НАСОСНАЯ ИЛИ КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2018 года по МПК F04C2/63 F04C18/63 F04C15/06 F04C28/14 F04C29/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение относится собой к насосу или компрессорной установке, которая может использоваться для сжатия или ускорения потока текучей среды, такой как воздух, газ, газовые среды и/или жидкость. В частности, изобретение относится к насосу и/или компрессору, включающему блок качающихся рычагов для преобразования вращательного движения ведомого вала равнопротивоположное колебательное движение сопряженных лопастных элементов, тем самым обеспечивая одновременный впуск и выпуск текучей среды. Изобретение включает также блок для преобразования вращательного движения ведомого вала в колебательное движение лопастных элементов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] В большинстве своем насосы и компрессоры используют механическое действие для того, чтобы заставить впускаемую текучую среду засасываться в систему для увеличения ее скорости, которая затем преобразуется в давление или, альтернативно, в работу насоса.

[003] Как правило, компрессоры и насосы на основе поршня, соединенного с кривошипом, имеют поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в цилиндре, и возвратно-поступательное движение приводит к перекачке текучей среды, переходящей в цилиндр. Насос, как правило, оснащается электроприводом, например, электродвигателем или даже в некоторых случаях двигателями внутреннего сгорания и т.п.

[004] Как хорошо известно специалистам из соответствующей области техники, одним из недостатков такого типа насоса является то, что перекачка осуществляется только при сжатии поршня. Когда поршень опускается, перекачки не происходит, поскольку в ходе опускания поршня происходит всасывание дополнительной текучей среды в цилиндр или корпус.

[005] Следовательно, 50% действия поршня не приводит к перекачке.

[006] С такими конструкциями существует множество других проблем, не самая маловажная из которых заключается в том, что поршень имеет короткий ход, и это приводит к увеличенному износу и разрыву насоса. Как следует ожидать, данные типы поршневых насосов, как правило, характеризуются повышенным уровнем шума, что делает их непригодными для многих областей применения.

[007] Несмотря на наличие альтернатив поршневым насосам и компрессорам, в большинстве своем это ротационные объемные конструкции, как правило, оснащенные радиальными лопастями, приводимыми в движение электродвигателем. Данные виды насосов и компрессоров засасывают текучую среду из атмосферы через впускное отверстие, направленное в напорный бак через клапан минимального давления, открывающийся только при достижении заданного минимального давления внутри компрессорной установки или насосного устройства.

[008] Одним из основных недостатков ротационных объемных компрессорных и насосных устройств является система управления работой, которая означает, что работа электродвигателя приостанавливается, когда давление достигает верхнего предельного значения. Хотя это может сократить потери электроэнергии и улучшить рабочие параметры конструкции, поскольку двигатель запускается снова и снова из стационарного состояния, когда давление падает, в дальнейшем невозможно быстро подать сжатый воздух или выполнить перекачку в случае необходимости.

[009] Настоящий заявитель является владельцем международной патентной заявки № PCT/AU 2010/001515 «Fluid compressor or pump apparatus» касающейся конструкции, в которой преодолены некоторые из вышеупомянутых проблем. Несмотря на ее эффективность, признается необходимость в дальнейшем совершенствовании насосной и/или компрессорной установки.

[010] Поэтому целью настоящего изобретения является разработка компрессорного и/или насосного устройства, в которых преодолены по меньшей мере некоторые из вышеупомянутых недостатков. Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после ознакомления с полным текстом описания.

[011] Начиная с этого места и далее по тексту настоящего описания изобретения слово «сжатие» может относиться к сжатию жидкости, поэтому, хотя устройство, описываемое в настоящем изобретении, может относиться к сжатию текучей среды, специалисты в соответствующей области техники должны понимать, что указываемое устройство в равной степени способно перекачивать текучую среду. Кроме того, ссылка на слово «текучая среда» включает в себя воздух, газ, газовые смеси, жидкости или любую другую среду, которая может потребовать сжатия и/или перекачки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[012] В соответствии с одним из аспектов настоящее изобретение представляет собой устройство для перекачки или сжатия текучей среды, отличающееся камерой, включающей в себя впуск и выпуск, противостоящие передний и задний лопастные элементы, расположенные внутри упомянутой камеры, при этом каждый лопастной элемент включает в себя по меньшей мере один аксиально проходящий лопастной сегмент и по меньшей мере один расположенный радиально открытый сегмент, предназначенный для приема лопастного сегмента противостоящего лопастного элемента, где соседние лопастные сегменты сопряженных лопастных элементов образуют радиальные отсеки в промежутке между друг другом; средством для создания равнопротивоположного вращательного колебания вокруг оси переднего и заднего лопастных элементов таким образом, чтобы соседние лопастные сегменты совершают колебания одновременно в направлении навстречу друг другу и друг от друга, тем самым создавая эффект мембраны, засасывающей текучую среду в камеру через впуск и отводящей текучую среду из камеры через выпуск.

[013] Предпочтительно такая конструкция предназначена механизма, в котором текучая среда может непрерывно впускаться и затем выпускаться из камеры сжатия.

[014] В варианте осуществления изобретения передний лопастной элемент включает в себя впускные отверстия для впуска текучей среды в каждый радиальный отсек, а задний лопастной элемент включает в себя выпускные отверстия для выпуска текучей среды из каждого радиального отсека.

