186775. lajstromszámú szabadalom • Forgóházas áramlástechnikai gép
1 186.775 2 A találmány tárgya forgóházas áramlástechnikai gép. Az irodalomból és a gyakorlatból számos olyan rotációs gép (szivattyú, kompresszor, lég- és hidromotor, belsőégésű motor) ismeretes, amelyekben a munkafolyamatot síklapokkal határolt, henger alakú házban excentrikusán csapágyazott, csúszólapátos forgó henger (rotor) végzi Az ilyen rotációs gépeknek nagy előnye a dugattyús gépekkel szemben, hogy csak forgó mozgást végző elemeket tartalmaznak, így elmarad a bonyolult és nehéz forgattyús hajtómű. Fajlagos súlyuk és méretük kisebb, a munkaközeg áramlása egyenletesebb, mint a dugattyús gépek esetében. Mivel azonban a rotor és a benne elhelyezkedő lapátok mind a ház hengerpalástján, mind pedig a ház oldalfalán, az átmérőtőlés fordulatszámtól függő kerületi sebességgel csúsznak, már viszonylag kis méretek és fordulatszámok esetén is jelentős a csúszási sebesség és ezzel arányosan a súrlódási munka. Ilyen megoldásokat ismertetnek például a 173,510 sz. és a 101.924 sz. magyar szabadalmi leírások. Az ebből származó kopási és kenési problémák miatt ezeket a rotációs gépeket csak mint kisteljesítményű vákuum- és folyadékszivattyúkat, valamint hidromotorokat, illetve csak kis méretű pneumatikus motorokként alkalmazzák. A rotációs elv alapján működő Wankelmotor elterjedésének is a gyors kopás a legfőbb akadálya. Az előzőeknél előnyösebb megoldásra vonatkozik a 4 003 682 sz. Amerikai Egyesült Allamok-beli szabadalmi leírás, amely szerint álló külső házban forgó tengelyen lévő, excentrikusán elhelyezett forgó belső házat és rotort alkalmaznak a dugattyúlapáton kialakított nyíláson keresztül juttatják be a hajtóközeget és ugyanezen keresztül távolítjuk eL Az áramlás módja azonban még ennél a megoldásnál sem ideális. A találmány olyan excenter-lapátos, rotácis áramlási gépre irányul, amelynek szerkezeti kialakítása a fenti hátrányos tulajdonságokat jelentős mértékben csökkenti A találmány alapja az a felismerés, hogy az eddig ismert megoldásoktól eltérően — ha az excentrikusán csapágyazott belső rotor hornyában mozgó vezér-lapát, csuklós kapcsolat útján magával viszi az álló tengelyen csapágyazott henger alakú házat és azok azonos forulatszámmal együtt forognak, a hajtóközeg pedig külön nyíláson áramlik be- illetve ki a munkatérből, akkor az egymáson csúszó alkatrészek viszonylagos sebessége - a ház és a rotor átmérő viszonyától függően - ötödére, nyolcadára csökken. így a munkasebesség jelentősen növelhető, anélkül, hogy a csúszási sebesség, a kenés és kopás szempontjából elfogadható értéket túllépné. A találmány szerint kialakított rotációs áramlási gépek fajlagos teljesítménye — a hagyományoshoz képest - a magasabb megengedhető fordulatszám következtében - többszörösére növelhető. További előnye a találmány szerinti szerkezeti megoldásnak, hogy igen sokféle kiviteli alakban készíthető, a mindenkori alkalmazási területnek legmegfelelőbb változatban és kombinációkban. Az egyik lehetséges kiviteli alaknál a munkaközeg az álló tengelyen keresztül áramlik be a forgó munkatérbe és onnan ugyancsak az álló tengelyen át, a másik irányba távozik. Egy másik kiviteli alaknál a közeg az álló tengelyen át áramlik a forgó munkatérbe, ahonnan a forgó ház palást nyílásain át távozik, vagy megfordítva az üzemmódtól függően. Ugyancsak lehetséges kiviteli alak szerint a forgó ház palástjának nyílásain át áramlik be és egy másik palást részen lévő nyíláson át távozik a munkaközeg. Az előzőekben felsorolt kiviteli alakok különböző forgás-átviteli módokat tesznek lehetővé. Abban az esetben, amikor a hajtóközeg az álló tengelyen keresztül áramlik a munkatérbe és azon keresztül távozik, közvetve, a forgó házon rögzített hajtókerékkel (pL fogaskerék) kapcsolt hajtóművel - a többi kiviteli alaknál pedig akár a forgó házzal -, akár a rotorral kapcsolt hajtótengellyek közvetlenül átvihető a forgató nyomaték, azaz működtethető a berendezés. A találmány szerinti megoldásnál egy-, kettővagy több lapátos rotort alkalmazhatunk. A lapátok közül egy ún. vezérlapát csuklós kapcsolatban van a forgó házzal; a többi lapát a rotor hornyában, iE a forgó ház palástján és oldalán a köztük fellépő csekély relatív sebességgel csúszik. Különösen előnyös tulajdonságokkal rendelkezik az egy lapátos változat, amelynél az egyetlen (vezér)lapát csuklóval csatlakozik a forgó házhoz és csak igen kis mértékű lengő mozgást végez, miközben a rotor hornáyban - az elfordulástól függően — ide-oda csúszik kis relatív sebességgel. A centrifugális és tangencíális erőket a lapát-csukló viseU, amely gördülő ágyazású és jól kenhető, tehát kicsi a súrlódása. A lapát tömítőlécekkel van ellátva, melyeket csak a gázerők terhelnek, tehát kopásuk csekély. További előnye az egy lapátos kiviteli alaknak, hogy a teljes fordulat alatt a lapát egy-egy oldalán mindig ugyanez a munkafolyamat megy végbe, és így a lapátterhelés iránya nem változik; a hajtóerő gyakorlatilag a teljes fordulat alatt kihasználható. A forgó házhoz csuklósán kapcsolódó egyetlen lapát a házzal együtt, a rotortól függetlenül kiegyensúlyozható, így a gép teljes fordulatszám-tartományában gyakorlatilag rezgésmentesen üzemel. A találmány szerinti forgó házas, rotációs áramlási gépekben - szivattyú, iE kompresszor üzemmódban —, amikor a munkaközeg a rotor vagy a forgó ház álló tengelyén és a rotor radiális (forgó-csatornáján keresztül jut a munkatérbe, a nagy sebességgel forgó radiális csatornában a centrifugális erő hatására jelentős nyomásnövekedés áll elő, ami a munkatér töltésfokát növeli, tehát a gép volumetrikus hatásfoka a hagyományosnál jobb. Hasonló előnyöket nyújtanak azok a kiviteli alakok is, amelyeknél a munkaközeg a forgó palást nyílásán lép be; ekkor a belépő nyílásnál alkalmazott terelő csatorna a nagy kerületi sebességből (100-150 m/mp) eredő dinamikus nyomást hasznosítja. A forgó házas rotációs áramlási gép ismertetett kiviteli alakjaiból — az egységek összekapcsolásával — különféle kombinációk alakíthatók ki. Például: több fokozatú kompresszor, vákuumszivattyú vagy lég- és gőzgép, továbbá különböző munkafolyamatú belső égésű motorok, amelykenek egyik változat szerinti egysége a kompresszor, egy másik változat szerinti egysége az expanzor v. erőgép és a két kinematikailag összekapcsolt egység között helyezkedik el az égő-, ill. robbanókamra. 5 10 15 20 25 30 35 4C 4£ 5C 55 60 2
