ОБЪЕМНАЯ РОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА

ОБЪЕМНАЯ РОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА


RU (11) 2012823 (13) C1

(51) 5 F01C3/00, F04C3/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5018430/29 
(22) Дата подачи заявки: 1991.12.25 
(45) Опубликовано: 1994.05.15 
(71) Заявитель(и): Дьячков Борис Иванович 
(72) Автор(ы): Дьячков Борис Иванович 
(73) Патентообладатель(и): Дьячков Борис Иванович 

(54) ОБЪЕМНАЯ РОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА 

Использование: в гидравлических приводах вращательного движения. Сущность изобретения: на периферийной сферической поверхности дисковой перегородки и на сферических поверхностях лопастей выполнены углубления с образованием камер гидростатической разгрузки и уплотнительных поясков. На торце ведомого вала или в крышке, установленной со стороны торца вала, установлена подвижная втулка или подпятник с образованием полости гидростатической опоры, соединенной с полостями подвода и отвода каналами в корпусе или с рабочими камерами переменного объема каналами в теле хвостовика вилки, установленном в осевой расточке ведомого вала или в теле самого вала. В каналах установлены обратные клапаны с возможностью их открытия в сторону полости опоры. На ведомом валу по обе стороны плоскости симметрии лопасти выполнены камеры гидростатической разгрузки, соединенные с противоположно расположенными рабочими камерами переменного объема каналами в лопасти и/или в теле ведомого вала. 2 з. п. ф-лы, 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к насосам и гидромоторам, и может найти применение в гидравлических приводах вращательного движения, используемых в станкостроении, прессостроении (термопластавтоматы), сельхозмашиностроении, на строительно-дорожных машинах и в других отраслях, например компрессоростроении.

Известна объемная роторная гидромашина, содержащая корпус, состоящий из двух частей, жестко скрепленных между собой, с выполненными в нем двумя цилиндрическими расточками и сферической полости, два установленных в опорах вала, расположенных под углом друг к другу с осями, пересекающимися в центре полости, размещенный в полости ротор, образованный дисковой пеpегородкой и двумя закрепленными на валах лопастями, установленными по обе стороны перегородки и шарнирно связанные с ней с образованием рабочих камер переменного объема. Шарнирное соединение выполнено в виде образованных на перегородке цилиндрических проушин с взаимно перпендикулярными осями, примыкающих к их торцам петель на лопастях, и штифтов, введенных в петли и проушины. На дисковой перегородке между проушинами и соосно с ними по обе стороны дисковой перегородки выполнены цилиндрические выступы, входящие в ответные пазы на лопастях и имеющие пазы с установленными в них уплотнениями, образованные уплотнительными и поджимными элементами.

Недостатком такой гидромашины является невозможность работы на высоких давлениях вследствие малой жесткости дисковой перегородки, ослабленной наличием сквозных проушин и продольного паза на каждом цилиндрическом выступе под уплотнения. Малая жесткость перегородки при работе на высоких давлениях приводит к ее деформации, снижению надежности, увеличению зазоров по сопрягаемым поверхностям и вследствие этого увеличению перетечек из рабочих камер, находящихся под давлением. Другим недостатком такой конструкции является возможность осевых перемещений лопастей совместно с валами под действием усилий давления в рабочих камерах, что приводит к затиранию наружных сферических поверхностей лопастей и внутренней поверхности сферической полости.

Известна объемная роторная машина (см. заявка РСТ N 90/14502), содержащая два вала, установленных под углом друг к другу, корпус, в сферической полости которого размещен ротор, образованный сплошной дисковой перегородкой, и лопастями, закрепленными на валах по разные стороны перегородки и связанными с ней шарнирно. Шарнирное соединение выполнено в виде сопрягающихся цилиндрических выступов на перегородке и ответных пазов на кромках лопастей, причем продольные выступы и пазы выполнены сквозными по всей длине диаметра перегородки, а на диаметрально противоположных участках торцов лопастей имеются выступы, а на перегородке под эти выступы выполнены углубления.

Недостатком такой гидромашины является невозможность работы на высоких давлениях вследствие неизбежной деформации выступов, воспринимающих усилия, уравновешивающие крутящий момент на приводном валу и потери герметизации рабочих камер вследствие образования зазора между цилиндрическими выступами на дисковой перегородке и ответными пазами на лопастях в результате осевых смещений лопастей и валов под действием усилий давления в рабочих, действующих на лопасти и направленных вдоль осей валов от центра сферической полости.