[015] В варианте осуществления изобретения впускные и выпускные отверстия представляют собой ряд отверстий, имеющихся в основании каждого из переднего и заднего лопастных элементов.

[016] В варианте осуществления изобретения каждое впускное отверстие в радиальном отсеке включает в себя клапан одностороннего действия, выполненный так, чтобы закрываться, когда соседние лопастные сегменты перемещаются навстречу друг другу, тем самым сжимая и выпуская сжатую текучую среду, и открываться, когда соседние лопастные сегменты перемещаются в направлении друг от друга на достаточное расстояние, чтобы впустить текучую среду в отсеки.

[017] В варианте осуществления изобретения упомянутые клапаны одностороннего действия выполнены в форме пластинчатых клапанов.

[018] В варианте осуществления изобретения каждое выпускное отверстие в радиальном отсеке включает в себя клапан одностороннего действия, выполненный так, чтобы? по меньшей мере частично открываться, когда соседние лопастные сегменты перемещаются навстречу друг другу, тем самым сжимая и выпуская сжатую текучую среду, и закрываться, когда соседние лопастные сегменты перемещаются в направлении друг от друга на достаточное расстояние, чтобы впустить текучую среду в отсеки.

[019] В варианте осуществления изобретения устройство дополнительно включает в себя приводную часть, несущую вращающийся ведомый вал в рабочей связи с участком сжатия, включающим в себя упомянутую камеру.

[020] В варианте осуществления изобретения упомянутая приводная часть представляет собой электродвигатель.

[021] В варианте осуществления изобретения упомянутое средство создания колебаний представляет собой узел качающихся рычагов, приспособленный для преобразования вращательного движения ведомого вала в возвратно-поступательное колебательное движение переднего и заднего лопастных элементов.

[022] В варианте осуществления изобретения упомянутый узел качающихся рычагов включает в себя передний качающийся рычаг и задний качающийся рычаг, расположенные в направлении вперед и назад от упомянутых переднего и заднего лопастных элементов соответственно, при этом каждый качающийся рычаг имеет отверстие для размещения ведомого вала и взаимодействующих с ним.

[023] В варианте осуществления изобретения каждый качающийся рычаг перемещается таким образом, что его нижние концы могут поворачиваться вокруг общей оси поворота, расположенной вокруг оси ведомого вала в маятниковом движении, при этом упомянутое движение осуществляется посредством контакта между вращающимися передними и задними эксцентриковыми кулачками, и внутренним краем каждого из упомянутых отверстий.

[024] В варианте осуществления изобретения горизонтальный размер каждого отверстия таков, что соответствующий эксцентриковый кулачок контактирует с внутренним краем с каждой стороны отверстия, и тем самым обеспечивает качательное движение качающегося рычага при вращении ведомого вала.

[025] В одном из вариантов осуществления изобретения передние и задние эксцентриковые кулачки расположены радиально противоположно таким образом, что вращение ведомого вала заставляет передний и задний качающиеся рычаги перемещаться в равнопротивоположных направлениях.

[026] В варианте осуществления изобретения передний и задний качающиеся рычаги включают в себя направленные внутрь плечи рычага, выполненные так, чтобы качаться в унисон с качающимися рычагами посредством шарнирного соединения на своих соответствующих нижних концах, при этом верхние концы каждого плеча рычага вращаются вокруг оси ведомого вала и соединены с упомянутыми передним и задним лопастными элементами для обеспечения их равнопротивоположного вращательного колебания.

[027] В варианте осуществления изобретения верхний конец каждого плеча рычага имеет внутренние шлицы и приспособлен для сопряжения со шлицевым кольцом, соединенным с каждым лопастным элементом.

[028] В варианте осуществления изобретения упомянутая камера включает в себя основной корпус, в котором размещаются упомянутые передний и задний сопряженные лопастные элементы, передний корпус, в котором размещается упомянутый передний качающийся рычаг, и задний корпус, в котором размещается упомянутый задний качающийся рычаг.

[029] В варианте осуществления изобретения упомянутая камера также включает в себя передние и задние пластины, расположенные между передним и основным корпусами и основным и задним корпусами соответственно, где впускная камера находится между упомянутой передней пластиной и передним лопастным элементом, а выпускная камера находится между упомянутым задним лопастным элементом и задней пластиной.

[030] В варианте осуществления изобретения, упомянутые впуск и выпуск камеры имеют форму щелей в упомянутом основном корпусе, проходящих в каждую из упомянутых впускной и выпускной камер соответственно.

[031] В варианте осуществления изобретения каждый противостоящий и сопряженный передний и задний лопастной элемент включает в себя пять радиально расположенных и аксиально проходящих лопастных сегментов, между которыми формируются открытые участки для приема противостоящих лопастных сегментов и обеспечения их вращения, тем самым формируя десять радиальных отсеков таким образом, что каждый полный оборот ведомого вала обеспечивает перемещение каждого качающегося рычага в одном направлении, и в это время пять отсеков засасывают текучую среду, и пять отсеков выпускают текучую среду.

[032] Поэтому качание переднего и заднего качающихся рычагов посредством эксцентриковых кулачков вызывает качание нижних концов каждого плеча рычага, что в свою очередь вызывает колебания переднего и заднего лопастных элементов в равнопротивоположных направлениях относительно друг друга.

