ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РОТОРНО-КЛИНОВОЙ НАСОС Российский патент 1997 года по МПК F04C2/00 F04C3/00 

Изобретение относится к гидростроению, а именно к насосостроению и может быть использовано в гидроприводах различных машин.

Известна "пластинчатая гидромашина", содержащая корпус с окнами впуска и выпуска рабочей среды с разделительными пластинами, расположенными параллельно оси корпуса в его пазах с возможностью осевого перемещения, профилированный ротор закрепленный на валу и взаимодействующий торцевой профилированной поверхностью с пластинами, образующие рабочие камеры гидромашины.

Недостаток известной "Пластинчатой гидромашины" состоит в относительно большом лобовом сопротивлении нагнетаемой жидкой среды, т.к. для их привода при объемном нагнетании жидкой среды потребляется большая мощность ДВС и которая имеет очень малый КПД.

Технической задачей "Гидравлического роторно-клинового насоса является улучшение технических характеристик, при использовании относительных сил противодействия жидкой среды в силы действия вращения ротора за счет разложения усилия давления жидкой среды на наклонной поверхности лопатки в виде клина, позволяет получить силу, направленную в сторону вращения ротора, это приводит к снижению затрат мощности ДВС и повышению КПД их в целом.

Технический результат достигается тем, что в гидравлическом роторно-клиновом насосе, содержащем корпус и установленный на корпусе копир с входным и выходным патрубками, на валу в копире установлен ротор, ротор имеет гнездо с установленной в ней обоймой подшипника, на котором установлен в корпусе ротор, имеющий вид усеченного конуса с блок-окнами и установленными в них лопатками, имеющие возможность перемещения в окнах, где у верхнего основания ротор имеет меньший диаметр, и окна с лопатками расположены в непосредственной близости друг к другу в этой зоне каждая лопатка выполнена в виде клина, наклонная сторона которого обращена в сторону копира и его профиля, соответствующий наклонному профилю лопатки обращенной к выходному патрубку в зоне копира, выполненному в форме щелевого сопла с установленным в нем лепестковым обратным клапаном, а у каждого основания ротор имеет больший диаметр, окна с лопатками отдалены друг от друга и ротор имеет проточку, выполненную параллельно окон ротора, на нижнем основании ротора установлена большая шестерня, насос снабжен валом установленным в подшипниках в корпусе под углом 105^o относительно продольной оси ротора, вал выполнен с диском в виде звезды с пятью эксцентриками, которые поочередно входят в проточку нижнего основания ротора, на диске установлена малая шестерня, имеющая кинематическую связь за счет зубчатого зацепления малой шестерни с большой шестерней ротора и вращающиеся в одном направлении в соотношении 2:1, при этом вращении диск диаметрально опережает окружность, а пять эксцентриков расположенных на диске поочередно взаимодействуют с шарнирами, на которых закреплены лопатки, рабочий профиль эксцентриков соответствует профилю копира с наклонной стороной лопатки в виде клина, на острие и перед началом наклона каждой лопатки установлены лепестки, которые взаимодействуют, прилегая, с профилем копира и с окнами ротора. Ротор с внешних сторон параллельно плоскости окон выполнен с пазами, равными ходу лопатки в окне, и выходными пальцами в пазах, на пальцах закреплены лопатки с шарнирами, на каждом выходном пальце установлены подшипники, предназначенные для возврата лопаток в исходное положение при взаимодействии подшипников с полозом возврата лопаток, полоз возврата расположен на корпусе внутри в зоне внешнего основания ротора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен общий вид насоса сбоку с частичным разрезом в зоне диска с эксцентриками.

На фиг. 2 изображен насос, вид спереди с частичным разрезом корпуса в зоне возврата лопаток в исходное положение.

На фиг. 3 изображен разрез А-А на фиг. 2.

На фиг. 4 изображена кинематическая связь эксцентриков с шарнирами лопаток в виде клина, а последние с профилем копира с наклонной стороной лопатки, обращенной к выходному соплу.

На фиг. 5 общий вид лопатки сбоку с закрепленными на ней лепестками и шарнирами.

