ЛОПАСТНОЙ НАСОС
BLADE PUMP

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к лопастному насосу, а в частности к лопастному насосу, выполненному с возможностью периодической подачи смазочного масла в насосную камеру в результате вращения ротора.
Уровень техники
Обычно, известный лопастной насос содержит корпус, имеющий насосную камеру, в которой образована, по существу, кольцевая внутренняя стенка; ротор, выполненный с возможностью эксцентричного вращения относительно центра насосной камеры и скольжения в контакте с частью внутренней стенки насосной камеры; и лопасть, выполненную с возможностью вращения ротором для постоянного разделения насосной камеры на множество пространств (Патентный документ 1).
Кроме того, известен лопастной насос, в котором в роторе и в корпусе, описанном выше, выполнен маслоподводящий канал, периодически сообщающийся с насосной камерой в результате вращения ротора, причем смазочное масло периодически подают через сообщающееся отверстие маслоподводящего канала, выполненное в насосной камере, при этом сообщающееся отверстие выполнено в положении на стороне впускного канала от центральной линии, проходящей между центром насосной камеры и центром вращения ротора в корпусе.
Патентный документ 1: Патент Японии №3107906 (в частности, Фиг.3).
Сущность изобретения
Задачи, решаемые настоящим изобретением
При этом, в дополнение к смазывающему воздействию лопасти и насосной камеры, смазочное масло имеет уплотняющее воздействие на зазор между лопастью и насосной камерой для обеспечения герметичности пространства, разделенного лопастью, и, когда смазочное масло не достаточно подается в насосную камеру, например при запуске двигателя, эта герметизация выполняется не полностью.
В случае обычного лопастного насоса, поскольку сообщающееся отверстие выполнено в положении на стороне впускного канала от центральной линии, даже если лопасть проходит сообщающееся отверстие, давление в пространстве, разделенном лопастью, становится отрицательным, тем самым обеспечивая протекание смазочного масла в насосную камеру только таким образом, что смазочное масло затягивается в направлении вращения лопасти.
Следовательно, требуется значительное время, пока осуществится подача смазочного масла между лопастью и насосной камерой и обеспечится полное уплотнение зазора между лопастью и насосной камерой, и здесь возникает проблема, заключающаяся в том, что в этот период времени лопастной насос не может выполнять свою основную работу.
Ввиду такой проблемы, целью настоящего изобретения является создание лопастного насоса, который может быстро выполнять свою основную работу, даже если количество подаваемого в насосную камеру смазочного масла является незначительным, например во время запуска двигателя.
Таким образом, лопастной насос согласно настоящему изобретению представляет собой лопастной насос, содержащий: корпус, имеющий насосную камеру, в которой образована, по существу, кольцевая внутренняя стенка; ротор, выполненный с возможностью эксцентричного вращения относительно центра насосной камеры и скольжения в контакте с частью внутренней стенки насосной камеры; и лопасть, выполненную с возможностью вращения ротором для постоянного разделения насосной камеры на множество пространств, при этом
в корпусе, между пространствами, разделенными центральной линией, проходящей между центром насосной камеры и центром вращения ротора, выполнен впускной канал в одном пространстве и выпускной канал в другом пространстве соответственно;
также в роторе и в корпусе выполнен маслоподводящий канал, периодически сообщающийся с насосной камерой в результате вращения ротора, при этом
смазочное масло периодически подается через сообщающееся отверстие маслоподводящего канала, выполненное в насосной камере, выполненное в пространстве на стороне выпускного канала от центральной линии в насосной камере, и
лопасть проходит сообщающееся отверстие, при этом маслоподводящий канал и насосная камера выполнены с возможностью сообщения друг с другом.
Согласно настоящему изобретению, когда лопасть проходит выпускной канал, насосная камера разделяется на три пространства лопастью, и между ними пространство, где ротор входит в контакт с насосной камерой, разделяется ротором на пространство на стороне впускного канала и пространство на стороне выпускного канала относительно центральной линии.
В это время давление в пространстве на стороне впускного канала относительно центральной линии, где ротор входит в контакт с насосной камерой, становится отрицательным в результате всасывания газа через впускной канал, а давление в пространстве на стороне, где ротор не входит в контакт с насосной камерой, становится отрицательным, поскольку его объем увеличивается вращением лопасти.
Кроме того, в пространстве на стороне впускного канала по отношению к центральной линии, где ротор входит в контакт с насосной камерой, давление более высокое, чем в пространстве, в котором давление отрицательное потому, что, в то время как его объем уменьшается, смазочное масло и газ выпускаются из выпускного канала.
