ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ВОЛНОВАЯ МАШИНА Российский патент 1994 года по МПК F04C5/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к насосостроению, и может найти применение в промышленных объектах в качестве объемного насоса, гидравлического или газового двигателя, действующих на рабочем теле повышенной плотности и вязкости и имеющих механические включения. Кроме того, может использоваться при одновременной подаче в один агрегат разнородных рабочих тел.

Известна одновинтовая гидромашина объемного вытеснения (насос Муано), содержащая корпус, снабженный впускным (всасывающим) и выпускным (нагнетательным) патрубками, обойму, выполненную в корпусе в виде полости с профилированной внутренней поверхностью, винт, размещенный так, что образует в обойме рабочую полость между внутренней поверхностью обоймы и поверхностью винта. Винт в обойме совершает планетарное движение и его ось перемещается по окружности с диаметром, равным двойному эксцентриситету. Винт соединен с приводным двигателем через шарнир Гука.

Недостатками этой гидромашины являются наличие планетарного движения винта в обойме, которое ограничивает ее производительность в заданных габаритах величиной допустимого эксцентриситета винта, а также необходимость установки сложного шарнира Гука для его привода, что приводит к удорожанию и снижению надежности машины.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является гидромашина объемного вытеснения, содержащая корпус с впускным (всасывающим) и выпускным (нагнетательным) патрубками, пространственно изогнутый вал, установленный в подшипниках корпуса и связанный с приводом, а также гибкую обойму (волновой поршень), выполненную в виде пакета перемещающихся относительно друг друга в направлении, перпендикулярном оси вращения вала, и уплотненных между собой плоских рамок. В пакете рамок выполнено продольное отверстие овального сечения, в котором установлен пространственно изогнутый вал с возможностью перемещения круговых поперечных сечений вдоль большой оси этого отверстия. Гидромашина имеет основную и дополнительную рабочие полости. Основная рабочая полость образована наружной поверхностью гибкой обоймы (наружной поверхностью рамок) и внутренней поверхностью корпуса. Дополнительная рабочая полость образована поверхностью овального сечения отверстия в пакете рамок и поверхностью пространственно изогнутого вала. При этом поперечное сечение корпуса и внешний контур рамок имеет форму квадрата.

Прототип отличается повышенной по сравнению с насосом Муано производительностью и обеспечивает возможность одновременной перекачки двух разнородных рабочих тел.

Недостатком прототипа является наличие значительных площадей трения, снижающих надежность машины, так как возвратно-поступательное движение рамок в совокупности с квадратной формой их поперечного сечения обуславливает износ корпуса и рамок и как следствие заклинивание рамок в результате их перекоса под действием знакопеременного крутящего момента.

Целью изобретения является повышение надежности и увеличение срока службы путем исключения трения между наружными кромками рамок и ограничивающими их перемещение поверхностями корпуса.

Для этого в цилиндрической волновой машине, содержащей корпус, пространственно изогнутый вал, волновой поршень, выполненный в виде размещенного на валу пакета уплотненных между собой рамок, поперечное сечение внутренней полости корпуса и внешний контур рамок выполнены круглыми, причем корпус снабжен центральным стержнем круглого сечения, на который надета каждая рамка из пакета, снабженная центральным отверстием с установленным в нем упорно-опорным подшипником. При этом рамки надеты на центральном стержне с возможностью неполноповоротного их перемещения в корпусе вокруг оси центрального стержня. Продольное отверстие овального сечения, выполненное в пакете круглых рамок, в котором размещен пространственно изогнутый вал, смещено относительно оси центрального стержня в направлении большого размера овала по радиусу рамок. Цилиндрическая волновая машина имеет по крайней мере одну рабочую полость, которая образована поверхностью продольного овального сечения отверстия в пакете рамок и поверхностью пространственно изогнутого вала. Корпус снабжен по крайней мере одним впускным и одним выпускным патрубками, а пространственно изогнутый вал связан с приводом. Кроме того, цилиндрическая волновая машина дополнительно снабжена по меньшей мере еще одной рабочей полостью, образованной вторым продольным отверстием овального сечения в пакете рамок, которое выполнено на другом радиусе рамок аналогично первому и пространственно изогнутым валом. Причем для одновременной подачи в машину разнородных рабочих тел дополнительная рабочая полость (или несколько полостей) снабжена автономным впускным и выпускным патрубками.

Сравнение предлагаемой цилиндрической волновой машины с прототипом и выявление в результате сопоставительного анализа отличительных признаков позволяет установить соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа или сходные с ними, в рамках проведенного патентного поиска среди известных технических решений не выявлены. Таким образом, они являются новыми, что соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Признаки, указанные в формуле изобретения, являются существенными, так как каждый из них необходим, а вместе они достаточны для получения положительного эффекта - повышения надежности волновой машины.

