CZ310687B6 - Lamela a lamelový expandér - Google Patents

Lamela a lamelový expandér

Info

Publication number
CZ310687B6
CZ310687B6 CZ2025-196A CZ2025196A CZ310687B6 CZ 310687 B6 CZ310687 B6 CZ 310687B6 CZ 2025196 A CZ2025196 A CZ 2025196A CZ 310687 B6 CZ310687 B6 CZ 310687B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
lamella
stator
notch
groove
rotor
Prior art date
Application number
CZ2025-196A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2025196A3 (cs
Inventor
Václav Vodička
Vodička Václav Ing., Ph.D.
Original Assignee
České vysoké učení technické v Praz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by České vysoké učení technické v Praz filed Critical České vysoké učení technické v Praz
Priority to CZ2025-196A priority Critical patent/CZ310687B6/cs
Publication of CZ2025196A3 publication Critical patent/CZ2025196A3/cs
Publication of CZ310687B6 publication Critical patent/CZ310687B6/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3441—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/344—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F01C1/3441—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
    • F01C21/104—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Compressor (AREA)

Abstract

Předmětem řešení je lamela (1) pro lamelový expandér, přičemž tato lamela (1) je čtvercového nebo obdélníkového tvaru vymezujícího: vnitřní stranu (11), vnější kontaktní stranu (12) a dvě boční strany (13). V lamele (1) je ve vnitřní straně (11) umístěn alespoň jeden zářez (14) obsahující obloukovou část (18). Zářez (14) je zakončen eliptickou nebo kruhovou dutinou (15), přičemž šířka dutiny (15) je větší než šířka zářezu (14). Předmětem řešení je také lamelový expandér obsahující alespoň dvě tyto lamely (1).

Description

Lamela a lamelový expandér
Oblast techniky
Tento vynález se týká lamely (angl. „vane“) pro lamelový expandér (angl. „rotary vane expander“), příp. pro kompresor nebo čerpadlo, a lamelového expandéru obsahujícího uvedenou lamelu.
Dosavadní stav techniky
Jak je podrobněji uvedeno v kapitole 2.1.4 dizertační práci původce (Ing. Václav Vodička, „Optimalizace lamelového expandéru pro tepelné oběhy nízkých výkonů“, ČVUT v Praze, 2019), „princip a základní konstrukce lamelových (křídlových) expandérů je velice jednoduchá a je naznačena na obr. la a 1b. Ve statoru se otáčí excentricky umístěný rotor. Ten má v sobě několik podélných radiálních (případně naklopených) drážek, ve kterých jsou zasunuty obdélníkové destičky - lamely. Tyto lamely se mohou v drážkách volně pohybovat a po roztočení rotoru jsou díky odstředivé síle přitlačovány na vnitřní povrch statoru. Tím jsou vymezeny jednotlivé pracovní prostory (komory). Přiváděná pracovní látka vstupuje do expandéru vstupním otvorem. Látka je uzavřena v komoře v místech, kde má komora malý objem. Ten se během otáčení zvětšuje a umožňuje expanzi pracovní látky. Jakmile lamela přejede přes hranu výstupního otvoru, expanze končí a látka může opustit pracovní prostory stroje.“.
Lamely se tradičně vyrábějí z plastů, uhlíku, kompozitů nebo oceli, s cílem dosáhnout optimálních mechanických vlastností, vysoké odolnosti proti opotřebení a nízkého koeficientu tření.
Je známé, že v lamelovém expandéru se odehrávají jevy, které ovlivňují jeho výkonové charakteristiky. Jedním z významných jevů ovlivňujících účinnost a výkon lamelového expandéru jsou ztráty netěsnostmi. V kapitole 2.3.3 výše citované dizertační práce se jako jeden z hlavních zdrojů netěsnosti zmiňuje mezera mezi špičkou lamely a povrchem statoru v okamžiku, kdy lamela není v kontaktu se statorem (na obr. 2 až 24 výše citované dizertační práce označeno číslem 4).
