УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам разделения (суммирования) потока жидкости на несколько пропорциональных.
Известен многороторный шестеренный делитель потока, содержащий корпус с торцовыми крышками, в цилиндрических расточках которого размещены не менее трех шестерен внешнего зацепления с цапфами, установленными в отверстиях торцовых компенсаторов, торцовые поверхности которых сопряжены с торцами шестерен, и камеры поджима с эластичными уплотнительными элементами, соединенные с областью повышенного давления, причем оси всех цилиндрических расточек расположены в одной плоскости, каждая пара шестерен установлена с образованием плоскости входа и выхода, при этом все полости входа соединены с общим каналом подвода, а каждая полость выхода соединена с отдельным каналом отвода, при этом с целью повышения надежности работы и уменьшения объемных потерь, камеры поджима снабжены перегородками, торцовые компенсаторы выполнены в виде соединенных между собой манжет, каждая из которых сопряжена с отдельной камерой поджатая, а с целью расширения функциональных возможностей путем привода активных органов других машин, одна или несколько шестерен снабжены валами, проходящими через торец крышки (авторское свидетельство SU 1636597 A1, МПК F04C 2/04, 23.03.1991).
Недостатком этого многороторного шестеренного делителя является, выполнение делителя в одном корпусе с параллельно расположенными осями шестерен, при этом в такой конструкции отсутствует возможность увеличения количества разделенных потоков путем увеличения количества шестерен без изготовления нового корпуса и торцевых крышек. Кроме этого, отсутствует возможность подачи разных расходов, так как в устройство невозможно установить шестерни разной шириной зубьев. Для работы устройства требуется множество каналов сложной формы, что усложняет конструкцию общего канала подвода рабочей жидкости. При работе под высоким давлением на торцевые крышки будет действовать сила, величина которой определяется произведением давления и площади, а параллельное расположение шестерен требует большой площади торцевых крышек, следовательно, сила давления на крышки будет возрастать, что приведет к их деформации. При деформации крышек увеличатся зазоры между торцевыми поверхностями компенсаторов и шестерен, что ухудшит объемный коэффициент полезного действия (КПД).
Известна конструкция шестеренного делителя потока, выбранная в качестве прототипа, в которой содержатся отдельные секции, каждая из которых выполнена в виде шестерен внешнего зацепления, установленных на валах и размещенных во взаимопересекающихся цилиндрических расточках корпуса, торцовые компенсаторы с уплотнительными З-образными манжетами, сопряженные с боковой поверхностью шестерен, металлические проставки, расположенные между отдельными секциями, общий канал входа и каналы выхода, причем каждая пара секций разделена двумя З-образными манжетами, при этом с целью повышения гидромеханического КПД, корпус и валы выполнены общими для всех секций, шестерни установлены на валах с возможностью осевого перемещения, металлические проставки установлены во взаимопересекающихся цилиндрических расточках корпуса, а с целью исключения гидравлического уравновешивания сил в зубчатом зацеплении при остановках и пусках, зубья шестерен соседних секций развернуты относительно друг друга на угол  (авторское свидетельство SU 1594289 A1, МПК F04C 2/08, 23.09.1980).
Недостатком прототипа является то, что расположение секций, состоящих из шестерен, торцовых компенсаторов, З-образных манжет в одном корпусе и выполнение входных каналов в корпусе по представленной схеме исключает возможность увеличения количества секций, делает устройство нетехнологичным с высокой стоимостью изготовления. Конструктивно заложенная возможность свободного перемещения всего блока секций предполагает установку по посадке с зазором, что при отсутствии дополнительных уплотнений увеличит перетечки жидкости, износ трущихся поверхностей и ухудшит объемный КПД.
