РОТОРНАЯ РЕГУЛИРУЕМАЯ РЕВЕРСИВНАЯ МАШИНА Российский патент 1999 года по МПК F04C15/04 F04C5/00 F04C2/344 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидравлическим и пневматическим машинам роторного типа, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, где необходимы машины переменной производительности с переменным направлением потока.

Известна роторная регулируемая реверсивная машина, содержащая корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, внутри которого концентрично друг другу установлены ротор с пластинами, статор в виде упругого кольца и механизм деформации упругого кольца, размещенный в отверстиях корпуса с возможностью воздействия на упругое кольцо с противоположных сторон попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, две пары перемычек-ограничителей в виде противоположных выступов, выполненных вдоль образующих внутренней поверхности корпуса и направленных к упругому кольцу статора. (патент US N 3153984A, класс МКИ F 04 C 15/04, 1964 г.). Эта машина по конструкции наиболее близка к заявляемому техническому решению и принята нами за прототип.

Недостатком известной гидромашины является то, что при превышении допустимых значений деформации упругого кольца имеется возможность заклинивания ротора с пластинами, т.к. отсутствует контроль и настройка величины производительности машины. Кроме того, внутренняя поверхность корпуса выполнена конструктивно нетехнологично, т.к. она нецилиндрическая и для получения эллипсных выступов требуется специальная трудоемкая обработка.

Недостатком машины являются также повышенные перетечки жидкости при управлении деформацией упругого кольца по линиям касания упругого кольца с перемычками-ограничителями, выполненными в виде выступов на внутренней поверхности корпуса, т.е. при этом требуется введение дополнительного уплотнения в указанных местах. Особенно это сказывается в работе машины при малой производительности, когда давление в управляющих полостях снижается до минимума (незначительная деформация упругого кольца), а давление рабочей среды машины, действующее противоположно на внутреннюю поверхность упругого кольца статора, может превышать давление управления деформацией упругого кольца.

Задачей изобретения является снижение трудоемкости изготовления, повышение ресурса работы машины и расширение диапазона регулирования ее производительности.

Технический результат достигается за счет того, что в роторной регулируемой реверсивной машине, содержащей корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, внутри которого концентрично друг другу установлены ротор с пластинами, статор в виде упругого кольца и механизм деформации упругого кольца, размещенный в отверстиях корпуса с возможностью воздействия на упругое кольцо с противоположных сторон попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, две пары перемычек-ограничителей в виде противоположных выступов, выполненных вдоль образующих внутренней поверхности корпуса и направленных к упругому кольцу статора, согласно заявляемому техническому решению она снабжена устройством контроля производительности, выполненным в виде индикаторных стержней, внутренняя поверхность корпуса выполнена цилиндрической формы, отверстия корпуса выполнены радиально, радиальные перемычки-ограничители расположены диаметрально противоположно, механизм деформации упругого кольца размещен диаметрально и выполнен в виде двух пар сильфонов-толкателей с гидроуправлением, включающим управляемые гидрозамки, взаимосвязанные с двухпозиционным распределителем с электромагнитным управлением, и с ограничительными упорами на торцах, расположенных в кольцевых проточках отверстий корпуса, при этом индикаторные стержни установлены на оси одного или двух сильфонов и взаимосвязаны с одной стороны с ограничительными упорами, а с другой стороны - с потенциометром.

Перемычки-ограничители могут быть выполнены в виде неподвижных валов или вкладышей, установленных в пазах корпуса с возможностью регулирования расстояния от них до упругого кольца.

Кроме того, механизм деформации упругого кольца может быть выполнен в виде двух пар пневматических сильфонов-толкателей с пневмоуправлением, включающим управляемые пневмозамки, взаимосвязанные с двухпозиционным распределителем с электромагнитным управлением.