Badr a kol. v publikaci „Multi-vane expanders: Internal-leakage losses. Applied Energy, 1985, 20.1: pp. 1-46. ISSN: 0306-2619. DOI: 10.1016/0306-2619(85)90033-9.“ konstatovali, že se nej významnější vnitřní únik realizuje v průběhu plnění přes špičku lamely, když lamela ztratí kontakt s povrchem statoru. Výsledkem je charakteristický chrastivý zvuk, který lamely vydávají při opětovném obnovení kontaktu lamely se statorem. Důvodem ztráty kontaktu lamely a statoru je nízká odstředivá síla, která nedokáže překonat sílu od diference tlaku působícího na špičku lamely a tlaku v drážce pod lamelou.
Yang a kol. se v publikacích „Modeling and experimental investigation on the internal leakage in a CO2 rotary vane expander. In: International Compressor Engineering Conference. Paper 1852. Purdue, 2008.“ (dostupné z: http://docs.lib.purdue.edu/icec/1852.) a „Experimental investigation on the internal working process of a CO2 rotary vane expander. Applied Thermal Engineering, 2009, 29.11-12: pp. 2289-2296. ISSN: 1359-4311. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2008.11.023.“ rovněž zabýval problematikou nedoléhání lamel v lamelovém expandéru pro CO2 chladivový oběh. Pomocí vysokorychlostní kamery a průhledného statorového čela dokázal zachytit pohyb lamel a zjistil, že lamela ztrácí kontakt se statorem v oblasti vstupního otvoru. Ke znovuobnovení kontaktu pak dochází až výrazně později. Výsledkem je podstatně vyšší průtok strojem, snížení pracovního tlaku i expanzního poměru, což dále ovlivňuje výkon i účinnost expandéru. Umístěním pružin pod lamely dosáhli autoři výrazně lepšího kontaktu lamely a statoru, což se
- 1 CZ 310687 B6 projevilo zvýšením pracovního tlaku a zkrácením fáze plnění (došlo ke včasnému uzavření pracovních komor).
Na studie Yanga a kol. dále navázal Jia a kol. v publikaci „Improved rotary vane expander for trans-critical CO2 cycle by introducing high-pressure gas into the vane slots. International Journal of Refrigeration, 2011, 34.3: pp. 732-741. ISSN: 0140-7007. DOI:
10.1016/j.ijrefrig.2010.12.005.“, kde konstatoval, že jsou pružiny nevhodné s ohledem na riziko únavového selhání kvůli náročným pracovním podmínkám, ve kterých tyto pružiny pracují, vysoké frekvenci a velkému množství cyklů, které za svou životnost vykonají. Pružiny navíc vyvozují velké síly mezi statorem a lamelou, které se promítnou do zvýšených třecích ztrát. Jia proto navrhnul způsob zvýšení přítlačné síly zavedením tlakového plynu do drážek pod lamelami. Ověření pomocí vysokorychlostní kamery ukázalo, že toto opatření vedlo stejně jako v případě použití pružin k významnému zlepšení kontaktu mezi statorem a lamelou. Díky tomu, že byl vysokotlaký plyn zaveden pouze v určitých místech, navíc došlo k významnému snížení třecích ztrát a dalšímu zvýšení isoentropické účinnosti ve srovnání s řešením s pružinami.
Obdobné řešení se zavedením tlakového plynu do drážek pod lamely popisoval Fukuta a kol. v publikaci „Performance of vane-type CO2 expander and characteristics of transcritical expansion process. HVAC&R Research, 2009, 15.4: pp. 711-727. DOI:
10.1080/10789669.2009.10390859.“, kde měřil separátně průtok pod lamely a zjistil, že tento průtok je relativně významný, neboť tlakový plyn byl zaveden do všech drážek. Statickým testem identifikoval vůli mezi lamelou a drážkou jako hlavní zdroj zvýšeného průtoku. Stejně jako Jia pak omezil tlakování drážek pouze na místa, kde je pracovní komora plněna (otevřena vůči vstupním otvorům). Díky těmto úpravám došlo ke zvýšení isoentropické účinnosti expandéru až o cca 20 %.
