Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретения относятся к области машиностроения, именно к роторным объёмным машинам, которые могут быть использованы в качестве насосов, компрессоров, гидроприводов.

Уровень техники.

Известны и широко применяются в гидроприводах аксиально-поршневые объемные роторные машины (ОРМ), в том числе с наклонной шайбой. Их недостатком является невысокая удельная мощность. По данным Интернета она достигает 5 кВт/кг. Кроме того, такую мощность они развивают за счет повышения давления до 350 - 400 атм., что сильно ужесточает требования к точности изготовления деталей, чистоте и качеству рабочего тела.

Известна ОРМ (патент RU 2376478), содержащая корпус, рабочая поверхность которого выполнена в виде части сегмента сферы, ротор с рабочей поверхностью вращения, установленный в корпусе с возможностью вращения, кольцевую концентрическую рабочую полость, образованную корпусом и ротором, разделитель, выполненный в виде наклонной шайбы, установленный неподвижно в корпусе под углом к геометрической оси вращения ротора и разбивающий рабочую полость на две части, причём на рабочей поверхности ротора выполнен, по меньшей мере, один паз вдоль его геометрической оси вращения, в роторе установлен поршень с возможностью перекрытия (уплотнения) рабочей полости и совершения вращательных колебаний вокруг своей геометрической оси, пересекающей геометрическую ось ротора, причем поршень выполнен в виде, по меньшей мере, части диска, а в каждом поршне имеется, по меньшей мере, одна уплотняемая уплотнительным синхронизирующим элементом (УСЭ) прорезь для прохода разделителя.

Данная ОРМ имеет надежную синхронизацию, однако, максимальное давление, выдерживаемое одной ступенью, и ресурс ограничены износостойкостью пары трения УСЭ— поршень, поскольку, из-за несимметричности нагрузки, удельное давление в них приблизительно равно перепаду давления ступени. Недостатком является и наличие двух пар окон входа и выхода рабочего тела на корпусе каждой ступени, которые нужно соединять каналами в обход рабочей полости.

Известна ОРМ (патент RU 2202695) содержащая статор, рабочие камеры, ротор, установленный с возможностью вращения, разделитель установленный с возможностью вращения, причем геометрические оси вращения ротора и разделителя пересекаются под острым углом, окна входа и окна выхода рабочего тела, причем разделитель находится в зацеплении с ротором через уплотняющий синхронизирующий элемент, имеющий сквозную щель, через которую проходит ротор.

Недостатком является наличие двух пар окон входа и выхода рабочего тела на корпусе каждой ступени. Причем для соединения окон входа / выхода друг с другом, требуется обходить паз большого диаметра, расположенный вокруг полости корпуса для установки в нем разделителя. Это увеличивает массу и сложность корпуса, снижает удельные характеристики ОРМ. Особенно, если используется две ступени и соединять приходится восемь окон. Недостатком, так же является наличие плоского участка ротора, проходящего через щель в уплотняющем синхронизирующем элементе, Он не позволяет провести каналы для рабочего тела через ротор, ограничивает максимальное рабочее давление и максимальный крутящий момент который можно передавать на следующую гидравлически параллельную ступень ОРМ, которая требуется для получения практически равномерной подачи.

Известна ОРМ (патент GB 790190), содержащая корпус, ротор с шарообразной частью, установленный в корпусе с возможностью вращения, и, по меньшей мере, с шестью перегородками на этой шарообразной части, сферообразную рабочую полость образованную вокруг шарообразной части ротора, с кольцевым пазом вокруг нее, разделитель с отверстием для шарообразной части ротора, с внешней и внутренней частью, имеющий прорези для перегородок, установленный внешней частью в пазу этой полости, с возможностью вращения относительно корпуса в плоскости паза, выступающий в рабочую полость внутренней частью, и взаимодействующий с шарообразной частью, причем перегородки с разделителем разделяют рабочую полость на рабочие камеры, образующиеся по разные стороны разделителя. В прорезях имеются скользящие уплотнения для компенсации изменяющегося (из-за наклона оси вращения разделителя к оси вращения ротора) относительного углового растояния между прорезями и их углового размера, как того требуют условия сопряжения. Два окна входа, расположены на корпусе симметрично относительно центра сферообразной полости по разные стороны от разделителя и, аналогичным образом, расположены два окна выхода. Окна имеют выход непосредственно в рабочие полости.

Недостатком является наличие большого количества (двух пар) окон, расположенных (в парах) далеко друг от друга, т.к. их приходится соединять длинными каналами в обход разделителя, диаметр которого больше диаметра полости, что существенно увеличивает размеры и вес ОРМ.

Другим недостатком является необходимость применения скользящих уплотнений (снижают максимально допустимые перепады давления), которые требуются при использовании более двух выступов на роторе (а для постоянного поддержания давления ОРМ, при размещении окон с выходом в рабочую камеру, требуется не менее трех перегородок). Кроме того, не приводится геометрия сопрягаемых поверхностей перегородок и скользящих уплотнений, позволяющая уплотнять камеры.

Известны (~с 1905г) и другие ОРМ со сферообразной рабочей полостью и кольцевым пазом, выполненным вокруг нее, имеющие ротор с перегородками, установленный с возможностью вращения в корпусе, и разделитель, установленный своей внешней частью в упомянутом пазу с возможностью вращения вокруг ротора относительно корпуса. Между рабочими органами у них образуются симметричные (или почти симметричные) рабочие камеры. Благодаря симметрии камер, имеющих высокое давление, удается уравновесить силы давления со стороны рабочего тела на многие рабочие органы. Разделитель, благодаря наличию наружной части, расположенной в кольцевом пазу, удается полностью разгрузить гидравлически. Благодаря сферообразности рабочей полости, ОРМ имеют развитые контактные поверхности между рабочими органами, что снижает внутренние перетечки рабочего тела. Т.е. у ОРМ данного типа имеются возможности для получения высоких давлений и высокого кпд.

Однако, они не получили распространения. Причиной является сложность подвода рабочего тела к симметричным рабочим камерам, расположенным по обе стороны от вращающегося разделителя. Обычно, у потребителя ОРМ, подвод / отвод рабочего тела к ОРМ выполнен в одном месте. После чего в ОРМ требуется доставить рабочее тело к рабочим камерам расположенным центрально симметрично в рабочей полости. Для обхода рабочей полости на противоположную сторону требуется минимальная длина магистрали, с учетом стенок и диаметра магистрали, около 4R (R-радиус полости). С учетом того, что требуется обходить паз под разделитель и уплотняемый разъем корпуса, добавляется еще около одного, двух R. В итоге, в сумме для подвода и отвода рабочего тела требуется длина магистрали около 10R. Если для постоянной подачи ОРМ требует наличия двух ступеней, то это число удваивается. В результате на этом теряется компактность, удельная мощность и сильно усложняется изготовление. Так, разводка магистралей обычными трубами, достаточного сечения для использования скоростных возможностей ОРМ, увеличивает диаметр в —1.7 раза, а объем в ~5 раз. Разводка отверстиями в корпусе очень усложняет корпус, и все равно существенно увеличивает габариты и вес.

Задачей изобретения является увеличение удельных характеристик ОРМ со сферообразной рабочей полостью и вращающимся вокруг ротора относительно корпуса разделителем за счет уменьшения ее габаритов, веса и/или увеличения допустимого перепада давления, а так же увеличение их надежности.

Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус, ротор с шарообразной частью с, по меньшей мере, одной перегородкой на ней, установленный в корпусе с возможностью вращения, сферообразную рабочую полость с кольцевым пазом вокруг нее, образованную в корпусе вокруг шарообразной части ротора, разделитель с отверстием для шарообразной части ротора, с внешней и внутренней частью, имеющий на внутренней части, прорезь для каждой перегородки, установленный внешней частью в кольцевом пазу, с возможностью вращения относительно корпуса в плоскости кольцевого паза, выступающий в рабочую полость внутренней частью, места подвода и отвода рабочего тела, причем, по меньшей мере, одна перегородка с разделителем разделяет рабочую полость на рабочие камеры, образующиеся по одну и по другую стороны разделителя, причем, проход рабочего тела между, по меньшей мере, частью рабочих камер и местом подвода или отвода рабочего тела, находящимся по другую от рабочих камер сторону разделителя, осуществляется посредством каналов выполненных в роторе.

Задача изобретения достигается тем, что каналы для рабочего тела проходят внутри шарообразной части ротора и имеют винтообразную форму.

Задача изобретения достигается тем, что в машине место подвода и место отвода рабочего тела расположено только с одной из сторон разделителя.

Задача изобретения достигается тем, что в машине место подвода рабочего тела расположено только с одной стороны от разделителя, а место отвода рабочего тела расположено только с другой стороны от разделителя.

Задача изобретения достигается тем, что в машине часть каналов выполнены с возможностью соединения только с местом подвода рабочего тела, а часть каналов выполнена с возможностью соединения только с местом отвода рабочего тела. Задача изобретения достигается тем, что в машине имеются окна входа и окна выхода рабочего тела, а каналы выполнены с возможностью поочередного соединения для прохода рабочего тела с окном входа и с окном выхода.

Задача изобретения достигается тем, что в машине, по меньшей мере, в одной прорези разделителя установлен уплотняющий синхрон из ирующий элемент с возможностью совершения вращательных колебаний относительно разделителя вокруг оси лежащей в плоскости вращения разделителя и проходящей через центр шарообразной части.

Задача изобретения достигается тем, что в машине, по меньшей мере, в одной прорези разделителя установлен уплотняющий синхронизирующий элемент с возможностью совершения вращательных колебаний относительно разделителя вокруг центр шарообразной части в плоскости разделителя.

Задача изобретения достигается тем, что в машине на роторе имеется, по меньшей мере, две шарообразные части, с рабочими полостями вокруг них, и одно общее место подвода или отвода рабочего тела.

Задача изобретения достигается тем, что в машине в корпусе установлено с возможностью поворота поворотное кольцо, а кольцевой паз для установки разделителя выполнен в поворотном кольце, причем поворот поворотного кольца изменяет угол наклона кольцевого паза к оси вращения ротора.

Задача изобретения достигается тем, что в машине в корпусе установлена с возможностью поворота втулка, на которой имеются окна входа и выхода рабочего тела.

Задача изобретения достигается тем, что в машине имеется устройство для одновременного поворота поворотного кольца и втулки, причем втулку поворачивают на угол вдвое меньший, чем поворотное кольцо.

Задача изобретения достигается тем, что в машине в роторе имеется соосное ему отверстие, в котором установлен элемент корпуса - втулка, на которой расположены окна входа и выхода, а так же, в ней выполнены каналы для прохода рабочего тела.

Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус, ротор с двумя шарообразными частями с двумя перегородками на каждой из них, установленный в корпусе с возможностью вращения, сферообразную рабочую полость с кольцевым пазом вокруг нее, образованную в корпусе вокруг каждой шарообразной части ротора, разделитель с отверстием для шарообразной части ротора, с внешней и внутренней частью, имеющий на внутренней части, две симметричные прорези для прохождения перегородок, установленный внешней частью в кольцевом пазу, с возможностью вращения относительно корпуса в плоскости кольцевого паза, выступающий в рабочую полость внутренней частью, окна входа и выхода рабочего тела расположенные на корпусе, перегородки с разделителем разделяют рабочую полость на две пары симметричных относительно центра шарообразной части рабочих камер, причем, проход рабочего тела между рабочими камерами и окнами входа и выхода осуществляется посредством каналов, выполненных в роторе.

Задача изобретения достигается тем, что в машине выполнено одно общее для всех рабочих камер окно входа рабочего тела и одно общее для всех рабочих камер окно выхода рабочего тела.

Задача изобретения достигается тем, что в машине окно входа рабочего тела и окно выхода рабочего тела расположены на участке корпуса между рабочими полостями.

Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус, ротор с шарообразной частью и одной перегородкой на ней, установленный в корпусе с возможностью вращения, сферообразную рабочую полость с кольцевым пазом вокруг нее, образованную в корпусе вокруг шарообразной части ротора, разделитель с отверстием для шарообразной части ротора, с внешней и внутренней частью, имеющий на внутренней части, прорезь для каждой перегородки, установленный внешней частью в кольцевом пазу, с возможностью вращения относительно корпуса в плоскости кольцевого паза, выступающий в рабочую полость внутренней частью, на шарообразной части ротора имеется окно входа и окно выхода рабочего тела, расположенные по разные стороны от перегородки, канал для подвода рабочего тела к окну входа и канал для отвода рабочего тела от окна выхода, идущие внутри ротора.

Задача изобретения достигается тем, что в машине для подачи рабочего тела вдоль оси ротора канал для подвода рабочего тела и канал для отвода рабочего тела расходятся от шарообразной части ротора в противоположных направлениях.

Задача изобретения достигается тем, что в объемной роторной машине окна входа и окна выхода для рабочих камер, расположенных вокруг, по меньшей мере, двух шарообразных частей ротора совмещены.

Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус со сферообразной полостью и кольцевым пазом вокруг нее, ротор с, по меньшей мере, одной шарообразной частью, установленный в корпусе с возможностью вращения, сферообразную рабочую полость, образованную вокруг шарообразной части ротора, разделитель, установленный в пазу с возможностью вращения в плоскости паза, рабочие камеры, образованные в рабочей полости по разные стороны от разделителя, окно входа и окно выхода рабочего тела, каналы, выполненные в роторе с возможностью сообщения окон входа и выхода с рабочими камерами.

Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус имеющий, по меньшей мере, одну сферообразную полость с кольцевым пазом вокруг нее, перепускную втулку с окнами входа и выхода рабочего тела, установленную в корпусе, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, имеющий, в каждой полости корпуса шарообразную часть с двумя перегородками на ней, а в каждом пазу корпуса имеется поворотное кольцо с кольцевым пазом на внутренней поверхности, установленное с возможностью поворота в корпусе, изменяющем угол наклона паза кольца к геометрической оси вращения ротора, причем в пазу каждого поворотного кольца имеется разделитель кольцевой формы, имеющий внутреннюю, рассеченную двумя пазами, и внешнюю части, установленный с возможностью вращения и выступающий в полость корпуса, причем в каждой полости корпуса поверхностями корпуса, ротора, поворотного кольца и разделителя образовано по четыре рабочие камеры, а в роторе имеются каналы для рабочего тела, связывающие между собой камеры, находящиеся по разные стороны от перегородок и разделителя, и вьшолненные с возможностью связи этих камер поочередно с окном входа и с окном выхода рабочего тела.

Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус с, по меньшей мере, одной сферообразной полостью и кольцевым пазом вокруг нее, выполненными в корпусе окнами входа и выхода рабочего тела, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, имеющий, по меньшей мере, одну шарообразную часть с двумя перегородками на ней, разделитель кольцевой формы, имеющий внутреннюю, рассеченную двумя пазами, и внешнюю части, установленный с возможностью вращения в пазу корпуса и с возможностью изменения угла своего наклона к геометрической оси вращения ротора, выступающий в полость корпуса, причем в полости образованы рабочие камеры, а в роторе имеются каналы для рабочего тела, связывающие между собой камеры, находящиеся по разные стороны от перегородок и разделителя, и выполненные с возможностью связи этих камер поочередно с окном входа и с окном выхода рабочего тела.

