ОСЕВАЯ ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2008 года по МПК F01B3/08 

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения, более конкретно к поршневым насосам, компрессорам, и может быть использовано для перекачки жидкостей или нагнетания газов.

Аналогом заявляемого изобретения является поршневая машина, патент RU №2267012 С1, содержащая полый приводной вал, являющийся одновременно корпусом. В цилиндрической полости приводного вала-корпуса размещены поршни, на наружной поверхности которых выполнена замкнутая винтовая канавка, в которой размещены поводки, кинематически связывающие поршни с приводным валом-корпусом. Приводные поводки поршней зафиксированы в корпусе со смещением относительно друг друга. Поршни одеты на неподвижную центральную ось, при этом проворот поршней относительно оси ограничен шлицевым соединением. Цилиндрическая полость вала корпуса разделена перегородкой и поршнями, которых, как минимум, два, на четыре цилиндра. В оси и корпусе выполнены отверстия и полости, образующие золотниковое устройство, обеспечивающее подачу рабочего тела в цилиндры и вытеснение его из цилиндров по заданному циклу.

Поршневая машина-аналог работает следующим образом. При подаче рабочего тела под давлением в цилиндры поршни начинают перемещаться вдоль оси. При поступательном перемещении поршней происходит воздействие боковой поверхности винтовых канавок, нарезанных на наружной поверхности поршней, на поводки, что вызывает вследствие невозможности проворота поршней (за счет наличия шлицевого соединения их с неподвижной осью) вращательное движение корпуса. Так как поводки поршней зафиксированы в валу-корпусе со смещением, один из поршней достигает крайнего правого положения раньше, останавливается, а за счет того, что второй поршень продолжает поступательное движение, вращательное движение вала-корпуса продолжается, поводок первого поршня переходит в реверсивную ветвь его винтовой канавки и он начинает движение в обратную сторону. Одновременно через золотниковое устройство рабочее тело под давлением начинает поступать в цилиндр, в котором поршень совершает реверсивное движение, и он включается в рабочий цикл вращения вала-корпуса. При достижении вторым поршнем крайнего положения происходит его остановка и за счет продолжения рабочего цикла первым поршнем уже поводки второго поршня переходят на реверсивную ветвь канавки и второй поршень начинает движение в обратную сторону. Одновременно через золотниковое устройство начинается подача под давлением рабочего тела в цилиндр за вторым поршнем и он включается в рабочий цикл вращения вала-корпуса. Таким образом, возвратно-поступательное движение поршней, вызываемое давлением на них рабочего тела, преобразуется во вращательное движение вала-корпуса, которое может быть использовано для привода исполнительного механизма.

Аналог может работать в режимах мотора, насоса, компрессора, так как в его основе лежит обратимый механизм преобразования движений возвратно-поступательного во вращательное и наоборот.

Недостатком аналога является то, что в нем поршни динамически не уравновешены, вследствие чего в нем возникают вибрации, а также то, что для управления процессом перекачки и нагнетания рабочего тела используется сложная золотниковая система с каналами малого сечения - высоким сопротивлением движению рабочего тела.

Технической задачей заявляемого устройства является создание компактной, высокопроизводительной, динамически уравновешенной поршневой машины, обеспечивающей малую пульсацию рабочего тела и имеющей минимальное внутреннее сопротивление его движению, возможность работать в режимах насоса и компрессора.

Поставленная задача решается тем, что заявляемая поршневая машина содержит корпус, полый приводной вал, цилиндрические полости корпуса и приводного вала выполнены таким образом, что образуют единую цилиндрическую полость, в которой размещены два поршня, которые делят цилиндрическую полость на три цилиндра. На наружной поверхности поршней выполнены замкнутые продольные винтовые канавки, в которых размещены поводки. Выступающие за пределы винтовых канавок части поводков зафиксированы в корпусе. Поршни соединены с приводным валом шлицевым соединением, обеспечивающим свободное перемещение поршней вдоль оси вала и передачу крутящего момента между ними, на поршнях винтовые канавки и шлицевое соединение выполнены таким образом, что при вращении приводного вала поршни движутся поступательно в противоположные стороны. В корпусе размещены всасывающий и нагнетательный клапаны, в поршнях имеются каналы и клапаны, обеспечивающие перекачку и нагнетание рабочего тела.

Благодаря новой совокупности признаков заявляемого изобретения получаем конструктивно простую, нематериалоемкую машину с поршнями двухстороннего действия, что обеспечивает ей максимальную производительность при заданном объеме цилиндров и минимальную пульсацию рабочего тела, которая может работать как в режиме насоса, так и компрессора. При этом, так как поршни при поступательном движении перемещаются в разные стороны, происходит полное уравновешивание сил инерции, возникающих при их поступательном движении, а прямолинейность движения рабочего тела в заявляемой машине обеспечивает минимальные гидравлические потери в ней при перекачке жидкостей.

На фигурах 1 и 2 схематично представлен вариант выполнения заявляемой осевой поршневой машины при различных положениях поршней.