В качестве прототипа выбрана объемная роторная гидромашина, содержащая корпус, состоящий из двух частей, жестко скрепленных между собой, с выполненными в нем двумя цилиндрическими расточками и сферической полости, два вала, установленные в опорах, расположенных под углом друг к другу с осями, пересекающимися в центре полости, размещенный в последней ротор, образованный дисковой перегородкой со сферической периферийной поверхностью, установленной с образованием двух отсеков и с возможностью вращения вокруг центра полости, и двумя закрепленными на валах лопастями, расположенными в отсеках с образованием между ними перегородкой и стенками полости рабочих камер переменного объема, при этом лопасти связаны с перегородкой с образованием шарнира Гука, конец одного из валов выведен за пределы корпуса, а другого введен в глухую цилиндрическую расточку [1] .

Шарнирное соединение выполнено в виде цилиндрических выступов с глухими продольными сверлениями, расположенными по обе стороны перегородки с взаимно перпендикулярными осями, петель по концам лопастей, расположенных с возможностью примыкания по торцам выступов, и штифтов, введенных в петли и глухие сверления, причем продольные оси выступов, петель, глухих сверлений и штифтов совпадают.

Недостатком такой гидромашины являются действия на штифты шарнирного соединения, кроме усилий, уравновешивающих крутящий момент на приводном валу, дополнительных усилий, действующих вдоль осей валов в направлении от центра сферической полости, возникающих в результате воздействия давления в рабочих камерах на лопасти и на дисковую перегородку.

К недостаткам данной конструкции относятся также возникновение больших радиальных сил на шейке вала от действия давления в рабочей камере на боковую профильную поверхность лопасти, а также ее действие на торцовые профильные поверхности дисковой перегородки, в результате чего в зоне каждой рабочей камеры, находящейся под давлением рабочей жидкости, возникают радиальные силы, стремящиеся сместить дисковую перегородку в радиальном направлении до соприкосновения с поверхностью сферической полости, что может приводить к затиранию, вследствие чего ограничивается повышение рабочего давления, снижается КПД и надежность гидромашины.

Задача, которую решает данное изобретение, заключается в гидростатической разгрузке элементов ротора от действия на них усилий давления рабочего тела в рабочих камерах.

В результате решения указанной задачи заявленное изобретение при его осуществлении даст возможность повысить рабочее давление, снизить объемные и механические потери и тем самым повысить КПД.

Внедрение в серийное производство взамен выпускаемых аксиально и роторно-планетарных гидромашин позволяет уменьшить трудоемкость изготовления, расширить диапазон частоты вращения и увеличить эксплуатационную надежность гидромашины.

Общими с прототипом существенными признаками, характеризующими данное изобретение, являются две корпусные детали, жестко соединенные между собой по плоскости разъема, в каждой из которых выполнены цилиндрические расточки и общая сферическая полость с центром, лежащем в плоскости разъема, два вала, установленных в опорах, расположенных под углом друг к другу с осями, пересекающимися в центре сферической полости, размещенный в последней ротор, образованный дисковой перегородкой со сферической периферийной поверхностью, установленной с образованием двух отсеков и с возможностью вращения вокруг центра сферической полости, и двумя закрепленными на валах, расположенными в отсеках с образованием между ними, перегородкой и стенками сферической полости рабочих камер переменного объема, при этом лопасти связаны с дисковой перегородкой с образованием шарнира Гука, причем конец одного вала (приводного) введен за пределы корпуса, а другого (ведомого) - в глухую цилиндрическую расточку.

Отличительными признаками по сравнению с прототипом является то, что в периферийной сферической поверхности дисковой перегородки и на сферических поверхностях лопастей выполнены углубления с образованием камер гидростатической разгрузки и уплотнительных поясков, на торце ведомого вала или в крышке, установленной со стороны торца этого вала, установлена подвижная втулка или подпятник с образованием полости гидростатической опоры, соединенной с полостями подвода и отвода гидромашины каналами в корпусе гидромашины или с рабочими камерами переменного объема каналами в теле хвостовика вилки, установленном в осевой расточке ведомого вала или в теле самого ведомого вала, с установленными в них обратными клапанами с возможностью их открытия в сторону полости гидростатической опоры, на ведомом валу по обе стороны плоскости симметрии лопасти выполнены камеры гидростатической разгрузки, соединенные с противоположно расположенными камерами переменного объема каналами в лопасти и (или) в теле ведомого вала.