Задача изобретения достигается тем, что в объемной роторной машине, содержащей корпус, ротор с, по меньшей мере, одной шарообразной частью, установленный в корпусе с возможностью вращения, сферообразную рабочую полость, образованную вокруг шарообразной части ротора, разделитель, установленный в корпусе с возможностью вращения, рабочие камеры, образованные в рабочей полости по разные стороны от разделителя, окна входа и окна выхода рабочего тела, расположенные по одну сторону от разделителя, каналы, вьшолненные в роторе с возможностью сообщения окон входа и окон выхода с рабочими камерами, причем каналы для сообщения с рабочими камерами, расположенными по другую от окон сторону разделителя, проходят через шарообразную часть ротора.

Оказалось, что если подвод / отвод рабочего тела к рабочим камерам, находящимся по другую сторону разделителя организовать внутри ротора, то такие характеристики как компактность и удельная мощность у ОРМ данного типа в разы превзойдут лучшие имеющиеся в мире, на данный момент, показатели. При этом потребовалось адаптировать ротор ОРМ для возможности выполнения внутри него каналов достаточного сечения. Данное решение существенно упростило конструкцию ОРМ и позволило создать компактные обычные и погружные (скважинные), в том числе регулируемые ОРМ. Из них получились различные оптимизированные для разных условий эксплуатации и по другим важным параметрам примеры выполнения ОРМ.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг.1 представлена в изометрии двухступенчатая объёмная роторная машина (ОРМ) со снятой половиной корпуса.

На фиг.2 представлена в изометрии половина корпуса ОРМ по фиг.1, видимая на ней.

На фиг.З представлена в изометрии половина корпуса ОРМ по фиг.1, отсутствующая на фиг.1.

На фиг.4 представлен в изометрии внешний вид ОРМ по фиг.1.

На фиг.5 представлен в изометрии ротор ОРМ по фиг.1.

На фиг.6 представлена в изометрии система каналов и проходов для рабочего тела внутри ротора (её сложно наглядно представить с помощью сечений, поэтому она представлена в виде слепка, т.е. в виде тела, которое может заполнить объем каналов и проходов).

На фиг.7 представлен в изометрии разделитель ОРМ по фиг.1.

На фиг.8 представлен в изометрии уплотняющий синхронизирующий элемент ОРМ по фиг.1. На фиг.9 представлен в изометрии усиленный вариант разделителя ОРМ по фиг.1, у которого для наглядности удалена большая часть одного кольца.

На фиг.10 представлен в изометрии вариант разделителя с гидродинамической разгрузкой.

На фиг.11 представлен в изометрии вариант разборности разделителя.

На фиг.12 представлен в изометрии вариант разделителя без УСЭ.

На фиг.13 представлена в изометрии двухступенчатая регулируемая ОРМ со снятой половиной корпуса, удалена часть поворотного кольца (чтобы показать разделитель), снят привод и шестерни.

На фиг.14 представлено в изометрии поворотное кольцо ОРМ по фиг.13.

На фиг.15 представлена в изометрии половинка корпуса ОРМ по фиг.13.

На фиг.16 представлен в изометрии внешний вид ОРМ по фиг.13.

На фиг.17 представлена ОРМ с другим вариантом системы изменения угла наклона разделителя. Для наглядности убрана половинка корпуса, поворотное кольцо и разделитель второй ступени.

На фиг.18 представлен в изометрии с вырезом больше четверти участок ротора из двух гидравлически параллельных и одной последовательной ступеней многоступенчатой ОРМ и с вырезом в четверть втулка с каналами для прохода рабочего тела внутри ротора.

На фиг.19 представлена в изометрии ОРМ в погружном исполнении, состоящая из двух гидравлически последовательных пар гидравлически параллельных ступеней. Сделан вырез в Уг трубы, заглушек и части первой ступени ротора (что бы показать вход рабочего тела через ротор во втулку). Удалены ближние половинки корпусов ступеней, разделитель последней ступени. Отсечена последняя ступень ротора, что бы показать втулку.

На фиг.20 представлен в изометрии регулируемый пример выполнения ОРМ в погружном исполнении аналогичной ОРМ по фиг.19. Сделан вырез в Уг трубы, одной заглушки удалены ближние половинки трех ступеней, поворотное кольцо и разделитель второй ступени (что бы показать паз под рейку).

На фиг.21 представлена в изометрии одноступенчатая ОРМ с четырьмя перегородками на роторе. Удалена половинка корпуса.

На фиг.22 представлена в изометрии половинка корпуса ОРМ по фиг.21.

На фиг.23 представлена в изометрии вторая половинка корпуса ОРМ по фиг.21.

На фиг.24 представлен в изометрии ротор ОРМ по фиг.21. В самом теле ротора выполнен вырез в %, а выходной вал и заглушка оставлена целой. На фиг.25 представлен в изометрии разделитель с УСЭ ОРМ по фиг.21. На фиг.26 представлена в изометрии часть разделителя по фиг.25.

На фиг.27 представлен в изометрии подвижный УСЭ.

На фиг.28 представлена в изометрии четверть разделителя с шарнирным разъемом для установки УСЭ.

На фиг.29 представлен в изометрии УСЭ с шарнирным разъемом.

На фиг.30 представлен в изометрии разделитель, имеющий дополнительные кольца.

На фиг.31 представлен в изометрии корпус с разными вариантами выполнения окон входа / выхода рабочего тела.

На фиг.32 представлены в изометрии две ступени погружной многоступенчатой ОРМ имеющей одну перегородку на роторе каждой ступени.

На фиг.ЗЗ представлена в изометрии половинка корпуса ступени ОРМ по фиг.32.

На фиг.34 представлены в изометрии две ступени многоступенчатого ротора ОРМ по фиг.32.

На фиг.35 представлен в изометрии разделитель с одной прорезью ОРМ по фиг.32.

На фиг.36 представлен в изометрии разделитель по фиг.35. Удалена половина его большей части для показа разъема.

На фиг.37 представлен в изометрии силовой синхронизирующий элемент (ССЭ).

На фиг.38 представлена в изометрии ступень ОРМ с боковыми стенками, выполненными на корпусе вместо ротора

На фиг.39 представлен в изометрии вариант выполнения синхронизации разделителя с ротором через ССЭ. Показаны ротор со смещенной перегородкой, разделитель и ССЭ.

Описание наилучшего образца.

Для облегчения описания введем следующие определения.

Под сферообразной поверхностью понимается похожая на сферу или часть сферы поверхность, допускающая небольпше отклонения от идеальной сферы, связанные с неточностью изготовления, необходимостью обеспечения рабочих зазоров, с выполнением уплотнений, зазоров для уменьшения вязкостного трения и т.п.

Под сферообразной полостью понимается полость, у которой, по меньшей мере, одной из ограничивающих ее поверхностей является сферообразной поверхностью. Под шарообразной частью понимается часть детали, похожая на шар или часть шара, допускающая небольшие отклонения от идеальной формы шара, связанные с неточностью изготовления, необходимостью обеспечения рабочих зазоров, с выполнением уплотнений, зазоров для уменьшения вязкостного трения и т.п.

Каналами будем называть проходы различной формы для рабочего тела, выполненные внутри или по поверхности детали, например, отверстия, пазы, полости, полученные литьем или другим способом, внутри которых не перемещаются рабочие органы (в отличие от рабочих полостей, камер), по которым проходит поток рабочего тела составляющий подачу ОРМ (в отличие от небольших ответвлений рабочего тела для вспомогательных нужд, например, разгрузки рабочих органов или сбора утечек).

Проходом рабочего тела будем называть поток рабочего тела составляющий подачу ОРМ (в отличие от небольших отводов рабочего тела для вспомогательных нужд, например, разгрузки рабочих органов или сбора утечек).

Под взаимодействием будем понимать как силовое взаимодействие, при котором две детали работают в качестве пары трения, так и уплотняющее взаимодействие между двумя деталями, при котором они имеют возможность относительного движения, но при этом утечки рабочего тела через зазор между ними (если зазор имеется) отсутствуют или находятся в допустимых для данного устройства пределах из-за малости зазора или из-за расположения в нем элементов уплотнений.

Объемная роторная машина (ОРМ) по фиг.1 может использоваться в качестве насоса и / или гидромотора. Она состоит из двух ступеней 1 и 2. Ступени 1 и 2 имеют общий корпус 3 и общий ротор 4, установленный в корпусе 3 с возможностью вращения. В каждой ступени установлено с возможностью вращения по одному разделителю 5. В каждом разделителе 5, для улучшения условий взаимодействия с ротором 4, установлено по два уплотняющих синхронизирующих элемента (УСЭ) 6. Для определенности будем описывать работу ОРМ при использовании ее в качестве насоса в предположении, что на фигурах ротор 4 имеет направление вращения против часовой стрелки при взгляде слева.

Корпус 3 ОРМ выполнен из двух практически (с точностью до элементов крепежа и канавок под уплотнения) зеркально симметричных частей 7 и 8 (фиг.З, 4). Плоскость разъема 9 между ними проходит через ось 10 вращения ротора 4. В корпусе 3 имеется две сферообразные полости 11 (по одной на ступень), центры которых лежат на оси 10. Соосно оси 10 через полости 11 проходит цилиндрическое отверстие под ротор 4. Полости 11 делят его на три участка: средний 12, находящийся между полостями 11, и два крайних 13 и 14, выходящие за полости 11 в противоположные стороны. Вокруг каждой сферообразной полости 11 имеется симметрично расположенный относительно ее центра, открытый в нее кольцевой паз 15 большего внешнего диаметра, чем диаметр полости 11. Т.е. он выполнен по поверхности полости 11 (по экватору). Кольцевой паз 15 ограничен сферообразной поверхностью 16 (фиг.2, 3), центр которой совпадает с центром полости 11, и двумя симметрично расположенными параллельными плоскими кольцами 17. Ось симметрии 18 (ось вращения образующей паза) расположена в данном примере под углом 32 градуса к оси 10 и лежит в плоскости разъема 9.

На среднем участке 12 цилиндрического отверстия симметрично между полостями 11 и симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 10 перпендикулярно плоскости 9, на одной части 7 (показанной на фиг.1) корпуса 3 расположено окно 20 входа рабочего тела (фиг.2). Окно 20 входа имеет прямоугольные очертания со скругленными углами. Оно имеет угловую протяженность более !Л оборота вокруг оси 10 (в данном примере 106 градусов). Окно 20 входа переходит в цилиндрический патрубок 21 входа рабочего тела, на конце которого имеется резьба 22 (фиг.4) для подстыковки подводящих магистралей. На второй части 8 корпуса 3 симметрично плоскости 9 разъема имеется такое же окно 23 выхода рабочего тела (фиг.З), переходящее в аналогичный выходной патрубок 24 с резьбой 25 на конце для подстыковки отводящих магистралей.

Участки 13 и 14 цилиндрического отверстия служат подшипниками скольжения для ротора 4. На их поверхностях, на первой части 7 корпуса имеются разгрузочные канавки 26 (фиг.2, 3) в виде прямоугольных (в цилиндрических координатах) замкнутых контуров со скругленными углами. По угловой протяженности вокруг оси 10 по внешней границе они равны угловой протяженности окна 20 входа. По размеру вдоль оси 10 каждый контур приблизительно равен половине аналогичного размера окна 20 входа. Канавки 26 обоих контуров соединены трубками небольшого диаметра (не показаны), идущими по внешней поверхности корпуса 3, с окном 23 выхода (на второй части 8 корпуса 3). Симметрично, на второй части 8 корпуса 3, на поверхностях участков 13 и 14 расположены аналогичные канавки 26 в виде замкнутых контуров, связанные трубками с окном 20 входа (на первой части 7 корпуса 3). Канавки 26 служат для гидравлической разгрузки ротора 4. Внешние торцы 27 и 28 участков 13 и 14 соответственно служат в качестве упорных подшипников для ограничения перемещений ротора 4 в осевом направлении.

На торце 27, с цилиндрического участка 13 имеется соосное оси 10 выходное отверстие 29 меньшего диаметра. В нем имеется кольцевая канавка 30 для отвода утечек с области высокого давления в зону низкого (входного) давления, связанная трубками небольшого диаметра (не показаны) через обратные клапаны с окном 20 входа и с окном 23 выхода. Далее от полости 11 в отверстии 29 имеется кольцевая канавка 31 для установки уплотнений (сами уплотнения не показаны). Далее от полости 11 в отверстии 29 имеется кольцевая канавка 32 для сбора утечек из области низкого давления (из канавки 30), прошедших через уплотнения. Она нужна при работе ОРМ в замкнутом контуре с повышенным входным давлением. На торце 28 могут быть выполнены аналогичные канавкам 30, 31, 32 канавки с диаметром, приблизительно равным диаметру отверстия 29, для гидравлической уравновешенности ротора 4 вдоль оси 10 (не показаны), или, для более точной разгрузки, может быть выполнено глухое отверстие аналогичное отверстию 29, в котором могут быть все или часть перечисленных канавок. При этом, необходимо добавить и соответствующий элемент выходного вала.

По периметру разъема корпуса 3 на обеих его частях 7 и 8 имеется фланец 33 для их соединения между собой. На фланце 33 имеются отверстия 34 под штифт-болты. На фланце 33 так же выполнены канавки (не показаны) для уплотнения неподвижного разъема, примыкающие к периметру внутренней полости корпуса 3.

Внешняя поверхность корпуса 3 (фиг.4) со смещением приблизительно повторяет форму его внутренней полости. Кроме того, на ней имеются дополнительные ребра жесткости 35, защищающие корпус 3 от поводок при обработке и работе. Фланец 33 также служит таким ребром жесткости.

Изготовление частей корпуса 3 для ОРМ высокого давления предполагается с помощью литья с последующей доводкой электроэрозионным способом.