Такое выполнение гидромашины повышает ее надежность и долговечность за счет стабильной соосности упругого кольца относительно ротора с помощью ограничителей - радиальных выступов, выполненных в виде вкладышей или неподвижных валов, которые сопрягаются с наружной стороной упругого кольца с четырех диаметрально противоположных сторон. При этом обеспечивается постоянный контакт статора с ограничителями как в холостом режиме (упругое кольцо имеет форму круга), так и в рабочем режиме (кольцо имеет форму овала). А выполнение толкателей в виде сильфонов и осуществление блокировки при управлении сильфонами, обеспечивающей работу машины в режиме "жесткого упора", позволяет исключить влияние давления рабочей среды машины (действующей противоположно давлению управления сильфонами), расширяет диапазон регулирования производительности за счет введения нового вида управления машиной, обеспечивающего изменение производительности с помощью изменения давления при управлении работой сильфонов. При этом используются сильфоны с малыми размерами диаметров и незначительными величинами давлений для управления ими при настройке машины на соответствующую производительность.

А контроль величины деформации упругого кольца, в том числе и ограничение максимальной величины деформации, исключает возможность заклинивания ротора с пластинами. При этом осуществляется автоматический контроль точного регулирования величины производительности (крутящего момента) машины в зависимости от потребности по циклу работы оборудования, т.е. создание оптимального режима использования мощности гидросистемы.

Все это позволяет значительно снизить стоимость изготовления, эксплуатации и ремонта машины, сократить время регулировки при пусконаладке нового или ремонтного оборудования и обеспечивает повышенный ресурс работы машины.

На фиг. 1 - осевое сечение регулируемой роторной пластинчатой машины, в исходном положении.

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2 (осевое сечение машины с перемычками-ограничителями, выполненными в виде неподвижных валов).

На фиг. 4 - поперечное сечение машины с перемычками-ограничителями, выполненными в виде радиальных выступов корпуса (разрез А-А на фиг. 1 при максимальной деформации статорного кольца).

На фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4.

На фиг. 6 - поперечное сечение машины с перемычками-ограничителями, выполненными в виде вкладышей (разрез A-A на фиг.1).

На фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6.

На фиг. 8 - схема гидравлическая принципиальная с контролем производительности с помощью потенциометров.

Роторная машина содержит корпус 1, в котором концентрично друг другу установлены статор, выполненный в виде упругого кольца 2, наружная сторона которого сопрягается двумя парами перемычек-ограничителей в виде диаметрально противоположных радикальных выступов, выполненных вдоль образующих внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 и направленных к упругому кольцу статора, которые могут быть выполнены в виде выступов 3 или вкладышей 4, установленных в радиальных пазах корпуса 1 с возможностью регулирования расстояния от них до упругого кольца 2, или неподвижных валов 5, и ротор 6 с пластинами 7, установленными в его радиальных пазах 8. Торцевые крышки 9 и 10 расположены по обе стороны корпуса 1. Распределительные диски 11 и 12 установлены по обе стороны статора 2 и ротора 6 и снабжены впускными 13 и выпускными 14 окнами. При этом в корпусе 1 и крышке 9 выполнены каналы 15 и 16 подвода и отвода рабочей среды. Механизм деформации упругого кольца 2 выполнен в виде двух пар сильфонов-толкателей 17 с гидро(пневмо)управлением, расположенных диаметрально противоположно в радиальных отверстиях корпуса 1. Один или два (в случае использования реверсивной машины) сильфона снабжены устройством контроля производительности по перемещению индикаторных стержней 18, установленных на оси сильфонов и взаимосвязанных с одной стороны с потенциометром 19, а с другой - с ограничительными упорами 20 на торцах сильфонов 17, размещенными в кольцевых проточках 20a радиальных отверстий корпуса для ограничения величины перемещения сильфонов и упругого кольца 2, а также исключения заклинивания ротора 6. Реверсирование направления потока рабочей среды осуществляется с помощью установленного в линии управления 21 трехпозиционного распределителя 22, попарно сообщающего линию 21 посредством линий 23 и 24 с сильфонами 17.

