ПОРШНЕВАЯ МАШИНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ СОКОЛОВА Российский патент 2009 года по МПК F01B1/08 F01B3/08 F01B9/06 

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

Аналогом заявляемого изобретения является поршневая машина, патент RU №20730992 С1, содержащая корпус с цилиндрической полостью, размещенный в ней поршень-толкатель, который делит цилиндрическую полость на два цилиндра. Поршень-толкатель установлен в полом приводном валу и имеет возможность перемещения вдоль оси вала. Разворот поршня-толкателя ограничен шлицевым соединением его с корпусом. На наружной поверхности поршня-толкателя выполнена замкнутая винтовая канавка, в которой размещены поводки (поводок), кинематически связывающие толкатель с приводным валом.

Аналог работает следующим образом. При приложении крутящего момента к приводному валу поводки, зафиксированные в нем, воздействуют на боковую поверхность винтовой канавки. За счет этого воздействия поршень-толкатель начинает поступательное движение в первом цилиндре из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ), а во втором цилиндре - из ВМТ в НМТ, что вызывает вытеснение рабочего тела через выпускной клапан из первого цилиндра и всасывание его через всасывающий клапан во второй цилиндр. После достижения поршнем-толкателем ВМТ в первом цилиндре происходит переход поводков, связывающих приводной вал с поршнем-толкателем, в реверсивную ветвь его винтовой канавки, и поршень-толкатель начинает обратное движение, в результате которого рабочее тело вытесняется из второго цилиндра и всасывается в первый. После достижения поршнем-толкателем НМТ в первом цилиндре и соответственно ВМТ во втором происходит переход поводков в начальную ветвь винтовой канавки, и цикл перекачки и нагнетания рабочего тела повторяется.

Недостатком аналога является то, что он является одноступенчатой поршневой машиной, что не обеспечивает возможность создания высокого давления нагнетания рабочего тела.

Технической задачей заявляемого устройства является создание компактной поршневой машины, обеспечивающей возможность нагнетания рабочего тела под высоким давлением, с малой его пульсацией, при минимальных энергетических затратах.

Поставленная задача решается тем, что заявляемая поршневая машина содержит корпус, состоящий из двух соосно установленных цилиндров, связанных между собой ступенчатой осью, внутри цилиндров на оси размещен поршень, образующий в цилиндрах рабочие камеры низкого давления, внутри поршня выполнена ступенчатая цилиндрическая полость. Ступень на оси делит эту полость на две рабочие камеры высокого давления. На наружной цилиндрической поверхности поршня выполнена продольная замкнутая винтовая канавка и шлицевое соединение, исключающее проворот поршня внутри корпуса. На поршень надет полый, имеющий возможность вращения в корпусе, приводной диск, в котором зафиксированы поводки, выступающая часть которых находится в замкнутой винтовой канавке. В корпусе, оси и поршне выполнены каналы, которые соединены с рабочими камерами и содержат всасывающие и нагнетательные клапаны.

Благодаря новой совокупности признаков заявляемого изобретения получаем компактную, конструктивно простую, двухступенчатую, 4-х цилиндровую, нематериалоемкую машину, которая обеспечивает возможность создания высокого давления рабочего тела с минимальной пульсацией и с минимальными энергозатратами. Это достигается тем, что в предлагаемой поршневой машине применяется привод с замкнутой продольной винтовой канавкой, выполненной непосредственно на поршне. Поршень имеет двухстороннее действие и непосредственно в нем расположены цилиндры (камеры) второй ступени высокого давления.

На фиг.1 схематично представлен вариант выполнения заявляемой поршневой машины, на фиг.2 - поршень.

Заявляемая поршневая машина содержит корпус 1, который состоит из цилиндров 2 и 3, связанных между собой ступенчатой осью 4. Внутри цилиндров 2 и 3 установлен поршень 5. Поршень 5 в цилиндрах 2 и 3 образует рабочие камеры низкого давления 6, 7. В поршне 5 выполнена ступенчатая цилиндрическая полость, через которую проходит ступенчатая ось 4. Ступень на оси 4 делит цилиндрическую полость в поршне большего диаметра на две рабочие камеры высокого давления 8, 9. Рабочая камера 9 уплотнена втулкой 10. На наружной цилиндрической поверхности поршня 5 выполнена замкнутая продольная винтовая канавка 10, в которой утоплены поводки 11. Поводки 11 зафиксированы в приводном диске 12 и опираются на подшипниковый узел 13, который одновременно является опорой приводного диска 12. Проворот поршня 5 ограничивается шлицевым соединением 14. Перекачка и нагнетание рабочего тела осуществляется через всасывающий канал 15 с всасывающими клапанами 16, 17, перепускные каналы 18, 19 с перепускными клапанами 20, 21 и нагнетательный канал 22 с выпускными клапанами 23, 24.