Установка нескольких шестерен на единый вал, за счет наличия нормальных сил от разности давлений в каналах входа и выхода, гарантированно ведет к перегрузке пар трения на концах валов, их прогибу, перекосу шестеренного зацепления, повышенному износу и заклиниванию. Увеличение давления в среднем выходном канале вызовет (как указано в описании изобретения) перемещение блоков в разные стороны при этом в центральной части увеличатся зазоры, что также увеличит перетечки жидкости и ухудшит объемный КПД делителя. Наличие общего вала никак не отражается на равенстве давлений в полостях выхода, так как из гидравлики известно, что величина давления определяется только сопротивлением магистрали в которую осуществляется подача. Следует отметить, что сочленяемые поверхности секций и торцовых уплотнений имеют сложную форму, а это усложняет технологию обработки и требует наличия компенсаторов зазоров.
Была поставлена задача, разработать, унифицированное по количеству разделенных потоков, устройство с повышенным объемным и механическим КПД, работающее за счет энергии входящего потока жидкости, позволяющее разделять поток пропорционально, как на одинаковые, так и на разные объемы и подавать их одновременно в несколько независимых контуров.
Техническая задача решается тем, что устройство разделения потока жидкости, содержащее рабочие секции и боковые крышки одинакового сечения, соединенные в единый корпус, установленные внутри каждой рабочей секции ведущую и ведомую шестерни, находящиеся в зубчатом зацеплении, и торцовые компенсаторы с антифрикционными вставками, сопряженные с боковой поверхностью ведущих и ведомых шестерен, валы которых установлены в антифрикционные вставки, а также уплотнительные манжеты, установленные на валах ведущих шестерен, входные и выходные отверстия, согласно настоящей полезной модели, дополнительно содержит разделительные секции, причем каждая разделительная секция установлена между рабочими секциями, в одной части устройства в каждой рабочей секции и разделительной секции выполнены входные сквозные каналы, которые, в сопряжении между собой, соединены с входными отверстиями, образуя общий входной канал для подвода жидкости к зубчатому зацеплению, в другой части устройства в каждой рабочей секции выполнен выходной сквозной канал, который соединен с соответствующим выходным отверстием, в каждой разделительной секции валы ведущих шестерен соединены между собой быстроразъемным соединением, в каждой разделительной секции, в месте соединения валов ведущих шестерен, выполнены круглые пазы, в которые установлены уплотнительные манжеты с возможностью образования полости между уплотнительными манжетами, при этом внутренние выемки манжет обращены друг к другу, а со стороны ведущих шестерен в каждой боковой крышке, рабочей секции и разделительной секции выполнены дренажные каналы, которые соединены между собой, образуя общий разветвленный дренажный канал, соединяющий полости между уплотнительными манжетами, причем в каждой боковой крышке выполнен круглый паз, в который установлена уплотнительная манжета с возможностью соединения внутренней выемки манжеты с дренажным каналом в боковой крышке.
При этом боковые крышки, рабочие секции и разделительные секции соединены в единый корпус резьбовым соединением, валы ведущих шестерен соединены между собой быстроразъемным соединением в виде паза на одном валу и выступа на другом валу, торцовые поверхности рабочих секций и торцовых компенсаторов с антифрикционными вставками образуют единую плоскость обработки, антифрикционные вставки торцевых компенсаторов выполнены из композитного материала с шероховатостью поверхности трения.
За счет свободной циркуляции жидкости в общем разветвленном дренажном канале обеспечивается равенство давления, что гарантированно предотвратит возникновение осевых сил на торцовых поверхностях валов, и исключит повышенное трение, а установка уплотнительных манжет в разделительной секции внутренней выемкой друг к другу обеспечит поджатие уплотняющих поверхностей манжеты к ведущему валу шестерни и образующей окружности паза за счет сил давления жидкости внутри образовавшейся полости, что повышает герметичность каждой секции, предотвращает перетечки и повышает объемный КПД предлагаемого устройства разделения потока жидкости.
Соединение боковых крышек, рабочих секций и разделительных секции в единый корпус резьбовым соединением и наличие на валах ведущих шестерен быстроразъемного соединения в виде пазов и выступов позволяет наращивать количество секций, следовательно, количество разделенных потоков, без существенного изменения конструкции устройства.
Установка рабочих секций и торцовых компенсаторов с антифрикционными вставками с образованием их торцовыми поверхностями единой плоскости обработки позволяет производить их совместную обработку (шлифовку), что повышает технологичность устройства и упрощает сборку.