[033] За счет использования узла качающихся рычагов каждый лопастной элемент вращается туда и обратно относительно другого элемента, создавая эффект мембраны, которая может обеспечить как эффект всасывания или вакуума, так и перекачивающее действие одновременно с этим.

[034] В то время как один край лопастных сегментов перемещается вверх относительно края соседнего лопастного сегмента, сжимая воздух, другая сторона сегмента фактически впускает находящуюся там текучую среду в этот конкретный радиальный отсек за счет открытия впускных отверстий, что тем самым обеспечивает впуск находящейся там текучей среды в радиальный отсек.

[035] Тем не менее, на другой стороне лопастного элемента, впускное отверстие которого перекрыто сегментом, не происходит впуска текучей среды, но текучая среда, находящаяся внутри данного отсека, сжимается и поэтому не имеет другой альтернативы кроме выхода из данного отсека через клапан одностороннего действия.

[036] Как видно, у множества таких радиальных отсеков имеется одновременно способность обеспечения не только эффекта всасывания или вакуумирования для впуска текучей среды, но также и способность фактического нагнетания текучей среды в ограниченное пространство с последующим выпуском ее из камеры за счет использования клапана одностороннего действия.

[037] Поэтому, когда лопастные элементы совершают колебательные движения и вращаются назад и вперед посредством блока качающихся рычагов таким образом, что некоторые сегменты перемещаются в направлении навстречу друг другу, а другие сегменты - в направлении друг от друга, и это означает, что со стороны лопастного сегмента, в направлении которого увеличивается шаг внутри отсека, текучая среда может вбираться или всасываться в камеру, и тогда, соответственно, с другой стороны, где лопастной элемент поднимается относительно другого лопастного элемента, образуемая сжатая текучая среда может быть выпущена.

[038] Предпочтительно, чтобы уровни давления при впуске и выпуске можно было задавать посредством настройки впускных и выпускных клапанов одностороннего действия, что означает, что после сжатия текучей среды до необходимого уровня ее можно выпускать.

[039] Поэтому для каждого цикла равнопротивоположное движение переднего и заднего лопастных элементов обеспечивает или дает возможность текучей среде попасть во впускные отверстия, которые не перекрыты задними лопастными сегментами, и нагнетает и отводит текучую среду из выпускных отверстий, которые не перекрыты передними лопастными сегментами.

[040] В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение включает в себя узел для преобразования вращательного движения входного вала в колебательное движение первого и второго сопряженных лопастных элементов, используемых для перекачки и/или сжатия текучей среды при помощи упомянутого движения. При этом узел включает в себя первый качающийся рычаг и второй качающийся рычаг, расположенные в направлении движения вперед и движения назад от упомянутых первого и второго сопряженных лопастных элементов соответственно, при этом каждый качающийся рычаг и лопастной элемент включают в себя соосное отверстие для размещения входного вала, и каждый качающийся рычаг поворачивается вокруг общей оси поворота, расположенной вокруг оси входного вала,

эксцентриковые кулачки, связанные с входным валом и расположенные таким образом, что каждый эксцентриковый кулачок контактирует с внутренним краем отверстий качающегося рычага, тем самым создавая маятниковое движение качающихся рычагов вокруг упомянутой общей оси при вращении входного вала, при этом упомянутые эксцентриковые кулачки расположены радиально противоположно таким образом, что вращение входного вала заставляет качающиеся рычаги перемещаться в равнопротивоположных направлениях; и

плечи рычагов, соединенные с каждым качающимся рычагом и выполненные так, чтобы перемещаться практически в унисон с качающимися рычагами посредством шарнирного соединения на их соответствующих нижних краях, при этом верхние края каждого плеча рычага вращаются вокруг оси ведомого вала и функционально соединяются с упомянутыми первым и вторым сопряженными элементами для обеспечения их равнопротивоположного вращательного колебания.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[041] Вышеупомянутые и другие цели, характеристики и преимущества настоящего изобретения можно увидеть в нижеследующем подробном описании предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения в сочетании с сопроводительными чертежами. На чертежах:

фиг. 1 показывает вид спереди в перспективе и различные дополнительные виды жидкостной насосной установки в сборе в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения,

фиг. 2 показывает вид спереди насосной установки в перспективе, изображенной на фиг. 1, со снятыми передним и задним элементами корпуса; виден узел качающихся рычагов, настроенных в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения,

фиг. 3 показывает вид спереди в перспективе и различные дополнительные виды узла качающихся рычагов, изображенного на фиг. 2,

фиг. 4 показывает вид спереди в перспективе с покомпонентным разделением и различные дополнительные виды заднего качающегося рычага;

фиг. 5 показывает вид спереди внутренних компонентов основного корпуса насосной установки в перспективе, включая передний и задний лопастные элементы, и узел качающихся рычагов, изображенный на фигурах 2-4,

фиг. 6 показывает вид спереди в перспективе и различные дополнительные виды внутренних компонентов основного корпуса, включая передний и задний лопастные элементы, со снятым узлом качающихся рычагов,

фиг. 7 показывает вид спереди в перспективе с покомпонентным разделением переднего и заднего лопастных элементов,

