten 1., 2. en 3. wordt gekenmerkt door het feit dat het aantal volume- 1004426 verdelers en tandwiel-afsluiters wordt bepaald door uitvoeringsvarianten van de expansiemachine en kunnen de meest verschillende combinaties vormen;

5. De expansiemachine genoemd onder de punten 1., 2., 3. 5 en 4. wordt gekenmerkt door het feit dat rotor en sta tor zowel symmetrisch als asymmetrisch zijn uitgevoerd onafhankelijk van het aantal volume-verdelers en tandwiel-afsluiters;

6. De expansiemachine genoemd onder de punten 1., 2., 3., 4. en 5. wodt gekenmerkt door het feit dat de bladen van de tandwiel-afsluiters gefixeerd worden in een loodrechte stand ten opzichte van de as nadat deze langs de volume-verdeler zijn gegaan;

7. De expansiemachine genoemd onder de punten 1., 2., 3., 15 4., 5., en 6. wordt gekenmerkt door het feit dat het aantal arbeidscycli per rotoromwenteling het produkt vormt van het aantal volume-verdelers op het aantal tandwiel-afsluiters;

8. De expansiemachine genoemd onder de punten 1.,2., 3., 20 4.,5., 6., en 7. wordt gekenmerkt door het feit dat, teneinde een maximaal rendement te verkrijgen, de toevoer van werkame stof in de expansiekamer niet gedurende de hele arbeidscyclus doorgaat, maar totdat een bepaalde draaiingshoek van de rotor bereikt is, hetgeen 25 wordt gewaarborgd door een maximaal gebruik van de werkzame stof, dat wordt bepaald door de bedrijfsmodus van de expansiemachine. 1004426