На фиг. 6 вид лопатки сверху с закрепленными на ней лепестками и шарнирами.

На фиг. 7 общий вид лопатки с закрепленными на ней лепестками и шарниром.

На фиг. 8 изображен ротор с блок-окнами у верхнего основания, где лопатки в виде клина установлены в непосредственной близости друг к другу.

На фиг. 9 изображен копир с выходным патрубком в форме щелевого сопла с наклонной стороной лопатки взаимодействия с профилем копира, при вращении ротора.

Гидравлический роторно-клиновой насос содержит корпус 1 и установленный на нем копир 2 с выходным 3 патрубками, на валу 6 в копире 2 установлен ротор 7, ротор 7 имеет гнездо 8 с установленной в нем обоймой 9 подшипника 10, на котором установлен в корпусе 1 ротор 7, имеющий вид усеченного конуса с окнами 11 и установленными в них лопатками 12, имеющие возможность перемещения в окнах, где у верхнего основания ротор 7 имеет меньший диаметр, а окна 11 с лопатками 12 расположены в непосредственной близости друг к другу, в этой зоне каждая лопатка 12 выполнена в виде клина, наклонная сторона которого обращена в сторону копира 2 и его профиля, соответствующий наклонному профилю лопатки 12, обращенной к выходному патрубку 4 в зоне копира 2, выполненному в форме щелевого сопла с установленными в нем лепестковыми обратным клапаном 5, а у нижнего основания ротор 7 имеет больший диаметр, окна 11 с лопатками 12 отдалены друг от друга и ротор 7 имеет проточку 14, выполненную параллельно окон 11 ротора 7, на нижнем основании ротора 7 установлена большая шестерня 13, насос в данной зоне снабжен валом 18, установленным в подшипниках 15 в корпусе 1 под углом 105^o относительно продольной оси ротора 7, вал выполнен с диском 16 в виде звезды с пятью эксцентриками 17, которые поочередно входят в проточку 14 нижнего основания ротора 7, на диске установлена малая шестерня 13, имеющая кинематическую связь за счет зубчатого зацепления малой шестерни 13 с большой шестерней ротора 7 и вращающиеся в одном направлении в соотношении 2:1. При этом вращении диск диаметрально опережает окружность, а ротор 7 выполнен сложной конструкции в виде усеченного конуса с окнами, для того чтобы выиграть в пути и не проиграть в силе по направлению вращения ротора 7, где консервативные силы противодействия нагнетания жидкой среды преобразуются в механическую энергию, направленную на ускорение вращения ротора 7 по его направлению вращения, и чем больше противодействие нагнетаемой жидкой среды, тем больше КПД роторно-клинового насоса, рабочий профиль эксцентриков 17 соответствует профилю копира 2 с наклонной стороной лопатки 12 в виде клина, а пять эксцентриков 17 расположенных на диске 16 поочередно взаимодействуют с шарнирами 19, на которых закреплены лопатки 12, проводят их в движение снизу вверх и все силы по стрелке "Б" и "В" направлены на вращение насоса, при перемещении лопатки 12 по стрелке "В" снизу вверх в окне 11 ротора 7, каждая лопатка 12 оснащена на острие и перед началом наклона установлены лепестки 20 и 21, предотвращающие утечку и перетечку жидкой среды, которые прилагают в условиях скользящего контакта взаимодействуют с профилем копира 2 и с окнами 11 ротора 7, ротор 7 с внешних сторон параллельно окон 11 выполнен с пазами 22 равными ходу лопаток 12 в окне 11 и выходными пальцами 23 в пазах 22, где на пальце 24 закреплены лопатки 12 с шарнирами 19, на каждом выходном пальце 23 установлены подшипники 25, предназначенные для возврата лопаток 12 в исходное положение при взаимодействии подшипников 15 с полозом 26 для возврата лопаток 12, полоз 26 возврата лопаток 12 расположен внутри корпуса 1 в зоне внешнего основания ротора 7.

Гидравлический роторно-клиновой насос работает следующим образом.

