ПНЕВМОДВИГАТЕЛЬ

Пневмодвигатель (пневматический двигатель) предназначен для использования в качестве силового механизма в технологических и вспомогательных механизмах различных групп оборудования, преимущественно, в следящих пневмоприводах управления рабочими органами трубопроводной аппаратуры.
Известен пневмодвигатель с соплами, размещенными на плечах ротора, и соединенных радиальными и наклонными каналами с осевыми подводящими каналами ротора, входные концы которых направлены в разные стороны, при этом одно сопло соединено с одним осевым каналом, а второе сопло - с другим (RU №2184283).
Известен пневмодвигатель, содержащий корпус, подводящие патрубки, ротор с валом, имеющим зубчатый венец и осевые каналы, связанные с входными патрубками, и с помощью радиальных каналов, расположенных в плечах ротора, связанный с соответствующими соплами, размещенными на противоположных плечах ротора, каждое плечо ротора выполнено в виде трубки, один конец которой закреплен на валу ротора и соединен наклонным каналом с соответствующим осевым каналом, а второй конец снабжен соплом и отогнут так, что ось сопла расположена в плоскости вращения ротора и направлена по касательной к окружности вращения сопла относительно оси вращения ротора. Ротор содержит вал с осевыми каналами и две радиально расположенные трубки с противоположных сторон вала с установленными на их внешних концах соплами, направленными в одну сторону, причем каждое сопло соединено с одним из осевых каналов вала ротора. Пневмодвигатель выполнен с односторонним подводом рабочей среды в ротор, причем подводящее устройство в корпусе двигателя выполнено в виде двух концентрически расположенных трубок, образующих два концентрически расположенных канала, внешний и внутренний, каждый из которых связан с одним из подводящих патрубков, причем внутренняя трубка удлинена и имеет внешний буртик, при этом трубки размещены с зазором соосно в осевом канале ротора с образованием двух полостей, одна из которых связана с внутренним каналом и соплами, создающими движущий момент в одну сторону, а другая связана с внешним каналом и соплами, создающими движущий момент в другую сторону. (RU №12159362, фиг.4-7).
Известен пневмодвигатель, внутренняя поверхность корпуса которого выполнена в виде гладкостенного цилиндра с торцевыми поверхностями в виде параллельных гладких плоскостей, при этом в нижней части корпуса выполнено выхлопное отверстие прямоугольного сечения, длина которого равна 0,5-0,8 внутреннего диаметра корпуса, а ширина равна расстоянию между внутренними торцевыми поверхностями, при этом корпус снабжен газоотводом, выходной конец которого выполнен в виде круглого фланца, к которому подсоединена газоотводная труба, ось которой расположена под углом 60-45º к оси фланца, а выходной фланец газоотводной трубы расположен перпендикулярно плоскости входного фланца и снабжен слабо подпружиненной крышкой. Ротор струйного двигателя выполнен с соплами, размещенными на плечах ротора, и соединенными радиальными и наклонными каналами с осевыми подводящими каналами ротора, входные концы которых направлены в разные стороны, при этом одно сопло соединено с одним осевым каналом, а второе сопло - с другим. Ротор может быть струйного двигателя выполнен со сменными входными дросселирующими элементами и сменными соплами с различными диаметрами их дросселирующих сечений, при этом величина диаметров может меняться в пределах 1,0-1,8 раза (RU №№2131065 фиг.2, 3, прототип).
Недостатками известных пневмодвигателей являются сложность конструкции, препятствующая созданию групп унифицированных деталей (сопл, ротора, вала), из-за выполнения ротора заодно с валом и безразборного соединения сопл с ротором, технологическая сложность индивидуальной обработки для посадки сопл с натягом и обеспечения одинакового проходного сечения сопл на каждом плече, что снижает надежность при реверсе, низкая ремонтопригодность, не допускающая замены ротора без вала, требующая высверливания сопл для их замены, высокое аэродинамическое сопротивление ротора.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного струйного пневмодвигателя и расширение арсенала струйных пневмодвигателей.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в упрощении конструкции, пригодной для создания групп унифицированных деталей (сопл, ротора, вала), уменьшении технологической сложности обеспечения одинакового проходного сечения сопл на каждом плече и возможности их обработки в единой детали за один установ, высокой ремонтопригодности, допускающей замену ротора без вала, и не требующая высверливания сопл для их замены, снижении аэродинамического сопротивления ротора.
Сущность полезной модели состоит в том, что пневмодвигатель содержит размещенный на валу ротор, на плечах которого попарно установлены соосные и противоположно направленные сменные сопла, соединенные радиальными и наклонными каналами с продольными подводящими каналами вала, при этом с одним из продольных каналов вала соединено одно из сопл на каждом плече ротора, ротор выполнен со сквозной осевой расточкой, в которой установлен вал, по краям подводящих каналов которого выполнены наклонные каналы, соединенные с радиальными каналами плеч ротора, а каждая пара сопл выполнена в монолитной съемной втулке, имеющей перегородку между соплами и окна для соединения сопл с радиальными каналами плеч ротора, выполненных каждое со сквозным отверстием для размещения указанной съемной втулки с возможностью фиксации перегородки между ее соплами к плечу ротора.
Предпочтительно, на одном из концов вала выполнен зубчатый венец, вал выполнен с продольными осевыми подводящими каналами вала, входы которых направлены в противоположные стороны, вал выполнен ступенчатым с пояском меньшего диаметра, установленным в осевой сквозной расточке ротора, и снабжен со стороны, противоположной шлицевому участку, стопорным элементом и фиксатором от проворота в осевой расточке ротора, для фиксации втулки к плечу ротора в перегородку втулки установлен поперечный штифт, наружная поверхность плеч ротора выполнена цилиндрической, а плечи ротора выполнены с ребрами обтекаемой формы, сопла в критическом сечении выполнены с диаметром, составляющим от 0,5 до 0,9 диаметра радиальных каналов ротора.
На чертеже фиг.1 изображена продольный разрез пневмодвигателя, на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1, на фиг.3-разрез Б-Б по фиг 2, на фиг.4 -общий вид пневмодвигателя в аксонометрической (объемной) проекции.
Пневмодвигатель (пневматический двигатель) содержит размещенный на валу 1 ротор 2, на плечах 3, 4 (идентично - радиальных рычагах или радиальных стержнях и т.п.) которого попарно установлены соосные и противоположно направленные сменные сопла 5, 6, соединенные радиальными каналами 7, 8 и наклонными каналами 9, 10 с продольными подводящими каналами 11, 12 вала 1, связанными с распределительным устройством пневмопривода (не изображено). Технологическое радиальное отверстие между каналами 7, 8 не обозначено. Пневмодвигатель располагается на подшипниках в корпусе (не изображен). Каждое из сопл 5, 6 на каждом плече 3, 4 ротора 2 соединено с одним из продольных каналов 11, 12 вала 1. Ротор 2 выполнен со сквозной осевой расточкой (не обозначена), в которой установлен вал 1. По краям подводящих каналов 11, 12 вала 1 выполнены наклонные каналы 9, 10, соединенные с радиальными каналами 7, 8 плеч 3, 4 ротора 2. Сопла 5, 6 каждой сосной пары выполнены в монолитной съемной втулке 13, имеющей перегородку 14 между соплами 5, 6 и окна (не обозначены) для соединения сопл 5, 6 с радиальными каналами 7, 8 плеч 3, 4 ротора 2, выполненных каждое со сквозным отверстием (не обозначено) для размещения соответствующей указанной съемной втулки 13 с возможностью фиксации перегородки 14 между ее соплами 5,6 к плечу (или в плече) 3 или 4 ротора 2.
На одном из концов вала 1 выполнен зубчатый венец 15 для соединения с объектом регулирования, например, трубопроводной регулирующей аппаратурой и средствами обратной связи (не изображено).
Вал выполнен с продольными осевыми подводящими каналами 11, 12, входы которых направлены в противоположные стороны.
Вал 1 выполнен ступенчатым с пояском меньшего диаметра (не обозначен), установленным в осевой сквозной расточке ротора 2, и снабжен со стороны, противоположной шлицевому участку, стопорным элементом 16 (пружинное кольцо) и фиксаторами 17 (шпонками) от проворота в осевой расточке ротора 2.
Для фиксации втулки 13 к плечу 3 или 4 ротора 2 в перегородку 14 втулки 13 установлен поперечный штифт 18.
Наружная поверхность плеч 3, 4 ротора 2 выполнена цилиндрической. Плечи 3, 4 ротора выполнены с ребрами 19, 20 обтекаемой формы. Ротор 2 выполнен с двумя диаметрально расположенными плечами 3, 4. Сопла 5, 6 в критическом сечении выполнены с диаметром, составляющим от 0,5 до 0,9 диаметра радиальных каналов 7, 8 ротора 2.
Пневмодвигатель работает следующим образом.
2
Распределительным устройством пневмопривода один из каналов, например, канал 11 соединяется с источником рабочей среды (воздуха или газа) под давлением, составляющим преимущественно 0,4-0,6 МПа (4-6 кг/см), а второй канал, например, канал 12 - с атмосферой. Пневмодвигатель относится к струйным реактивным пневмодвигателям типа «сегнерова колеса», вращение которых происходит за счет истечения рабочей среды через сопла 5, 6 по касательной к окружности.
Через соответствующие каналы, например, каналы 11, 9, 7 рабочая среда под давлением поступает в сопла 5 плеч 3, 4 ротора 2 и истекает с большой скоростью, создавая момент, передаваемый через вал 1 и его венец 15 на объект регулирования.
Для реверса пневмодвигателя распределительным устройством пневмопривода другой из каналов 11, 12 соединяется с источником рабочей среды (воздуха или газа) под давлением, а второй - с атмосферой.
Через соответствующие каналы, например, каналы 12, 8, 10 рабочая среда под давлением поступает в сопла 6 плеч 3, 4 ротора 2 и истекает с большой скоростью, создавая момент, передаваемый на вал 1 и его венец 15 на объект регулирования для движения в противоположном направлении.
Благодаря цилиндрической форме наружной поверхности ротора 2 и выполнению плеч 3, 4 ротора с ребрами 19, 20 обтекаемой формы снижается аэродинамическое сопротивление при работе пневмодвигателя, что позволяет повысить его к.п.д.
Выполнение сопл 5, 6 в монолитной втулке 13 позволяет обрабатывать их совместно, т.е. с одного установа, тем самым обеспечивает упрощение технологии изготовления и гарантированной парной замены сопловой группы, не допуская при этом случайной установки в одной паре сопл 5, 6 с неодинаковым диаметром критического проходного сечения, все это направлено на повышение надежности работы при реверсе пневмодвигателя и объекта регулирования. Фиксация втулки 13 с помощью штифта 18 при рациональном использовании перегородки 14 технологична, надежна и не требует сложной обработки для посадки сопл с натягом. Установка вала 1 в сквозной расточке ротора 2 упрощает конструкцию ротора 2, упрощает технологию его изготовления и улучшает ремонтопригодность, поскольку вал 1 или ротор 2, как и втулка 13, могут легко заменяться и фиксироваться по отдельности.
Сопла 5, 6 в критическом сечении выполнены с диаметром, выбранным в экспериментально определенном оптимальном диапазоне, и составляющим от 0,5 до 0,9 диаметра радиальных каналов 7,8 ротора 2 что позволяет обеспечить, в совокупности с пониженным аэродинамическим сопротивлением, необходимой величины крутящего момента на валу 1 для передачи регулирующему органу пневмопривода. При этом выполнение зубчатого венца 15 непосредственно на валу 1 (т.е. заодно с валом 1) позволяет сократить габариты и уменьшить механические потери в передаче мощности на объект регулирования.
В частных случаях реализации диаметр сопл 5, 6 в критическом сечении составляет 7-9 мм, при диаметре каналов 7, 8, 9, 10 равном 10-12 мм. Оси сопл 5, 6 располагаются от оси вала 1 на расстоянии, составляющем от 7 до 12 диаметра радиальных каналов 7, 8 или от 10 до 15 диаметра сопл 5, 6, т.е. на расстоянии (радиусе) 90-100 мм от оси вала 1. Это позволяет минимизировать потери энергии рабочей среды во внутреннем тракте - каналах 7, 8 пневмодвигателя.
Таким образом, создан эффективный пневмодвигатель и расширен арсенал струйных пневмодвигателей.
При этом обеспечены упрощение конструкции и технического обслуживания, повышение ремонтопригодности, безопасности и надежности реверса пневмодвигателя, снижены потери давления и аэродинамическое сопротивление ротора.