Действительно, выполнение внешнего контура рамок и поперечного сечения внутренней поверхности корпуса круглыми, снабжение корпуса центральным стержнем круглого сечения, а каждой рамки центральным отверстием с установленным в нем упорно-опорным подшипником позволило разместить рамки на стержне, что в совокупности со смещением продольного овального сечения отверстия в пакете рамок относительно оси центрального стержня в направлении большого размера овала по радиусу рамок позволило обеспечить возможность неполноповоротного перемещения рамок в корпусе вокруг оси центрального стержня и повлияло на повышение надежности цилиндрической волновой машины, поскольку устранило трение между наружными кромками рамок и ограничивающими перемещение рамок внутренними поверхностями корпуса, исключив их касание между собой, перекос рамок и их заклинивание под действием знакопеременного крутящего момента, износ рамок и корпуса. Введение дополнительной рабочей полости (или нескольких рабочих полостей) позволило повысить производительность машины, а снабжение этой полости автономными впускным и выпускным патрубками обеспечило возможность одновременной подачи в машину разнородных рабочих тел.

На фиг. 1 изображен продольный разрез цилиндрической волновой машины; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - фрагмент узла установки рамок на центральном стержне.

Цилиндрическая волновая машина на примере насоса содержит цилиндрический корпус 1, выполненный, например, из трубы, имеющей круглое поперечное сечение внутренней полости, и снабженный крышками 2 и 3 соответственно с впускным 4 и выпускным 5 патрубками, пространственно изогнутые валы 6 и 7, пакет 8 рамок. Пакет собран из круглых рамок 9, уплотненных между собой. Уплотнение достигается установкой подвижных или деформируемых манжет или колец овальной формы. Рамки 9 плотно сжаты с помощью неподвижно установленных на корпусе 1 прижимных дисков 11 и 12. В пакете 8 рамок 9 выполнено продольное отверстие 13 овального сечения, в котором размещен пространственно изогнутый вал 6 (7). Пространственно изогнутые валы 6 и 7 установлены в подшипниках 14-17 крышек 2 и 3 корпуса 1. Один из валов связан с приводом (не показан). Корпус 1 снабжен центральным стержнем 18 круглого сечения, а каждая из рамок 9 пакета 8 имеет центральное отверстие 19, в котором установлен упорно-опорный подшипник 20. Продольные отверстия овального сечения в пакете 8 рамок 9 смещены относительно оси центрального стержня 18 в направлении большого размера овала по радиусу рамок, что позволяет обеспечить рамкам, установленным посредством упорно-опорных подшипников 20 на центральном стержне 18, возможность неполноповоротного перемещения в корпусе 1 вокруг оси центрального стержня 18. Между поверхностью пространственно изогнутых валов 6, 7 и поверхностью продольного отверстия 13, овального сечения, выполненного в пакете 8 рамок 9, образованы рабочие полости - основная 21 и дополнительная 22. Количество дополнительных рабочих полостей определяется количеством дополнительно введенных валов.

Приведенный на фиг. 2 пример содержит четыре рабочих полости и соответственно четыре пространственно изогнутых вала. Валы 6 и 7 установлены в продольных отверстиях 13, выполненных в пакете 8 рамок 9 с возможностью перемещения своих круговых поперечных сечений вдоль большого размера овала и с образованием рабочих полостей 21 и 22. Причем части 23 и 24 рабочих полостей 21 и 22 являются всасывающими, а части 25 и 26 рабочих полостей - нагнетательными. Возможность перемещения рамок 9 обеспечивается за счет выполнения минимального размера овального отверстия 13, равного диаметру вала, а максимально - не менее удвоенной амплитуды последнего. Под удвоенной амплитудой понимается расстояние, равное сумме удвоенного эксцентриситета вала и диаметра вала. В случае перекачки одного рабочего тела впускной 4 и выпускной 5 патрубки являются общими для всасывающих 23, 24 и нагнетательных 25, 26 частей рабочих полостей 21 и 22. В случае одновременной перекачки двух и более разнородных рабочих тел патрубки 4 и 5 могут быть разделены между собой, что обеспечивает одновременное перемещение насосом разнородных рабочих тел. В качестве привода может быть использован, например, электродвигатель, турбина или ДВС.

Цилиндрическая волновая машина работает следующим образом.