Ступени 1 и 2 ротора 4 (фиг.5) выполнены на одном цилиндрическом валу. Они разделяют его на три участка: средний 36 и два крайних 37 и 38, отходящих во внешние стороны от ступеней 1 и 2. Каждая ступень ротора 4 имеет центральную шарообразную часть 39 с центром на оси 10 и диаметром, близким к диаметру вала. С противоположных вдоль оси 10 сторон от нее расположены две боковые стенки 40, выполненные в виде усеченных конусов, соосных оси 10, симметрично опирающихся меньшими основаниями на шарообразную часть 39. Боковые стенки 40 соединены с участками 36 и 37 на ступени 1 и участками 36 и 38 на ступени 2 переходными участками 41, имеющими сферообразные поверхности, диаметр которых больше диаметра вала, а центры совпадают с центрами соответствующих центральных шарообразных частей 39. Между двумя боковыми стенками 40 каждой ступени получается открытая наружу кольцевая полость 42, дном которой является поверхность шарообразной части 39. В ней в двух диаметрально противоположных местах имеются перегородки 43 (выступы из шарообразной части) в виде секторов геометрически одного плоского диска, выступающих из шарообразной части 39, расположенных симметрично в плоскости симметрии ротора 4, проходящей через ось 10. Геометрический центр диска совпадает с центром шарообразной части 39. Боковая поверхность 47 перегородок 43 сферообразная и концентрична поверхности шарообразной части 39. Ее диаметр и диаметр сферообразных поверхностей переходных участков 41 совпадают, так что они сливаются в одну поверхность. Торцевые поверхности 44 перегородок 43 плоские. В местах стыковки перегородок 43 к боковым стенкам 40 на поверхности стенок 40 имеются углубления 45 под УСЭ 6. Перегородки 43 делят поперек кольцевую полость 42 на две одинаковые части 46. Ступень 2 развернута относительно ступени 1 на Ά оборота вокруг оси 10. Симметрично относительно перегородок 43, через поверхность боковых стенок 40, выходят выходы каналов 48 для рабочего тела, ведущие внутрь ротора 4. Внутри центральной шарообразной части 39 имеются два отдельных симметричных винтообразных (похожих на винт) канала 49 (фиг.6) типа двухзаходной резьбы с большим шагом, каждый из которых соединяет два канала 48, находящихся в разных боковых стенках 40 и выходящих в разные части 46 (фиг.1) кольцевой полости 42. Из каждого винтового канала 49 имеется канал 50, ведущий на поверхность участка 36, выход которого имеет форму, близкую к прямоугольнику или трапеции (в цилиндрических координатах), повернутой большим основанием к своей ступени 1 / 2, со скругленными углами. Будем называть такие выходы со ступени 1 окнами 51, а со ступени 2 - окнами 52. Окна 51 и 52 имеют угловую протяженность вокруг оси 10 менее Ул оборота и выходят приблизительно в одну и ту же зону участка 36, совпадающую с местом положения вдоль оси 10 окон 20 и 23 на корпусе 3. Симметрично относительно оси 10 расположены два окна 51, и с поворотом на Ул оборота симметрично расположены два окна 52. Каналы 49 имеют сечение в виде меньшей части круга, отсеченной хордой, со скругленными углами. Исходя из функции каналов 49, правильнее будет сказать, что каждый канал 49 переводит рабочее тело с одной стороны от шарообразной части 39 на противоположную ей (или ее центру) сторону, а далее он переходит в канал 50, ведущий к окнам входа 20 / выхода 23 рабочего тела. При этом к ним по пути (в районе стыка или в другом месте) присоединяется еще один канал 48 с противоположной от первого канала 48 стороны относительно центра шарообразной части 39. Выходы каналов 48 имеют достаточно большую угловую протяженность (в данном примере более 90 градусов) и поэтому в них оставлены ребра жесткости 53 (фиг.5). На поверхности участков 37 и 38 выполнены по четыре канавки 54 в виде прямоугольных (в цилиндрических координатах) со скругленными углами замкнутых контуров, имеющих угловую протяженность вокруг оси 10, равную угловой протяженности окон 51 или 52, и протяженность вдоль оси 10, равную приблизительно половине соответствующей протяженности окон 51 или 52. Их положение вдоль оси 10 совпадает с положением канавок 26 на корпусе 3, а угловое положение совпадает с положением окон 51 и 52. Они совместно с канавками 26 выполняют гидравлическую разгрузку ротора 4.

Торцы 55 и 56 участков 37 и 38 соответственно служат в качестве упорных подшипников для ограничения перемещений ротора 4 в осевом направлении. В их центральной части выполнены отверстия, соосные оси 10, доходящие по глубине до винтообразных каналов 49. При изготовлении отверстия служат для упрощения выполнения винтообразных каналов 49. В отверстие на торце 56 запресована цилиндрическая заглушка 57, а в отверстие на торце 55 запресован выходной вал 58, соединяющий ротор 4 ОРМ с приводом или нагрузкой. На выходном валу 58 выполнены лыски (шлицы) 59. Вместо заглушки может быть запресован второй выходной вал для передачи крутящего момента на другие устройства или дополнительные ступени ОРМ.

Изготовление ротора 4 предполагается с помощью литья с последующей доводкой электроэрозионным способом.

Разделитель 5 (фиг.7) имеет форму тела вращения - симметричного кольца. Внутренняя (т.е. ближняя к его центру, оси) его часть 60 более тонкая, чем внешняя (т.е. более удаленная от его центра) часть 61. Под толщиной имеется в виду размер вдоль оси 62 вращения образующей кольца. Центральное отверстие 63 в кольце ограничено сферообразной поверхностью, имеющей диаметр близкий к диаметру шарообразной части 39 ротора 4, т.к. разделитель 5 должен одеваться на нее с минимальным зазором, позволяющим их относительное вращение. Внешняя боковая сторона 64 кольца ограничена сферообразной поверхностью, диаметр которой близок к диаметру сферообразной поверхности 16 корпуса 3. Переход 65 между частями 60 и 61 выполнен по сферообразной поверхности. Центральное отверстие 63, внешняя боковая сторона 64 и переход 65 концентричны между собой. Разделитель 5 также симметричен относительно своего центра и относительно плоскости 66, перпендикулярной оси 62. Оба торца 67 внутренней части 60 и оба торца 68 внешней части 61 плоские. Симметрично вдоль оси 69 симметрии разделителя 5, перпендикулярной оси 62 (диаметра лежащего в плоскости 66), в нем имеется сквозное отверстие 70 и соосное ему симметричное отверстие 71 большего диаметра, проходящее через всю внутреннюю часть 60 и заходящее на некоторую глубину во внешнюю часть 61. Диаметр отверстия 71 меньше толщины внешней части 61, но больше толщины внутренней части 60. Таким образом, отверстия 71 образуют во внутренней части 60 разделителя 5 две сквозные прорези 154. Дном 156 прорези является сферообразная поверхность, для простоты изготовления совпадающая с поверхностью перехода 65. Переходы 72 между отверстиями 70 и 71 плоские (т.е. торцы отверстия 71 плоские). Для возможности одеть на ротор 4 и для обеспечения прочности, разделитель 5 выполнен из четырех частей. Они получаются если мысленно разрезать разделитель двумя плоскостями, параллельными плоскости 66, симметричными относительно ее и содержащими торцы 67. Отверстия 70 и 71 попадают в зону разъема. Из средней по толщине части разделителя 5 получаются два плоских полукольца 73, а из крайних частей получаются два плоских кольца 74. На полукольца среднюю часть разделителя делят отверстия 70 и 71. Участки от поверхности отверстий 70 и 71 остаются и на кольцах 74. С внутренней стороны кольца 74 ограничены поверхностью перехода 65, с внешней внешней боковой стороной 64. Для возможности одеть на вал, в двух диаметрально противоположных местах, на поверхности перехода 65 колец выполнены небольшие пазы 75. Полукольца 73 ограничены с внешней стороны внешней боковой стороной 64, с внутренней— поверхностью центрального отверстия 63. Все четыре детали 73 и 74 на роторе 4 стягиваются между собой винтами / заклепками 76. На фигурах они показаны условно. На торцах 68 выполнены канавки 77 в виде замкнутых контуров, идущих вдоль периметра торца 68, для гидростатической разгрузки разделителя 5. На каждом торце 68 имеются, по меньшей мере, две не сообщающиеся между собой разгрузочные канавки 77. В районе отверстий 70 и 71, между канавками 77 существует граница раздела. Из канавок 77 имеются отверстия на противоположную сторону разделителя 5 с выходом 78 на поверхность перехода 65 (на фигуре видны выходы 78 отверстий из канавок 77 расположенных на невидимой стороне разделителя 5).

УСЭ 6 (фиг.8) выполнен в виде цилиндра 79 большего диаметра и соосного ему цилиндра 80 меньшего диаметра. Торец 81 цилиндра 79, примыкающий к цилиндру 80, плоский. Его второй торец 82 имеет вогнутую сферообразную поверхность, диаметр которой близок к диаметру полости 11. Торец 83 цилиндра 80 имеет выпуклую сферообразную поверхность, диаметр которой близок к диаметру кольцевого паза 15. Торец 82 симметрично рассечен пазом 84, не доходящим до торца 81. Паз 84 имеет вогнутое сферообразное дно 85, концентричное торцу 82, и две плоские боковые стенки 86, параллельные оси цилиндра 80 и симметричные относительно нее. Собирается ОРМ, например, следующим образом. На ротор 4 надеваются кольца 74 и располагаются по два вокруг каждой шарообразной части 39. Между парами колец 74 каждой шарообразной части 39, на каждую перегородку 43 ротора 4 надевается УСЭ 6, и между кольцами 74 и УСЭ 6 вставляются полукольца 73. Кольца 74 проворачиваются до совпадения отверстий 70, 71 и стягиваются штифт-винтами 76. Получается, что перегородки 43 проходят сквозь прорези 154 разделителя 5. При этом разделитель 5 взаимодействует с перегородками 43 прорезями 154 через установленные в них УСЭ 6. Ротор 4 с собранными на нем разделителями 5 укладывается в одну из частей 7 / 8 корпуса 3. На плоскость разъема 33 устанавливаются уплотнения и вторая часть 8 / 7 корпуса 3. Части 7 и 8 корпуса 3 стягиваются штифт-болтами.

Таким образом, вокруг каждой шарообразной части 39 ротора 4, из полости 42 образуется сферообразная рабочая полость 157, которую перегородки 43 разделяют на две части 158 и 159, каждую из которых выступающая в рабочую полость внутренняя часть 60 разделителя 5 при взаимодействии с шарообразной частью 39 и через УСЭ 6 с перегородками 43 разделяет на две рабочие камеры 133, 134. Причем одна камера 133 и одна камера 134 расположены по одну сторону от разделителя 5, а две другие камеры 133 и 134 расположены по другую сторону от разделителя 5, причем, окна входа 20 и выхода 23 рабочего тела расположены только по одну сторону от разделителя 5. Основное назначение каналов 49 - сообщение окон входа 20 и выхода 23 с камерами 133, 134, находящимися по другую от окон 20, 23 сторону разделителя 5. В противном случае пришлось бы проводить рабочее тело вокруг разделителя 5 (а более точно, вокруг кольцевого паза 15, который может быть больше разделителя 5), что существенно увеличивает вес и сложность ОРМ, особенно если учесть, что рабочее тело нужно подвести к восьми рабочим камерам 133, 134, находящимся по разные стороны от двух разделителей 5. Причем, чтобы позволить ОРМ совмещать режимы работы насоса и гидромотора, и / или иметь реверсивное вращение ротора 4, все каналы должны выдерживать высокое давление. Кроме того, длина каналов вокруг разделителя 5 существенно больше (в ~4 раза), и, следовательно, больше и их объем, что увеличивает амплитуду пульсаций рабочего тела и вынуждает снижать рабочее давление и удельные характеристики ОРМ. Кроме того, благодаря выполнению каналов 49 внутри шарообразной части 39 ротора 4, удалось совместить окна входа 20 и выхода 23 двух ступеней 1 и 2, что еще позволило снизить вес и габариты ОРМ. Поэтому проход рабочего тела внутри шарообразной части 39 ротора 4 существенно (в ~3 раза) увеличивает удельные характеристики ОРМ. Т.е. существенный эффект достигается за счет того, что рабочее тело проходит внутри ротора 4 по имеющимся там каналам 49. Но для того, чтобы провести каналы 49 внутри ротора 4, требуется наличие цельной (без пазов под поршень, разделитель и т.п.) шарообразной части ротора 4, что удается получить при использовании вращающегося разделителя. При этом для возможности поддержания рабочего давления одной ступенью на всем цикле (обороте) при использовании не более двух перегородок 43, важен факт размещения окон входа 20 и выхода 23 на участках корпуса 3 или его элементов, не участвующих в ограничении рабочей полости 157 и рабочих камер 133, 134. Т.е. окна входа 20 и выхода 23 не выходят прямо в рабочую полость 157 или рабочие камеры 133, 134. Связь окон входа 20 и выхода 23 с рабочими камерами 133, 134 осуществляется посредством каналов 48, выполненных в роторе 4.

Местом подвода / отвода рабочего тела в данном исполнении является патрубок 21 / 24, далее через окно 20 / 23 и окно 51 или 52 на роторе 4, рабочее тело попадает в ротор 4, где проходит к рабочим камерам 133, 134, расположенным центрально симметрично относительно шарообразной части 39, и по разные стороны от разделителя 5 по системе каналов 50, 49, 48.

В данной ОРМ поверхностями, работающими в качестве пары трения или уплотняющей пары, являются следующие поверхности: сферообразная поверхность полости 11 корпуса 3 по сферообразной поверхности перегородки 43 и по сферообразной поверхности переходных участков 41 ротора 4, шарообразная часть 39 ротора 4 по центральному отверстию 63 разделителя 5, дно 156 прорези 154 по сферообразной боковой поверхности 47 перегородок 43, поверхность переходных участков 41 ротора 4 по переходной поверхности 65 разделителя 5, торцы 68 разделителя 5 по плоским кольцам 17 корпуса 3, боковые стенки 86 паза 84 УСЭ 6 по торцевым поверхностям 44 перегородок 43, цилиндры 79 и 80 УСЭ 6 по отверстиям 70 и 71 разделителя 5, торец 82 УСЭ 6 по шарообразной части 39 ротора 4, участки 36, 37 и 38 ротора 4 по участкам 12, 13 и 14 отверстия в корпусе 3.

Боковые стенки 40 ротора 4 и торцы 67 разделителя 5 не взаимодействуют друг с другом (в отличие от внешне похожего аналога RU 2376478) и не имеют строгих ограничений на форму. Для них выбраны формы, удобные для изготовления. Также не имеют строгих ограничений формы каналов для прохода рабочего тела.

Форма внешней боковой стороны 64 и боковой поверхности 16 кольцевого паза 15 не обязательно должна быть сферообразной. Они могут иметь форму другой поверхности вращения, например, цилиндрическую или не являться поверхностью вращения, т.к. между ними может быть достаточно большой зазор (пустоты), исключающий их взаимодействие. Это расширяет возможности изготовления кольцевого паза 15. Разделитель 5 устанавливается в нужное положение в полости 11 благодаря взаимодействию с шарообразной частью 39 ротора и / или со сферообразной поверхностью 41 на самом роторе 4 или на его перегородках 43. Наличие зазора между ними позволяет упростить изготовление.

Сферообразная переходная поверхность 41 на роторе 4 может быть заменена любой другой поверхностью вращения, или может исчезнуть засчет увеличения диаметра участков 36, 37, 38.

При достаточном запасе прочности ротора 4, боковые стенки 40 могут иметь цилиндрическую поверхность, являющуюся продолжением поверхности участков вала 36, 37, 38. Т.е. геометрически (визуально) могут исчезнуть два элемента - боковые стенки 40 и переходная поверхность 41. Но в данном варианте боковые стенки 40 не исчезают функционально, как место выхода каналов 48 в рабочие камеры 133, 134. Возможно также расширение поверхности шарообразной части 39, и перенос / сдвиг всего или части выхода канала 48 на нее.

На фиг.9 показан вариант упрочнения разделителя 5. В нем увеличена внутренняя часть 60 засчет расширения торцов 67. Они выполнены коническими и выходят прямо на торцы 68 внешней части 61. Но в районе отверстия 71 на них выполнены фаски 87. Переход 65 исчезает, и остается только сферообразное дно прорези 156. Боковые стенки 40 при этом изготавливаются с меньшим углом раствора конуса. Торцы 67 и боковые стенки 40 не обязательно должны быть фигурами вращения, т.к. от них не требуется взаимодействия друг с другом. Наоборот, должна быть возможность прохода рабочего тела между ними.

