ПЛАСТИНЧАТАЯ РЕГУЛИРУЕМАЯ ГИДРОМАШИНА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2001 года по МПК F04C2/00 F04C15/04 

Изобретение относится к объемным гидромашинам (насосам и гидродвигателям), применяемым в объемном гидроприводе, и позволяет реализовать машинное управление (объемное регулирование) движением выходного звена.

Известные пластинчатые насосы - гидродвигатели двойного или многократного действия (в том числе и регулируемые), применяемые в настоящее время, имеют существенное достоинство, обусловленное уравновешиванием рабочего давления жидкости на ротор, за счет чего вал передает только крутящий момент. В этом случае конструкция насоса или двигателя компактна и имеет малую массу.

В качестве аналога рассмотрен "Ротационный компрессор" по а.с. SU N 1135923 A 23.09.85 F 04 C 18/356, F 04 C 29/04, изобретение является близким, но не того назначения, т.к. предназначено для сжатия и нагнетания газа, а не жидкости. В конструкции компрессора, например, корпус выполнен сборным из однотипных элементов, расположенных перпендикулярно оси вращения ротора. Наличие сборного корпуса по аналогу (или по заявке сборного полустатора) является общим существенным признаком. Но сборные элементы корпуса по аналогу предназначены для формирования каналов охлаждения и выполнены замкнутыми, а не в виде половины корпуса (как полустаторы заявляемой гидромашины), что не может обеспечить требуемый технический результат с точки зрения регулирования объема рабочей зоны компрессора.

В качестве ближайшего аналога по данной заявке принят лопастной насос двойного действия переменной производительности по а. с. SU N 114355 A, 25.03.59, B 63 N 25/12, так как устройство является аналогичным по назначению. На взгляд авторов, общими существенными признаками являются два признака. Первым существенным признаком является то, что статор состоит из двух полустаторов. Вторым общим существенным признаком является наличие синхронизирующего устройства перемещений полустаторов (по прототипу это пальцы и поворотная кулиса). В ближайшем аналоге целью изобретения является регулирование производительности и изменение направления потока жидкости при неизменных направлении и частоте вращения ротора. Т.е. вопросы КПД и технологичности конструкции полустаторов проработаны в меньшей степени.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение коэффициента полезного действия гидромашины, расширение ее технологических возможностей и обеспечения технологичности конструкций деталей сборного статора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в пластинчатой регулируемой гидромашине двойного действия, содержащей подвижные полустаторы, соединенные между собой, поверхности сопряжения полустаторов выполнены в виде лабиринтов, при этом полустаторы выполнены сборными, состоящими, как минимум, из двух Г-образных пластин, при этом короткие стороны пластин образуют рабочие зоны полустаторов, а длинные являются направляющими элементами, расположенными поочередно с верхней и нижней сторон полустатора.

По форме сопряжения полустаторы выполняются таким образом, чтобы по рабочим поверхностям, по которым перемещаются пластинки, происходило перекрытие одного полустатора с другим в осевом направлении, образуя таким образом лабиринт. Оба сопряжения полустаторов расположены вне рабочих зон гидромашины в любом случае, что приведет к уменьшению утечек жидкости и, следовательно, к повышению КПД, будь то насос или гидродвигатель, т.к. рабочая жидкость в зонах сопряжения находится при минимальном давлении. При этом элементы одного полустатора в осевом направлении перекрывают другой полустатор, организуя таким образом не менее одной пары сопрягаемых поверхностей полустаторов. При работе насоса или двигателя пластинки при любом направлении вращения переходят с одного полустатора на другой без заклинивания, т.к. прерывания рабочей поверхности, по которой перемещаются пластинки, выполняются разнесенными по углу поворота ротора. Такая возможность позволяет производить реверсирование гидромашины, что особенно важно для гидродвигателя и, следовательно, расширяет ее технологические возможности. Выполнение полустатора сборным, состоящим из Г-образных пластин, упрощает технологический процесс изготовления полустатора, что свидетельствует о технологичности конструкций сборного полустатора.

На фиг. 1 представлен вариант сборного статора с формированием лабиринта. На фиг. 2 представлен вариант сборного статора с сопряжением в виде "ласточкиного хвоста". На фиг. 3 изображен сборный статор, состоящий из сборных полустаторов, выполненный из Г-образных пластин. Фиг. 4 представляет вариант конструкции пластинчатой регулируемой гидромашины двойного действия.

На фиг. 1 и 2 представлены два варианта выполнения сопряжений полустаторов, принцип работы которых одинаков и дан при описании следующей фигуры.