Под действием крутящего момента, передаваемого от привода, поверхность пришедшего в движение пространственно изогнутого вала 6 (7) приходит в соприкосновение с поверхностью отверстия овального сечения пакета 8 рамок 9. При соприкосновении с валом рамки 9 начинают совершать неполноповоротное колебательное движение в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала. Осуществление колебаний рамок именно в этой плоскости стало возможным благодаря выполнению продольного отверстия 13 в пакете рамок овального сечения. Поскольку овальное отверстие 13 имеет минимальный размер, равный диаметру вала, а максимальный - не менее удвоенной амплитуды последнего, то при вращении пространственно изогнутых валов 6 и 7 в рабочих полостях 21 и 22 цилиндрической волновой машины образуются всасывающие 23, 24 и нагнетательные 25, 26 части этих рабочих полостей, ограниченные поверхностью пространственно изогнутого вала 6 (7) и поверхностью овального сечения отверстия 13 пакета 8 рамок 9. При этом всасывающие 23, 24 и нагнетательные 25, 26 части рабочих полостей постоянно меняют свой объем, в результате чего происходит всасывание рабочего тела из приемной части (впускного патрубка 4) и нагнетания его в напорную часть (к выпускному патрубку 5). Всасывание и нагнетание осуществляется одновременно во всех рабочих полостях 21 и 22. При этом герметизация полостей обеспечивается за счет установки торцовых уплотнителей, а также за счет обеспечения плотного прилегания концевых рамок и прижимным дискам 11 и 12. Поскольку поперечное сечение внутренней поверхности корпуса 1 и наружный контур рамок выполнены круглыми, а сами рамки установлены на центральном стержне 18 посредством упорно-опорных подшипников 20, а продольные отверстия 13 в пакете 8 рамок 9 смещены относительно оси центрального стержня в направлении большого размера овала вдоль радиуса рамок, что осуществляется неполноповоротное движение рамок в корпусе относительно оси центрального стержня, причем величина угла поворота определяется положением овального сечения отверстия пакета рамок по радиусу и удвоенным эксцентриситетом вала. Такое колебательное движение рамок исключает трение между кромками рамок и ограничивающими перемещение рамок поверхностями корпуса 1.

По сравнению с аналогами и прототипом предлагаемая цилиндрическая волновая машина обладает повышенной надежностью и долговечностью за счет исключения трения между наружными кромками рамок и ограничивающими их перемещение поверхностями корпуса, устранение износа рамок и корпуса в результате движения рамок, устранения перекоса рамок, приводящего к их заклиниванию под действием знакопеременного крутящего момента. Кроме того, благодаря перемещению рамок на центральном стержне посредством упорно-опорных подшипников в ней не происходит сжатия пакета рамок под действием осевой составляющей крутящего момента с образованием радиального зазора и перетечкой через него рабочего тела между полостями насоса, в результате чего заявляемая конструкция позволяет одновременно перекачивать разнородные рабочие тела.

Использование: для одновременной подачи в агрегат разнородных рабочих тел. Сущность изобретения: рабочая полость образована поверхностью пространственно изогнутого вала, соединенного с механизмом привода, и поверхностью овальных отверстий пакета рамок. Рамки охватывают вал, установлены подвижно относительно друг друга и уплотнены между собой. Внутренняя полость корпуса и наружная поверхность рамок в поперечном сечении машины выполнены круглыми. В корпусе концентрично размещен круглый стержень. В каждой рамке выполнено центральное отверстие, в котором установлен упорно-опорный подшипник. Рамки расположены на стержне с возможностью неполноповоротного перемещения относительно оси стержня в направлении большой оси овала по раиусу рамки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ВОЛНОВАЯ МАШИНА, содержащая корпус с впускным и выпускным патрубками, по меньшей мере одну рабочую полость, образованную поверхностью пространственно-изогнутого вала, соединенного с механизмом привода, и поверхностью овальных отверстий пакета рамок, при этом последние охватывают вал, установлены подвижно относительно друг друга и уплотнены между собой, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности путем исключения трения между наружными кромками рамок и ограничивающими их перемещение внутренними поверхностями корпуса, внутренняя полость корпуса и наружная поверхность рамок в поперечном сечении машины выполнены круглыми, в корпусе концентрично размещен круглый стержень, в каждой рамке выполнено центральное отверстие, в котором установлен упорно-опорный подшипник, при этом рамки расположены на стержне с возможностью неполноповоротного перемещения относительно оси стержня, а продольные овальные отверстия в пакете рамок смещены относительно оси стержня в направлении большой оси овала по радиусу рамок. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одной дополнительной рабочей полостью, образованной дополнительно установленным пространственно изогнутым валом, размещенным в соответствующих продольных овальных отверстиях пакета рамок. 3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что, с целью одновременной перекачки по меньшей мере двух разнородных рабочих тел, дополнительная рабочая полость снабжена автономным впускным и выпускным патрубками.