На фиг.10 показан пример выполнения разделителя 5 с гидродинамической разгрузкой. В нем торцы 68 по оси отверстия 71 разделены на две части 88, идущие симметрично под небольшим углом (угловые минуты или несколько градусов) друг к другу так, что внешняя часть 61 разделителя утончается по мере удаления от отверстий 71. Части 88 стыкуются между собой по соосной отверстию 71 цилиндрической площадке 89. На полученной поверхности из частей 88 торцов 68 и площадки 89 по внутреннему ее краю выполнен буртик 90, выступающий на одинаковую высоту над ней. На нем тоже имеются соосные отверстию 71 цилиндрические площадки 91. С внутренней стороны он ограничен переходом 65, а с внешней стороны - сферообразной поверхностью 92. На корпусе 3 при этом в районе стыка кольцевого паза 15 и поверхности полости 11 по обе стороны от кольцевого паза 15 выполняются дополнительные кольцевые пазы для буртика 90. Их внешняя стенка сферообразная и имеет диаметр, близкий к диаметру поверхности 92. Их торцы, стыкующиеся с поверхностью полости 11, плоские. Между торцами двух пазов должна с минимальным зазором входить самая толстая часть разделителя 5, определяемая диаметром площадок 91.

В других разделителях 5, с канавками 77 (за счет оставленных внутри контура канавки 77 островков) и без них, также имеется эффект гидродинамической разгрузки за счет переменности нагрузки относительно разделителя, но в нем участвует меньшее количество рабочего тела и эффект быстрее исчезает с уменьшением оборотов.

На фиг.11 показан пример выполнения разделителя 5 с другой разбивкой на детали. Для возможности одеть на ротор 4 и для обеспечения прочности, разделитель 5 выполнен из двух частей. Разъем 135 между ними выполнен перпендикулярно осям 62 и 69 в виде симметричного многоступенчатого выступа на одной части и ответного ему паза на другой части. Для фиксации двух частей друг к другу используются штифты 76, запресованные в отверстия, проходящие через выступы. На торцах 67 в районе разъема 135, для прочности, могут иметься утолщения или другой дополнительный крепеж. При необходимости, на боковых стенках 40 ротора 4 в соответствующем крепежу или утолщениям месте делается углубление. Такие элементы не влияют на работу ОРМ.

На внешней части 61 разделителя 5 и кольцевого паза 15 могут быть выполнены элементы подшипника качения - дорожки для шариков / роликов подшипника. Т.е. Разделитель 5 может быть установлен в корпусе 3 с помощью подшипника качения.

Внутренние части 60 и внешние части 61 разделителя 5 могут иметь одинаковую толщину (фиг.12). Толщину внешней части 61 можно уменьшить, а внутренней части 60— увеличить. Очевидно, что при использовании разделителя 5 без УСЭ 6 по фиг.8, отпадает необходимость в увеличенной толщине внешней части 61. При совпадении толщин, видимая граница между внутренней частью 60 и внешней частью 61 исчезает, и такое деление становится условным. Разделить их можно по следующим косвенным признакам. Внешняя часть 61 в ОРМ размещается в кольцевом пазу 15, а внутренняя часть 60 выступает в полость 11. Внутренняя часть 60 рассечена прорезью 154 для прохода перегородки 43. Актуальность уплотняющей роли УСЭ 6 исчезает в ОРМ большого размера, а ценность сокращения веса ОРМ увеличивается.

Вариант разделителя 5 по фиг.12 выполнен в виде плоской круглой шайбы с прорезями 154 на внутренней части 60 для прохода перегородок 43. Боковые стороны 155 прорезей 154 выпуклые, цилиндрические. Дно 156 прорези 154 сферообразное. Граница внутренней части 60 показана штрих-пунктирной линией - окружностью. Разделитель 5 выполнен из двух частей. Части скреплены между собой при помощи накладок 160, установленных на внутренней части 60 разделителя 5. Накладки 160 скреплены с частями разделителя 5 штифт-винтами 76.

Для работы с таким разделителем 5 без УСЭ 6, торцевые поверхности 44 перегородок 43 выполняются профильными (толщина перегородок 43 симметрично делается меньше к середине и больше к их краям). Благодаря тому, что имеется не более двух перегородок 43, точную форму торцов 44 можно получить обкаткой их поверхностями боковых сторон 155. На боковых сторонах 155 прорезей 154 могут быть установлены подвижные (например, упругие) уплотнения.

Для уменьшения объема каналов 48, 49, окна 51, 52 могут размещаться на переходной поверхности 41 ротора 4. При этом, окна 20 и 23 на корпусе тоже сдвигаются. В данном примере они попадают на поверхность полости И, но не имеют непосредственного выхода в рабочую полость 157.

Каналы 48, для упрощения изготовления, могут быть выполнены по поверхности ротора 4, при этом немного увеличиваются внутренние перетечки рабочего тела.

Для возможности регулирования подачи ОРМ (фиг.13), в отдельный элемент корпуса 3 - поворотное кольцо 96 выделяется кольцевой участок корпуса 3, окружающий кольцевой паз 15, а сам кольцевой паз 15 выполняется на поворотном кольце 96. Поворотное кольцо 96 можно отнести к элементу корпуса, поскольку оно не участвует в быстром движении, связанном с работой машины, а поворачивается только при регулировании подачи ОРМ (далее будем использовать все те же обозначения для названия и нумерации элементов кольцевого паза 15, поскольку их характеристики не изменяются при переносе на другую деталь). Поворотное кольцо 96 ограничено внутренней сферообразной поверхностью 97 (фиг.14), диаметр которой равен диаметру полости 11, внешней сферообразной боковой поверхностью 98 и двумя плоскими торцами 99. Кольцевой паз 15 проходит симметрично по внутренней поверхности 97 под углом к оси 100 вращения образующей кольца 96 (оси симметрии кольца 96). В данном примере угол равен 16 градусам.

В регулируемом варианте исполнения, на корпусе 3 (фиг.13, 14) вместо кольцевого паза 15 имеется концентричный полости 11 и симметричный относительно нее паз 101. Ось 102 вращения его образующей расположена под меньшим углом к оси 10 (в примере угол составляет 16 градусов), чем требуемый максимальный угол наклона оси 103 вращения разделителя 5. Паз 101 (фиг.15) ограничен сферообразной поверхностью 104, концентричной полости 11 и двумя плоскими торцовыми поверхностями 105 в форме колец. Для управления угловым положением поворотного кольца 96, в корпусе 3, перпендикулярно плоскости разъёма 9, выполнены цилиндрические глухие отверстия 106, задевающие (пересекающиеся по небольшому объему) полости пазов 101. В них размещаются червяки 107. На поворотном кольце 96 имеются зубья 108, ответные червяку 107. Из отверстий 106 имеются соосные уплотняемые отверстия 109 для выхода осей червяков 107 из корпуса 3.

Для возможности сборки, поворотное кольцо 96 (фиг.14) выполнено из двух одинаковых частей, разъем ПО между которыми проходит перпендикулярно кольцу 96 через его центр, в месте, где кольцевой паз 15 равноудален от торцовых поверхностей 105. Части кольца 96 соединены друг с другом штифт-винтами, для чего на них выполнены отверстия 111 вне зоны зубьев 108.

При повороте поворотного кольца 96 в пазу 101 изменяется угол наклона кольцевого паза 15 к плоскости вращения ротора, изменяя подачу ОРМ. При этом возникает и отрицательный эффект — проворачиваются вокруг оси 10 точки максимального угла наклона кольцевого паза 15, к положению которых привязано положение окон 20, 23. Для компенсации этого явления, окна 20, 23 выполняются на еще одном отдельном элементе корпуса 3 - поворотной втулке 112, которая охватывает средний участок 36 ротора 4. Втулка 112 (фиг.13) выполнена в форме отрезка трубы. Симметрично на ней выполнены окна 20, 23. Для возможности сборки, втулка 112 разрезана вдоль пополам. Для фиксации двух половинок на втулку 112 за пределами окон 20, 23 симметрично одеваются два разрезных кольца 113, половинки которых крепятся к половинкам втулки 112 штифтами. Плоскости разреза втулки 112 и колец 113 повернуты друг относительно друга. На одном из колец 113 выполнены зубья 114 червячной передачи. Втулка 112 размещается в выполненной под неё цилиндрической полости 115 корпуса 3 в среднем участке 12 отверстия под ротор 4. Скорость ухода точек максимального угла наклона кольцевого паза 15, для заданных углов наклона кольцевого паза 15 и поворотного кольца 96, вдвое меньше скорости поворота поворотного кольца 96. Поэтому для нахождения окон 20, 23 в оптимальном положении, поворотную втулку 112 следует поворачивать вокруг оси 10 вдвое медленней, чем поворачивают поворотное кольцо 96, в условно (т.к. оси 10 и 102 не совпадают) том же направлении. Для управления угловым положением поворотной втулки 112, в корпусе 3 выполнено еще одно цилиндрическое отверстие 116 (фиг.15) под размещение червяка 117. Из него имеется уплотняемый выход для оси червяка 117 из корпуса 3. Оси червяков 107 (фиг.16) связаны с осью управляющего привода 118 шестеренками 119. Ось червяка 117 связана шестеренками 120 с осью червяка 107. Размеры шестеренок 119, 120 и шага червяков 107, 117 выбираются из условия, что поворотные кольца 96 двух ступеней 1 и 2 должны поворачиваться в своих пазах 94 с одинаковой скоростью в одном направлении, а поворотная втулка 112 должна вращаться с вдвое меньшей скоростью в том же направлении. Для отклонения кольцевого паза 15 (а с ним и разделителя 5) с нулевого на максимальный угол, требуется поворот поворотного кольца 96 в пазу 101 на пол оборота. При этом поворотная втулка 112 должна повернуться на V4 оборота. Поскольку, подача ОРМ максимальна при максимальном угле наклона кольцевого паза 15, отверстия 121 в корпусе 3 ведущие от патрубков 21, 24 к окнам 20, 23 на втулке 112 выполняются по направлению к положениям окон 20, 23 соответствующих максимальном углу наклона кольцевого паза 15.

При выполнении гидравлической разгрузки ротора 4, разгрузочные канавки 26 выполняются на внутренней стороне втулки 112, а канавки 54 на соответствующих канавкам 26 местах на среднем участке 36 ротора 4.

Для регулировки подачи ОРМ, можно использовать меньшие углы поворота поворотного кольца 96. Эффективнее всего использовать область углов вокруг угла поворота поворотного кольца 96, соответствующего минимальному углу наклона разделителя 5, поскольку в ней угол наклона растет пропорционально углу поворота. Если при этом максимальный регулировочный угол поворота втулки 112 оказывается меньше углового размера окон 20 / 23, то возможно выполнение дополнительных окон 20 входа и окон 23 выхода рабочего тела на корпусе 3, например, как в примере по фиг.1, но меньшего углового размера.

При небольших углах регулировки, ОРМ сохраняет свою работоспособность и без выполнения перепускной втулки 112. При этом подача машины с практически равномерной может стать немного пульсирующей. Расположение окон 20, 23 можно настроить на почти постоянную подачу машины в основном рабочем режиме, тогда пульсации будут появляться только при работе машины в других режимах.

При уменьшении расстояния между ступенями 1 и 2, два поворотных кольца 96 ступеней 1 и 2 могут управляться одним червяком 107.

Существует другой пример выполнения регулировки подачи ОРМ, (фиг.17) не вызывающий смещения окон 20, 23. На поворотное кольцо 96 переносят всю поверхность 97 сферообразной полости 11, а размеры паза 101 увеличивают так, что бы он допускал поворот поворотного кольца 96 в плоскости, проходящей через ось 10 (другими словами, относительно оси перпендикулярной оси 10). Соответственно, геометрическая ось 121 поворота поворотного кольца 96 будет проходить через его центр перпендикулярно этой плоскости. Для ограничения степеней свободы поворотного кольца, на нем вдоль геометрической оси выполняют физическую ось 122. В данном примере, плоскость поворота поворотного кольца 96 совпадает с плоскостью разъёма 9. При прохождении разъёма ПО поворотного кольца 96 через ось 122, две его части могут крепиться друг к другу втулкой 123, напрессованной на разрезанную вдоль ось 122. В этом варианте, исчезают строгие требования к поверхностям паза 101 (кроме того, что он должен вмещать поворотное кольцо 96), к внешней боковой поверхности 98 и торцовым поверхностям 99 поворотного кольца 96. Недостатком этого варианта является ограничение пределов регулирования угла наклона разделителя 5. Поворотное кольцо 96 может изменять свой наклон в пределах ширины сферообразной поверхности переходных участков 41 ротора 4, так, чтобы поверхность 97 не выходила из контакта с ней. Рекомендуется выбирать угол наклона кольцевого паза 15 к поворотному кольцу 96 так, чтобы при максимально возможном отклонении поворотного кольца 96 в одну сторону, положение кольцевого паза 15 соответствовало максимальной подаче ОРМ, а при максимальном отклонении в другую сторону положение кольцевого паза 15 соответствовало минимальной подаче ОРМ.

В пазу 101 каждой части 7, 8 корпуса 3 выполняется цилиндрическое глухое отверстие (для удобства выполнения может быть сквозным) 124 под ось 122 с напрессованной втулкой 123. Кроме того, вдоль оси 10, в плоскости разъема 9, выполняется отверстие 125, задевающее пазы 101, под размещение червяка 126, имеющего левую резьбу 127 в районе расположения одной из ступеней 1 / 2, и правую резьбу 127 в районе расположения другой из ступеней 2 / 1. Отверстие 125 имеет уплотняемый выход 128 для выхода оси 129 червяка 126. В отверстии 125 имеется цилиндрическая полость 130 большего диаметра для размещения упорного кольца 131 червяка 126. На поворотном кольце 96 выполнены зубья 132 ответные червяку 126.

Приведем некоторые из возможных модификаций ОРМ. Плоские торцы 99 и ответные им торцовые поверхности 105 могут быть коническими, для упрощения электроэрозионной обработки корпуса 3. Для упрочнения перегородок 43 и для облегчения их обработки электроэрозионным способом, они могут выполняться с утолщением к шарообразной части 39, например, коническими. Боковые поверхности 86 паза УСЭ 6 должны иметь ответную им форму (тоже коническую). Поворотные кольца 96 и втулки 112 (фиг.12), вместо синхронизации червяками 107, 117, могут быть синхронизированы (управляться) шестеренками, размещенными на валу, идущему вдоль оси 10 на месте червяка 126 (фиг.16).

Самостоятельно может использоваться и одна ступень ОРМ, но при этом её подача будет пульсирующей.

Для увеличения количества гидравлически параллельных ступеней на одном валу, к данным ОРМ можно с двух сторон от ступеней 1 и 2 добавлять дополнительные ступени без увеличения количества окон входа и окон выхода. При этом рабочее тело пропускается через роторы ступеней 1 и 2.

Роль перепускной втулки 96 могут выполнять обратные клапана, установленные, по меньшей мере, в части окон 20 входа и окон 23 выхода или рядом с ними. Причем, клапана не должны срабатывать с частотой пропорциональной частоте вращения ротора 4. То, в каком состоянии они находятся, в закрытом или в открытом, зависит от того, увеличивается или уменьшается рабочая камера 133 / 134 при проходе клапанов окнами 51, 52, т.е. от угла поворота поворотного кольца 96. Т.е. обратные клапаны, установленные в отдельных отверстиях в корпусе 3 с возможностью сообщения с окнами 20 входа или с окнами 23 выхода или с любой другой областью, имеющей входное или выходное давление, могут эффективно подстраивать положение окон 20 входа и окон 23 выхода под требуемое для практически равномерной подачи машины. Более того, использование обратных клапанов улучшает характеристики машины при работе на сжимаемом рабочем теле, например на газожидкостной смеси, в том числе с переменным во времени содержанием газа, т.к. автоматически настраивает машину на требуемую степень сжатия.