V amerických patentových přihláškách US 1142544 A, US 3304879 A, US 3590875 A, US 4177024 A, US 5224850 A, americkém patentu US 9206688 B2 a v evropské patentové přihlášce EP 2002083 AI jsou popsány lamely lamelových expandérů se zářezy ve vnitřní straně lamely, např. pro umístění pružin (US 1142544 A, US 4177024 A, US 5224850 A), přívod vysokotlakého plynu (US 3304879 A) či z jiných konstrukčních důvodů (US 3590875 A, EP 2002083 AI, US 9206688 B2).
Lze tedy konstatovat, že zajištění trvalého kontaktu lamely a statoru je možné realizovat třemi způsoby, případně jejich kombinací: navýšením odstředivé síly působící na lamely (např. zvýšením otáček či hmotnosti lamely), pružinami pod lamelami či přívodem tlakového plynu pod lamely. Všechna tato řešení zvyšují přítlačnou sílu lamely ke statoru, což však negativně ovlivňuje životnost lamel z hlediska opotřebení vnější kontaktní strany lamely.
Geometrie statoru po délce typicky není ideálně rovná (ve smyslu odchylek v řádu mikrometrů), což může vést u lamel s vysokou tuhostí k lokálnímu zvýšenému namáhání povrchové vrstvy lamely.
V britském patentu GB 1231976 A je na obr. 3 uvedeného spisu popsána lamela pro oběžné čerpadlo. Lamela je obdélníkového tvaru vymezujícího: vnitřní stranu, vnější kontaktní stranu a dvě boční strany. V lamele je ve vnitřní straně umístěn alespoň jeden zářez obsahující obloukovou část. Nevýhodou uvedené lamely je lokální koncentrace ohybového napětí lamely v místě zářezu.
Další podobné lamely a lamelové expandéry jsou známé z patentových spisů EP 2803862 AI, WO 2007102033 AI, EP 0137388 AI nebo US 2357333 A.
Ve stavu techniky tedy vzniká potřeba a cílem vynálezu je poskytnout lamelu a lamelový expandér, které snižují povrchové namáhání lamely a prodlužují její životnost se současnou
-2 CZ 310687 B6 možností zajištění těsného kontaktu lamely se statorem konstrukčně jednoduchým způsobem a současnou minimalizací lokální koncentrace ohybového napětí lamely v místě zářezu.
Podstata vynálezu
Uvedeného cíle je v prvním aspektu tohoto vynálezu dosaženo lamelou čtvercového nebo obdélníkového tvaru vymezujícího: vnitřní stranu, vnější kontaktní stranu a dvě boční strany.
V lamele je ve vnitřní straně (s výhodou kolmo na vnitřní stranu nebo šikmo vzhledem k vnitřní straně) umístěn alespoň jeden zářez, který obsahuje obloukovou část. Tento zářez snižuje tuhost lamely v příčném směru. Díky tomu se lamela může lépe deformovat a přizpůsobit se mikrometrickým odchylkám v geometrii statoru (viz podrobněji níže), což vede k rovnoměrnějšímu rozložení kontaktního napětí a prodloužení její životnosti. Oblouková část zářezu má za úkol minimalizovat lokální koncentraci ohybového napětí lamely v místě zářezu. Předkládaný vynález tedy řeší problém nerovnoměrného rozložení kontaktního napětí mezi lamelou a statorem způsobeného malými výrobními odchylkami, které by jinak vedly k intenzivnějšímu a lokálnějšímu namáhání povrchové vrstvy vnější kontaktní strany lamely, zejména u lamely z materiálu s minimální možností přizpůsobení (např. u ocelové lamely), a tím kjejímu rychlejšímu opotřebení a zkrácení životnosti. Předkládaný vynález tedy vede k uniformnějšímu namáhání povrchové vrstvy lamely, což zpomaluje opotřebení a prodlužuje životnost lamely.