фиг. 8 показывает вид сзади в перспективе с покомпонентным разделением деталей переднего лопастного элемента, включая соединенный с ним пластинчатый клапанный механизм,

фиг. 9 показывает вид сзади в перспективе с покомпонентным разделением заднего лопастного элемента, включая соединенный с ним пластинчатый клапанный механизм,

фиг. 10 показывает вид спереди в перспективе с покомпонентным разделением и различные дополнительные виды основного корпуса насоса и/или компрессора, изображенного на фиг. 1, включая переднюю и заднюю пластины основного корпуса, и

фиг. 11 показывает вид спереди заднего корпуса насосной установки в перспективе, изображенной на фиг. 1.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА (ВАРИАНТОВ) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[042] Ниже приведено подробное описание изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи. Хотя описание включает в себя примеры вариантов осуществления настоящего изобретения, возможны и другие варианты осуществления настоящего изобретения, и в описанные варианты осуществления настоящего изобретения можно вносить изменения, не отклоняясь от сущности и объема настоящего изобретения. По возможности, одинаковые ссылочные позиции используются на всех чертежах и в нижеследующем описании для обозначения одинаковых и аналогичных деталей.

[043] В соответствии с одним из аспектов настоящее изобретение включает в себя узел 10 качающихся рычагов или узел для преобразования вращательного движения в колебательное движение для использования в компрессорном или насосном устройстве 12, а в другом аспекте - представляет собой жидкостное компрессорное или насосное устройство 12, включающее в себя узел качающихся рычагов 10.

[044] Основная часть сжатия жидкостного компрессорного или насосного устройства 12 по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения показана в целом на фиг. 1 в общем виде. Приводная часть устройства 12, используемая для непрерывного вращения входного вала 13, не показана, чтобы было легче разглядеть компоненты части сжатия, а также ввиду того, что такие приводные компоненты, например, электродвигатели и тому подобные механизмы, хорошо известны в рамках существующего уровня техники.

[045] В направлении от передней до задней части устройства 12 включены передний корпус 14, передняя пластина 16, основной корпус 18, образующий основную часть сжатия, задняя пластина 20 и задний корпус 22.

[046] Штыри или болты (не показаны) могут выступать через направляющие отверстия 24, имеющиеся и расположенные соосно в каждом из вышеупомянутых компонентов для соединения компонентов. Как показано на фиг. 10, размещение штифтов 26 также можно использовать в сочетании по меньшей мере с некоторыми из направляющих отверстий 24, чтобы обеспечить сборку каждого элемента с необходимым взаимным выравниванием.

[047] Как стало бы понятно специалистам из соответствующей области техники, штыри или болты (не показаны) включали бы в себя резьбу, приспособленную для навинчивания гаек (не показаны), расположенных на противоположном конце устройства, или же для зацепления с внутренней резьбой в направляющих отверстиях 24. Действительно, сочетание отверстий с внутренней резьбой и концевых гаек можно было бы использовать для фиксации болтов, тем самым надежно соединяя компоненты друг с другом.

[048] Компоненты узла 10 качающихся рычагов показаны более четко на фигурах 2 и 3. Узел включает в себя передний качающийся рычаг 28 и задний качающийся рычаг 30. Входной вал 13 выступает через соответствующие идентичные отверстия 32/34 в каждом из основных частей качающихся рычагов, где осуществляется его зацепление при помощи соответствующих эксцентриковых кулачков 36/38, расположенных внутри отверстий. Размеры эксцентриковых кулачков 36/38 и соответствующих отверстий 32/34 таковы, что кулачки контактируют с внутренними боковыми стенками отверстий для обеспечения их движения при вращении эксцентрикового кулачка.

[049] Каждый качающийся рычаг вращается вокруг неподвижного верхнего шарнирного пальца 40/42. В передней части устройства шарнирная ось 40 выступает наружу из передней пластины 16, а на фиг. 10 четко показано отверстие 43 для ввода пальца. Таким образом, центральная ось, проходящая через каждый палец, определяет ось, вокруг которой вращается каждый качающийся рычаг. Шарнирная ось 42 в задней части устройства аналогичным образом крепится к задней пластине 20. Ось входного вала 13 расположена на достаточном расстоянии от осей поворота качающихся рычагов для обеспечения колебательного движения при вращении входного вала 13, а следовательно и эксцентриковых кулачков 36/38. Эксцентриковые кулачки 36 и 38 размещены вокруг вала 13 радиально противоположно таким образом, что когда вращение вала 13 и кулачка 36 вызывает колебание переднего качающегося узла 28 в одном направлении, кулачок 38 вызывает колебание заднего качающегося узла 30 в равнопротивоположном направлении, что будет более подробно описано ниже.

[050] Каждый качающийся рычаг также включает в себя внутреннее плечо 44/46 рычага, которое вращается относительно соединенного с ним качающегося рычага при помощи второй шарнирной оси 48/50, соединяющей два компонента в их нижних концах. Каждое плечо 44/46 рычага включает в себя отверстие 52/54 с внутренними шлицами на верхнем конце, через которое выступает входной вал 13. Тем самым входной вал 13 образует ось вращения плеч 44/46 рычагов, однако, они не соединены таким образом, чтобы вращение входного вала 13 вызывало вращение плеча рычага. Способ, при помощи которого плечо рычага соединяется на своем верхнем конце с другими компонентами устройства 10, более подробно описывается ниже. В процессе работы плечи 44/46 рычагов совершают колебательные движения аналогично основным частям качающихся рычагов.