Выполнение антифрикционных вставок из композитного материала с определенной шероховатостью, позволяет сохранить жидкостную пленку внутри пары трения «вал шестерни - антифрикционная вставка», что уменьшает силу трения и повышает механический КПД и надежность устройства.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство разделения потока жидкости имеет отличительные признаки, которые отсутствуют в аналогах. В совокупности, перечисленные отличительные существенные признаки позволяют получить новый технический результат: повысить объемный и механический КПД, обеспечить разделение потока жидкости на несколько пропорциональных потоков с одинаковыми или разными расходами, технологичность и надежность предлагаемого устройства, а также позволяет наращивать количество секций, без существенного изменения конструкции.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фигурах 1, 2, 3 и 4 представлено предлагаемое устройство разделения потока жидкости (на фиг. 1 - общий вид в разрезе, на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - выносной вид В на фиг. 1).
Цифрами на чертежах обозначены:
1 - рабочая секция с выходным отверстием,
2 - рабочая секция с входным и выходным отверстиями,
3 - разделительная секция,
4 - боковая крышка,
5 - ведущая шестерня,
6 - ведомая шестерня,
7 - торцовый компенсатор,
8 - антифрикционная вставка,
9 - полость для входа потока жидкости,
10 - полость для выхода потока жидкости,
11 - уплотнительная манжета,
12 - полость между уплотнительными манжетами,
13 - сквозной канал в рабочей секции одной части устройства,
14 - сквозной канал в разделительной секции,
15 - входное отверстие,
16 - общий входной канал,
17 - сквозной канал в рабочей секции другой части устройства,
18 - выходное отверстие,
19 - дренажный канал в боковой крышке,
20 - дренажный канал в разделительной секции,
21 - дренажный канал в рабочей секции,
22 - единая плоскость обработки торцовой поверхности.
Предлагаемое устройство разделения потока жидкости состоит из
рабочих секций заданного объема 1, 2, разделительных секций 3 и боковых крышек 4, соединенных в единый корпус резьбовым соединением (см. фигура 1).
Рабочие секции 1 имеют выходное отверстие 18, а рабочие секции 2 имеют входное отверстие 15 и выходное отверстие 18.
Каждая рабочая секция 1, 2 содержит ведущую 5 и ведомую 6 шестерни (фигура 1 и 3) и торцовые компенсаторы 7 с антифрикционными вставками 8, сопряженные с боковой поверхностью ведущих 5 и ведомых 6 шестерен, валы которых установлены в антифрикционные вставки 8, выполненные из композитного материала с определенной шероховатостью поверхности трения, совокупное сопряжение которых образует полости для входа 9 и выхода 10 потока жидкости. На валах ведущих шестерен 5 установлены уплотнительные манжеты 11.
Сопряжение каждой рабочей секции 1, 2 и торцовых компенсаторов 7 образуют единую плоскость 22 обработки торцовой поверхности.
В одной части устройства в каждой из рабочих секций 1, 2 и разделительной секции 3 имеются, соответственно, сквозные каналы 13 и 14, которые в сопряжении между собой соединены с входными отверстиями 15 и образуют общий входной канал 16 (фигура 3) для подвода жидкости к зубчатому зацеплению каждой рабочей секции 1, 2.
В другой части устройства в каждой рабочей секции 1, 2 выполнен сквозной канал 17, соединенный с выходным отверстием 18.
Валы ведущих шестерен 5 каждой рабочей секции 1, 2 соединены между собой быстроразъемным соединением в виде паза на одном валу и выступа на другом.
В каждой боковой крышке 4, рабочей секции 1 и 2 и разделительной секции 3 устройства выполнены дренажные каналы 19, 20 и 21, которые соединены между собой, образуя общий разветвленный дренажный канал, соединяющий полости 12 между уплотнительными манжетами 11.