V principu uvedený zářez lokálně snižuje výšku lamely, která se v tomto místě lépe ohýbá. Oblouková část zářezu, ve srovnání se zářezem s ostrými hranami, zabraňuje praskání lamely v místě zářezu, protože snižuje koncentraci mechanického napětí při ohybu lamely (tj. ohybové napětí se nekoncentruje v ostrých rozích). Šířka zářezu je přitom volena tak, aby nenarušovala celistvost lamely a aby nedocházelo ke zhoršení její mechanické odolnosti při maximálním vysunutí. Zářez tak nesmí být nepřiměřeně široký ve vztahu k příčnému profilu lamely, čímž se minimalizuje riziko jejího zlomení a zároveň se zabrání tvorbě nežádoucích parazitních prostorů v drážce pod lamelou, které mohou ovlivňovat správné vysouvání lamely. Šířka zářezu s výhodou nepřesahuje 10 %, výhodněji 5 %, 2 % nebo 1 % šířky vnitřní strany lamely.
Počet zářezů a jejich umístění definuje, kde se lamela může lépe ohýbat a tedy lépe přizpůsobovat povrchu statoru, což je obecně záležitostí konstrukční optimalizace.
Podstata lamely dle tohoto vynálezu spočívá v tom, že zářez je zakončen eliptickou nebo kruhovou dutinou, přičemž šířka dutiny je větší než šířka zářezu. Eliptická či kruhová dutina, jakožto konkrétní provedení obloukové části zářezu, minimalizuje lokální koncentraci ohybového napětí lamely v místě zářezu.
Ve výhodném provedení má vnitřní rotorová hrana: alespoň jeden první segment bez zářezu a alespoň jeden druhý segment, ve kterém je vytvořen alespoň jeden zářez. V tomto provedení může být prvním segmentem středový segment vnitřní strany, obsahující střed vnitřní strany, a druhými segmenty mohou být dva okrajové segmenty vnitřní strany, sousedící se středovým segmentem vnitřní strany a s bočními stranami. V alespoň jednom a s výhodou v každém okrajovém segmentu vnitřní strany je vytvořen alespoň jeden zářez. Toto uspořádání zajišťuje lícování prvního segmentu bez zářezu s vstupem a výstupem ve statoru z/do pracovní komory (viz níže).
Ve výhodném provedení je lamela vyrobena z oceli nebo z oceli s povlakem obsahujícím uhlík podobný diamantu (DEC, „diamond-like carbon“). Účinek zářezu se projeví nejvíce právě u těchto kovových materiálů s vysokou hodnotou Youngova modulu pružnosti, typicky přesahující 200 GPa.
-3 CZ 310687 B6
Uvedeného cíle je v druhém aspektu tohoto vynálezu dosaženo lamelovým expandérem obsahujícím alespoň dvě výše uvedené lamely, stator, rotor excentricky umístěný ve statoru a dvě čela připevněná ke statoru (tzv. statická čela) nebo k rotoru (tzv. rotující čela). Stator, rotor, čela a lamely spolu vymezují pracovní komoru. Vstup do pracovní komory a výstup z pracovní komory je umístěn buď ve statoru, nebo v alespoň jednom statickém čele. Rotor obsahuje radiální (tj. mířící do středu otáčení) nebo naklopenou (tj. odchylující se od radiálního směru) drážku pro každou lamelu, přičemž v každé drážce je s vůlí umístěna lamela tak, že do drážky zapadá svou vnitřní stranou a z drážky vyčnívá svou vnější kontaktní stranou. Lamela je v drážce posuvná mezi zasunutou a vysunutou polohou pro udržení kontaktu vnější kontaktní strany se statorem při otáčení rotoru.
