РОТАЦИОННАЯ МАШИНА С ПОРШНЯМИ И БАРАБАНОМ Российский патент 2013 года по МПК F01B3/00 

Предлагаемое изобретение относится к ротационной машине с поршнями и барабаном типа машин, которые имеют в своем составе:

- корпус, сквозь который проходит вал, неподвижно установленный по отношению к этому коробчатому корпусу;

- толкающую тарелку, установленную с возможностью вращения на валу, имеющем геометрическую ось х-х′;

- качающуюся тарелку, опирающуюся на толкающую тарелку и направляемую при вращательном движении вокруг геометрической оси у-у′ по отношению к толкающей тарелке;

- рычаг реакции, первый конец которого соединен с корпусом, а второй конец соединен с качающейся тарелкой;

- охватывающий сферический вкладыш, жестко соединенный с качающейся тарелкой и шарнирно соединенный с охватываемым сферическим шаровым шарниром, направляемым по отношению к упомянутому валу.

Машина такого типа описана в патентном документе FR 2588617 на имя того же Заявителя и предназначена для осуществления насоса с осевыми поршнями. Внешний двигатель приводит во вращательное движение входной вал устройства, которое обеспечивает преобразование этого вращательного движения в чередующиеся поступательные движения, передаваемые на поршни, располагающиеся параллельно оси вращения упомянутого входного вала.

В этой машине используется качающаяся тарелка, направляемая при помощи сферического вкладыша, надежность которого требует усовершенствования. Действительно, отмечается, что обеспечение полностью удовлетворительным образом смазки этого сферического вкладыша оказывается затруднительным, что оказывает негативное влияние на срок службы данной машины.

Техническая задача данного изобретения главным образом состоит в том, чтобы предложить ротационную машину, обладающую повышенным сроком службы и имеющую возможность быть использованной в составе насоса с осевыми поршнями, предназначенного для разнообразных типов текучих сред и имеющего высокую надежность.

В соответствии с предлагаемым изобретением ротационная машина с поршнями и барабаном рассматриваемого типа отличается тем, что шаровой шарнир содержит охватываемый сферический вкладыш, установленный с возможностью вращения по отношению к валу, а также тем, что эта ротационная машина содержит средство приведения во вращательное движение охватываемого сферического вкладыша вокруг геометрической оси х-х′.

Таким образом, предлагаемое изобретение относится к ротационной машине с поршнями и барабаном, и качающейся тарелкой, установленной на центральном охватывающем сферическом вкладыше, причем эта машина отличается тем, что упомянутый охватывающий вкладыш качается вокруг охватываемого сферического вкладыша, который сам в свою очередь приводится во вращательное движение, с главной целью обеспечения того, чтобы смазка подшипника со сферическим вкладышем становилась такой же легкой и такой же надежной, как и смазка подшипника с цилиндрическим вкладышем.

Средство приведения охватываемого сферического вкладыша во вращательное движение может содержать средство соединения с возможностью вращательного движения этого охватываемого сферического вкладыша с толкающей тарелкой.

Предпочтительным образом толкающая тарелка и охватываемый сферический вкладыш устанавливаются на одной и той же втулке, установленной с возможностью вращения на валу и образующей средство соединения с возможностью вращения.

Эта втулка приводится во вращательное движение при помощи толкающей тарелки, при этом охватываемый сферический вкладыш может быть приведен во вращательное движение при помощи этой втулки посредством шпонок.

Втулка может приводиться во вращательное движение по отношению к валу посредством игольчатых подшипников качения.

Упорный роликовый подшипник, с осями роликов параллельными поверхности опоры качающейся тарелки на толкающую тарелку, может быть расположен между толкающей тарелкой и качающейся тарелкой.

Толкающая тарелка может быть жестко соединена с зубчатым колесом, приводимым в движение при помощи шестерни, жестко соединенной с входным валом.

Предпочтительным образом ось х-х′, вторая ось у-у′ вращения качающейся тарелки по отношению к толкающей тарелке, и третья ортогональная ось z-z′, определяющая возможности вращения охватывающего сферического вкладыша по отношению к охватываемому сферическому вкладышу, сходятся в центре (О) охватываемого сферического вкладыша (10), позволяя, таким образом, обеспечить совершенное уравновешивание на нуле колебательно-вращательного механизма данной машины.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже и не имеющего никакого ограничительного характера описания предпочтительного способа реализации этого изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой схематический вид в вертикальном осевом разрезе ротационной машины в соответствии с предлагаемым изобретением;

Фиг.2 представляет собой схематический вид в разрезе по линии А-А, показанной на фиг.1, ротационной машины, показанной на фиг.1.

Настоящее изобретение, проиллюстрированное на фиг.1 и фиг.2, демонстрирует насос с качающейся тарелкой 15, содержащий корпус 2, сквозь который проходит вал 1, имеющий геометрическую ось х-х' и установленный фиксированным образом по отношению к этому корпусу 2. Корпус 2 содержит крышку 2b, располагающуюся между фланцем 2а и барабаном 25. При этом полый вал 1 удерживается в фиксированном положении в корпусе 2 при помощи резьбового стержня 3 и двух гаек 4 и 5.