Силовая установка в виде ДВС подключена за счет шлицевого зацепления к валу 18, который приводит диск 16 с расположенными на нем эксцентриками 17 в действие вращения, диск 16 установлен в корпусе 1 на валу 18 в подшипнике 15 под углом 105 относительно продольной оси ротора 7, а ротор установлен в корпусе 1 на подшипнике 10 и на валу 6 в копире 2, диск 16 и ротор 7 кинематически взаимосвязаны за счет зубчатого зацепления малой шестерни с большой шестерней 13 в соотношении 2:1, диск 16 вращается по стрелке "В", а ротор 7 по стрелке "Г" в одном направлении. При этом диаметр диска в два раза меньше диаметра проточки 14 ротора 7, но путь прохождения за счет соотношения 2:1 их одинаков и направлен по направлению вращения по стрелкам "В" и "Г", а шарниры 19, на которых закреплены лопатки 12 соприкасаются с диском 16, имеющим эксцентрики 17, который воздействует профилем на шарнир 19, а последний прокатываясь по профилю эксцентрика 17 воздействует на лопатку 12 и которая перемещается в окне 11 по стрелке "В" и лопатка 12 окно 11 и копир образуют замкнутую полость с подвижной лопаткой 12 в виде клина работающая как поршень и воздействует клиновой поверхностью наклона лопатки 12 и эффективно влияет на вращение ротора, т.к. их тангенциальная проекция в большей степени направлена на тангенциальное усилие прилагаемое на окно 11 по стрелке "Г" ротора 7 (от давления среды противодействия масла), а вместе они создают крутящий момент, воздействуя на одну и ту же деталь в одних диаметрально направленных направлениях по стрелкам "В и Г", при указанном равенстве их абсолютных значений.

В результате перемещения по стрелке "Б" лопатка 12 начинает ввинчиваться в жидкую среду (масло) и создает крутящий момент при нагнетании жидкой среды в направлении, указанном стрелкой "Г". При перемещении в окне 11 ротора 7 наклонная сторона лопатки 12 в условиях скользящего контакта соприкасается с профилем копира 2, совпадающим с профилем наклона лопатки 12 и профилем эксцентрика 17. Каждая лопатка 12 поочередно ввинчивается в жидкую среду (масло), вытесняя масло через выходной патрубок 4 в форме щелевого сопла, расположенного в начале копира 2 и установленного в нем лепестковым обратным клапаном 5 (см. фиг. 3 и 4). У нижнего основания ротора 7 окна 11 с лопатками 12 отдалены друг от друга и каждый шарнир 19, на котором закреплена лопатка 12, взаимодействует с эксцентриками 17, а последний, в свою очередь, с профилем копира 2 то при перемещении лопаток 12 по стрелке "Б" в окнах 11 ротора 7, каждая лопатка 12, имеющая форму клина, у верхнего основания в окнах 11 расположены в непосредственной близости друг к другу и ротор выполнен сложной конструкции, представляет собой усеченный конус с окнами 11, для того чтобы выиграть в пути и не проиграть в силе, происходит постоянное ввинчивание лопаток 12 (см. фиг. 8, 4) в жидкую среду (масло), воздействующую при нагнетании на наклонную плоскость клина, осевое перемещение клиновых элементов осуществляется под действием осевой составляющей от указанной силы, которая имеет отличное от полной силы направление действия, будет значительно больше, и чем больше противодействие нагнетаемой среды (масло), тем больше КПД клинового насоса. Создается постоянное усилие в направлении указанной стрелкой "Г" и с помощью средств в направлении указанной стрелкой "Г" и с помощью средств противодействия нагнетания эта сила противодействия преобразуется в механическую энергию вращения ротора 7, за счет чего достигается значительная экономия топлива ДВС на его вращение по стрелкам "В" и "Г".