[051] На фиг. 4 более подробно показана конструкция второй шарнирной оси 50 и, в частности, то, как шарнирная ось включает в себя направленную назад и проходящую вертикально охватываемую часть 55, приспособленную к введения в соответствующий охватывающий канал 56 на нижнем конце основной части качающегося рычага таким образом, что охватываемая часть 56 способна скользить вверх и вниз внутри канала 56, который представляет собой направляющий механизм для охватываемой части. Человеку, разбирающемуся в технике, было бы понятно, что когда вращение эксцентриковых кулачков заставляет совершать качательные движения части качающихся рычагов, нижняя ось поворота плеч рычагов может вызвать вертикальные колебания второго шарнирного пальца 50, откуда возникает необходимость в скользящем соединении между охватываемой частью 56 и каналом 56. Однако следует понимать, что могут использоваться другие соединительные средства, обеспечивающие аналогичное относительное движение.

[052] Теперь, если обратиться к фигурам 5-9, можно увидеть, что каждое отверстие 52/54 с внутренними шлицами приспособлено для сопряжения с соответствующим кольцом 58/60 с внешними шлицами, соединенным с передним и задним лопастными элементами 62 и 64 соответственно. Каждый лопастной элемент расположен внутри основного корпуса 18 и включает в себя множество радиально расположенных лопастных сегментов 66/68 и открытых сегментов 70/72 между ними. Конструкция сегментов такова, что лопастные сегменты одного элемента принимаются в открытые сегменты другого элемента и наоборот, и открытые сегменты обладают достаточными размерами, чтобы обеспечить последующее вращение лопастных сегментов.

[053] Поэтому в передней части компрессорной установки шлицевое отверстие каждого плеча рычага приспособлено для скольжения по шлицевому кольцу переднего и заднего лопастных элементов, и они сопрягаются таким образом, что вращение каждого плеча рычага вокруг оси входного вала вызывает соответствующее вращения сопряженного кольца и, следовательно, вращение каждого из лопастных элементов.

[054] Теперь необходимо разобраться в том, как постоянное вращательное движение входного вала 13 вызывает равнопротивоположные поворотные колебания переднего и заднего лопастных элементов 62 и 64 вокруг вала 13 внутри основного корпуса 18. Вращение входного вала вызывает вращение переднего и заднего эксцентриковых кулачков 36 и 38. Поскольку данные эти кулачки расположены радиально противоположно, их горизонтальное перемещение является равнопротивоположным, что означает, что когда основная часть переднего качающегося рычага находится в своем крайнем левом положении по горизонтали, основная часть заднего качающегося рычага находится в крайнем правом положении, что приводит к равнопротивоположному маятниковому движению нижних концов каждого из качающихся рычагов 28 и 30.

[055] Передний и задний плечи 44 и 46 рычагов совершают качательные движения на своих нижних концах вместе с нижними концами каждого качающегося рычага, и такое движение вызывает вращательное колебание отверстий 52 и 54 со внутренними шлицами в равнопротивоположном направлении. Поскольку каждое отверстие сопряжено с соответствующим шлицевым кольцом 58 и 60, соединенным с каждым из переднего и заднего лопастных элементов 62 и 64 соответственно, лопастные сегменты 66 и 68 также совершают вращательные колебания в равнопротивоположных направлениях. Человеку, разбирающемуся в технике было бы понятно, что такое движение вызовет перемещение соседних лопастных сегментов, противостоящих переднему и заднему лопастным элементам, навстречу друг другу и в направлении друг от друга одновременно, создавая эффект мембраны. Ниже подробно описываются преимущества данного эффекта мембраны.

[056] В общих словах, узел 10 качающихся рычагов по настоящему изобретению способен преобразовывать непрерывное вращательное движение вала 13 от приводного механизма, такого как электродвигатель и т.п., в колебательные движения переднего и заднего лопастных элементов 62 и 64 и их соответствующих лопастных сегментов внутри камеры.

[057] Как видно на иллюстрациях, относящихся к фигурам 1 и 2, а также к фиг. 10, текучая среда может впускаться в основную часть 18 сжатия компрессорного или насосного устройства через впускные отверстия 74, расположенные соответствующим образом в передней части и вокруг основного корпуса 18, и выпускаться через выпускные отверстия 76, расположенные соответствующим образом в задней части и вокруг основного корпуса 18. Размер сопряженных лопастных элементов в осевом направлении меньше расстояния между впускными и выпускными отверстиями, поэтому между передней пластиной 16 и передним лопастным элементом 62 предусмотрена впускная камера, а между задним лопастным элементом 64 и задней пластиной 20 предусмотрена выпускная камера. Именно через эти узкие камеры воздух (жидкость или другая среда) всасывается в камеру сжатия, и в данном процессе участвуют передний и задний пластинчатые клапанные механизмы 78 и 80, соединенные с каждым из переднего и заднего лопастных элементов соответственно, как показано на фигурах 8 и 9 и описано ниже.