Заявляемая поршневая машина работает следующим образом. При приложении крутящего момента к приводному диску 12, вызывающего его вращение, приводной диск 12 через поводки 11 воздействует на берега винтовой канавки 10 поршня 5. Так как проворот поршня 5 ограничен шлицевым соединением 14, поршень 5 начинает поступательное движение в цилиндре 2 (камере низкого давления 6) от НМТ к ВМТ, а в цилиндре 3 (камере низкого давления 7) от ВМТ к НМТ. В результате перемещения поршня 5 рабочее тело вытесняется из камеры низкого давления 6 цилиндра 2 и по перепускному каналу 18 через клапан 20 поступает в камеру высокого давления 8. Одновременно рабочее тело по каналу 15 через клапан 17 всасывается в камеру низкого давления 7 цилиндра 3 и вытесняется из камеры высокого давления 9 через клапан 24 в нагнетательный канал 22. После достижения поршнем 5 ВМТ в цилиндре 2 и НМТ в цилиндре 3 поводки 11 переходят в реверсивную ветвь винтовой канавки 10, и поршень 5 начинает обратное поступательное движение в цилиндре 2 от ВМТ к НМТ, а в цилиндре 3 от НМТ к ВМТ. При таком перемещении поршня 5 рабочее тело по каналу 15 через клапан 16 всасывается в камеру низкого давления 6 цилиндра 2. Одновременно рабочее тело нагнетается через перепускной канал 19 и клапан 21 в камеру высокого давления 9 и вытесняется из камеры высокого давления 8 через клапан 23 в нагнетательный канал 22.

После достижения поршнем 5 НМТ в цилиндре 2 и ВМТ в цилиндре 3 поводки 11 переходят в основную ветвь винтовой канавки 10, и поршень 5 вновь меняет направление движения на исходное, и цикл повторяется.

Крутящий момент, прикладываемый к приводному диску, может передаваться за счет любой механической передачи (зубчатой, ременной, цепной, фрикционной) или за счет непосредственной механической связи приводного диска с ротором электродвигателя при монтаже поршневой машины в роторе электродвигателя.

Таким образом, за счет введения новой совокупности существенных признаков можно решить поставленную техническую задачу, вытекающую из современного уровня техники.

Машина предназначена для использования в машиностроении в качестве насоса или компрессора. Машина содержит корпус из двух соосных цилиндров, связанных ступенчатой осью, поршень, имеющий замкнутую винтовую канавку, образующий в цилиндрах рабочие камеры низкого давления и связанный с приводным диском поводками, взаимодействующими с канавкой поршня; внутри поршня выполнена ступенчатая полость в виде двух рабочих камер высокого давления В корпусе, оси и поршне выполнены каналы, соединенные с рабочими камерами, и в них установлены всасывающие и нагнетательные клапаны. Изобретение обеспечивает выполнение машины компактной, конструктивно простой, двухступенчатой, 4-х цилиндровой, с поршнями двухстороннего действия, обеспечивающей возможность создания высокого давления рабочего тела с минимальной пульсацией и с минимальными энергозатратами. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршневая машина высокого давления, характеризующаяся тем, что содержит корпус, состоящий из двух соосно установленных цилиндров, связанных между собой ступенчатой осью, внутри цилиндров на оси размещен поршень, образующий в цилиндрах рабочие камеры низкого давления, внутри поршня выполнена ступенчатая цилиндрическая полость, ступень на оси делит эту полость на две рабочие камеры высокого давления, на наружной цилиндрической поверхности поршня выполнены одна и более продольная замкнутая винтовая канавка и шлицевое соединение, исключающее проворот поршня внутри корпуса, на поршень надет полый, имеющий возможность вращения в корпусе, приводной диск, в котором зафиксированы поводки, выступающая часть которых находится в замкнутой винтовой канавке поршня, в корпусе, оси и поршне выполнены каналы, которые соединены с рабочими камерами и содержат всасывающие и нагнетательные клапаны.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что приводной диск соединен с ротором электродвигателя.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что для нагнетания рабочего тела используются только лишь рабочие камеры высокого давления.