В рабочий режим машины включается гидроблокировка, которая исключает влияние давления рабочей среды с помощью установленных в линии управления гидрозамков 25 и 26, двухпозиционного распределителя 27 и линий 28 и 29 для управления гидрозамками.

Роторная машина может работать как в режиме насоса, так и в режиме мотора.

В режиме насоса она работает следующим образом.

При отсутствии давления в управляющих сильфонах 17 упругое кольцо 2 имеет форму круга и насос в этом случае полностью разгружен - рабочая подача отсутствует. Этот режим холостого хода необходим в моменты пауз действующего оборудования. При подаче давления в два противоположных сильфона 17 упругое кольцо 2 деформируется так, что два его участка прогибаются в направлении к ротору, сопрягаясь при этом через ограничители 3, 4 и 5, а два других - в противоположную сторону. При этом кольцо 2 принимает эллиптическую форму, образуя двусторонний кулачковый контур с двумя зонами разрежения и двумя зонами нагнетания. При вращении ротора 6 рабочая среда поступает через канал 16, впускное окно 13 в рабочую камеру, образованную ротором 6, распределительными дисками 10 и 11 и упругим кольцом 2 и через выпускное окно 14 и канал 15 подается потребителю. Производительность насоса определяется степенью деформации упругого кольца 2 за счет изменения величины давления в управляющих сильфонах 17.

Принцип работы гидроуправления сильфонами в режиме "жесткого упора" осуществляется следующим образом.

Управляющие сильфоны 17 выполняются с малыми размерами диаметров, т.е. имеют небольшие площади управления и развивают усилия, достаточные только для осуществления деформации упругого кольца, при этом влияние давления рабочей среды машины исключается за счет работы гидроблокировки, т.е. поток управления по линиям 23 и 24 перекрывается с помощью гидрозамков 25 и 26, которые пропускают поток управления только после включения команды на открытие замков от отдельного распределителя 27 с электромагнитным управлением. В таком режиме работы машина может быть перенастроена на другие параметры только после вывода машины на "нуль" (разгрузка), т.е. указанная выше блокировка ("жесткий упор") снимается включением электромагнита Ym3 распределителя 27, при этом электромагниты Ym1 и Ym2 распределителя 22 выключены, со всех полостей управляющих сильфонов 17 происходит сброс давления через среднее положение распределителя 22 (замки 25 и 26 открыты). При этом кольцо 2 принимает форму круга. Для вывода машины на другие параметры включается электромагнит Ym3 распределителя 27, открываются замки 25 и 26, включается электромагнит Ym1 (или Ym2) распределителя 22, давление управления по линиям 21, 23 или 24 (в зависимости от реверса) поступает в полости сильфонов 17 и обеспечивает заданную величину деформации упругого кольца 2 и тем самым заданный параметр производительности машины. После настройки машины электромагнит Ym3 распределителя выключается, гидрозамки закрываются, система управления блокируется ("жесткий упор"). В дальнейшем цикл повторяется.

Реверсирование потоков рабочей среды насоса осуществляется подачей давления управления в два других взаимно перпендикулярных сильфона 17 и снятия давления с первых двух. Упругое кольцо 2 деформируется в плоскости, перпендикулярной первоначальной, т. е. полости всасывания и нагнетания меняются местами, а следовательно, меняется и направление потока рабочей среды. Для гарантированного поджатия пластин 7 к упругому кольцу 2 при вращении ротора 6 рабочая среда подводится из канала 16 через канал 30 в отверстия пазов 8, оказывая давление на торцы пластин 7.

Таким образом, в машине без изменения направления вращения ротора и связанного с ним вала электродвигателя и без его остановки изменяется направление потока рабочей среды из насоса.

В режиме двигателя машина работает следующим образом.