Кроме того, канавки под уплотнения, герметизирующие рабочие камеры переменного объема по шарнирному соединению Гука, выполнены на продольных пазах лопастей, взаимодействующих с цилиндрическими выступами на дисковой перегородке, а цилиндрическая поверхность паза лопасти выполнена большим радиусом, чем цилиндрическая поверхность выступа, с образованием гарантированного зазора между указанными сопрягаемыми поверхностями и перекрытого уплотнительными элементами.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизны".

Причинно-следственная связь между совокупностью отличительных признаков и достигаемым техническим результатом заключается в повышении давления и снижения потерь энергии путем гидростатической разгрузки усилий, действующих на перегородку, лопасти и валы.

На фиг. 1 изображен продольный разрез объемной роторной гидромашины; на фиг. 2 и 3 - варианты конструктивного исполнения камеры гидростатической опоры и каналов; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 1 с полостями подвода и отвода гидромашины и вариантам конструктивного исполнения полости гидростатической опоры; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 6 - уплотнение по шарнирному соединению в увеличенном масштабе.

Объемная роторная гидромашина состоит из двух корпусных деталей 1 и 2, жестко соединенных между собой по плоскости разъема, в каждой из которых выполнены цилиндрические расточки и общая сферическая полость с центром, лежащим в плоскости разъема. В цилиндрических расточках корпусов под углом установлены приводной 3 и ведомый 4 валы, оси которых пересекаются в центре сферической полости, причем приводной вал жестко зафиксирован от осевых перемещений известными способами, например, с помощью применения упорных или радиально-упорных подшипников качения (на чертеже условно не показаны).

В сферической полости подвижно установлен ротор, образованный дисковой перегородкой 5 и двумя лопастями 6 и 7, жестко соединенными на соответственно приводном 3 и ведомом 4 валах. Дисковая перегородка 5 делит сферическую полость на два отсека. Каждый отсек разделен на две рабочие камеры переменного объема. Гидромашина содержит четыре рабочих камеры переменного объема 8, 9, 10 и 11, образованные поверхностью сферической полости боковыми поверхностями 12 дисковой перегородки и боковыми поверхностями 13 лопастей. На периферийной сферической поверхности дисковой перегородки 5 и на сферических поверхностях лопастей 6 и 7 выполнены углубления, которые образуют полости гидростатической разгрузки 14 и уплотнительные пояски 15, сопрягаемые с поверхностью сферической полости с небольшим зазором, достаточным для герметизации камер переменного объема. Лопасти 6 и 7 связаны с дисковой перегородкой 5 с образованием шарнира Гука. Шарнирное соединение осуществляется посредством крестообразно расположенных по обе стороны дисковой перегородки 5 цилиндрических выступов 16, взаимодействующих с ответными пазами 17 на лопастях, причем на концах лопастей имеются диаметрально расположенные выступы 18 цилиндрической формы, входящие в цилиндрические расточки, выполненные в виде проушин на перегородке 5 соосно с цилиндрическими выступами 16.

В лопастях 6 и 7 на участках взаимодействия пазов 17 с цилиндрическими выступами 16 на дисковой перегородке 5 выполнены продольные пазы, в каждом из которых размещен уплотнительный 19 и поджимной 20 элементы, причем цилиндрическая поверхность паза 17 выполнена большим радиусом, чем сопрягаемая с ней цилиндрическая поверхность выступа 16, с образованием между ними гарантированного зазора герметизируемого уплотнением 19. По обе стороны плоскости симметрии лопасти 7 на ведомом валу 4 выполнены камеры гидростатической разгрузки 20 и 21, соединенные с противоположно расположенными рабочими камерами 8 и 9 соответственно каналами 22 и 23, выполненными в лопасти 7 и в теле вала 4, которые на чертеже (фиг. 1) показаны условно в виде прерывистых линий.

Ведомый вал 4 размещен в глухой цилиндрической расточке корпуса 2 с образованием полости гидростатической опоры 24, предназначенной для создания в ней усилия, действующего на ведомый вал 4 и вилку 7 вдоль оси этого вала к центру сферической полости. Полость гидростатической опоры 24 может быть выполнена в виде замкнутой камеры, образованной между торцом ведомого вала 4 (фиг. 1) и крышкой 25 гидромашины, торцом вала и днищем втулки 26 (фиг. 2), установленной на шейке вала 4, крышкой 25 и подпятником 26а, шарнирно соединенном с валом 4 (фиг. 3) или торцом расточки в крышке 5 и установленным в ней плунжером 27 (фиг. 4), соприкасающимся с торцом вала 4.