На острие наклонной стороны каждой лопатки 12 установлены лепестки 20, которые соприкасаются с профилем копира 2 в условиях скользящего контакта предотвращают утечку и в начале наклона лопатки 12 также установлены лепестки 21 устраняют утечку между окном 11 и лопаткой 12. Лопатки 12, введенные эксцентриками 17 в верхнюю мертвую точку, начинают работать как лопатки турбины, что также способствует и создает дополнительную силу, направленную на вращение ротора 7, указанное стрелкой "Г", при этом поочередно каждая шестнадцатая лопатка 12, выведенная в верхнюю мертвую точку, выполняет функцию турбины, затем лопатка 12 при взаимодействии подшипников 25 о полоз 26 выводятся поочередно в исходное положение, пропуская мимо себя нижнее основание копира 2 и не мешая вращению ротора 7, где пустоты в виде клина заполняются маслом через входной патрубок 3. В свою очередь каждый шарнир 19 соприкасается с диском 16 и прокатываются на профиле эксцентриков 17, при этом лопатки 12 перемещаются в окне 11 ротора 7 по стрелке "В", соприкасаясь наклонной стороной клиновых элементов с профилем копира 2, нагнетают жидкую среду в гидроприводы различных машин, не потребляя большой мощности ДВС, уменьшая энергозатраты, а следовательно и повышая КПД их в целом.

Использование: в насосостроении. Сущность изобретения: гидравлический роторно-клиновой насос, содержит корпус с окнами впуска и выпуска рабочей среды, разделительные пластины, расположенные параллельно оси корпуса в его пазах с возможностью осевого перемещения, и ротор, закрепленный на валу и взаимодействующий торцевой профилированной поверхностью с пластинами, образующими рабочие камеры. Копир установлен на корпусе. В копире на валу размещен ротор, выполненный в форме усеченного конуса с окнами и установленными в них лопатками, причем у верхнего основания ротора они находятся в непосредственной близости друг от друга, а каждая лопатка выполнена в виде клина, наклонная сторона которого обращена к выходному патрубку, имеющему форму копира со щелевым соплом и установленным в нем лепестковым клапаном, а у нижнего основания ротора установленного в корпусе, лопатки с окнами отдалены друг от друга и ротор имеет проточку, выполненную параллельно плоскости окон. В корпусе установлен вал под углом относительно продольной оси ротора, на валу закреплен диск с пятью эксцентриками в виде звезды, взаимодействующей с шарнирами, на которых установлены лопатки, диск с ротором кинематически связаны между собой шестеренной передачей с соотношением 2:1, при этом профиль эксцентриков соответствует профилю копира с наклонной стороной лопаток, каждая лопатка снабжена лепестками, установленными на острие и перед началом наклона, ротор с внешних сторон окон выполнен с пазами и расположенными в них выходными пальцами, на которых закреплены лопатки, а каждый палец снабжен подшипником и взаимодействует с полозом возврата, установленным внутри корпуса. 9 ил.

Гидравлический роторно-клиновой насос, содержащий корпус с окнами впуска и выпуска рабочей среды, разделительные пластины, расположенные параллельно оси корпуса в его пазах с возможностью осевого перемещения, и ротор, закрепленный на валу и взаимодействующий торцовой профилированной поверхностью с пластинами, образующими рабочие камеры, отличающийся тем, что он снабжен копиром, установленным на корпусе, в копире на валу размещен ротор, выполненный в форме усеченного конуса с окнами и установленными в них лопатками, причем у верхнего основания ротора они находятся в непосредственной близости друг от друга, а каждая лопатка выполнена в виде клина, наклонная сторона которого обращена к выходному патрубку, имеющему форму копира со щелевым соплом и установленным в нем лепестковым клапаном, а у нижнего основания ротора, установленного в корпусе, лопатки с окнами отдалены друг от друга и ротор имеет проточку, выполненную параллельно плоскости окон, в корпусе установлен вал под углом относительно продольной оси ротора, на валу закреплен диск с пятью эксцентриками в виде звезды, взаимодействующей с шарнирами, на которых установлены лопатки, диск с ротором кинематически связаны между собой шестеренной передачей с соотношением 2 1, при этом профиль эксцентриков соответствует профилю копира с наклонной стороной лопаток, каждая лопатка снабжена лепестками, установленными на острие и перед началом наклона, ротор с внешних сторон окон выполнен с пазами и расположенными в них выходными пальцами, на которых закреплены лопатки, а каждый палец снабжен подшипником и взаимодействует с полозом возврата, установленным внутри корпуса.