Podstata lamelového expandéru dle tohoto vynálezu spočívá ve výše uvedené lepší deformaci lamely a v přizpůsobení se lamely mikrometrickým odchylkám v geometrii statoru, což vede k rovnoměrnějšímu rozložení kontaktního napětí a prodloužení životnosti lamely.
Ve výhodném provedení je hloubka zářezu lamely nižší než ta část boční strany lamely, která zůstává vsunuta uvnitř drážky rotoru v úplně vysunuté poloze lamely, tj. je nižší než hranice maximálního vysunutí lamely z drážky rotoru. Jinými slovy, zářez nezasahuje do té pracovní části lamely, která je při maximálním vysunutí vysunuta do pracovní komory. Pokud by se zářez v lamele odhalil (tj. vyčníval by z drážky), způsobil by nežádoucí přetoky plynu/páry mezi sousedícími pracovními komorami.
Ve výhodném provedení jsou zářezy na lamele umístěny tak, aby snížení tuhosti lamely nastávalo pouze v místech, kde je takové snížení žádoucí. Zářezy jsou tedy vytvářeny v okrajových segmentech lamely, zatímco středový segment lamely, který odpovídá úseku statoru s uspořádáním vstupního a/nebo výstupního otvoru pracovní komory, zůstává bez zářezů. Tím je zajištěno, že tuhost lamely není snížena v místech, kde by její snížení bylo nežádoucí. Zejména v případě, kdy je vstupní či výstupní otvor ve statoru umístěn na středu, by snížení tuhosti lamely v této oblasti vedlo k jejímu zvýšenému průhybu. Ten by mohl způsobit nadměrné kontaktní napětí mezi lamelou a hranami otvoru, což by vedlo k lokálnímu otěru a snížení životnosti lamely.
Ve zvláště výhodném provedení je lamela rozdělena na středový segment bez zářezů a dva okrajové segmenty, v nichž je vytvořen alespoň jeden zářez. Středový segment zahrnuje oblast středu vnitřní a vnější kontaktní strany lamely, přičemž lícuje s oblastí statoru, ve které jsou uspořádány vstupní a výstupní otvory pracovní komory. Uspořádání zářezů mimo tuto oblast zajišťuje, že lamela se může v méně kritických oblastech elasticky deformovat, aniž by docházelo k nežádoucímu prohýbání v okolí otvorů.
Objasnění výkresů
Na připojených výkresech:
obr. la a 1b znázorňují princip a základní konstrukci lamelového expandéru;
obr. 2a znázorňuje lamelu podle dosavadního stavu techniky a v kontaktu se statorem;
obr. 2b znázorňuje lamelu podle předkládaného vynálezu se dvěma zářezy a v kontaktu se statorem;
obr. 2c znázorňuje případ nadměrného kontaktního napětí při umístění zářezu do středového segmentu lamely vzhledem k uprostřed umístěnému výstupnímu otvoru ze statoru;
obr. 2d znázorňuje případ sníženého kontaktního napětí při umístění zářezů do okrajových segmentů lamely vzhledem k uprostřed umístěnému výstupnímu otvoru ze statoru;
-4 CZ 310687 B6
obr. 3a znázorňuje lamelu podle předkládaného s kruhovou dutinou; vynálezu s jedním kolmým zářezem
obr. 3b znázorňuje lamelu podle předkládaného s eliptickou dutinou; vynálezu s jedním kolmým zářezem
obr. 3c znázorňuje lamelu podle předkládaného s eliptickou dutinou; vynálezu se dvěma kolmými zářezy
obr. 3d znázorňuje lamelu podle předkládaného s eliptickou dutinou; vynálezu se dvěma šikmými zářezy
obr. 3e znázorňuje lamelu se dvěma kolmými zářezy s obloukovou částí;
obr. 3f znázorňuje lamelu podle předkládaného s eliptickou dutinou; a vynálezu se dvěma šikmými zářezy
obr. 3g znázorňuje lamelu podle obr. 3c v poloze maximálního vysunutí lamely do pracovní
komory.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Na obr. la a 1b je znázorněn lamelový expandér obsahující lamely 1, stator 2, rotor 3 excentricky uspořádaný v statoru 2 a dvě čela 7 připevněná k rotoru 3. Stator 2, rotor 3 a čela 7 spolu vymezují pracovní komoru 4. Stator 2 obsahuje vstup 5 do pracovní komory a výstup 6 z pracovní komory. Lamela 1 je obdélníkového tvaru vymezujícího: vnitřní stranu 11. vnější kontaktní stranu 12 a dvě boční strany 13. Rotor 3 uspořádán na otočném hřídeli 9 pomocí ložiska 8 obsahuje drážku 10 pro každou lamelu 1, přičemž v každé drážce 10 je s vůlí umístěna lamela 1 tak, že do drážky 10 zapadá svou vnitřní stranou 11 a z drážky 10 vyčnívá svou vnější kontaktní stranou 12. Lamela 1 je v drážce 10 posuvná mezi zasunutou a vysunutou polohou pro udržení kontaktu vnější kontaktní strany 12 se statorem 2 při otáčení rotoru 3.