Толкающая тарелка 9 устанавливается с возможностью вращения на валу 1. Сторона этой толкающей тарелки 9, обращенная в сторону барабана 25, наклонена под углом, имеющим величину менее 90°, по отношению к оси х-х'. Игольчатые подшипники 7 и 8 обеспечивают радиальное направляющее воздействие на втулку 6. Эта втулка 6 приводится во вращательное движение при помощи тарелки 9 посредством неподвижной шпонки 6а. Упорный подшипник с цилиндрическими роликами 17, вставленный между тарелкой 9 и фланцем 2а коробчатого корпуса 2, позволяет выдерживать осевые усилия.

Зубчатое колесо 11 закреплено на периферийной части тарелки 9 посредством штифта 11а. Входной вал 12, установленный с возможностью вращения по отношению к корпусу 2 параллельно оси 1, содержит шестерню 13, которая находится в зубчатом зацеплении с зубчатым колесом 11.

Качающаяся тарелка 15 жестко соединена с охватывающим сферическим вкладышем 14, шарнирно соединенным с охватываемым сферическим вкладышем 10 с центром О, располагающимся на оси х-х′.

В соответствии с изобретением охватываемый сферический вкладыш 10 приводится во вращательное движение относительно оси х-х′ при помощи втулки 6 посредством скользящей шпонки 6b. Использование шпонки 6b позволяет предотвратить передачу осевых усилий. Сквозь вкладыш 10 проходит втулка 6.

Упорный подшипник 16 с цилиндрическими роликами, геометрическая ось вращения у-у′ которого образует отличный от нуля угол α по отношению к первой оси х-х′, вставляется между качающейся тарелкой 15 и толкающей тарелкой 9. Осевой упор 6с жестко связан с концом втулки 6 и упругие шайбы 6d вставляются между упором 6с и охватываемым сферическим вкладышем 10.

От упора 6с осевые усилия передаются на охватываемый сферический вкладыш 10, на охватывающий сферический вкладыш 14, на качающуюся тарелку 15, а затем на толкающую тарелку 9 посредством упорного роликового подшипника 16. Толкающая тарелка 9 сама упирается в выступ 6е, предусмотренный на конце втулки 6.

Этот выступ 6е также позволяет жестко соединить втулку 6 и толкающую тарелку 9 посредством не показанного крепежного винта. Кроме того, установка толкающей тарелки 9 на втулку 6 осуществляется при помощи стянутого соединения в дополнение к шпонке 6а.

Таким образом, имеется возможность регулировать, при помощи упора 6с, предварительное напряжение в элементах между упором 6с и выступом 6е.

Рычаг 18 реакции (см. фиг.2) устанавливается для того, чтобы воспрепятствовать приведению во вращательное движение качающейся тарелки 15 относительно оси х-х′, обеспечивая при этом возможность ее качания. Первый конец рычага 18 реакции шарнирно соединен с корпусом 2, а второй его конец шарнирно связан с качающейся тарелкой 15.

Рычаг 18 реакции шарнирно закреплен в нижнем сферическом вкладыше 23, неподвижно установленном в корпусе насоса и в верхнем сферическом вкладыше 24, неподвижно установленном на качающейся тарелке 15.

В том случае, когда входной вал 12 вращается, рычаг 18 реакции противодействует вращению качающейся тарелки 15, которая, таким образом, направляется в движении качания при помощи толкающей тарелки 9.

Для каждого поршня (не показаны) рычаг 19 соединен с качающейся тарелкой 15 при помощи сферического вкладыша 21. Рычаг 19 соединен при помощи вкладыша 20 с ползуном 22, на котором неподвижно установлен поршень (не показан) насоса. Таким образом, этот поршень приводится в чередующееся прямолинейное движение по отношению к барабану 25, что позволяет обеспечить работу насоса.

Функционирование осуществляется следующим образом. Входной вал 12 приводит во вращательное движение шестерню 13. Эта шестерня 13 входит в зубчатое зацепление с колесом 11, которое приводит во вращательное движение толкающую тарелку 9 посредством штифтов 11а. Толкающая тарелка 9 приводит во вращательное движение втулку 6 посредством шпонки 6а.

Втулка 6 приводит во вращательное движение охватываемый сферический вкладыш 10.

Качающаяся тарелка 15 опирается на наклонную поверхность толкающей тарелки 9 посредством упорного подшипника с цилиндрическими роликами 16. При этом охватывающий сферический вкладыш 14, жестко соединенный с тарелкой 15, скользит на охватываемом сферическом вкладыше 10, приводимом во вращательное движение.

Охватывающий сферический вкладыш 14 приводится в колебательное движение, тогда как охватываемый сферический вкладыш 10 приводится во вращательное движение вокруг оси х-х'. Таким образом, смазка охватываемого и охватывающего сферических вкладышей 10 и 14 здесь так же легка и так же надежна для того, чтобы гарантировать удовлетворительную смазку цилиндрического вкладыша, поскольку точка охватывающей сферы по отношению к точке охватываемой сферы описывает геометрическое место в соответствии с "ползущей синусоидальной траекторией" с высокой и постоянной линейной скоростью, что оказывает положительное влияние на срок службы данной машины.