Заявляемая осевая поршневая машина состоит из корпуса 1. В корпусе размещены полый приводной вал 2 и поршни 3, 4. На поверхности поршней выполнены замкнутые винтовые канавки 5, 6 и продольные пазы 7, 8. Во внутренней полости приводного вала 2 выполнены продольные пазы 9, 10. В корпусе 1 закреплены поводки 11, 12, которые частично погружены в замкнутые винтовые канавки 5, 6 поршней 3, 4. Поршни 3, 4 шлицевыми соединениями, организованными толкателями 13, 14, находящимися в пазах 7, 8 и 9, 10, кинематически связаны с приводным валом 2. Внутренние полости корпуса 1 и приводного вала 2 образуют единую цилиндрическую полость, которая поршнями 3, 4 разделяется на рабочие цилиндры I, II, III.

Управление процессами перекачки и нагнетания рабочего тела осуществляется двумя всасывающими клапанами 15, 16 и двумя нагнетательными клапанами 17, 18. Клапаны 15 и 18 установлены в корпусе 1, клапан 16 - в сквозном канале 19 поршня 3, а клапан 17 - в сквозном канале 20 поршня 4.

Заявляемая осевая поршневая машина работает следующим образом. При приложении крутящего момента к приводному валу 2, вызывающего его вращение, приводной вал 2 через толкатели 13 и 14 вовлекает во вращательное движение поршни 3, 4. При вращении поршней происходит набегание берегов винтовых канавок 5, 6 поршней 3, 4 на поводки 11, 12, что вызывает их поступательное перемещение. Винтовые канавки 5, 6 и продольные пазы 7, 8 выполнены таким образом, что поршни двигаются поступательно в разные стороны, в иллюстрируемом случае (фиг.1) поршни 3, 4 расходятся. За счет вытеснения поршнем 3 рабочего тела из цилиндра I происходит его перетекание из цилиндра I через клапан 16 и канал 19 в цилиндр II. Помимо этого, так как объем цилиндра II в два раза больше объема цилиндра I, в цилиндре II будет возникать разряжение, вызывающее засасывание рабочего тела через клапаны 15 и 16 в него. Одновременно поршнем 4 происходит вытеснение рабочего тела из цилиндра III через клапан 18, т.е. из поршневой машины в нагнетательную систему, например в трубопровод.

При достижении поршнями 3, 4 крайних положений происходит переход поводков 11, 12 в реверсивные ветви винтовых канавок 5, 6, и поршни 3, 4 меняют направление поступательного движения и начинают двигаться навстречу друг другу. При движении поршней 3, 4 навстречу друг другу происходит вытеснение рабочего тела из цилиндра II через канал 20 и клапан 17 в цилиндр III. Так как объем рабочего тела, вытесняемого из цилиндра II, в два раза больше объема цилиндра III, то часть рабочего тела будет вытесняться через клапан 18 из поршневой машины. Одновременно в цилиндре I происходит всасывание рабочего тела через клапан 15. После достижения поршнями 3, 4 крайнего положения происходит переход поводков 11, 12 в ветви винтовых канавок прямого хода и цикл повторяется.

Таким образом происходит перекачка и нагнетание рабочего тела в заявляемой осевой поршневой машине, т.е. она может работать в режимах насоса или компрессора и отвечает поставленной технической задаче.

Машина предназначена для использования в машиностроении в качестве насоса или компрессора для перекачки жидкостей или нагнетания газов. Машина содержит корпус, всасывающие и нагнетательные клапаны, приводной вал, причем цилиндрические полости корпуса и вала образуют единую цилиндрическую полость, в которой размешены два поршня, разделяющие эту полость на три рабочих цилиндра. На наружных поверхностях поршней выполнены замкнутые продольные винтовые канавки, в которых размещены поводки, связывающие поршни с корпусом. Поршни соединены с приводным валом шлицевым соединением, обеспечивающим совместно с винтовыми канавками поступательное движение поршней в противоположные стороны при вращении приводного вала. Машина является компактной, простой, технологичной, имеет высокий КПД, обеспечивает малую пульсацию рабочего тела и является динамически уравновешенной. 2 ил.

Осевая поршневая машина, характеризующаяся тем, что содержит корпус, полый приводной вал, цилиндрические полости корпуса и приводного вала выполнены таким образом, что образуют единую цилиндрическую полость, в которой размещены два поршня, которые делят цилиндрическую полость на три цилиндра, на наружной поверхности поршней выполнены замкнутые продольные винтовые канавки, в которых размещены поводки, выступающие за пределы винтовых канавок части поводков зафиксированы в корпусе, поршни соединены с приводным валом шлицевым соединением, состоящим из толкателей, помещенных в пазах, выполненных в каждом поршне и приводном вале, обеспечивающим свободное перемещение поршней вдоль оси вала и передачу крутящего момента между ними, на поршнях винтовые канавки и шлицевое соединение выполнены таким образом, что при вращении приводного вала поршни движутся поступательно в противоположные стороны, в корпусе размещены всасывающий и нагнетательный клапаны, в поршнях имеются каналы и клапаны, обеспечивающие перекачку и нагнетание рабочего тела.