Полость гидростатической опоры 24 соединена с рабочими камерами переменного объема 8 и 9 каналами 28 и 29 в теле лопасти 7 и в теле ведомого вала 4 (фиг. 1), каналами 30 и 31 в лопасти и хвостовике лопасти через полость 32 и канал 33 (фиг. 2 и фиг. 3) или каналами 34 и 35 в крышке 25 и корпусе 2 с каналами подвода и отвода 36 и 37. Соединение полости гидростатической опоры 24 с рабочими камерами переменного объема 8 и 9 или с каналами подвода и отвода 36 и 37 осуществляется через обратные клапаны 39 и 40, установленные в указанных выше каналах с возможностью их открытия в сторону полости гидростатической опоры 24. Каналы подвода и отвода 36 и 37 выполнены в корпусных деталях 1 и 2 и расположены по обе стороны плоскости симметрии гидромашины и заканчиваются распределительными окнами 41, 42, 43 и 44, выходящими в сферическую полость в зонах расположения рабочих камер.

Гидромашина работает следующим образом. Вращение приводного вала 3 и лопасти 6 через шарнир Гука передается на лопасть 7 и ведомый вал 4. При этом дисковая перегородка 5, вращаясь, совершает возвратно-колебательное (асциллирующее) движение относительно лопастей 6 и 7, в результате чего изменяются объемы рабочих камер 8, 9, 10 и 11. Из четырех рабочих камер объем двух рабочих камер, расположенных по разные стороны дисковой перегородки 5 и лопастей увеличивается, а объем двух других рабочих камер, расположенных также по разные стороны дисковой перегородки и лопастей, уменьшается. При вращении ротора рабочие камеры попеременно соединяются с подводными и отводными распределительными окнами 41, 42, 43 и 44. В расширяющиеся рабочие камеры жидкость поступает через, например, подводной канал 36 и распределительные окна 41 и 42 или через канал 37 и распределительные окна 43 и 44 в зависимости от направления вращения приводного вала. Из рабочих камер с уменьшающимся объемом жидкость вытесняется через противоположно расположенные распределительные окна и каналы.

Изменение объема рабочей камеры от минимального 9 (фиг. 1) до максимального 8 происходит при повороте вала на 180о, а рабочие циклы всех камер смещены по фазе на 90о. Герметизация рабочих камер осуществляется уплотнительными поясками 15 на дисковой перегородке 5, и на лопастях 6 и 7, а также уплотнениями 19, 20 по цилиндрическим выступам 16 на дисковой перегородке 5, и малым зазором по сопрягаемым поверхностям выступов 18 на лопастях 6 и 7 с проушинами на дисковой перегородке 5. Давление нагнетаемой рабочей жидкости в рабочих камерах, воздействует на элементы дисковой перегородки, например, на боковые поверхности 12 дисковой перегородки и на боковые поверхности 13 лопастей, создает в шарнирных соединениях Гука тангенциальные усилия, уравновешиваемые крутящий момент на приводном валу 3. Кроме тангенциальных усилий, действующих в шарнирных соединениях, образованных выступами 18 на лопастях, а также проушинами на дисковой перегородке от действия давления рабочей жидкости в рабочих камерах, возникают радиальные и осевые усилия, действующие на лопасти 6 и 7 на валы 4 и 3.

Радиальные силы от действия давления в рабочей камере на боковые поверхности 12 дисковой перегородки 5 разгружаются за счет противодействия давления рабочей жидкости, проникающей из каждой рабочей камеры в полости гидростатической разгрузки 14.

Осевая сила, действующая на приводной вал 3 в направлении от центра сферы и возникающая в результате действия давления рабочей жидкости на боковую поверхность 12 дисковой перегородки 5, на боковую поверхность 13 лопасти 6 и на часть приводного вала, находящуюся под давлением, воспринимается например, радиально-упорным подшипником (на чертеже условно не показанным), закрепленным в корпусе 1. Такая же осевая сила, действующая на ведомый вал 4 в направлении от центра сферы, уравновешивается с некоторым ее превышением силой, возникающей в полости гидростатической опоры 24.

