ПЛУНЖЕРНЫЙ ГАЗОГИДРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК F16C1/10 F16H1/00 

Изобретение относится к области нефтяного и газового машиностроения и может быть использовано в качестве силового привода систем автоматического управления запорной и регулирующей арматурой магистральных газонефтепроводов высокого и низкого давления.

Эффективность транспортировки нефти и газа по трубопроводам определяется эксплуатационными характеристиками применяемых технических средств. Силовые приводы запорной и регулирующей арматуры, в частности газогидравлические двигатели, содержащие в качестве ведущего звена распределитель, вращение которого осуществляется маломощным двигателем, имеют низкую надежность.

Известен волновой пневмогидродвигатель [SU а.с. №1198285, "Волновой пневмогидродвигатель", опубл. в бюлл. №46, 1985], выполненный в виде корпуса с размещенными в нем жестким и гибким зубчатыми колесами, волнообразователем с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен вращающийся распределитель в виде валика с полостями подачи и слива рабочего тела.

Недостатком такого привода является необходимость применения в конструкции привода распределителя, что снижает его надежность.

Известен гидромеханический волновой генератор [SU а.с. №885654, опубл. в бюлл. №44, 1981], в котором цилиндрический валик распределителя снабжен винтовыми лопастями, выполненными на его торцах.

Недостатком такого генератора является то, что для получения вращательного движения распределителя используется только кинетическая энергия рабочего тела. Это сужает диапазон регулирования скорости привода и затрудняет управление двигателем. Кроме того, для создания требуемого крутящего момента на валу распределителя необходим большой расход рабочего тела.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является плунжерный газогидравлический двигатель ["Плунжерный газогидравлический двигатель", патент RU №2278979, опубл. бюлл. №18, 2006], содержащий подвижное жесткое зубчатое колесо и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен с возможностью вращения распределитель в виде вала с полостями подачи и слива рабочего тела. Колесо выполнено в виде кольца-сепаратора, в пазах которого размещены с возможностью радиального перемещения призматические плунжеры, а в симметричные пазы плунжеров установлен нерастяжимый гибкий элемент с одинаковым поперечным сечением.

Недостатком такого привода является низкая надежность, а также необходимость применения дополнительного двигателя распределителя.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличения надежности работы плунжерного газогидродвигателя за счет смещения полостей высокого давления в противоположных окружных направлениях.

Поставленная задача решается тем, что в плунжерном газогидродвигателе, содержащем подвижное жесткое зубчатое колесо и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен с возможностью вращения распределитель в виде вала со смещенными относительно его оси симметрии в противоположных окружных направлениях полостями подачи рабочего тела, причем полости подачи рабочего тела выполнены в два ряда, и в каждом ряду полости смещены в противоположных окружных направлениях.

На фиг.1 изображено поперечное сечение плунжерного газогидродвигателя в рабочем положении, когда давление рабочего тела действует на поршни.

На фиг.2 показано осевое сечение плунжерного газогидродвигателя в рабочем положении.

На фиг.3 показано поперечное сечение распределителя.

Плунжерный газогидродвигатель содержит зубчатую муфту 1, жестко закрепленную на генераторе волн 2 с равномерно расположенными по окружности цилиндрами 3 с установленными в них поршнями 4, в проточки которых вставлены уплотнения 5, и радиальными каналами 6, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием 7, в котором установлен с возможностью вращения распределитель 8 в виде вала с симметричными полостями слива 9 и двумя рядами смещенных относительно оси симметрии распределителя в противоположных окружных направлениях полостями подачи, выполненными в виде канавок 10, причем в разных рядах канавки 10 смещены в противоположных окружных направлениях. В стенках центрального отверстия 7 выполнены кольцевая проточка 11 и осевые каналы 12, сообщающие кольцевую проточку 11 с радиальными каналами 6 в момент подачи в них рабочего тела.

Подвижное жесткое зубчатое колесо 13 соединяется с плунжерами 14 зубчатой муфтой 1. Плунжеры 14 равномерно расположены по окружности и фиксируются от угловых перемещений друг относительно друга кольцом-сепаратором 15, который жестко закреплен на зубчатой муфте 1, и от осевых перемещений - крышками корпуса, роль которых выполняют зубчатые муфты 1. В пазы плунжеров 14 установлены гибкие нерастяжимые элементы с одинаковым поперечным сечением 16, рабочее тело подводится через штуцер подачи 17, коллектор 18 и осевые каналы 12.

Плунжерный газогидродвигатель работает следующим образом.

При подводе рабочего тела из магистрали высокого давления (не показана) через штуцер 17, коллектор 18, осевые каналы 12, кольцевую проточку 11, канавки 10 распределителя 8, радиальные каналы 6 в цилиндры 3 поршни 4 совершают возвратно-поступательное движение и деформируют гибкие нерастяжимые элементы 16 с установленными на них плунжерами 14, которые под действием поршней, вступают в контакт с подвижным жестким зубчатым колесом 13 и зубчатой муфтой 1 и создают две диаметрально противоположные зоны зацепления, расположенные в одной плоскости.

При подаче рабочего тела в кольцевую проточку 11, а затем в канавки 10 распределитель 8 под действием момента сил, возникающего из-за несимметричности расположения в окружном направлении боковых поверхностей канавок 10, приводится в одностороннее вращательное движение. Направление его вращения определяется тем, в какой коллектор 18 (правый или левый) подается рабочее тело. Подвижное жесткое зубчатое колесо 13 начинает совершать вращательное движение с угловой скоростью, определяемой передаточным числом плунжерной передачи двигателя. Плунжеры 14, оказавшиеся в зоне слива, воздействуют на поршни 4 силой деформации гибких нерастяжимых элементов 16, которые освобождают цилиндры 3 от рабочего тела через радиальные каналы 6, полости слива 9 и центральное отверстие 19 распределителя 8 в магистраль низкого давления (не показана).

В настоящий момент испытания плунжерного газогидродвигателя находятся в стадии экспериментальных исследований. Результаты предварительных испытаний показывают, что крутящий момент на валу распределителя, возникающий из-за несимметричности расположения полостей подачи рабочего тела, достаточен для приведения его во вращение.

Изобретение относится к нефтяному и газовому машиностроению и может быть использовано в качестве силового привода систем автоматического управления запорной регулирующей арматурой магистральных газонефтепроводов. Плунжерный газогидродвигатель содержит подвижное жесткое зубчатое колесо (13) и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн (2) с равномерно расположенными по окружности цилиндрами (3) и радиальными каналами (6), соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием (7). В центральном отверстии (7) установлен распределитель (8) в виде вала со смещенными относительно его оси симметрии в противоположных окружных направлениях полостями подачи рабочего тела. Полости подачи рабочего тела выполнены в два ряда. В каждом ряду полости смещены в противоположных окружных направлениях. Такое выполнение позволяет увеличить надежность работы плунжерного газогидродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Плунжерный газогидродвигатель, содержащий подвижное жесткое зубчатое колесо и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен с возможностью вращения распределитель в виде вала с полостями подачи и слива рабочего тела, отличающийся тем, что полости подачи рабочего тела распределителя выполнены смещенными относительно его оси симметрии в противоположных окружных направлениях.2. Плунжерный газогидродвигатель по п.1, отличающийся тем, что полости подачи рабочего тела выполнены в два ряда, причем в каждом ряду полости смещены в противоположных окружных направлениях.