[058] На фигурах 8 и 9, в частности, показано, как пластинчатые клапаны соединены с каждым из переднего и заднего лопастных элементов. Каждый пластинчатый клапан соединен с отверстием 82/84 пластинчатого клапана, выступающим через лопастной элемент, перекрываемым, когда пластинчатый клапан закрывается для предотвращения потока, и открываемым для пропускания потока, когда пластинчатый клапан открыт.Человеку, разбирающемуся в технике, было бы понятно, что пластинчатые клапаны работают на основании того, что они надежно закрыты под действием пружины, но могут принудительно открываться при приложении достаточного давления.

[059] В показанном варианте осуществления изобретения каждый из лопастных элементов включает в себя два отверстия 82/84 пластинчатого клапана в каждом из его открытых сегментов, и каждый лопастной сегмент 66/68 вращается внутри открытого сегмента 70/72, в который он входит между первым положением, где лопастной сегмент практически упирается в один из двух лопастных сегментов с каждой стороны и перекрывает одно из двух отверстий пластинчатого клапана в открытом сегменте, и вторым положением, в котором лопастной сегмент практически упирается в лопастной участок с другой стороны, тем самым перекрывая второе отверстие пластинчатого клапана.

[060] Пластинчатые клапаны 78, соединенные с передним лопастным элементом 62, находятся внутри камеры, в то время как пластинчатые клапаны 80, соединенные с задним лопастным элементом 64, находятся снаружи, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Таким образом, задний лопастной элемент включает в себя отверстия 84, выступающие из всех частей, которые становятся, главным образом, радиальными отсеками, определяемыми между соседними передними и задними лопастными сегментами внутри камеры. Поэтому, как может понять специалист в данной области техники, каждый радиальный отсек внутри камеры, - а в одном из вариантов осуществления изобретения таких отсеков может быть десять, как показано на чертежах - фактически имеет одно впускное отверстие и одно выпускное отверстие.

[061] Человеку, разбирающемуся в технике, было бы понятно, что из-за равнопротивоположного колебания как передних, так и задних лопастей каждый лопастной сегмент должен повернуться всего лишь на половину угла, что в ином случае потребовало бы перемещения из упомянутого первого во второе положение, если бы один из элементов был неподвижным.

[062] Впускание текучей среды в соответствующие радиальные отсеки управляется колебательным возвратно-поступательным движением каждого из переднего и заднего лопастных элементов 62 и 64, осуществляемого посредством узла 10 качающихся рычагов.

[063] В процессе работы, когда лопастной сегмент 66 переднего лопастного элемента 62 перемещается навстречу лопастному сегменту 68 заднего лопастного элемента 64, впускной пластинчатый клапан 78, расположенный внутри данного радиального отсека, закрывается, в то время как выпускной пластинчатый клапан 80, расположенный внутри данного отсека, открывается, тем самым выпуская текучую среду из камеры. Из десяти камер, в показанном варианте осуществления изобретения, пять выпускают текучую среду данным образом в течение цикла. В других пяти отсеках впускной пластинчатый клапан 78, расположенный внутри соседних радиальных отсеков, открывается, в то время как их выпускные пластинчатые клапаны 80 закрываются, тем самым заполняя данную камеру текучей средой, которая выпускается при смене направления движения лопастных сегментов.

[064] Таким образом, в то время как радиальный отсек с одной стороны лопастного элемента всасывает или впускает текучую среду, радиальный отсек с другой стороны фактически выпускает оттуда сжатую текучую среду. Текучая среда всасывается с одной стороны, тогда как текучая среда со стороны, где происходит сжатие, достигает достаточно высокого уровня, чтобы протолкнуть передние клапаны в их пазы 86 (что важно для того, чтобы лопастные сегменты смогли пройти через данные клапаны), а задние клапаны из их пазов 88 для сброса.

[065] После того, как лопастные сегменты завершают колебания в одном направлении и начинают колебаться в обратную сторону, происходит тот же самый процесс, но наоборот, когда пять камер, которые до этого выпускали текучую среду, становятся пятью камерами, всасывающими текучую среду и т.д.

[066] Таким образом, за один оборот входного вала каждый качающийся рычаг можно настроить на однократное возвратно-поступательное качание. В таком варианте осуществления изобретения при каждом качании пять отсеков засасывают текучую среду, в то время как в остальных пяти отсеках текучая среда выпускается, поэтому получается, что после одного полного оборота входного вала и однократного возвратно-поступательного качания каждого из качающихся рычагов все десять отсеков втянули текучую среду внутрь и выкачали ее наружу. Однако следует понимать, что изобретение не должно ограничиваться каким-либо определенным количеством колебаний лопастных элементов на один оборот входного вала, равно как количеством лопастей и отсеков, соединенных с каждым лопастным элементом.

[067] Человеку, разбирающемуся в технике было бы понятно, что за счет впускных и выпускных отверстий пластинчатых клапанов, фактически являющихся клапанами управления одностороннего действия, впуск и выпуск текучей среды в/из каждой камеры может осуществляться только при условии ее упругой деформации или давления, оказываемого клапанами. В данном примере в пластинчатых клапанах используются пружины (не показаны), но возможны другие конструкции. Поскольку пластинчатые клапаны считаются известными на существующем уровне техники, они не будут подробно описываться в настоящей заявке.