При подводе рабочей среды в две противоположные рабочие камеры на роторе 6 возникает крутящий момент, который увеличивается по мере увеличения деформации упругого кольца 2. Реверсирование двигателя производится изменением подачи давления то в первые два противоположные сильфона-толкателя 17, то в другие два взаимно перпендикулярные. При этом в машине без изменения направления потока рабочей среды изменяется направление вращения ротора. С целью исключения заклинивания ротора в машине предусмотрено ограничение максимальной величины деформации упругого кольца за счет ограничения хода сильфонов-толкателей.

Контроль процесса регулирования осуществляется с помощью обратной электрической связи, когда сигнал с потенциометра 19, взаимосвязанного с индикаторным стержнем 18 сильфона 17, подается на сравнивающее устройство (на чертеже не показано).

Таким образом, использование предлагаемого решения позволяет по сравнению с существующими снизить трудоемкость изготовления, обеспечить высокую ремонтоспособность благодаря быстрой замене всего качающегося узла, повысить надежность и долговечность работы машин роторного типа двукратного действия: пластинчатых, радиально-поршневых, радиальных ролико-поршневых, роторных пластинчатых качающегося типа, гидропередач, пневмодвигателей со скользящими лопатками, роторных газовых компрессоров, ротационных двуступенчатых компрессоров и др.

Машина относится к области машиностроения, в частности к гидравлическим и пневматическим машинам роторного типа, и может быть использована в различных отраслях народного хозяйства, где необходимы машины переменной производительности с переменным направлением потока. Роторная регулируемая реверсивная машина содержит корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды и внутренней цилиндрической поверхностью. В корпусе концентрично друг другу установлены ротор (6) с пластинами (7) и статор в виде упругого кольца. Механизм деформации упругого кольца выполнен в виде двух пар сильфонов-толкателей с гидроуправлением и размещен в радиальных отверстиях корпуса с возможностью воздействия на упругое кольцо с диаметрально противоположных сторон попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Вдоль образующих внутренней поверхности корпуса установлено две пары перемычек-ограничителей (5) в виде диаметрально противоположных радиальных выступов. Устройство контроля производительности выполнено в виде индикаторных стержней (18), установленных по оси одного или двух сильфонов и взаимосвязанных с одной стороны с ограничительными упорами на торцах сильфонов (17), а с другой стороны - с потенциометром. Гидроуправдение включает гидрозамки, взаимосвязанные с двухпозиционным распределителем с электромагнитным управлением и с ограничительными упорами. Предложенная конструкция расширяет диапозон регулирования машины. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Роторная регулируемая реверсивная машина, содержащая корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, внутри которого концентрично друг другу установлены ротор с пластинами, статор в виде упругого кольца и механизм деформации упругого кольца, размещенный в отверстиях корпуса с возможностью воздействия на упругое кольцо с противоположных сторон попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, две пары перемычек-ограничителей в виде противоположных выступов, выполненных вдоль образующих внутренней поверхности корпуса и направленных к упругому кольцу статора, отличающаяся тем, что она снабжена устройством контроля производительности, выполненным в виде индикаторных стержней, внутренняя поверхность корпуса имеет цилиндрическую форму, отверстия корпуса выполнены радиально, радиальные перемычки-ограничители расположены диаметрально противоположно, механизм деформации упругого кольца размещен диаметрально и выполнен в виде двух пар сильфонов-толкателей с гидроуправлением, включающим управляемые гидрозамки, взаимосвязанные с двухпозиционным распределением с электромагнитным управлением и с ограничительными упорами на торцах, расположенными в кольцевых проточках отверстий корпуса, при этом индикаторные стержни установлены на оси одного или двух сильфонов и взаимосвязаны с одной стороны с ограничительными упорами, а с другой стороны - с потенциометром. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что перемычки-ограничители выполнены в виде валов, закрепленных в пазах корпуса. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что перемычки-ограничители выполнены в виде вкладышей, установленных в пазах корпуса с возможностью регулирования расстояния от них до упругого кольца. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что сильфоны-толкатели выполнены с пневмоуправлением, включающим управляемые пневмозамки, взаимосвязанные с двухпозиционным распределителем с электромагнитным управлением.