Ось z-z' является ортогональной по отношению к оси у-у' и определяет вместе с ней возможности вращения охватывающего сферического вкладыша 14 по отношению к охватываемому сферическому вкладышу 10.

Следует отметить, что оси х-х', у-у' и z-z' в данном случае определенно сходятся в центре О, что обеспечивает, таким образом, совершенное качание относительно этой точки О и обеспечивает, таким образом, совершенное уравновешивание на нуле качающегося и вращающегося механизма данной машины.

Вследствие того, что накачиваемая текучая среда является полностью изолированной от пространства, где располагаются вкладыши 10 и 14, эта текучая среда может быть насыщена твердыми частицами без создания нежелательных последствий для сферических вкладышей. Такая конструкция является особенно перспективной для применения в составе насосов, используемых в процессе бурения скважин, в частности, нефтяных скважин.

Устройство относится к области машиностроения и может быть использовано в составе насосов, используемых в процессе бурения скважин. Машина имеет поршни (22), барабан (26), корпус (2), сквозь который проходит вал (1), имеющий геометрическую ось x-x', вал неподвижно установлен по отношению к корпусу (2), толкающую тарелку (9), установленную с возможностью вращения на валу (1). Качающаяся тарелка (15) опирается на толкающую тарелку (9). Содержит рычаг (18) реакции, первый конец которого шарнирно соединен с корпусом (2), а второй шарнирно соединен с качающейся тарелкой (15). Охватывающий сферический вкладыш (14) жестко соединен с качающейся тарелкой (15) и шарнирно соединен с охватываемым сферическим шаровым шарниром, центрированным на валу (1). Шаровой шарнир содержит охватываемый сферический вкладыш (10), устанавливаемый с возможностью вращения по отношению к валу (1). Машина содержит средство приведения во вращательное движение охватываемого сферического вкладыша (10) вокруг геометрической оси x-x'. Повышается срок службы. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ротационная машина с поршнями (22) и барабаном (26), имеющая в своем составе корпус (2), сквозь который проходит вал (1), имеющий геометрическую ось x-x' и неподвижно установленный по отношению к упомянутому коробчатому корпусу (2), толкающую тарелку (9), установленную с возможностью вращения на валу (1), качающуюся тарелку (15), которая опирается на толкающую тарелку (9), рычаг (18) реакции, первый конец которого шарнирно соединен с корпусом (2), а второй его конец шарнирно соединен с качающейся тарелкой (15), охватывающий сферический вкладыш (14), жестко соединенный с качающейся тарелкой (15) и шарнирно соединенный с охватываемым сферическим шаровым шарниром, центрированным на валу (1), отличающаяся тем, что шаровой шарнир содержит охватываемый сферический вкладыш (10), устанавливаемый с возможностью его вращения по отношению к валу (1), а также тем, что ротационная машина содержит средство приведения во вращательное движение упомянутого охватываемого сферического вкладыша (10) относительно геометрической оси x-x'.

2. Ротационная машина по п.1, отличающаяся тем, что средство приведения охватываемого сферического вкладыша (10) во вращательное движение содержит средство соединения с возможностью вращения этого охватываемого сферического вкладыша (10) с толкающей тарелкой (9).

3. Ротационная машина по п.2, отличающаяся тем, что толкающая тарелка (9) и охватываемый сферический вкладыш (10) установлены на одной и той же втулке (6), установленной с возможностью вращения на валу (1) и образующей средство соединения с возможностью вращения.

4. Ротационная машина по п.3, отличающаяся тем, что втулка (6) приводится во вращательное движение при помощи толкающей тарелки (9), а также тем, что охватываемый сферический вкладыш (10) приводится во вращательное движение при помощи этой втулки (6) посредством соответственно шпонок (6a) и (6b).

5. Ротационная машина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что втулка (6) приводится во вращательное движение по отношению к валу (1) посредством игольчатых подшипников качения.

6. Ротационная машина по п.1, отличающаяся тем, что упорный роликовый подшипник (17) с осями роликов, параллельными поверхности опоры качающейся тарелки (15) на толкающую тарелку (9), располагается между толкающей тарелкой (9) и качающейся тарелкой (15).

7. Ротационная машина по п.1, отличающаяся тем, что толкающая тарелка (9) жестко соединена с зубчатым колесом (11), приводимым в движение при помощи шестерни (13), жестко соединенной с входным валом (12).

8. Ротационная машина по п.1, отличающаяся тем, что ось x-x', вторая ось у-у' вращения качающейся тарелки по отношению к толкающей тарелке и третья ортогональная ось z-z', определяющая возможности вращения охватывающего сферического вкладыша (14) по отношению к охватываемому сферическому вкладышу (10), сходятся в центре (O) охватываемого сферического вкладыша (10), позволяя таким образом обеспечить совершенное уравновешивание на нуле колебательно-вращательного механизма данной машины.