УПЛОТНИТЕЛЬ ПОРШНЯ МАШИНЫ ОБЪЕМНОГО ТИПА С ТОРОИДАЛЬНОЙ РАБОЧЕЙ КАМЕРОЙ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ

Использование - машиностроение: роторно-поршневые и с качающимися поршнями гидромашины, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания.
Известны машины объемного типа с рабочей камерой тороидальной формы круглого сечения, (патент Великобритании 1125717 F 01 С/42). Патент РФ RU 2119070 F 02 B 53/00.
Поршни этих машин имеют уплотнители в виде упругих колец с разрезами, сжатых стенками рабочей камеры. При вращении рабочих валов и соответствующих движениях поршней этих машин на уплотнители поршней действует центробежная сила, которая при высоких скоростях движения поршней может достигать значительных величин и создавать высокое удельное давление на рабочую поверхность уплотнения, что приводит к повышенному износу уплотнителей и стенок рабочих камер, дополнительному тепловыделению, понижению механического КПД машины. Считается так же, что необходимость в прижимном усилии уплотнителя падает с увеличением скорости движения поршня относительно стенок рабочей камеры и при достижении скорости какой - то достаточной величины и, в зависимости от конструкции, применения, типа рабочего тела, состояния и давления рабочего тела машины, может отсутствовать полностью (Г.Г.Гуськов. Необычные двигатели - 1971 г.).
Избыток прижимного усилия выше достаточного для надежного уплотнения, который возникает на режимах работы машины при повышенных и высоких скоростях движения поршней относительно стенок рабочих камер так же ведет к повышенному износу уплотнителей поршней и стенок рабочих камер, дополнительному тепловыделению, понижению механического КПД машины.
Задачей данной полезной модели является разработка механизма компенсации центробежной силы, действующей на упругое кольцо поршня и уменьшения избыточного прижимного усилия упругого кольца поршня машины объемного типа с тороидальной рабочей камерой круглого сечения.
Сущность полезной модели: упругое кольцо - поршня взаимодействует с противовесами, компенсирующими центробежную силу, действующую на упругое кольцо поршня и одновременно уменьшающими прижимное усилие упругого кольца поршня пропорционально увеличению скорости движения поршней машины.
На Фиг.1-6 показаны элементы машины, размещение на них предлагаемого механизма и его устройство.
На Фиг.7 - работа механизма.
В корпусе 1 (Фиг.1-2) имеется тороидальная рабочая камера круглого сечения 2 в которой находятся поршни 3 с упругими кольцами 4 разрез или замок которых 5 ориентирован в сторону оси вращения машины. С упругими кольцами 4 взаимодействуют противовесы 6 свободно насаженные на оси 7 и расположенные в специальной полости 8, которая находится в плоскости проточек под упругие кольца 9. Одними концами противовесы 6 входят в зацепление с противоположными сторонами упругого кольца 4 посредством засечек на упругом кольце (Фиг.3), выступов (Фиг.4), штифтов (Фиг.5), отверстий (Фиг.6). Другие концы противовесов свободны. Поршни 3 жестко посажены на валы 10 либо на другие, в зависимости от конструкции, элементы передающие движение поршней на центральный вал машины.
1
1
1
2
2
1
2
1
2
1
2
2
Оси противовесов (Фиг.7) находятся на прямых On и On проходящих от геометрического центра упругого кольца O к точкам зацепления противовесов и упругого кольца п и п. Эти прямые образуют некоторые углы α с прямой m m, проходящей через геометрический центр упругого кольца O и параллельной центральной оси вращения машины О О. Если разрез или замок упругого кольца симметричен продольной плоскости симметрии рабочей камеры машины как на Фиг.2, Фиг.7, то противовесы идентичны и можно рассмотреть работу одного.
цб1
1
1
1
Центробежная сила F (Фиг.7) действует на противовес 5 и трансформируется им в силу F которая через зацепление передается на упругое кольцо 4. Так как угол α имеет некоторое значение, то вектор силы F отклонен в сторону разреза или замка упругого кольца. При этом сила F разлагается на две составляющие:
2
цб2
F - силу, компенсирующую центробежную силу F действующую на упругое кольцо.
3
F - силу сжимающую упругое кольцо и уменьшающую прижимное усилие.
2
При этом: Если ∠ α=45° то F=Fз
3
Если ∠ α=0° то F=0
2
Таким образом изменяя ∠α можно выбрать соотношение F/Fз необходимое для надежного и в то же время достаточного уплотнения на всех режимах работы машины.
ц..м.
3
2
Если центр разреза или замка упругого кольца смещен от продольной плоскости симметрии рабочей камеры машины (не показано), в силу конструктивной необходимости, то устройство механизма будет несимметрично. Изменяя углы α между собой, массы противовесов, плечи рычагов 1 и 1 так же можно выбрать необходимое соотношение F/F3 каждого противовеса.
Ц
М
3
Методика расчетов необходимой массы противовесов, определения центра массы противовесов Ц.М. и соотношений 1../1 общеизвестна и здесь не приводится.
Таким образом работа механизма уменьшает силы трения кольцевых уплотнителей поршня о стенки рабочих камер.
Эти силы составляют значительную часть в сумме механических потерь поэтому предложенное техническое решение позволяет увеличить механический КПД, срок работоспособности кольцевых уплотнителей поршня и стенок рабочих камер, улучшить тепловой режим машины.