Существует возможность использования пространства внутри ротора 4 для гидравлически последовательного объединения пар (или большего количества) гидравлически параллельных ступеней (фиг.18). Для этого, внутри ротора 4 вдоль его оси 10 выполнено соосное ему отверстие 136 для размещения втулки 112 внутри ротора 4. Со стороны первой ступени 1 в отверстие 136 запресован вал 58 (фиг.19). Втулка 112 выполнена в виде цилиндра с двумя внутренними винтообразными каналами 137 вдоль его оси. Шаг винтообразных каналов 137 равен расстоянию между ступенями ротора 4. На втулке 112, в районе расположения каналов 48 на роторе 4, выполнены окна 20, 23, выходящие в диаметрально противоположные стороны из двух разных каналов 137. Положение окон 20, 23 вдоль оси 10 может немного подстраиваться под шаг каналов 49. На входе ОРМ в одном из каналов 137 установлена заглушка 138. Этот канал 137 является напорным для первых гидравлически параллельных ступеней 1 и 2. Другой канал 137 является для них подающим. Между гидравлически последовательными ступенями 2 и 139, для сокращения длины ОРМ, выполнена перекомутация, т.е. после последней гидравлически параллельной ступени 2 в подающем канале 137 установлена заглушка 138, вторая заглушка 138 в напорном канале 137 установлена перед первой гидравлически последовательной ступенью 139. а в интервале между двумя заглушками 138, в перегородке между каналами 137 имеются отверстия (не показаны). Таким образом, подающий канал 137 заканчивается между ступенями 2 и 139, а напорный для ступеней 1 и 2 канал 137 переходит в подающий для ступени 139 и следующей за ней. На выходе из ОРМ канал 137, являющийся подающим для последней ступени 140, закрыт заглушкой 138.

Вместо перекомутации можно разнести ступени 2 и 139 на дополнительное расстояние и обойтись одной заглушкой 138 в подающем канале 137, но это увеличит длину ОРМ. Чтобы длина не менялась, можно разворачивать корпуса ступеней 139, 140 по сравнению с корпусами ступеней 1, 2. Вариант с перекомутацией выбран для описания, т.к. он работает в нерегулируемом и в регулируемом исполнении описанном далее.

Каналы 48 получаются короткие и заканчиваются окнами 51, 52 внутри ротора 4 на поверхности отверстия 136, выполненными в местах расположения окон 20, 23.

Рабочее тело попадает во втулку 112 через отверстия 141 в роторе 4, выполненные рядом с запрессованным валом 58.

Корпус 3, для удобства изготовления, состоит из ступеней в виде цилиндра, состоящих из двух симметричных половинок 142. На половинках 142 выполнены полости 11 и кольцевые пазы 15. В собранном состоянии ОРМ запрессовывается в трубу 143, имеющую резьбу на концах, и стягивается резьбовыми заглушками 144 и 145. Заглушка 144 имеет отверстие для выхода вала 58 и отверстия 146 для входа рабочего тела в ОРМ. Заглушка 145 имеет отверстие для установки втулки 112. Выход рабочего тела из ОРМ происходит через втулку 112.

Место подвода / отвода рабочего тела располагается с одного конца трубы 143 (обычно рядом с входом приводного вала 58), далее через отверстия 141 в роторе 4 рабочее тело попадает во втулку 112, которая проходит внутри ротора 4, и далее по каналам 137, через окна 20 / 23 и окна 51 или 52 на роторе 4 и каналы 48, рабочее тело проходит к рабочим камерам 133, 134, расположенным центрально симметрично относительно шарообразной части 39, и по разные стороны от разделителя 5. Место отвода / подвода рабочего тела располагается с другого конца трубы 143 из канала 137 втулки.

Такой вариант лучше других работает со сжимаемым рабочим телом (газожидкостной смесью) благодаря малой длине каналов 48.

В данной ОРМ окна входа 20 и выхода 23 рабочего тела расположены по обе стороны от разделителя 5 (точнее сказать от плоскости разделителя 5, т.к. самого разделителя нет внутри ротора 4 или от центра шарообразной части 39). Но они связаны внутри ротора 4 каналами 137 по кратчайшему расстоянию, вместо альтернативы обхода разделителя 5 снаружи, что так же существенно уменьшает вес и размеры ОРМ. Дополнительно это еще снижает и длину ступени ОРМ, т.к. не требуется место для размещения окон входа 20 и выхода 23 между ступенями 1 и 2. Причем, в этом варианте, рабочее тело поступает в ступень с одной стороны разделителя 5, а выходит из ступени с другой стороны разделителя 5, что и требуется для погружного (скважинного) исполнения ОРМ. Т.е. эффект достигается за счет того, что рабочее тело проходит внутри ротора 4 по имеющимся там каналам 137. Т.е. значение для увеличения удельной мощности ОРМ имеет наличие цельной (без пазов под поршень, разделитель и т.п.) шарообразной части 39 ротора 4 при использовании вращающегося разделителя 5. При этом для равномерности подачи важен факт размещения окон входа 20 и выхода 23 на тех участках корпуса 3 / элемента корпуса 3 втулки 112, которые уплотняются ротором 4. Т.е. окна входа 20 и выхода 23 не выходят прямо в рабочую полость 157 или рабочие камеры 133, 134. Связь окон входа 20 и выхода 23 с рабочими камерами 133, 134 осуществляется посредством каналов 48, выполненных в роторе 4. В ОРМ (патент RU 2202695) невозможен проход рабочего тела внутри ротора 4, т.к. этому мешает конструкция ротора, а в ОРМ (патент RU 2376478) проходу рабочего тела внутри ротора 4 мешает наличие паза под поршень в роторе.

Регулируемый вариант (фиг.20) в погружном исполнении по сравнению с вариантом по фиг.19 дополнен поворотными кольцами 96 и рейкой 147, с сечением в виде сектора кольца, идущей вдоль трубы 143, между которыми выполнена зубчатая передача. Для чего на внешней поверхности 98 поворотных колец 96 имеются косые зубья 108, а на рейке (на вогнутой грани) - ответные им зубья 148. Внутри корпусов 3 ступеней имеются полости 11 с пазом 101. На внешней стороне одной из половинок 142 корпуса 3 проходит паз 149 под рейку 147. Заглушки 144 и 145, в этом варианте приходится выполнять без резьбы (они фиксируются в трубе 143 штифтами) с пазом 150 для пропуска рейки 147 к регулятору, если регулятор установлен отдельно. Втулка 112 в этом варианте установлена в роторе 4 с возможностью поворота вокруг оси 10 относительно корпуса 3. На конце втулки 112 надета шестеренка 151 для зубчатого зацепления с рейкой 147. Для чего, на конце рейки выполнены зубья 152 с другим наклоном, чем зубья 148. На шестеренке 151 имеются зубья 153 ответные зубьям 152. Наклон зубьев 152 выбран таким, чтобы рейка 147 поворачивала шестеренку 151 вдвое медленнее, чем поворотное кольцо 96. На всю ОРМ требуется всего одна поворотная перепускная втулка 112.

За пределами ОРМ, рейка 147 связана с поршневым регулятором или с другим стандартным управляющим подачей ОРМ устройством (не показаны).

Варианты погружного исполнения ОРМ, когда ступени запрессовываются в трубу, могут использоваться и для двух ступенчатых не погружных ОРМ , приведенных ранее.

На поворотные кольца 96 со стороны рабочего тела действуют переменные крутящие моменты, поэтому желательно нагружать их несимметричной силой давления рабочего тела для прижатия их к стенкам паза 101, чтобы уменьшить износ зубьев 108. Для этих целей может быть использовано любое другое тормозное устройство.

Все описанные варианты разделителей 5 могут работать со всеми приведенными вариантами ОРМ.

При необходимости увеличить удельную мощность при заданном не слишком большом выходном давлении, можно обеспечить почти постоянную подачу одноступенчатой ОРМ по фиг.21. Она отличается от приведенных выше большим количеством перегородок 43 на роторе 4. В результате, у нее образуется большее количество рабочих камер 133, 134. В данном примере— восемь.

ОРМ (фиг.21) содержит корпус 3, ротор 4, установленный в корпусе 3 с возможностью вращения, разделитель 5, установленный в корпусе 3 с возможностью вращения. В разделителе 5 установлены с возможностью перемещения (вращения на небольшой угол) вокруг оси 62 вращения образующей разделителя 5 несколько УСЭ 6.

Корпус 3 ОРМ выполнен из двух практически (с точностью до элементов крепежа и канавок под уплотнения), зеркально симметричных частей 7 и 8 (фиг.22, 23). Плоскость разъема 9 между ними проходит через ось 10 вращения ротора 4. В корпусе 3 имеется одна сферообразная полость 11, центр которой лежит на оси 10. Соосно оси 10 через полость 11 проходит цилиндрическое отверстие под ротор 4. Полость 11 делит его на два участка: участок 13, имеющий своим продолжением отверстие 29 под выходной вал 58, и участок 12, на котором организован подвод и отвод рабочего тела. Вокруг сферообразной полости 11 имеется симметрично расположенный в ней, открытый в нее кольцевой паз 15 большего внешнего диаметра, чем диаметр полости 11. Т.е. он выполнен по поверхности полости 11. Кольцевой паз 15 ограничен сферообразной поверхностью 16, центр которой совпадает с центром полости 11 и двумя симметрично расположенными параллельными плоскими кольцами 17. Ось симметрии 18 (ось вращения образующей паза) расположена в данном примере под углом 25 градусов к оси 10 и лежит в плоскости разъема 9.

На участке 12 цилиндрического отверстия, вблизи полости 11 и симметрично относительно плоскости проходящей через ось 10 перпендикулярно плоскости 9, расположено окно 20 входа рабочего тела (фиг.22) на одной части 7 (показанной на фиг.1) корпуса 3. Окно 20 входа имеет прямоугольные в цилиндрических координатах очертания со скругленными углами. Оно имеет угловую протяженность около 1/3 оборота вокруг оси 10 (в данном примере 120 градусов). Окно 20 входа переходит в цилиндрический патрубок 21 входа рабочего тела, на конце которого имеется резьба 22 (не показана) для подстыковки подводящих магистралей. На второй части 8 корпуса 3 симметрично плоскости 9 разъема имеется такое же окно 23 выхода рабочего тела (фиг.23), переходящее в аналогичный выходной патрубок 24 с резьбой (не показана) на конце для подстыковки отводящих магистралей.

Участки 12 и 13 цилиндрического отверстия служат подшипниками скольжения для ротора 4. На поверхности участка 12, на первой части 7 корпуса имеются канавки 26 (фиг.22) в виде прямоугольного в цилиндрических координатах замкнутого контура со скругленными углами. По угловой протяженности вокруг оси 10 по внешней границе контур равен угловой протяженности окна 20 входа. По размеру вдоль оси 10 контур приблизительно равен размеру окна 20 входа. Канавки 26 соединены в теле корпуса отверстиями небольшого диаметра (не показаны) с окном 23 выхода (на второй части 8 корпуса 3). Симметрично, на второй части 8 корпуса 3, на поверхностях участков 12 расположены аналогичные канавки 26 в виде замкнутого контура, связанные с окном 20 входа (на первой части 7 корпуса 3). Канавки 26 служат для гидравлической разгрузки ротора 4. При подборе расстояния между контурами канавок 26 и окнами 20, 23, можно полностью разгрузить ротор 4 от радиальной силы и от момента сил со стороны рабочего тела. Внешние торцы 27 и 28 участков 12 и 13 соответственно служат в качестве упорных подшипников для ограничения перемещений ротора 4 в осевом направлении. Небольшая осевая сила может быть вызвана несимметрией связанной с наличием отверстия 29 для выходного вала 58 только с одной стороны корпуса 3. При необходимости, можно полностью разгрузить ротор 4 и от осевой силы так же как у ОРМ по фиг.1.

С цилиндрического участка 13 имеется соосное оси 10 выходное отверстие 29 меньшего диаметра. По периметру разъема корпуса 3 на обеих его частях 7 и 8 имеется фланец 33 для их соединения между собой. На фланце 33 имеются отверстия 34 под штифт-болты. На фланце 33 так же выполнены канавки (не показаны) для уплотнения неподвижного разъема, примыкающие к периметру внутренней полости корпуса 3.

Внешняя поверхность корпуса 3 со смещением приблизительно повторяет форму его внутренней полости.

Ротор 4 (фиг.24) содержит одну ступень, выполненную на одном цилиндрическом валу. Она разделяет вал на участки 36 и 37, отходящие в противоположные стороны.

Ротор 4 имеет центральную шарообразную часть 39 с центром на оси 10 и диаметром близким к диаметру вала. С противоположных вдоль оси 10 сторон от нее расположены две боковые стенки 40, выполненные в виде усеченных конусов соосных оси 10 симметрично опирающихся меньшими основаниями на шарообразную часть 39. Боковые стенки 40 соединены с участками 36 и 37 переходными участками 41, имеющими сферообразные поверхности, диаметр которых больше диаметра вала, а центры совпадают с центрами соответствующих центральных шарообразных частей 39. Между двумя боковыми стенками 40 каждой ступени получается открытая наружу кольцевая полость 42, дном которой является поверхность шарообразной части 39. В ней, в четырех равномерно распределенных по окружности местах, имеются перегородки 43, выступающие из шарообразной части 39, расположенные симметрично в плоскостях симметрии ротора 4, проходящих через ось 10. Боковая поверхность 47 перегородок 43 сферообразная и концентрична поверхности шарообразной части 39. Ее диаметр и диаметр сферообразных поверхностей переходных участков 41 совпадают, так что они сливаются в одну поверхность.

Торцевые поверхности 44 перегородок 43 имеют выпуклую форму в виде части боковой поверхности конуса, геометрическая ось которого проходит через центр шарообразной части 39, перпендикулярно оси 10, направленного вершиной к оси 10. Вершина конуса не доходит до оси 10. Т.е. ось 10 остается вне этого конуса Ось конуса проходит посередине между двумя перегородками 43. Обозначим расстояние от прямой, направленной вдоль образующей конуса до центра шарообразной части 39 через R. Оно пригодится далее при описании УСЭ 6.

В месте стыковки перегородки 43 с боковой стенкой 40 выполнено скругление. Вдоль торцовых поверхностей 40 перегородок 43 по поверхности шарообразной части 39 выполнены направляющие пазы 161 со сферообразным дном, шириной 2R.