[068] В альтернативном варианте осуществления изобретения впускное и выпускное отверстия могут образованы в или посредством самих лопастных сегментов. Изобретение не должно ограничиваться теми или иными средствами, обеспечивающими впуск и выпуск текучей среды в и из камеры.

[069] В общих словах, относительное движение переднего и заднего лопастных элементов 62 и 64 обеспечивает создание радиальных отсеков в камере, в результате чего одновременное вращение переднего лопастного сегмента и заднего лопастного сегмента навстречу друг другу создает эффект мембраны, представляющий собой усовершенствованный механизм, при помощи которого текучая среда может попадать в камеру, но также и средство, при помощи которого текучая среда может сжиматься и выпускаться. Фактически данная мембрана создает средство, при помощи которого текучая среда может постоянно впускаться в камеру, и также сжатая текучая среда может постоянно выпускаться из соседней камеры, и все это происходит в рамках одного и того же цикла.

[070] На фиг. 11 показан задний корпус 22, и хотя передний корпус 14 не показан, его конструкция может быть практически идентичной конструкции заднего корпуса, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Оба данных корпуса 14 и 22 используются для размещения и защиты соответствующих качающихся рычагов 28 и 30.

[071] Дополнительным преимуществом, обеспечиваемым настоящим изобретением, является равнопротивоположный баланс сил, генерируемых качающимися рычагами и лопастными элементами. Это играет важнейшую роль в некоторых областях применения, таких как авиационная промышленность, где любые незначительные вибрации от компрессора и аналогичного оборудования могут привести со временем к усталости и отказу. Также эффективность доведена до максимума в том плане, что центр тяжести, если сравнивать, например, с собственной компрессорной и/или насосной установкой заявителя по известному уровню техники, уменьшается наполовину, и поэтому для аналогичной работы требует лишь половина энергии. Конечным результатом является бесперебойная и сбалансированная работа, а также плавный расход на впуске/выпуске.

[072] Различные компоненты, такие как подшипники и тому подобное, могут быть показаны на чертежах, но не описываются в настоящей заявке в целях краткости. Кроме того, в изобретение могут быть включены компоненты, которые не показываются и не упоминаются конкретно в данном документе, как, например, различные уплотнения, предотвращающие случайное перемещение текучей среды в соседние отсеки.

[073] Вполне допускается вносить дальнейшие усовершенствования и наделять дополнительными преимуществами настоящее изобретение, не отклоняясь от его объема. Хотя изобретение показано и описано в той форме, которая считается наиболее практическим и предпочтительным вариантом осуществления изобретения, признается, что возможны отклонения от данного варианта в рамках объема и сущности настоящего изобретения, которые не ограничиваются раскрытым в настоящем документе подробным описанием, но должны соответствовать полному объему формулы изобретения в целях охвата всех аналогичных устройств и механизмов.

[074] В тексте настоящего описания и нижеследующей формулы изобретения, если иное не вытекает из контекста, слово «включают в себя», а также его словоформы, например, «включает в себя» и «включая» подразумевает включение указанного единого целого или этапа, либо группы единого целого или этапов, но не исключение иного единого целого или этапа, либо группы единого целого или этапов.

[075] Ссылка на известный уровень техники в данном описании не является и не должна восприниматься как подтверждение или предположение о том, что известный уровень техники является частью знаний общего характера в Австралии.

Изобретение касается устройства для перекачки или сжатия текучей среды. Устройство включает в себя камеру с впуском и выпуском, противостоящие передние и задние лопастные элементы, расположенные внутри камеры. Каждый лопастной элемент включает в себя по меньшей мере один аксиально проходящий лопастной сегмент и по меньшей мере один расположенный радиально открытый сегмент, предназначенный для приема лопастного сегмента противостоящего лопастного элемента, где соседние лопастные сегменты сопряженных лопастных элементов образуют радиальные отсеки в промежутке между друг другом. Устройство также включает средство для создания равнопротивоположного вращательного колебания переднего и заднего лопастных элементов таким образом, чтобы соседние лопастные сегменты совершали колебательные движения одновременно в направлении навстречу друг другу и друг от друга, тем самым создавая эффект мембраны, засасывающей текучую среду в камеру через впуск и отводящей текучую среду из камеры через выпуск. Изобретение направлено на повышение эффективности устройства. 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для перекачки или сжатия текучей среды включает в себя:

камеру, которая включает в себя впуск и выпуск,

противостоящие передние и задние лопастные элементы, расположенные внутри упомянутой камеры, при этом каждый лопастной элемент включает в себя по меньшей мере один аксиально проходящий лопастной сегмент и по меньшей мере один расположенный радиально открытый сегмент, предназначенный для приема лопастного сегмента противостоящего лопастного элемента, где соседние лопастные сегменты сопряженных лопастных элементов образуют радиальные отсеки в промежутке между друг другом; и

средство для создания равнопротивоположного вращательного колебания переднего и заднего лопастных элементов таким образом, чтобы соседние лопастные сегменты совершали колебательные движения одновременно в направлении навстречу друг другу и друг от друга, тем самым создавая эффект мембраны, засасывающей текучую среду в камеру через впуск и отводящей текучую среду из камеры через выпуск.