В полость гидростатической опоры 24 жидкость поступает под давлением из рабочих камер 8, 9 или каналов подвода 36, 37 через обратные клапаны 39, 40, предотвращающих ее отток, в результате чего в камере гидростатической опоры 24 возникает сила, действующая на торец ведомого вала в направлении к сферической полости и уравновешивающая с некоторым превышением силу, действующую на ведомый вал со стороны сферической полости. Превышение осевой силы, возникающей в камере гидростатической опоры 24, выбирая зазоры, улучшает герметизацию рабочих камер в шарнирном соединении. Превышение силы устанавливается расчетным путем.

В результате действия давления жидкости в рабочей камере на одну из боковых поверхностей 13 лопасти 7 возникает радиальная сила, которая действует на эту лопасть и воспринимается шейкой ведомого вала 4. Полное или частичное уравновешивание этой силы осуществляется путем подвода рабочей жидкости из рабочей камеры, находящейся под давлением, по одному из каналов 22 или 23 в полость гидростатической разгрузки 20 или 21.

Герметизация двух смежных рабочих камер, расположенных по обе стороны каждой лопасти 6 и 7, одна из которых в процессе работы находится под действием высокого, а другая под действием низкого давления рабочей жидкости, осуществляется уплотнениями, размещенными в продольных канавках, выполненных на цилиндрических поверхностях 17 (фиг. 6), сопряженных с цилиндрическими выступами 16 на дисковой перегородке 5, причем уплотнения состоят из уплотнительного 19 и поджимного 20 элементов, а поверхность 17 канавки выполнена большим радиусом, чем радиус поверхности 16, с образованием между ними гарантированного зазора, герметизируемого уплотнением 19.

По сравнению с прототипом предлагаемая объемная роторная гидромашина позволяет повысить рабочее давление, КПД и надежность путем разгрузки от действия радиальных сил на дисковую перегородку, а также радиальных и осевых сил на ведомый вал.

При использовании данного устройства проявляются также другие эффекты (в сравнении с распространенными в настоящее время гидромашинами подобного класса) такие, как, например, снижаются трудозатраты на изготовление гидромашины вследствие малого числа деталей механизма преобразования энергии и отсутствия сложного в изготовлении механизма распределения рабочей жидкости, обычно чувствительного к загрязнению рабочей жидкости, что приводит также к увеличению ресурса гидромашины. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ОБЪЕМНАЯ РОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА, содержащая две корпусные детали, жестко соединенные между собой по плоскости разъема, в каждой из которых выполнены цилиндрические расточки и общая сферическая полость с центром, лежащим в плоскости разъема, два вала, установленных в опорах, расположенных под углом друг к другу, с осями, пересекающимися в центре сферической полости, размещенный в последней ротор, образованный дисковой перегородкой со сферической периферийной поверхностью, установленной с образованием двух отсеков и возможностью вращения вокруг центра сферической полости, и двумя закрепленными на валах лопастями, расположенными в отсеках с образованием между ними, перегородкой и стенками сферической полости рабочих камер переменного объема, при этом лопасти связаны с дисковой перегородкой с обазованием шарнира Гука, причем конец приводного вала выведен за пределы корпуса, а конец ведомого введен в глухую цилиндрическую расточку, отличающаяся тем, что на периферийной сферической поверхности дисковой перегородки и на сферических поверхностях лопастей выполнены углубления с образованием камер гидростатической разгрузки и уплотнительных поясков, на торце ведомого вала или в крышке, расположенной со стороны торца этого вала, выполнена полость гидростатической опоры, соединенная с полостями подвода и отвода каналами в корпусе гидромашины или с рабочими камерами переменного объема каналами в теле хвостовика лопасти, установленного в осевой расточке ведомого вала, причем в каналах установлены обратные клапаны с возможностью их открытия в сторону полости гидростатической опоры.

2. Гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что на ведомом валу по обе стороны плоскости симметрии лопасти выполнены камеры гидростатической разгрузки, соединенные с противоположно расположенными рабочими камерами переменного объема каналами в лопасти и/или в теле ведомого вала.

3. Гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что канавки под уплотнения, герметизирующие рабочие камеры переменного объема по шарнирному соединению Гука, выполнены на продольных пазах лопастей с возможностью взаимодействия с цилиндрическими выступами на дисковой перегородке, а цилиндрическая поверхность паза лопасти выполнена большим радиусом, чем цилиндрическая поверхность выступа, с образованием гарантированного зазора между указанными сопрягаемыми поверхностями, перекрытого уплотнительными элементами.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru