РОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА

Полезная модель относится к гидромашинам объемного вытеснения с вращающимися рабочими органами. Она предназначена для использования в гидро- и пневмосистемах в качестве насоса и двигателя.
Известна роторная гидромашина планетарного типа (RU 1403993), содержащая два некруглых центральных колеса, одно из которых имеет внешние зубья, а другое - внутренние, и взаимодействующие с ними плавающие сателлиты, а также торцовые крышки с каналами подвода и отвода рабочей среды. Центроида центрального колеса с внешними зубьями имеет n выступов (в частности, 3), а центроида центрального колесо с внутренними зубьями n+1 впадин (в частности, 4). При этом количество плавающих сателлитов равно сумме числа выступов центроиды центрального колеса с внешними зубьями и числа впадин центроиды центрального колеса с внутренними зубьями, т.е. 2n+1 (в примере - 7). Отношение чисел зубьев центральных колес равно отношению n/(n+1). Недостатком конструкции является неуравновешенность сил, действующих на центральные колеса, что обуславливает наличие нагруженных опор вала ротора. Другим недостатком конструкции является потеря части полезного объема рабочих полостей, занимаемого большим количеством сателлитов.
В роторной гидромашине планетарного типа (DE 19621051) центроида колеса с внешними зубьями имеет один выступ (n=1), т.е. является круглой, а центроида колеса с внутренними зубьями n+1=2 впадины. При этом количество плавающих сателлитов равно 2n+1=3. Уменьшение количества сателлитов обеспечивает увеличение полезного объема рабочих полостей. Недостаток, состоящий в наличии нагруженных опор вала ротора, сохраняется.
Известна роторная гидромашина (RU 2012129467), содержащая подвижное круглое колесо с внешними зубьями, неподвижное круглое колесо с внутренними зубьями, два плавающих сателлита, взаимодействующие с подвижным и неподвижным колесами, эксцентрик, неподвижные торцовые крышки и систему каналов подвода и отвода рабочей среды. В ней подвижное и неподвижное колеса имеют одинаковое число зубьев, причем, подвижное колесо жестко связано с вращающимся эксцентриком, ось вращения которого смещена относительно оси неподвижного колеса на расстояние, равное его эксцентриситету. Данная конструкция имеет минимальное количество сателлитов, что обеспечивает большой полезный объем рабочих полостей. Недостаток, состоящий в наличии нагруженных опор вала ротора, сохраняется.
В роторной гидромашине (US 6230823) с некруглыми колесами центроида колеса с внешними зубьями имеет четное число выступов (4 или 6), а центроида колеса с внутренними зубьями четное число впадин (6 или 8). При этом количество плавающих сателлитов равно 10 или 14. В такой гидромашине силы, действующие на центральные колеса, уравновешивают друг друга, а опоры вала ротора разгружены или могут вовсе отсутствовать. Недостатком конструкции является потеря части полезного объема рабочих полостей, занимаемого большим количеством сателлитов.
Наиболее близкой по технической сущности предлагаемой конструкции является гидромашина планетарного типа (RU 2137943), содержащая два некруглых центральных колеса, одно из которых имеет внешние, а другое внутренние зубья, сопряженные с ними сателлиты и торцовые крышки с каналами подвода и отвода рабочей среды. Центроида центрального колеса с внешними зубьями имеет 2 выступа, а центроида центрального колеса с внутренними зубьями - 4 впадины, при этом количество сателлитов (равное сумме числа выступов центроиды центрального колеса с внешними зубьями и числа впадин центроиды центрального колеса с внутренними зубьями) - 6. Неподвижным является центральное колесо с внутренними зубьями. В этой гидромашине обеспечено уравновешение сил, приложенных к центральным колесам.
Недостаток конструкции - сравнительно большое количество сателлитов - 6, что снижает полезный объем рабочих полостей.
Техническая задача полезной модели состоит в увеличении полезного объема гидромашины.
Техническим результатом полезной модели является увеличение полезного объема рабочих полостей гидромашины за счет уменьшения количества сателлитов, которые занимают пространство между некруглыми центральными колесами. При этом обеспечивается уравновешенность сил, действующих на центральные колеса, и нагрузки на опоры вала ротора отсутствуют.
Предлагаемая роторная гидромашина планетарного типа содержит два некруглых центральных колеса, одно из которых имеет внешние зубья, а другое - внутренние, взаимодействующие с центральными колесами плавающие сателлиты, количество которых равно сумме числа выступов центроиды центрального колеса с внешними зубьями и числа впадин центроиды центрального колеса с внутренними зубьями, а также торцовые крышки и систему каналов подвода и отвода рабочей среды. При этом оба центральных колеса имеют одинаковое число зубьев, а число выступов центроиды центрального колеса с внешними зубьями и число впадин центроиды центрального колеса с внутренними зубьями одинаковы и равны двум. Технический результат - увеличение полезного объема, достигается тем, что количество сателлитов - 4, соответствующее указанному соотношению чисел выступов и впадин центроид, является минимально возможным для симметричных схем гидромашины, обладающих свойством уравновешенности сил.
С технологической точки зрения, рациональным является вариант гидромашины, в котором некруглое центральное колесо с внутренними зубьями и торцовые крышки являются неподвижным, а каналы подвода и отвода рабочей среды выполнены в торцовых крышках.
Для повышения производительности и стабильности выходных характеристик роторная гидромашина содержит дополнительную секцию, которая отделена от первой секции плоской перегородкой и содержит, подобно первой секции, неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями, подвижное центральное колесо с внешними зубьями, жестко связанное с подвижным колесом первой секции, и четыре плавающих сателлита.
При работе на жидких средах первую и дополнительную секции гидромашины целесообразно соединить последовательно. Для этого подвижные центральные колеса первой и дополнительной секций закреплены на общем центральном валу без относительного поворота, неподвижные центральные колеса с внутренними зубьями развернуты друг относительно друга на 90°, в торцовой крышке первой секции выполнены два канала подвода рабочей среды, в торцовой крышке дополнительной секции выполнены два канала отвода рабочей среды, а в плоской перегородке выполнены два перепускных канала, смещенные относительно каналов подвода и отвода среды на 90°, причем размер всех каналов в окружном направлении превышает внешний диаметр сателлитов. Указанное последовательное соединение секций позволяет значительно увеличить сечение каналов и, тем самым, снизить гидравлические потери.
Для повышения герметичности, снижения чувствительности гидромашины к погрешностям изготовления зубчатых колес, а также повышения технологичности ее деталей зубчатые звенья - некруглые центральные колеса и сателлиты - выполнены сборными, состоящими из отдельных плоских элементов.
Примеры реализации полезной модели иллюстрируются чертежами.
На фигуре 1 роторная гидромашина изображена в осевом разрезе. На фигуре 2 гидромашина показана в разрезе плоскостью, перпендикулярной главной оси, при осесимметричном положении сателлитов. На фигуре 3 - та же гидромашина при повороте ротора на 90°.
На фигуре 4 показана гидромашина, содержащая дополнительную секцию. На фигуре 5 изображен разрез Г-Г этой гидромашины по первой секции. На фигуре 6 - разрез Д-Д по дополнительной секции.
1
2
Роторная гидромашина, показанная на фигурах 1, 2, содержит подвижное некруглое центральное колесо 1 с внешними зубьями, неподвижное некруглое центральное колесо 2 с внутренними зубьями, взаимодействующие с центральными колесами плавающие сателлиты 3, торцовые крышки 4 с каналами подвода 5 и отвода 6 рабочей среды. Все зубчатые звенья 1, 2, 3 механизма выполнены состоящими из отдельных пластин. Пластины, составляющие подвижное центральное колесо 1, объединены между собой шлицевым валом 7. Пластины, составляющие неподвижное центральное колесо 2, вместе с торцовыми крышками 4 стянуты шпильками 8. Пластины, составляющие плавающие сателлиты 3, между собой непосредственно не скреплены. Оба центральных колеса 1 и 2 имеют одинаковое число зубьев - в примере Z=Z=60. Числа выступов центроиды центрального колеса 1 с внешними зубьями и впадин центроиды центрального колеса 2 с внутренними зубьями одинаковы и равны двум. Заметим, что работоспособными будут и конструкции с другими одинаковыми числами выступов и впадин центроид (например, три), но предпочтительным является заявленный вариант гидромашины.
Гидромашина работает следующим образом.
1
2
При вращении центрального колеса 1 с внешними зубьями, взаимодействующие с этим колесом плавающие сателлиты 3 обкатываются по внутреннему зубчатому венцу неподвижного центрального колеса 2. В связи с тем, что числа зубьев Z и Z центральных колес одинаковы, угловая скорость центрального колеса 1 вдвое больше переносной угловой скорости системы сателлитов (т.е. скорости мнимого водила). При этом одному обороту центрального колеса 1 соответствует один цикл изменения конфигурации системы сателлитов 3. В результате движения звеньев объемы рабочих полостей, заключенных между торцовыми крышками и поверхностями всех зубчатых колес, циклически изменяются. В положении системы, показанном на фигурах 1,2, каналы подвода 5 и отвода 6 рабочей среды открыты. При этом две рабочие полости заполняются рабочей средой, а из двух других среда вытесняется. При повороте центрального колеса 1 на 90° (фигура 3) мнимое водило (т.е. система сателлитов) поворачивается на 45° и все каналы 5, 6 оказываются перекрыты сателлитами 3 - цикл заканчивается. Работоспособность данного варианта гидромашины сохраняется при диаметрах каналов 5, 6 не превышающих диаметр впадин зубьев сателлита 3. Сборная конструкция зубчатых звеньев, за счет самоустановки дисков, составляющих сателлиты 3, позволяет снизить требования точности при изготовлении зубьев и увеличивает герметичность рабочих полостей.
На фигурах 4, 5, 6 изображена гидромашина, которая содержит основную (первую) секцию (ее разрез по Г-Г показан на фигуре 5) и, подобную первой, дополнительную секцию (ее разрез по Д-Д показан на фигуре 6). То есть гидромашина состоит из двух гидромашин-секций, имеющих общий корпус, но разделенных плоской перегородкой 9. Подвижные центральные колеса 1 с внешними зубьями обеих секций закреплены на общем валу 7 с помощью шпонки 10 без углового смещения друг относительно друга. Неподвижные центральные колеса 2 с внутренними зубьями развернуты друг относительно друга на 90°. В торцовой крышке 4 первой секции выполнены два канала 5 подвода рабочей среды, в торцовой крышке дополнительной секции выполнены два канала 6 отвода рабочей среды, а в плоской перегородке 9 выполнены два перепускных канала 11, смещенные относительно каналов подвода и отвода среды на 90°. Таким образом, рабочие полости секций соединены последовательно. Все каналы имеют форму сечения, удлиненную в окружном направлении, причем длина сечения каждого отверстия превышает внешний диаметр сателлитов 3.
В процессе работы этой гидромашины каналы 5, 6, 11 одновременно никогда полностью не перекрыты. При этом секции создают (или воспринимают) давление среды последовательно. В один период времени в фазе активной работы находится первая секция, на ее сателлиты 3 действует давление рабочей среды. В этот момент дополнительная секция находится в пассивной фазе - через каналы 11 и 6 рабочая среда, минуя сателлиты, перетекает свободно. В другой период времени давление воспринимают сателлиты 3 дополнительной секции, а через основную секцию среда проходит свободно. Существует короткий момент, когда обе секции находятся в активной фазе, при этом они имеют одинаковый расход. В итоге, две секции сглаживают колебания расхода и напора при работе гидромашины в режиме насоса и обеспечивают непрерывное вращение ротора в режиме двигателя. Удлиненная форма сечений каналов 5, 6, 11, помимо обеспечения последовательной работы секций, снижает сопротивление перетеканию среды, т.е. повышает гидравлический КПД гидромашины. Для увеличения создаваемого давления возможно и целесообразно использование гидромашин, содержащих три, четыре и более последовательно соединенных секции.
Представляется перспективным использование предлагаемой гидромашины в насосах для перекачки нефти и мазута, в насосах для воды (буровых и пожарных), в насосах-дозаторах для различных жидкостей, в насосах и двигателях гидроприводов, в пневмодвигателях, в вакуумных насосах низкого вакуума.