Перегородки 43 делят поперек кольцевую полость 42 на четыре одинаковые части 46. Симметрично между перегородками 43, через поверхность боковых стенок 40, выходят выходы каналов 48 для рабочего тела внутрь ротора 4. Внутри центральной шарообразной части 39 имеются четыре отдельных симметричных винтообразных канала 49 типа четырехзаходной резьбы с большим шагом, каждый из которых проводит (продлевает) один из каналов 48, находящихся в боковой стенке 40 со стороны участка 37 на противоположную от центра сферообразной части сторону с поворотом приблизительно на полоборота вокруг оси 10. Со стороны участка 36, имеются четыре симметричных канала 50, выполненных вдоль оси 10 и соединяющих каналы 49 и каналы 48, выполненные со стороны участка 36 относительно центра шарообразной части 39, с имеющимися на поверхности участка 36 окнами 51. Из каждого винтового канала 49 имеется канал 50 на поверхность участка 36, выход которого имеет форму прямоугольника со скругленными углами и является окнами 51. Окна 51 имеют угловую протяженность вокруг оси 10 менее ¹ А оборота и выходят приблизительно в одну и ту же зону участка 36 совпадающую с местом положения окон 20 и 23 на корпусе 3. Симметрично и равномерно относительно оси 10 расположены четыре окна 51. Каналы 49 имеют сечение в виде уменьшенной сдвигом прямых сторон четверти круга со скругленными углами. Другими словами, каналы 48 с одной из сторон относительно центра шарообразной части 39 переходят в винтообразные каналы 49, идущие на противоположную сторону от центра шарообразной части 39, т.е. делающие приблизительно пол оборота вокруг оси 10 на своем пути. Далее каждый канал 49, соединяясь с каналом 48, находящемся на противоположной стороне от центра шарообразной части 39, переходит в канал 50, ведущий на поверхность участка 36 ротора 4 и выходящий на нее в виде окна 51. На поверхности участка 36 выполнены четыре канавки 54 в виде прямоугольных (в цилиндрических координатах) со скругленными углами замкнутых контуров, имеющих угловую протяженность вокруг оси 10 равную угловой протяженности окон 51, и протяженность вдоль оси 10 приблизительно равную соответствующей протяженности окон 51. Их положение вдоль оси 10 совпадает с положением канавок 26 на корпусе 3, а угловое положение совпадает с положением окон 51. Они служат имитаторами окон 51 и 52 и, совместно с канавками 26, выполняют гидравлическую разгрузку ротора 4. Торцы 55 и 56 участков 37 и 36 соответственно служат в качестве упорных подшипников для ограничения перемещений ротора 4 в осевом направлении. В их центральной части выполнены отверстия соосные оси 10, которые по глубине доходят до винтообразных каналов 49 с одной стороны или до каналов 50 с другой стороны. При изготовлении отверстия служат для упрощения выполнения винтообразных каналов 49. В отверстие на торце 56 запресована цилиндрическая заглушка 57, а в отверстие на торце 55 запресован выходной вал 58, соединяющий ротор 4 ОРМ с приводом или нагрузкой. На выходном валу 58 выполнены лыски 59. Вместо заглушки может быть запресован второй выходной вал для передачи крутящего момента на другие устройства или дополнительные ступени ОРМ.

Вариант разделителя 5 ОРМ по фиг.21 выполнен в виде плоского диска (фиг.25, 26) с диаметром больше диаметра полости 11, с центральным отверстием 63, диаметр которого близок к диаметру шарообразной части 39. Внутреннюю часть 60 разделителя, находящуюся внутри геометрической сферы, диаметр которой приблизительно равен диаметру полости 11, рассекают четыре симметрично расположенные прорези 154 для прохода перегородок 43. Граница внутренней части 60 показана штрих-пунктирной линией - окружностью. Поверхность центрального отверстия 63 сферообразная. Между прорезями 154 образованы четыре одинаковых сектора 172. В каждом из них имеется два одинаковых симметричных плоских паза 162, параллельных торцам 67 разделителя 5, проходящим на одинаковом расстоянии от торцов 67. Пазы 162 выходят в прорези 154, а по глубине доходят до внешней части 61. Пазы не стыкуются в середине сектора 172, оставляя для жесткости разделителя 5, перегородку. Дно пазов сферообразное, концентричное отверстию 63, с диаметром приблизительно равным диаметру полости 11.

Для возможности сборки, разделитель 5 выполнен из двух частей. Разъем 135 между ними выполнен по типу «выступ в паз». Выступ 163 выполнен на одной из частей разделителя 5. Отверстие 63 оказывается в центре передней границы выступа 163. Паз 164 выполнен на другой части разделителя 5. Поверхности раздела между ними направлены вдоль оси 62. Кроме того, на боковых стенках выступа 163, посередине, выполнены небольшие выступы 165 вдоль плоскости разделителя 5, а на поверхности паза 164 выполнен ответный небольшой паз 165. Для взаимного крепления частей разделителя 5 в зоне разъёма 135 имеется отверстие под штифт 76.

В каждом пазу 162 размещается УСЭ 6 (фиг.27). Его форма отличается от ранее описанных. УСЭ 6 выполнено в виде плоской пластины 166 имеющей форму сектора (части) кольца, служащей для установки УСЭ 6 в пазу 162 и утолщенным краем 167 для взаимодействия с торцом 44 перегородки 43. Выпуклая 168 и вогнутая 169 поверхность сектора сферообразны и концентричны между собой. Диаметр вогнутой 169 поверхности приблизительно равен диаметру шарообразной части 39 (для взаимодействия с ней), а диаметр выпуклой поверхности 168 приблизительно равен диаметру дна паза 156, для возможности скольжения в пазу 162 разделителя 5 с поворотом вокруг оси 63. На краю 167 для взаимодействия с торцом 44 имеется активная поверхность 170 в виде части (сектора) поверхности цилиндра, радиуса R, геометрическая ось 181 которого проходит через геометрический центр вогнутой поверхности 169. В сборе это соответствует центру отверстия 63 разделителя 5. Край 167 выполнен толще пластинки 166, что бы увеличить радиус активной поверхности 170 обкатывающей перегородку 43 для увеличения её износостойкости. От цилиндра взята только часть, для того, чтобы из паза 162 выступала минимальная длина УСЭ 6. Край 167 продлен за пределы вогнутой поверхности 169 и образует выступ 171, в виде цилиндра небольшой высоты соосного активной поверхности 170 и имеющего такой же радиус. Торцы цилиндра сферообразные, концентричные поверхности 170. Он служит для взаимодействия с направляющим пазом 161.

При работе ОРМ, сектора 172 разделителя 5 перемещаются и поворачиваются в частях 46 полости 42. При этом изменяется угловое расстояние между торцами 44 перегородок 43 ротора 4, измеренное в плоскости разделителя 5. Поэтому прорези 154 выполнены больше размеров перегородок 43. УСЭ 6, имея степень свободы по повороту вокруг оси 63 разделителя 5, закрывают зазоры между разделителем и торцами 44. Благодаря описанной форме торцов 44 и форме активной поверхности 170, зазор может быть перекрыт полностью при любом положении и любом наклоне (в регулируемых ОРМ) разделителя 5. В данном примере движения УСЭ 6 полностью определены взаимодействием направляющих выступов 171 УСЭ 6 с направляющими пазами 161 ротора 4. Благодаря данной форме торцов 44 и активной поверхности 170 минимизирована требуемая амплитуда перемещения УСЭ 6 в пазу 162. Она составляет менее 6 мм при диаметре полости 11 ОРМ 200 мм в ОРМ с четырьмя перегородками 43. Это уменьшает нагрузку со стороны давления рабочего тела на УСЭ 6, позволяя увеличивать рабочий перепад давления ОРМ и уменьшая износ УСЭ 6.

Местом подвода / отвода рабочего тела является патрубок 21 / 24, далее через окно 20 / 23 и окно 51 или 52 на роторе 4, рабочее тело попадает в ротор 4, где проходит к рабочим камерам 133, 134, расположенным центрально симметрично относительно шарообразной части 39, и по разные стороны от разделителя 5 по системе каналов 50, 49, 48. Для уменьшения износа направляющих выступов 171 и пазов 161, и уменьшения зазоров, УСЭ 6 может поджиматься к торцам 44 с помощью упругого элемента, установленного в пазу 162. Тогда основная нагрузка придется на активную поверхность 170, а ее площадь больше, чем площадь направляющего выступа 171. Тогда выступы 171 срабатывают только в случае невыполнения своей функции упругими элементами. УСЭ 6 аналогичным образом может поджиматься к шарообразной части 39 для уменьшения зазоров.

Для упрощения изготовления, выступы 171 и направляющие пазы 161 можно не выполнять.

Одну пару активных поверхностей 170, установленных осесимметрично, можно сделать ведущими, т.е. возложить на них основное усилие по вращению выступами 43 разделителя 5 для преодоления имеющейся силы трения. Для этого УСЭ 6 с поверхностями 170 можно закрепить неподвижно в разделителе 5 или выполнить аналогичную активную поверхность 170 на самом разделителе 5, и не использовать подвижные УСЭ 6 в этом месте. При этом нужно вдвое увеличить допустимый ход остальных УСЭ 6.

Для увеличения ресурса ОРМ, на все или на ведущие активные поверхности 170 можно установить УСЭ 6 шарнирного типа (фиг.28). Для выполнения своей функции, он имеет поверхность 173 ответную торцу 44, и шарнирный разъем 182 для поворота относительно оси 181 активной поверхности 170. Также на нем выполнены концентрические вогнутая поверхность 174, для взаимодействия с шарообразной частью 39 или с дном направляющего паза 161, и выпуклая поверхность 175, для взаимодействия с поверхностью полости 11. Остальные поверхности служат переходом между ними. Поверхность 173 является частью поверхности конуса, ось 183 которого пересекает ось 181, проходит через центр вогнутой поверхности 174, а образующая конуса проходит на расстоянии R от центра вогнутой поверхности 174, т.е. центр вогнутой поверхности 174 находится вне конуса. Наиболее эффективный вид разъема 174 состоит из двух цилиндрических впадин 176 и соосного им короткого цилиндрического выступа 177 между ними. При этом впадины 176 выполняются, по возможности, ближе к поверхности 173, исходя из прочности материала детали. Выступ 177 нужен для придания жесткости этой детали. Торцовые поверхности 184 выступа 177, для удобства сборки, выполнены сферообразными, концентричными вогнутой поверхности 174. Ответный ему разъем 178 на разделителе 5 (или на УСЭ 6) выполняется на месте активной поверхности 170. Состоит он из двух цилиндрических выступов 179 ответных впадинам 176 и одной впадины 180 между ними, ответной выступу 177. Ось шарнирного разъема имеет такое же направление, что и ось 181 активной поверхности 170. Направляющий выступ 171 может быть сохранен. Им может являться продолжение цилиндрического выступа 179 за поверхность отверстия 63. Другой тип шарнирного разъема 174 - 178 (не показан) состоит из оси и отверстия. Либо ось, либо отверстие выполняется на шарнирном УСЭ 6, а другой элемент— отверстие или ось, выполняется на активной поверхности 170 разделителя 5 или на активной поверхности 170 подвижного УСЭ 6.

Вместо цилиндрических форм поверхностей выступов 179, 177, впадин 176, 180, активной поверхности 170 могут применяться конические формы. Тогда можно выбирать параметр R=0, и вершины упоминавшихся в процессе построения конусов могут совпадать с центрами использованных для построений поверхностей.

При наличии места, ведущие разделитель 5 направляющие пазы 161 могут располагаться на боковой поверхности 47 посередине выступов 43 (не показано). Там их глубина может быть больше, и больше плечо для создания крутящего момента. Ответные направляющие выступы 171 располагаются на разделителе 5 на дне паза 156 (не показано). Кроме того, при использовании описанных подвижных УСЭ 6, износ таких ведущих направляющих выступов 171 и пазов 161 не приводит к увеличению утечек.

Описанные подвижные и шарнирные УСЭ 6 можно применять и для ротора 4 с другим количеством перегородок 43. При использовании с ротором 4 с двумя перегородками (как на фиг.1), для уменьшения требуемого хода подвижного УСЭ 6, рекомендуется применять конические торцы 44 с осью конуса перпендикулярной перегородке 43.

Для увеличения опорной поверхности внешней части 61 разделителя 5 (фиг.30), она может быть вьшолнена из нескольких параллельных колец 185, находящихся на расстоянии друг от друга и скрепленных между собой либо участками 186 внутренней части 60, либо оставленными между ними кольцами во внешней части 61, расположенными ближе к внутренней части 60. Такие кольца могут быть цельные и крепиться к разделителю 5 при помощи винтов 187 или другим способом. При выступавши частей колец 185 внутрь полости 11, в районе прорезей 154, на них, так же как и на основном разделителе 5, выполняется дно 156. Внешние боковые стороны 188 колец 185 лучше выполнять соосными оси 62, но не обязательно. Торцы 189 колец 185 можно выполнять плоскими. Под такой разделитель 5 на корпусе 3 (фиг.31) выполняется несколько (по количеству колец 185 разделителя 5) дополнительных параллельных кольцевых пазов 15. Чтобы не усложнять описание и формулу, будем их называть одним кольцевым пазом 15 сложной формы (с профилем типа гребенки).

Для установки на одном валу нескольких последовательных ступеней ОРМ по фиг.21, окно входа 20 выполняют с одной стороны от шарообразной части 39, а окно выхода 23 - с другой стороны. Т.е. переносят одно из окон 20 или 23 с участка 36 на участок 37 смещением вдоль оси 10 и поворотом на пол оборота вокруг оси 10. На роторе 4 каналы 50 выполняют с двух сторон от каналов 49. На участке 37 выполняют окна 51, как на участке 36. По корпусу 3 соединяют окно выхода первой ступени с расположенным рядом окном входа второй ступени и т.д.

Для параллельного соединения ступеней ОРМ по фиг.21, каналы 49 одной ступени соединяют с каналами 49 соседней ступени, как для ОРМ по фиг.1.

В ОРМ по фиг.21 появляется возможность размещения окон входа 20 (фиг.31) и выхода 23 непосредственно в зоне рабочей полости 157, т.к. при выполнении более двух перегородок 43 на роторе 4, угловое расстояние между перегородками 43 уменьшается до углового размера нормального окна входа 20 или выхода 23. Окна входа 20 и выхода 23 могут быть передвинуты вплотную к кольцевому пазу 15 или к пазу 101 для регулируемых ОРМ. Рабочее тело к окнам входа 20 и выхода 23 из камеры 133 / 134, находящейся по одну с окнами 20, 23 сторону разделителя 5 (от центра шарообразной части 39) может попасть напрямую, без каналов 48. Рабочее тело к окнам входа 20 и выхода 23 из камеры 133 / 134, находящейся по другую сторону разделителя 5 (от центра шарообразной части 39), может попасть, проходя через свои каналы 48, каналы 49 и каналы 48, симметричной относительно центра шарообразной части 39, камеры 133 / 134 и далее через саму эту камеру 133 / 134. Положительным эффектом является повышение кавитационного запаса ОРМ.

При выполнении ОРМ в погружном варианте, или при использовании для откачки вязких жидкостей из цистерн (погружаемые в жидкость ОРМ), для увеличения кавитационного запаса или подачи, количество окон 20 входа может быть увеличено. Кроме обычного расположения (фиг.31), дополнительные окна 20 входа могут располагаться на поверхности полости 11, вблизи кольцевого паза 15, на торцах 28, на участке 13 на части 7 или 8 корпуса 3 (не показано), на торцах 27. При недостатке места, размер дополнительных окон может быть меньше при наличии основных окон 20. Существенную роль в повышении кавитационного запаса могут выполнять окна входа 20, расположенные на торцах 28 корпуса 3. Соответственно до торца 56 ротора 4 должны быть продлены каналы 50 или, что еще лучше, винтообразные каналы 49. В случае продления винтообразных каналов 49, следует, в зависимости от предполагаемого направления вращения ротора 4, выбирать направление винта (левое или правое) для «захвата» рабочего тела. Повышение кавитационного запаса происходит за счет снижения окружной скорости окна 51 ротора 4, выполненного на торце 56. При этом важно, что далее рабочее тело идет вдоль оси 10 и от оси 10 в рабочие камеры 133, 134.