На фиг. 3 представлен вариант конструкции сборного статора, который формирует правую и левую рабочие зоны гидромашины. Как отмечалось выше, с целью упрощения изготовления полустаторов последние выполнены сборными, состоящими, как минимум, из двух Г-образных пластин каждый. В представленной конструкции полустатора таких пластин четыре. Короткие стороны пластин образуют рабочие зоны полустаторов, а длинные являются направляющими элементами для пластин ротора при их переходе из одной рабочей зоны в другую. В единое целое полустатор сформирован из четырех пластин с помощью неразъемного соединения (например, заклепочное, как в данном случае). При сборке Г-образных пластин перед клепкой направляющие элементы пластин располагают поочередно с верхней и нижней сторон полустатора. При сборке обоих полустаторов направляющие элементы одного полустатора входят в соответствующие пазы между направляющими элементами другого полустатора как в верхней части статора, так и в нижней. В результате формируется общий замкнутый контур рабочей поверхности статора, имеющий возможность смещения одного полустатора относительно другого в продольном направлении. Таким образом полностью исключает утечки жидкости по поверхностям сопряжения. Ограничителем смещения полустаторов в поперечном направлении является корпус гидромашины, а в продольном направлении смещение полустаторов обеспечивает механизм регулирования при условии синхронизации смещения полустаторов. Переход пластинок из одной рабочей камеры в другую при вращении ротора по местам сопряжения полустаторов без заклинивания обеспечивается за счет того, что каждое сопряжение полустаторов по ширине имеет прерывание, равное его половине, и пластинки переходят из камеры в камеру поочередно по поверхностям полустаторов, не имеющим прерываний по данному сопряжению.

На фиг. 4 представлен пример конструкции экспериментальной регулируемой гидромашины двойного действия. Корпус машины сформирован двумя вертикальными боковыми стенками 1, двумя горизонтальными стенками 2, передней 3 и задней 4 плитами. На задней плите крепится корпус подшипникового узла 5, в котором на двух подшипниках расположен вал-ротор 7. Для уменьшения утечки рабочей жидкости между валом и корпусом предусмотрен уплотнительный элемент 8. В роторе 7 выполнены двенадцать радиальных пазов для пластинок 9. Рабочие зоны гидромашины организуют два подвижных полустатора 10. Каждый из полустаторов через шарниры 11 соединен с двумя тягами 12. Представленный вариант конструкции гидромашины работает в режимах ручного или автоматического управления с рычажной системой смещения полустаторов. На передней плите корпуса гидромашины выполнены отверстия 13 для подвода жидкости под давлением с целью поджатия пластинок к полустаторам при малых частотах вращения ротора, два выходных 14 и два сливных отверстия 15 соответственно для подвода и отвода рабочей жидкости в рабочие зоны гидромашины, а также два дренажных отверстия 16, которые предназначены для отвода жидкости, поступившей в пространство между корпусом и полустаторами через зазоры.

Одним из основных условий работы данной конструкции гидромашины является условие соблюдения равенства рабочих объемов той и другой рабочих зон. Это условие будет соблюдено только в том случае, при котором величине смещения одного полустатора будет соответствовать такое же смещение другого полустатора относительно оси вращения ротора гидромашины. Выполнение такого условия обеспечивает устройство синхронизации движения полустаторов. Устройства синхронизации конструктивно могут быть выполнены различными: механическими (например, рычажные), гидравлическими, с ручным или автоматическим управлением. На фиг. 4 устройство синхронизации условно не показано.

Работа гидромашины, например, в режиме гидродвигателя, заключается в следующем. При необходимости перехода с меньшей частоты вращения выходного вала на большую необходимо сдвинуть полустаторы на одинаковые расстояния для уменьшения объемов рабочих камер. Уменьшение объемов рабочих камер приводит к увеличению частоты вращения выходного вала, если производительность питающего насоса осталась постоянной.

Изобретение относится к объемным гидромашинам (насосам и гидродвигателям), применяемым в объемном гидроприводе, и позволяет реализовать машинное (объемное регулирование) движение выходного звена. Сопряжения полустаторов выполнены вне рабочих зон гидромашины и представляют собой лабиринт с минимальными зазорами. Переход пластин из одной рабочей камеры в другую при вращении ротора по местам сопряжения полустаторов без заклинивания обеспечивается за счет того, что каждое сопряжение полустаторов по ширине имеет прерывание поверхности, равное ее половине, и пластины переходят из камеры в камеру поочередно по поверхностям полустаторов, не имеющим прерывания поверхностей по данному сопряжению. Полустатор выполнен сборным, состоящим, как минимум, из двух Г-образных пластин, при этом короткие стороны пластин образуют рабочие зоны полустаторов, а длинные являются направляющими элементами, расположенными поочередно с верхней и нижней сторон полустатора. Значительно снижаются утечки рабочей жидкости через места сопряжения полустаторов, повышается КПД гидромашины и ее реверсируемость, упрощается изготовление. 4 ил.

Гидромашина пластинчатая регулируемая двойного действия, содержащая подвижные полустаторы, соединенные между собой, отличающаяся тем, что поверхности сопряжения полустаторов выполнены в виде лабиринтов, при этом полустаторы выполнены сборными, состоящими, как минимум, из двух Г-образных пластин, при этом короткие стороны пластин образуют рабочие зоны полустаторов, а длинные являются направляющими элементами, расположенными поочередно с верхней и нижней сторон полустатора.