Na obr. 2a je v detailu znázorněn nežádoucí kontakt vnější kontaktní strany 12 lamely 1 se statorem 2 podle dosavadního stavu techniky. Lamela 1 je obdélníkového tvaru vymezujícího: vnitřní stranu 11, vnější kontaktní stranu 12 a dvě boční strany 13. Výrobní geometrické nepřesnosti (na obrázku výrazně zvětšeno a zvýrazněno červenou) vedou k většímu lokálnímu namáhání povrchových vrstev lamely 1 a statoru 2. Kontaktní plocha je malá a tedy kontaktní napětí je vysoké.
Na obr. 2b je v detailu znázorněn kontakt vnější kontaktní strany 12 lamely 1 se statorem 2 podle předkládaného vynálezu. Lamela 1 je obdélníkového tvaru vymezujícího: vnitřní stranu 11. vnější kontaktní stranu 12 a dvě boční strany 13. Lamela má středový segment 16 vnitřní strany 11, obsahující střed vnitřní strany 11. a dva okrajové segmenty 17 vnitřní strany 11, sousedící se středovým segmentem 16 vnitřní strany 11 (obklopujícího ho po stranách) a s bočními stranami 13. V lamele 1 jsou ve vnitřní straně 11 (v tomto případě kolmo na vnitřní stranu 11) v každém okrajovém segmentu 17 vnitřní strany 11 vytvořeny dva zářezy 14. Každý zářez 14 je zakončen eliptickou dutinou 15. přičemž šířka dutiny 15 je větší než šířka zářezu 14. Tím je snížena tuhost lamely 1 ve směru síly udržující vnější kontaktní stranu 12 lamely 1 v kontaktu se statorem 2. Kontaktní plocha se zvyšuje a kontaktní napětí se snižuje, čímž se prodlužuje životnost lamely 1. Zářez 14 může být v každém provedení pravoúhlý zářez (ve smyslu úhlu
-5 CZ 310687 B6 vnitřní strany 11 a hrany zářezu 14), ale jak je vidět na obr. 2b, mikroohybem lamely 1 se rovnoběžnost obou hran zářezu 14 ztrácí.
Příklad 2
Na obr. 2c je v detailu znázorněn kontakt vnější kontaktní strany 12 lamely 1 se statorem 2 v případě, že se zářez 14 s eliptickou dutinou 15 nachází ve středovém segmentu 16 lamely 1 vzhledem k uprostřed umístěnému výstupu 6 ze statoru 2. Na krajích výstupního otvoru tak vzniká nadměrné kontaktní napětí (na obrázku výrazně zvětšeno a zvýrazněno červenou).
Na obr. 2d je v detailu znázorněn kontakt vnější kontaktní strany 12 lamely 1 se statorem 2 v případě, že se v každém okrajovém segmentu 17 lamely 1, vzhledem k uprostřed umístěnému výstupu 6 ze statoru 2, nachází zářez 14 s eliptickou dutinou 15. Na krajích výstupního otvoru se tak kontaktní napětí snižuje.