В каждой разделительной секции 3, в месте соединения валов ведущих шестерен 5, выполнены круглые пазы, в которые установлены уплотнительные манжеты 11 с возможностью образования полости 12 между уплотнительными манжетами, при этом внутренние выемки манжет 11 обращены друг к другу (фигура 4).
В каждой боковой крышке 4 выполнен круглый паз, в который установлена уплотнительная манжета 11 с возможностью соединения внутренней выемки манжеты с дренажным каналом 19 в боковой крышке.
Предлагаемое устройство разделения потока жидкости на несколько пропорциональных работает следующим образом.
Жидкость под давлением от насоса подается на «вход I и II» (фигура 1) устройства, заполняет всю полость общего входного канала 16, образованного каналами 13, 14, и поступает на ведущую 5 и ведомую 6 шестерни каждой рабочей секции 1 и 2, заполняя впадины между зубьями и создавая в них избыточное давление. Под действием разности давлений жидкости в полостях, соответственно, для входа 9 и выхода 10 потока жидкости, на шестернях 5 и 6 появляется вращательный момент (величина которого пропорциональна величине разности давлений), под действием которого они начинают вращаться, перенося объемы жидкости из каналов 13 в каналы 17 рабочих секций устройства, обеспечивая тем самым заданную подачу жидкости, соответствующую их объему, через «выходы Ι-IV» в гидросистему к потребителям (например, элементам многоконтурной системы охлаждения).
Наличие быстроразъемного соединения концов валов ведущих шестерен 5 с помощью пазов и выступов, образует систему «общий вал» благодаря чему момент вращения передается на все ведущие шестерни 5 (фигура 2), приводя во вращательное движение ведомые шестерни 6 всего устройства.
Уплотнительные манжеты 11 (фигура 4) установлены выемками друг к другу, что под действием давления равного максимальному препятствуют утечкам из полости 12 в полости рабочих секций с меньшим давлением.
Работа уплотнительных манжет 11 в совокупности с общим разветвленным дренажным каналом (фигура 3) осуществляется следующим образом. При повышении давления жидкости в любой из полостей рабочих секций, весь общий дренажный канал и полости 12 заполняется жидкостью, а затем в них повышается давление до уровня, равного максимальному давлению, установившемуся в какой-либо из рабочих секций 1, 2. Под действием этого давления, действующего изнутри полости 12, уплотняющие поверхности манжеты 11 прижимаются к ведущему валу шестерни и образующей окружности круглого паза разделительной секции 3, надежно герметизируя полость 12 и предотвращая перетечки жидкости между полостями рабочих секций 1, 2.
Главной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно имеет разделительные секции 3, установленные между рабочими секциями 1, 2 заданного объема, и все они объединены в один блок, имеющий общий входной канал 16 для подвода жидкости. Это дает возможность разделять поток жидкости на несколько пропорциональных равных и разных по расходу. Его работа осуществляется за счет энергии подаваемой в него жидкости, без использования внешнего механического привода. Наличие системы из общего разветвленного дренажного канала и обратно установленных уплотнительных манжет 11 повышает герметичность секций и полностью устраняет вероятность возникновения сил направленных вдоль оси ведущих валов, что повышает объемный и механический КПД. Наличие системы быстроразъемного соединения позволяет наращивать количество секций и соответственно разделенных потоков без существенного изменения конструкции. Наличие единой плоскости обработки торцовых поверхностей рабочих секций и торцовых компенсаторов повышает технологичность изготовления и упрощает конструкцию. Антифрикционные вставки торцовых компенсаторов, выполненные из композитного материала с определенной шероховатостью поверхности трения, позволяют сохранить жидкостную пленку, что уменьшает силу трения и повышает механический КПД и надежность устройства.
Таким образом, полностью решена техническая задача по разработке устройства с повышенным объемным и механическим КПД, работающего за счет энергии входящего потока жидкости и позволяющего разделять поток пропорционально, как на одинаковые, так и на разные объемы и подавать их одновременно в несколько независимых контуров.
Предложенное устройство разделения потока жидкости на несколько пропорциональных и перераспределения их мощности соответствует условию промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением освоенных ранее технологий.