В ОРМ по фиг.21 все описанные ранее возможности регулировки и погружного исполнения добавляются аналогичным образом, т.к. на них не влияют небольшие отличия в форме перегородок 43 и разделителя 5 с УСЭ 6.

Для работы с абразивосодержащей жидкостью, существует вариант ОРМ (фиг.32), который не нуждается в УСЭ 6 и у которого прорезь 154 разделителя 5 не взаимодействует с перегородкой 43 для отсечения объема.

Многоступенчатая ОРМ выполнена в погружном варианте. Она может содержать несколько (на фигуре приведено два) корпусов 142 ступеней, общий для нескольких ступеней ротор 4, выполненный на одном валу 190, и по одному разделителю 5 на каждую ступень. Корпус 142 (фиг.ЗЗ) ступени выполнен в виде цилиндра с соосным отверстием 191 для прохода вала 190 ротора 4. В корпусе 142 имеется сферообразная полость 11 с центром на оси 10 симметрии цилиндра / отверстия 191. По поверхности полости 11 выполнен кольцевой паз 15 открытый в полость 11. Дно 16 кольцевого паза 15 является сферообразной (для удобства выполнения) поверхностью концентричной полости 11. Боковые стенки 17 кольцевого паза 15 плоские. Ось 18 вращения образующей кольцевого паза 15 направлена под углом к оси 10. В данном примере угол равен 25 градусов. Кольцевой паз 15 плоский и симметричный. Можно говорить, что плоскость кольцевого паза 15 проходит под углом к оси 10 являющейся осью вращения ротора 4, или короче: кольцевой паз 15 выполнен под углом к оси 10 вращения ротора 4. Для возможности сборки, корпус 142 ступени состоит из двух зеркально симметричных частей. Плоскость разъема 9 между ними проходит через ось 10 перпендикулярно плоскости кольцевого паза 15. Т.е. она содержит ось 18 вращения образующей кольцевого паза 15. Для выравнивания половинок корпуса 142 при сборке, в углах каждой половинки корпуса 142 выполнены штифтовые отверстия 192. По внепшей стороне корпуса может проходить шпоночный паз для дополнительной фиксации от проворота в трубе 143. Между корпусами ступеней могут устанавливаться регулировочные прокладки или резьбовые распорные втулки.

Ротор 4 (фиг.34) на одном валу 190 имеет несколько ступеней. На фиг.34 показаны две ступени 1 и 2. Друг от друга их отделяют участки 36 вала 190. Каждая ступень ротора 4 имеет центральную шарообразную часть 39, центр которой лежит на оси 10, с двух сторон от нее (вдоль оси 10) находятся боковые стенки 40, поверхность которых имеет вид усеченного конуса соосного оси 10. Геометрические вершины конусов повернуты друг к другу и находятся на расстоянии друг от друга. Большие основания усеченных конусов боковых стенок 40 стыкуются с участками 36 вала 190 ротора 4 по переходным поверхностям 41. Они выполнены сферообразными для удобства изготовления корпусов 142. Центры обоих переходных поверхностей совпадают с центром шарообразной части 39. Между боковыми стенками 40 получается открытая наружу кольцевая полость 42, дном которой служит шарообразная часть 39. В одном месте канал 42 перегорожен поперек выступающей из шарообразной части 39 перегородкой 43. Таким образом, с кольцевой полости 42 получается разомкнутая полость 42. Перегородка 43 имеет сфеоробразную боковую поверхность 47, соосную с шарообразной частью 39, диаметр которой совпадает с диаметром переходных поверхностей 41. Т.е. они ограничены общей сферообразной поверхностью. Торцы 44 перегородки 43 ограничены криволинейной поверхностью. Перегородка похожа на сектор кольца. Она немного тоньше на середине.

Вдоль перегородки 43, по ее боковой поверхности 47, проходит направляющий паз 161. По глубине он приблизительно доходит до шарообразной части 39. По угловому размеру, несколько превосходит угловой размер перегородки 43, т.е. его края заходят на переходную поверхность 41. Боковые стенки направляющего паза 161 плоские. Паз 161 служит для синхронизации вращения разделителя 5 с ротором 4.

Внутри вала 190 ротора 4, через все ступени, выполнено два прямых канала 137 для прохода рабочего тела. Их сечения имеют вид части круга (немного меньше половины), отсеченной хордой. Его углы скруглены. У начала канала 137, между всеми ступенями и в конце канала 137, попеременно каналы перегорожены заглушками 138. Т.е. в одном канале 137 установлена заглушка перед первой ступенью 1, во втором - перед второй ступенью 2, и т.д. После последней ступени в очередном канале 137 тоже установлена заглушка 138. Перегородки 43 расположены вдоль границы раздела каналов 137.

С одной стороны перегородки 43, через поверхность шарообразной части 39, выполнен канал 48, ведущий в один из каналов 137. Если это канал, неперегороженный заглушкой перед данной ступенью, то отверстие в него будет окном входа 20 рабочего тела. Окно 20 похоже на равнобедренный треугольник со скругленными углами (на сфере), ориентированный меньшей стороной к перегородке 43. С другой стороны перегородки через поверхность шарообразной части 39 и поверхность боковой стенки 40, выполнен канал 48 ведущий в другой канал 137. Аналогичное отверстие в него является окном выхода 23 рабочего тела

Каждая следующая ступень ротора 4 повернута относительно предыдущей ступени вокруг оси 10 на пол оборота. Т.е. перегородки соседних ступеней 1, 2 ротора 4 развернуты в противоположные стороны.

Для связи с приводом или нагрузкой, на торце вала 190 ротора 4 выполнено отверстие, в которое запрессован выходной вал 58 (отдельно на фигурах не показано, т.к. совпадает с ОРМ по фиг.19). В канал 137 рабочее тело попадает через отверстия 141 в валу 190. Выход рабочего тела в погружном варианте происходит через торец вала 190 из канала 137.

Разделитель 5 (фиг.35) выполнен в виде плоского диска со сферообразной боковой поверхностью 64 (для удобства выполнения кольцевого паза 15 на корпусе 142) и плоскими торцами 67. Ось 62 является осью вращения его образующей. В его центре выполнено сквозное отверстие 63. Поверхность отверстия 63 сферообразна. Ее диаметр близок к диаметру шарообразной части 39 для возможности взаимодействия между ними. Со стороны отверстия 63, внутренняя, т.е. ближняя к центру отверстия 63 часть 60 (на фигуре внутренняя часть 60 ограничена штрих-пунктирной окружностью) разделителя 5 рассечена сквозной прорезью 154. Дно 156 прорези 154 сферообразное. Его диаметр близок к диаметру боковой поверхности 47 перегородки 43 для возможности взаимодействия между ними. В середине дна 156 прорези 154 в радиальном направлении выполнено отверстие, в которое запрессована ось 193. На ось 193 одевается силовой синхронизирующий элемент (ССЭ) 194. Боковые стенки 155 прорези 154 выпуклые. В данном примере на них выполнена коническая поверхность для сопряжения с торцами 44 перегородки, для работы по ней в качестве пары трения на случай выхода из строя ССЭ 194 и для защиты его от перегрузки.

Для возможности сборки, разделитель 5 выполнен из двух частей. Разъем 135 между ними выполнен по типу «выступ в паз». Выступом 163 является меньшая часть, в середине которой находится прорезь 154. Передний край выступа 163 проходит по диаметру отверстия 63. На середине переднего края выступа 163 находится центр отверстия 63. Паз 164 выполнен на другой части разделителя 5. Поверхности раздела между ними направлены вдоль оси 62. Кроме того, на боковых стенках выступа 163, посередине, выполнены небольшие выступы 165 (фиг.36) вдоль плоскости разделителя 5, а на поверхности паза 164 выполнен ответный небольшой паз. Для взаимного крепления частей разделителя 5 в зоне разъёма 135 имеется отверстие под штифт 76.

ССЭ 194 (фиг.37) выполнен в виде усеченного сектора кольца. Его торцы 195 плоские, параллельные, выпуклая боковая грань 196 ограничена сферообразной поверхностью с диаметром близким к диаметру дна 156 прорези 154. Параллельно торцам 195, симметрично по радиусу, в нем выполнено сквозное отверстие 197 под ось 193. Толщина ССЭ 194 соответствует ширине направляющего паза 161. Длина ССЭ 194 вдоль отверстия 197 немного меньше глубины паза 161, что бы оставалось место для прохода рабочего тела из защемляемого в пазу 161 объема.

ОРМ собирается, например, следующим образом. На части разделителя 5 с прорезями 154, на оси 193 устанавливаются ССЭ 194. Далее эти части разделителя 5 одеваются на ступени ротора 4, так что бы ССЭ 194 попадал в паз 161, а отверстие 63 разделителя 5 садилось на шарообразную часть 39. После этого в разъем 135 устанавливается вторая часть разделителя 5 и соединение фиксируется запрессовкой штифтов. На ступенях ротора 4 с установленными разделителями 5 собираются на штифтах половинки корпуса 142. На концы ротора 4 устанавливаются подшипники (не показаны), и эта сборка запрессовывается в трубу 143, в которой затягивается с двух сторон гайками.

Местом подвода / отвода рабочего тела является один из концов трубы 143 (обычно рядом с входом приводного вала 58), далее через отверстия 141 в роторе 4 рабочее тело попадает в каналы 137 ротора 4, и далее через каналы 48, и окна 20 / 23, расположенные на шарообразной части 39, рабочее тело проходит к рабочим камерам 133, 134, расположенным вокруг шарообразной части 39, и по разные стороны от разделителя 5. Местом отвода / подвода рабочего тела является другой конец трубы 143, из которого оно идет через выход канала 137 ротора 4.

Данная ОРМ выполнена нерегулируемой, но ее подача отличается большой равномерностью. Каждая ступень создает рабочий перепад давления практически на всем цикле. Исключение может составлять небольшой участок цикла, когда прорезь 154 подходит вплотную к боковой стенке 40. Здесь герметичность зависит от деталей исполнения. В многоступенчатой машине этот участок не играет большой роли из-за сдвигов фаз разных ступеней. Прорезь 154 разделителя 5 не должна взаимодействовать с перегородкой 43 для отсечения рабочих камер 133, 134 кроме упомянутого небольшого участка цикла. Между ними может быть зазор. ССЭ 194 и направляющий паз 161 не являются обязательными элементами данной ОРМ. При их отсутствии или при их выходе из строя, боковые стенки 155 прорези 154 имеют выпуклую поверхность достаточно большого радиуса кривизны для работы по ответной поверхности торцов 44 выступа 43 в качестве пары трения для передачи крутящего момента от ротора 4 разделителю 5 для преодоления сил трения.

В машине по фиг.32 могут работать все приведенные ранее типы разделителей 5, при выполнении / установке на роторе 4 соответствующих им типов перегородок 43. Отличие будет только в том, что УСЭ 6 не будут выполнять роль по уплотнению камер 133, 134, а будут работать только для синхронизации вращения разделителя 5 с ротором 4. Исключением может быть положение разделителя 5, при котором прорезь 154 максимально близко подходит к стенке 40.

Одна ступень ОРМ по фиг.32 может использоваться самостоятельно.

Для того, чтобы одна ступень была герметична на всем цикле, и при этом не требовалось точного исполнения боковых сторон 155 прорези 154, на поверхности боковых стенок 40, вблизи перегородки 43, могут быть установлены упругие уплотнения.

Боковые стенки 40 (фиг.38) полностью или частично могут выполняться не на роторе 4, а на корпусе 142. Тогда появляется возможность выполнять разделитель 5 цельным (без разъемов), а ротор 4 получается более уравновешенным. Но при этом усложняется выполнение корпуса 142. Можно совсем не выполнять боковых стенок 40, поскольку нет необходимости размещать на них выходы каналов 48. Т.е. перегородка 43 будет опираться прямо на вал 190. Это несколько увеличивает дисбаланс ротора 4 и немного снижает прочность и герметичность ОРМ.

При работе с рабочим телом повышенной вязкости (фиг.39), усилия на ССЭ 194 получаются односторонние, поэтому для его усиления, он работает не внутри паза 161, а прямо по торцу 44, который выполнен на месте боковой стенки паза 161 по фиг. 39. Т.е. перегородка 43 выполнена несимметрично (не в радиальном направлении). Крепление ССЭ 194 усилено выполнением на торце 195 цилиндрической площадки 198, сосной отверстию 197. На боковой поверхности 155 прорези 154 разделителя 5 выполнена ответная цилиндрическая площадка.

Все перегородки для облегчения изготовления могут выполняться отдельно от ротора, и затем закрепляться на роторе в проделанных для этого пазах или с помощью другого крепежа, например, сварка, винты, штифты. Машина по фиг.1 в качестве насоса работает следующим образом. Вокруг шарообразной части 39 ротора 4 каждой из ступеней 1, 2 в полостях 11 корпуса 3 из открытой кольцевой полости 42 получается кольцевая рабочая полость 157, которую перегородки 43 шарообразной части 39 ротора 4 разделяют на две части 158 и 159. Внутренняя часть 60 разделителя 5 взаимодействует центральным отверстием 63 с шарообразной частью 39, а через УСЭ 6 взаимодействует с перегородками 43 на роторе 4 и делит каждую часть 158 и 159 на две рабочие камеры 133 и 134. Вращение перегородок 43 с ротором 4 через УСЭ 6 приводит во вращение разделитель 5. При вращении ротора 4, из-за наклона разделителя 5, рабочие камеры 133, 134 изменяют свой объем. Две расположенные центрально симметрично относительно шарообразной части 39 камеры

133 увеличивают свой объем, в то время как две другие центрально симметричные камеры

134 уменьшают свой объем. Внутри шарообразной части 39, камеры 133 /134, находящиеся по разные стороны перегородок 43 и разделителя 5 попарно связаны винтовыми каналами 49, переходящими в каналы 50, которые выходят на поверхность ротора 4 между ступенями 1 и 2 машины в виде окон 51 и 52. В этом месте на корпусе 3 расположено окно 20 входа и симметрично ему относительно оси 10 вращения ротора 4 расположено окно 23 выхода рабочего тела. На окно 20 входа попадают выходы на поверхность ротора 4 каналов 50 (окна 51 или 52), ведущих из увеличивающих свой объем рабочих камер 133, а на окно 23 выхода попадают выходы каналов 50 (окна 51 или 52), ведущих из камер 134, уменьшающих свой объем. Из-за уменьшения объема камер 134, имеющееся в них рабочее тело вынуждено выходить из них по каналам 48, 49, 50 через окно 51 или 52 в окно 23 выхода и далее в выходной патрубок 24. Из-за увеличения объема других камер 133, в них по каналам 48, 49, 50 через окно 51 или 51 из окна 20 входа из входного патрубка 21 поступает новая порция рабочего тела.