Příklad 3
Na obr. 3a až 3f jsou znázorněna různá uskutečnění lamely 1 a alespoň jednoho zářezu 14: jeden kolmý zářez 14 s kruhovou dutinou 15. umístěný ve středovém segmentu 16 lamely 1 (obr. 3a); jeden kolmý zářez 14 s eliptickou dutinou 15. umístěný ve středovém segmentu 16 lamely 1 (obr. 3b); dva kolmé zářezy 14 s eliptickou dutinou 15, umístěné v okrajových segmentech 17 lamely 1 (obr. 3c); dva šikmé zářezy 14 s eliptickou dutinou 15. umístěné v okrajových segmentech 17 lamely 1 (obr. 3d); dva kolmé zářezy 14 s obloukovou částí 18. umístěné v okrajových segmentech 17 lamely 1 (obr. 3e, nenárokované uskutečnění); a dva šikmé (nepravidelně zvlněné) zářezy 14 s eliptickou dutinou 15. umístěné v okrajových segmentech 17 lamely 1 (obr. 3f). Na obr. 3g je znázorněno maximální vysunutí lamely 1 z obr. 3c od rotoru 3 v drážce 10. přičemž zářezy 14 ani eliptické dutiny 15 nevyčnívají nad hranici 19 maximálního vysunutí lamely 1. Hloubka zářezů 14 je tedy nižší než ta část boční strany 13 lamely 1, která zůstává vsunuta uvnitř drážky 10 rotoru 3 v úplně vysunuté poloze lamely 1 (tj. pod hranicí 19 maximálního vysunutí).
Průmyslová využitelnost
Výše popsanou lamelu lze využít v lamelovém expandéru, kompresoru nebo čerpadle.

Claims (5)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Lamela (1) pro lamelový expandér, přičemž tato lamela (1) je čtvercového nebo obdélníkového tvaru vymezujícího: vnitřní stranu (11), vnější kontaktní stranu (12) a dvě boční strany (13), přičemž v lamele (1) je ve vnitřní straně (11) umístěn alespoň jeden zářez (14) obsahující obloukovou část (18), vyznačující se tím, že zářez (14) je zakončen eliptickou nebo kruhovou dutinou (15), přičemž šířka dutiny (15) je větší než šířka zářezu (14).
  2. 2. Lamela (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jeden zářez (14) je v lamele (1) umístěn kolmo na vnitřní stranu (11) nebo šikmo vzhledem k vnitřní straně (11).
  3. 3. Lamela (1) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je vyrobena z oceli nebo z oceli s povlakem obsahujícím uhlík podobný diamantu.
  4. 4. Lamelový expandér, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dvě lamely (1) podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, přičemž dále obsahuje stator (2), rotor (3) excentricky umístěný ve statoru (2) a dvě čela (7) připevněná ke statoru (2) nebo k rotoru (3), přičemž stator (2), rotor (3), čela (7) a lamely (1) spolu vymezují pracovní komoru (4), přičemž stator (2) nebo alespoň jedno čelo (7) obsahuje vstup (5) do pracovní komory (4) a výstup (6) z pracovní komory (4), přičemž rotor (3) obsahuje drážku (10) pro každou lamelu (1), pňčemž v každé drážce (10) je s vůlí umístěna lamela (1) tak, že do drážky (10) zapadá svou vnitřní stranou (11) a z drážky (10) vyčnívá svou vnější kontaktní stranou (12), přičemž lamela (1) je v drážce (10) posuvná mezi zasunutou a vysunutou polohou pro udržení kontaktu vnější kontaktní strany (12) se statorem (2) při otáčení rotoru (3).
  5. 5. Lamelový expandér podle nároku 4, vyznačující se tím, že hloubka zářezu (14) lamely (1) je nižší než hranice (19) maximálního vysunutí lamely (1) z drážky (10) rotoru (3).
