Комбинированная шестеренная гидромашина

Полезная модель относится к области гидроэнергетики и водоснабжения и предназначена для подъема воды за счет энергии низко потенциальных водных потоков.
Известны устройства, в которых энергия водного потока используется для подъема воды на высоту превышающую напор участка потока, с которого производится отбор энергии.
Одним из таких устройств является гидротаран (Информационный ресурс: https://stpoyka.ru/chto-takoe-gidrotaran-ego-osobennosti-vidy-i-primenenie), состоящий из трубопровода, конечный участок которого оборудован отбойным и нагнетательными клапанами, воздушным колпаком и напорной трубой. При закрытии отбойного клапана под действием потока в трубопроводе возникает гидравлический удар, что приводит к открытию нагнетательного клапана, через который часть объема воды проникает в напорную трубу. Перемещение ударной волны вверх по трубопроводу приводит к открытию отбойного и закрытию напорного клапанов, в результате чего в трубопроводе возникает течение воды, которое в очередной раз вызывает закрытие отбойного и открытие нагнетательного клапанов и проникновение очередной порции воды в напорную трубу. Через некоторое количество циклов вода в напорной трубе поднимается до высоты, которая зависит от параметров составляющих систему элементов.
К основным недостаткам аналога относятся: необходимость обеспечения высокой жесткости стенок трубопровода, его достаточной длины и минимальной скорости воды в трубопроводе.
Известны гидромашины (гидроагрегаты) работа которых не зависит от длины и материала стенок подводящего трубопровода и от скорости воды в нем. К таким устройствам, в частности, относятся шестеренчатые насосы и двигатели, принципиально не отличающиеся по конструкции.
Известна гидромашина (патент РФ №2478834 (опубл. 10.04.2013., Бюл. №10), содержащая корпус с торцевыми крышками, цилиндрический ротор, закрепленный на валу, размещенном с возможностью вращения в торцевой крышке, на цилиндрической поверхности ротора размещены продольные перегородки. Между корпусом и ротором сформирована кольцевая рабочая камера, которая сообщается с выполненными в корпусе каналами для подачи и вывода рабочей жидкости, устроенными по обе стороны каждого вала-сателлита. Между ротором и корпусом на торцевых крышках установлены с возможностью вращения продольные валы-сателлиты, в которых выполнены продольные пазы для размещения в них перегородок, закрепленных на цилиндрической поверхности ротора. На противоположной стороне торцевой крышки расположены зубчатые колеса входящие друг с другом в зацепления, одно из которых закреплено на валу ротора, а другие закреплены на валах-сателлитах.
Данная гидромашина по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату выбрана в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатки прототипа заключаются в сложности конструкции и большом количестве разнообразных деталей.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, состоит в упрощении конструкции.
Для достижения указанного технического результата, подтверждаемого всей совокупностью признаков в комбинированной шестеренной гидромашине, содержащей корпус с торцевыми крышками, вал и закрепленное на нем большое зубчатое колесо, малые зубчатые колеса, подающие и отводящие воду каналы, малые зубчатые колеса, входящие в зацепление с большим зубчатым колесом, надеты с возможностью вращения на оси, закрепленные на корпусе, количество малых зубчатых колес равно отношению диаметра большого зубчатого колеса к диаметру малого зубчатого колеса, по другую сторону перегородки в корпусе на валу закреплено малое зубчатое колесо, входящее в зацепление с таким же зубчатым колесом, надетым с возможностью вращения на ось, закрепленную на корпусе, все зубчатые колеса помещены в соответствующие их размерам цилиндрические расточки в корпусе.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели являются:
размещение малых зубчатых колес, входящих в зацепление с большим зубчатым колесом с возможностью вращения на осях, закрепленных на корпусе;
количество малых зубчатых колес равно отношению диаметра большого зубчатого колеса к диаметру малого зубчатого колеса;
закрепление на другой стороне перегородки в корпусе на валу малого зубчатого колеса, входящего в зацепление с таким же зубчатым колесом, надетым с возможностью вращения на ось, закрепленную на корпусе;
размещение всех зубчатых колес в соответствующие их размерам цилиндрические расточки в корпусе.
Благодаря наличию этих признаков отличных от прототипа, возможно упрощение конструкции предлагаемого устройства.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 представлен совмещенный разрез комбинированной шестеренной гидромашины плоскостями перпендикулярными оси вращения вала, проходящими по разные стороны перегородки корпуса.
На фиг. 2 - совмещенный разрез комбинированной шестеренной гидромашины плоскостью, проходящей через ось вращения вала и оси малых зубчатых колес.
Комбинированная шестеренная гидромашина, содержит корпус 1, торцовые крышки 2, вал 3, большое зубчатое колесо 4, малые зубчатые колеса 5 гидродвигателя, малые зубчатые колеса 6 гидронасоса, подающие воду каналы 7, отводящие воду каналы 8, и перегородку 9.
Предлагаемая комбинированная шестеренная гидромашина работает следующим образом.
По подающим каналам 7 воду из низконапорного трубопровода (не показан на чертежах) подают внутрь гидродвигателя и гидронасоса. При этом большое зубчатое колесо 4 и входящие с ним в зацепление малые зубчатые колеса 5, расположенные между перегородкой 9 корпуса 1 и торцовой крышкой 2, выполняют роль гидродвигателя. А малые зубчатые колеса 6, расположенные с другой стороны перегородки 9 корпуса 1 вместе со своей торцовой крышкой 2, играют роль гидронасоса.
Избыточное давление воды h в подающем канале 7 по отношению к давлению воды в отводящем канале 8 гидродвигателя приводит к появлению крутящего момента на валу 3, который суммируется из моментов на большом зубчатом колесе 4 и на малых зубчатых колесах 5 гидродвигателя. Отчего вал 3 начинает вращение, в результате этого малые зубчатые колеса 6 перегоняют воду из подающего канала 7 гидронасоса в отводящий канал 8 гидронасоса, в котором возникает избыточное давление Н.
пред.
Согласно ГОСТ 2.403-75 (СТ СЭВ 859-79) «Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колес» предельное отношение диаметров зубчатых колес входящих в зацепление друг с другом U=6,3.
Без учета потерь крутящий момент гидродвигателя равен крутящему моменту гидронасоса. Если, к примеру, диаметр большого зубчатого колеса 4 в 6 раз превышает диаметр малых зубчатых колес 5, их количество равно 6, и размеры малых зубчатых колес 6 насоса равны размерам малых зубчатых колес 5 гидродвигателя, то избыточное давление h в подающих каналах 7 корпуса 1, без учета потерь, будет в 40 раз меньше избыточного давления Н в отводящем канале 8 гидронасоса. Уменьшение диаметра и толщины зубчатых колес 6 гидронасоса может привести к еще большему превышению давления в его отводящем канале 8. Уменьшение диаметра и толщины зубчатых колес 6 гидронасоса может привести к еще большему превышению давления в его отводящем канале 8.