Когда объем одних камер 134 одной из ступеней 1 / 2 достигает минимума, а других камер 133 - максимума, выходы 51 / 52 из каналов 50 за счет вращения ротора 4 выходят из перекрытия с окном 23 выхода и с окном 20 входа соответственно и начинают входить в перекрытие с противоположными окнами— окном 20 входа и окном 23 выхода соответственно. Пары камер 133 и 134 меняются ролями. Процесс повторяется. За счет сдвига на оборота между ступенями 1 и 2, ступени 1 и 2 работают в противофазе, и их суммарная подача получается практически равномерной (не пульсирующей).

На УСЭ 6 действуют симметричные, компенсирующие друг друга силы давления рабочего тела, т.к. УСЭ 6, надетое прорезью 84 на перегородку 43, симметрично выступает из прорези 154 в находящуюся осесимметрично относительно него пару камер 133, имеющих одинаковое (например, низкое) давление и, в такую же осесимметричную пару камер 134 (например, с высоким давлением). Это позволяет увеличить максимально допустимый перепад давления ОРМ. Такая ситуация возможна только в конфигурации с двумя перегородками 43 на шарообразной части 39. Единственная нагрузка, которую несет УСЭ 6, - это нагрузка по передаче вращения от ротора 4 к разделителю 5. Она необходима для компенсации силы трения, а так же для согласования скорости вращения ротора 4 и разделителя 5. Имеется небольшая неравномерность вращения разделителя 5 при равномерном вращении ротора 4. Причем нагрузку УСЭ 6 от силы трения существенно уменьшает гидравлическая разгрузка разделителя 5, которая существует при определенных условиях даже без выполнения разгрузочных канавок 77. Нагрузку на пары трения прорезь 154 разделителя 5 - УСЭ 6— перегородка 43 снижает и тот факт, что УСЭ 6 взаимодействует и с разделителем 5 и с перегородкой 43 по поверхностям, а не по линиям. Такое сопряжение возможно благодаря установке УСЭ 6 в прорези 154 разделителя с возможностью вращательных колебаний вокруг оси 69 отверстия 71, относительно разделителя 5, что так же упрощает форму торцевых поверхностей 44 перегородок 43. Колебания УСЭ 6 происходят за счет взаимодействия с перегородкой 43, проходящей через его прорезь 84.

Разделитель 5 испытывает периодическую симметричную нагрузку со стороны рабочего тела на свою внутреннюю часть 60, которая создает крутящий момент относительно оси 69. Разделитель 5 по фиг.7 компенсирует её за счет противоположного момента сил действующего на его внешнюю часть 61 благодаря разгрузочным канавкам 77, к которым подводится давление с противоположной стороны разделителя 5. Разделитель по фиг.9 имеет степень свободы, чтобы под действием момента сил немного поворачиваться вокруг оси 69. При этом он передает давление на рабочее тело отсеченное над и под внепшей частью разделителя 5. Создается момент сил, останавливающий отклонение разделителя 5 от плоскости кольцевого паза 15. При недостаточном количестве рабочего тела с одной из сторон внепшей части 61 разделителя 5, нагрузка ложится на её торцы 68, при этом давление рабочего тела с этой стороны становится меньше, и туда за счет перетечек через зазоры перетекает рабочее тело с других областей, восстанавливая симметрию.

Ротор 4 уравновешен по радиальным силам, действующим на него со стороны рабочего тела. За счет наличия отверстия 29 под выходной вал с одной стороны ОРМ, за счет перетечек через рабочие зазоры, может возникать небольшая осевая сила, которая уравновешивается выполнением сборных канавок (не показаны) на торце 28. Некомпенсированный момент сил существенно ослабляется за счет расстояния между участками 37 и 38, вьшолняющими роль подшипников. По теоретическим оценкам и по сравнительным данным с испытанными аналогами, удельная мощность машины по фиг.1 может достигать 25 кВт/кг при работе с перепадом давления в 200 атм. на 3000 об/мин, что существенно выше существующих показателей.

Машина по фиг.13 в качестве насоса работает аналогичным образом, за исключением того, что внешний привод 118 может через шестеренки 119 и червяки 107 поворачивать поворотные кольца 96 ступеней 1, 2 в пазу 101 изменяя тем самым угол наклона кольцевого паза 15 и, следовательно, угол наклона оси 103 / плоскости вращения разделителя 5 к оси 10 / плоскости вращения ротора 4. При этом диапазон изменения объема рабочих камер 133, 134 изменяется. В данном примере он изменяется от нуля (при совпадении осей 10 и 18) до максимального (при угле между осями 10 и 18 в 32 градуса). При повороте поворотного кольца 96 в пазу 101, смещаются требуемые для практически равномерной подачи положения окон 20 входа и окон 23 выхода. Поэтому через шестеренки 120 и червяк 117, вместе с поворотом поворотного кольца 96 поворачивается элемент корпуса 3 втулка 112 с выполненными на ней окнами 20 и 23.

Машина по фиг.17 в качестве насоса работает аналогичным с машиной по фиг.1 образом, за исключением того, что внешний привод (не показан) может через червяк 126 поворачивать поворотные кольца 96 ступеней 1, 2 в пазу 101 вокруг оси 121, изменяя тем самым угол наклона кольцевого паза 15 и, следовательно, угол наклона оси 103 / плоскости вращения разделителя к оси 10 / плоскости вращения ротора 4. При этом диапазон изменения объема рабочих камер 133, 134 изменяется меньше чем в предыдущем примере. В данном примере он изменяется от минимального до максимального (~ 1.3 раза).

Машина по фиг.19 в качестве насоса работает аналогичным с машиной по фиг.1 образом, за исключением того, что она выполнена в погружном варианте и в ней гидравлически последовательно установлены две пары гидравлически параллельных ступеней. Проход рабочего тела осуществляется внутри ротора, через установленную в нем перепускную втулку. На входе ОРМ рабочее тело попадает во втулку через отверстия 141 в роторе 4. Далее идет к окнам входа 20 обеих ступеней 1, 2, выполненным на втулке 112, по одному из каналов 137. Далее рабочее тело через окна 51, 52 на роторе попадает в увеличивающие свой объем рабочие камеры 133. После ступеней 1, 2 в этом канале 137 установлена заглушка 138. С уменьшающих свой объем камер 134 рабочее тело выходит в другой канал 137 через окна 51, 52 и окна выхода 23, выполненные на втулке 112. По этому каналу 137 рабочее тело идет на вход ступеней 139, 140. Но для сокращения длины при одинаковой ориентации кольцевых пазов 15 в ступенях 1, 2, 139, 140, и в этом канале 137, между ступенями 2 и 139, установлена заглушка 138 для перевода рабочего тела в противоположный канал 137 через отверстия, выполненные в стенке между каналами 137 в интервале между заглушками 138. В следующих ступенях 139, 140 все происходит аналогично. Подводящий канал 137 последней ступени 140, после нее, перекрыт заглушкой 138. Из напорного канала 137 последней ступени 140 рабочее тело попадает на выход ОРМ.

Машина по фиг.20 в качестве насоса работает аналогичным с машиной по фиг.19 образом, за исключением того, что внешнее регулирующее устройство, например, гидроцилиндр, может перемещать рейку 137 вдоль оси 10 в пазу 149. При этом рейка 137 через зубья 123 и зубья 108 на поворотных кольцах 96 всех ступеней, поворачивает их в пазу 101. При этом изменяется угол наклона разделителей 5, что ведет к изменению диапазона изменения объема рабочих камер 133, 134. Для компенсации смещения окон 20, 23, рейка 137 одновременно поворачивает через шестеренку 151 и поворотную перепускную втулку 112, но вдвое медленнее, чем поворотные кольца 96.

При этом диапазон изменения объема рабочих камер 133, 134 изменяется от нуля до максимального.

Машина по фиг.21 в качестве насоса работает аналогичным с машиной по фиг.1 образом.

Вокруг шарообразной части 39 ротора 4 в полости 11 корпуса 3 из открытой кольцевой полости 42 получается кольцевая рабочая полость 157, которую перегородки 43 шарообразной части 39 ротора 4 разделяют на четыре части 158. Внутренняя часть 60 разделителя 5 взаимодействует центральным отверстием 63 с шарообразной частью 39, а через УСЭ 6 взаимодействует с перегородками 43 на роторе 4 и делит каждую часть 158 на две рабочие камеры 133 и 134. Вращение перегородок 43 ротора 4 через УСЭ 6 приводит во вращение разделитель 5. При вращении ротора 4, из-за наклона разделителя 5, рабочие камеры 133, 134 изменяют свой объем. Две пары расположенных центрально симметрично относительно шарообразной части 39 камер 133 увеличивают свой объем, в то время как две пары других центрально симметричных камер 134 уменьшают свой объем. При этом бывает момент времени, во время прохождения максимума или минимума, когда объем четырех камер не изменяется. Окна 51 - выходы каналов 50, ведущих через каналы 48 из камер 133, находящихся с одной стороны разделителя 5 (шарообразной части 39), и через каналы 49 и другие каналы 48 из симметричных относительно центра шарообразной части 39 камер 133, попадают на окно 20 входа рабочего тела, и рабочее тело идет по ним в указанные камеры 133 из патрубка 21. Окна 51 - выходы каналов 50, ведущих через каналы 48 из камер 134 находящихся с одной стороны разделителя 5 (шарообразной части 39) и через каналы 49 и другие каналы 48 из симметричных относительно центра шарообразной части 39 камер 134, попадают на окно 23 выхода рабочего тела и рабочее тело идет по ним из указанных камер 134 в патрубок 23.

Когда объем одних камер 134 одной из ступеней 1 / 2 достигает минимума, а других 133 - максимума, выходы 51 / 52 из каналов 50 за счет вращения ротора 4 выходят из перекрытия с окном 23 выхода и с окном 20 входа соответственно и начинают входить в перекрытие с противоположными окнами— окном 20 входа и окном 23 выхода соответственно. Такое переключение происходит одновременно только у части (половины) камер 133, 134. Пары камер 133 и 134 меняются местами. У оставшейся половины скорость изменения объема максимальна. Процесс повторяется. За счет сдвига на Ул оборота между двумя группами камер 133 и 134, они работают в противофазе, и их суммарная подача получается практически равномерной.

Разделитель 5 испытывает периодическую симметричную нагрузку со стороны рабочего тела на свою внутреннюю часть 60, которая направлена на отклонение его от плоскости кольцевого паза 15. Разделитель 5 по фиг.25 компенсирует её за счет противоположного момента сил действующего на его внешнюю часть 61 благодаря наличию рабочего тела защемленного между торцами 68 и торцами 17 кольцевого паза 15. Вытекшая из зазора часть рабочего тела компенсируется притоком из смазочных канавок (не показаны), выполненных на противоположной ненагруженной стороне разделителя 5 на торцах 17 кольцевого паза 15 или в переходной зоне между нагруженной и ненагруженной зонами торцов 17 кольцевого паза 15 (для обратимых ОРМ).

На выступающие из паза 162 части подвижных УСЭ 6, и на шарнирные УСЭ 6 действуют несимметричные силы давления рабочего тела. Благодаря небольшому соотношению между площадью, подверженной перепаду давления, и опорной площади, удельные нагрузки на опорную площадь уменьшаются. На УСЭ 6 действует и нагрузка по передаче вращения от ротора 4 к разделителю 5 для компенсации силы трения. Угловое положение УСЭ 6 относительно ротора 4 задается взаимодействием выступа 171 с направляющим пазом 161. Ротор 4 уравновешен по радиальным силам, действующим на него со стороны рабочего тела. Момент сил, действующий на перегородки 43 и боковые стенки 40, уравновешивается за счет момента сил действующего на окна 20, 23 и участки поверхности, ограниченные контуром из канавок 54.

Рабочее давление этого варианта ОРМ меньше чем у ОРМ по фиг.1, в основном, из за ограничений обусловленных УСЭ 6, но габариты, вес и сложность ОРМ на ту же подачу меньше, чем у двухступенчатого варианта по фиг.1. Эффект достигается за счет уменьшения веса и размеров каналов для подвода и отвода рабочего тела к камерам 133, 134 находящимся по разные стороны разделителя 5 (или другими словами, по разные стороны от центра шарообразной части 39). Рабочее тело проходит через отверстие 63 в разделителе 5 внутри шарообразной части 39 ротора 4, а не в обход разделителя 5.

Машина по фиг32 работает следующим образом. Из открытой кольцевой полости 42 перегороженной перегородкой 43, в полости 11 корпуса 142 вокруг шарообразной части 39 ротора 4, образуется рабочая полость 157, которую перегораживает разделитель 5 своей внутренней частью 60, выступающей из кольцевого паза 15 корпуса. Причем перегораживает он ее благодаря взаимодействию его отверстия 63 с шарообразной частью 39, торцов 67 разделителя 5 с боковыми стенками 40 ротора 4. Поскольку разделитель 5 установлен в кольцевом пазу 15 корпуса 142 с возможностью вращения в плоскости паза, то при вращении ротора 4, плоскость разделителя 5 не изменяет своего положения относительно корпуса 142, а его прорезь 154, вследствие взаимодействия ССЭ 194 с направляющей канавкой 161, следует за перегородкой 43 ротора 4. Перегородка 43 перемещает границы рабочей полости 157 относительно корпуса 142, и, следовательно, относительно разделителя 5. Таким образом, перед перегородкой 43 образуется уменьшающая свои размеры рабочая камера 134, а за перегородкой 43 образуется увеличивающая свои размеры камера 134. В камеру 133 рабочее тело входит из окна входа 20 расположенного сзади за перегородкой 43. К окну входа 20 оно попадает через канал 48 из подающего канала 137. Из камеры 134 рабочее тело выходит через окно выхода 23 расположенное перед перегородкой 43. Из окна выхода 23 оно попадает через канал 48 в отводящий канал 137.

Поскольку в этом примере исполнения ССЭ 194 или УСЭ 6 практически не выполняют уплотняющую роль, то на них не ложится нагрузка от перепада давления ступени. Во всех примерах исполнения ОРМ разделитель 5 является пассивным элементом, практически не нагруженным крутящим моментом со стороны рабочего тела. Крутящий момент со стороны рабочего тела воспринимают или передают перегородки 43 ротора 4, выполняя роль поршней.

Соединение места подвода рабочего тела и рабочих камер посредством каналов проходящих внутри ротора дает максимальный эффект для ОРМ со сферообразной рабочей полостью и вращающимся разделителем, поскольку:

- в таких ОРМ достаточно много рабочих камер и они расположены по разные стороны от разделителя;

- достаточно большой диаметр разделителя (больше диаметра рабочей полости);

- ротор таких ОРМ имеет достаточно места для выполнения внутри него проходов (каналов) для рабочего тела и достаточный запас прочности (не ослаблен пазами как, например, у пластинчатых ОРМ);

- эффект получается еще больше для многоступенчатых ОРМ, поскольку, несмотря на рост количества рабочих камер, исключается необходимость выполнения сложной разводки рабочего тела от одного места подвода и от одного места отвода рабочего тела по корпусу, влекущее увеличение размера и веса ОРМ. При разводке внутри ротора его вес только уменьшается.

В результате сочетания надежных сферических ОРМ с разводкой рабочего тела внутри ротора удалось реализовать их потенциал по удельной мощности и существенно превзойти современный показатель для ОРМ.