CZ2025-196A 2025-04-29 2025-04-29 Lamela a lamelový expandér CZ310687B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2025-196A CZ310687B6 (cs) 2025-04-29 2025-04-29 Lamela a lamelový expandér

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2025-196A CZ310687B6 (cs) 2025-04-29 2025-04-29 Lamela a lamelový expandér

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2025196A3 CZ2025196A3 (cs) 2026-04-29
CZ310687B6 true CZ310687B6 (cs) 2026-04-29

Family

ID=99547904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2025-196A CZ310687B6 (cs) 2025-04-29 2025-04-29 Lamela a lamelový expandér

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ310687B6 (cs)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2357333A (en) * 1941-03-29 1944-09-05 Manly Corp Fluid pressure device
GB1231976A (cs) * 1968-07-26 1971-05-12
EP0137388A1 (en) * 1983-09-26 1985-04-17 Kabushiki Kaisha Toshiba A sliding contact type ceramics article and a method for manufacturing the same
WO2007102033A1 (en) * 2006-03-06 2007-09-13 Nebojsa Boskovic Vane machine with stationary and rotating cylinder parts
EP2803862A1 (en) * 2012-01-11 2014-11-19 Mitsubishi Electric Corporation Vane-type compressor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2357333A (en) * 1941-03-29 1944-09-05 Manly Corp Fluid pressure device
GB1231976A (cs) * 1968-07-26 1971-05-12
EP0137388A1 (en) * 1983-09-26 1985-04-17 Kabushiki Kaisha Toshiba A sliding contact type ceramics article and a method for manufacturing the same
WO2007102033A1 (en) * 2006-03-06 2007-09-13 Nebojsa Boskovic Vane machine with stationary and rotating cylinder parts
EP2803862A1 (en) * 2012-01-11 2014-11-19 Mitsubishi Electric Corporation Vane-type compressor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VODIČKA, VÁCLAV: "Optimalizace lamelového expandéru pro tepelné oběhy nízkých výkonů", 2019, Retrieved from the Internet <URL:https://core.ac.uk/download/287889401.pdf> [retrieved on 20250930] *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2025196A3 (cs) 2026-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102249115B1 (ko) 압축기
RU2347913C2 (ru) Ротор паровой или газовой турбины
EP3227577B1 (en) Hydrodynamic bearing features
CN108087271B (zh) 泵体组件及具有其的压缩机
US20080199306A1 (en) Turbomachine casing with treatment, a compressor, and a turbomachine including such a casing
ES2968800T3 (es) Compresor de un solo tornillo de alta presión de succión con carga de equilibrio de empuje usando presión del sello del árbol y métodos relacionados
US8393859B1 (en) Card seal for a turbine
KR102617991B1 (ko) 블레이드 조립체
EP2803862B1 (en) Vane-type compressor
KR101015783B1 (ko) 연료 분배 시스템을 위한 캠 링 베어링
CZ2025196A3 (cs) Lamela a lamelový expandér
EP1674731B1 (en) Rotary fluid machine
KR101695126B1 (ko) 돌기 형상을 이용한 터빈의 실링 강화 구조
DK3172401T3 (en) ROTATION PISTON AND CYLINDER FITTINGS
CN106351833A (zh) 压缩机
CN107075948A (zh) 旋转活塞及汽缸装置
EP3739214B1 (en) Rotary compressor
EP3249172B1 (en) Seal device for turbine, turbine, and thin plate for seal device
RU2368814C1 (ru) Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя (варианты)
US11008865B2 (en) Rotary piston and cylinder devices
JP6032958B2 (ja) ロータリー圧縮機
JP5827978B2 (ja) 回転ベーン式圧縮機及びその製造方法
JP6744992B2 (ja) リーフシール
CN204532827U (zh) 密闭型压缩机
RU2847542C1 (ru) Ротационно-пластинчатая машина