2. Устройство по п. 1, в котором передний лопастной элемент включает в себя впускные отверстия для впуска текучей среды в каждый радиальный отсек, а задний лопастной элемент включает в себя выпускные отверстия для выпуска текучей среды из каждого радиального отсека.

3. Устройство по п. 2, в котором впускные и выпускные отверстия представляют собой ряд отверстий, образованных в основании каждого из переднего и заднего лопастных элементов.

4. Устройство по п. 2 или 3, в котором каждое впускное отверстие в радиальном отсеке включает в себя клапан одностороннего действия, выполненный так, что закрывается, когда соседние лопастные сегменты перемещаются навстречу друг другу, тем самым сжимая и выпуская сжатую текучую среду, и открывается, когда соседние лопастные сегменты перемещаются в направлении друг от друга на достаточное расстояние, чтобы впустить текучую среду в отсеки.

5. Устройство по п. 4, в котором упомянутые клапаны одностороннего действия выполнены в форме пластинчатых клапанов.

6. Устройство по любому из пп. 2-5, в котором каждое выпускное отверстие в радиальном отсеке включает в себя клапан одностороннего действия, выполненный так, что по меньшей мере частично открывается, когда соседние лопастные сегменты перемещаются навстречу друг другу, тем самым сжимая и отводя сжатую текучую среду, и закрывается, когда соседние лопастные сегменты перемещаются в направлении друг от друга на достаточное расстояние, чтобы впустить текучую среду в отсеки.

7. Устройство по любому из пп. 2-6, дополнительно включающее в себя приводную часть, несущую вращающийся ведомый вал в рабочей связи с участком сжатия, который включает в себя упомянутую камеру.

8. Устройство по п. 7, в котором упомянутая приводная часть представляет собой электродвигатель.

9. Устройство по п. 7 или 8, в котором упомянутым средством для создания колебаний является узел качающихся рычагов, приспособленный для преобразования вращательного движения ведомого вала в возвратно-поступательное колебательное движение переднего и заднего лопастных элементов.

10. Устройство по п. 9, в котором упомянутый узел качающихся рычагов включает в себя передний качающийся рычаг и задний качающийся рычаг, расположенные в направлении вперед и назад от упомянутых переднего и заднего лопастных элементов соответственно, при этом каждый качающийся рычаг имеет отверстие для размещения ведомого вала и соединенных с ним эксцентриковых кулачков.

11. Устройство по п. 10, в котором каждый качающийся рычаг перемещается таким образом, что его нижние концы способны поворачиваться вокруг общей оси поворота, расположенной вокруг оси ведомого вала в маятниковом движении, при этом данное движение реализуется посредством контакта между вращающимися передними и задними эксцентриковыми кулачками и внутренним краем каждого из упомянутых отверстий.

12. Устройство по п. 11, в котором горизонтальный размер каждого отверстия таков, что соответствующий эксцентриковый кулачок контактирует с внутренним краем с каждой стороны отверстия и тем самым обеспечивает качательное движение качающегося рычага при вращении ведомого вала.

13. Устройство по любому из пп. 10-12, в котором передние и задние эксцентриковые кулачки расположены радиально противоположно таким образом, что вращение ведомого вала заставляет передний и задний качающиеся рычаги перемещаться в равнопротивоположных направлениях.

14. Устройство по п. 13, в котором передний и задний качающиеся рычаги включают в себя направленные внутрь плечи рычага, выполненные так, чтобы качаться в унисон с качающимися рычагами посредством шарнирного соединения на своих соответствующих нижних концах, при этом верхние концы каждого плеча рычага вращаются вокруг оси ведомого вала и соединены с упомянутыми передним и задним лопастными элементами для обеспечения их равнопротивоположного вращательного колебания.

15. Устройство по п. 14, где верхний конец каждого плеча рычага имеет внутренние шлицы и приспособлен для сопряжения со шлицевым кольцом, соединенным с каждым лопастным элементом.

16. Устройство по любому из пп. 10-15, в котором упомянутая камера включает в себя основной корпус, в котором размещаются упомянутые передний и задний сопряженные лопастные элементы, передний корпус, в котором размещается упомянутый передний качающийся рычаг, и задний корпус, в котором размещается упомянутый задний качающийся рычаг.

17. Устройство по п. 16, в котором упомянутая камера также включает в себя передние и задние пластины, расположенные между передним и основным корпусами и основным и задним корпусами соответственно, при этом впускная камера находится между упомянутой передней пластиной и передним лопастным элементом, а выпускная камера находится между упомянутым задним лопастным элементом и задней пластиной.

18. Устройство по п. 17, в котором упомянутые впуск и выпуск камеры имеют форму щелей в упомянутом основном корпусе, проходящих в каждую из упомянутых впускную и выпускную камеры соответственно.

19. Устройство по любому из пп. 9-18, в котором каждый противостоящий и сопряженный передний и задний лопастной элемент включает в себя пять радиально расположенных и аксиально проходящих лопастных сегментов, между которыми формируются открытые участки для приема противостоящих лопастных сегментов и обеспечения их вращения, тем самым формируя десять радиальных отсеков таким образом, что каждый полный оборот ведомого вала обеспечивает перемещение каждого качающегося рычага в одном направлении, и в это время пять отсеков засасывают текучую среду, и пять отсеков выпускают текучую среду.