Таким образом, даже когда лопасть проходит за сообщающееся отверстие, после прохождения выпускного канала, происходит перепад давления между пространством, имеющим отрицательное давление из-за увеличения объема, и пространством, имеющим более высокое давление, чем соответствующее пространство, в связи с этим из пространства, имеющего более высокое давление, смазочное масло вытекает в пространство, имеющее отрицательное давление, через зазор между лопастью и насосной камерой.
В это время смазочное масло, вытекающее в пространство, имеющее отрицательное давление, вытекает в направлении, противоположном направлению вращения лопасти, так что смазочное масло положительно воздействует на лопасть, которая впоследствии проходит сообщающееся отверстие.
В результате, вытекающее смазочное масло герметизирует зазор между лопастью и насосной камерой, соответственно, лопастной насос может быстро выполнять свою основную работу, даже если смазочное масло подается не в достаточном количестве в насосную камеру.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Далее будет описан вариант осуществления изобретения. На Фиг.1-3 показан лопастной насос 1 согласно данному варианту осуществления. Лопастной насос 1 закрепляется на боковой поверхности двигателя автомобиля (не показан) и выполнен с возможностью создания отрицательного давления в усилителе тормозной системы (не показан).
Лопастной насос 1 включает в себя: корпус 2, имеющий, по существу, кольцевую насосную камеру 2А, образованную в нем; ротор 3, выполненный с возможностью эксцентричного вращения относительно центра насосной камеры 2А движущей силой двигателя; полую лопасть 4, выполненную с возможностью вращения ротором 3 для постоянного разделения насосной камеры 2А на множество пространств; и крышку 5, закрывающую насосную камеру 2А.
В корпусе 2 предусмотрены описанные ниже соответственно впускной канал 6, расположенный выше насосной камеры 2А, сообщающийся с усилителем тормозной системы для всасывания газа из усилителя, и выпускной канал 7, расположенный ниже насосной камеры 2А для выпуска газа, втянутого из усилителя, и смазочного масла, поданного из маслоподводящей канавки 13. Кроме того, во впускном канале 6 установлен обратный клапан 8 для поддержания отрицательного давления в усилителе, особенно при прекращении работы двигателя.
Описанный со ссылкой на Фиг.1 ротор 3 включает в себя цилиндрическую роторную часть 3А, вращающуюся в насосной камере 2А, причем наружная поверхность роторной части 3А входит в контакт с поверхностью внутренней стенки насосной камеры 2А, при этом впускной канал 6 и выпускной канал 7 расположены перпендикулярно к центральной линии L, проходящей между центром роторной части 3А и центром насосной камеры 2А.
На Фиг.1 показан ротор, выполненный с возможностью вращения против часовой стрелки, в нижеследующем описании сторона по потоку в направлении вращения означает пространство, расположенное рядом со стороной по часовой стрелке от линии, проходящей между центром вращения ротора 3 и произвольной точкой насосной камеры 2А, а нижняя сторона по направлению вращения означает пространство, расположенное рядом со стороной против часовой стрелки от линии.
Кроме того, в центральной части роторной части 3А в диаметральном направлении расположена полая часть 3а, а лопасть 4 выполнена с возможностью перемещения со скольжением вдоль канавки 9 в направлении, перпендикулярном осевому направлению ротора 3.
Более того, на обоих концах лопасти 4 установлены колпачки 10, передние части которых выполнены полукруглыми, и передняя часть такого колпачка 10 скользит в контакте с поверхностью внутренней стенки насосной камеры 2А, а между лопастью 4 и колпачком 10 есть небольшой зазор.
Смазочное масло в насосную камеру 2А подается по маслоподводящей канавке 13, и при этом сообщающееся отверстие маслоподводящей канавки 13 выполняется на стороне ниже по потоку в направлении вращения лопасти 4 от положения, в котором выполняется выпускной канал 7.
Таким образом, лопасть установлена с возможностью прохождения маслоподводящей канавки 13 после прохождения выпускного канала 7 так, что смазочное масло, подаваемое из маслоподводящей канавки 13, не выпускается, как из выпускного канала 7.
Кроме того, на Фиг.1 лопасть 4 показана как ориентированная в вертикальном направлении, при этом в дальнейшем, в иллюстративных целях, пространство, расположенное на изображенной правой стороне лопасти 4 и выше роторной части 3А в насосной камере 2А, именуется «первым пространством А», пространство, расположенное на левой стороне лопасти 4, именуется «вторым пространством В», а пространство, расположенное на правой стороне лопасти 4 и ниже роторной части 3А, именуется «третьим пространством С».
На Фиг.2 показан вид в поперечном разрезе, выполненном по линии II-II, показанной на Фиг.1. В корпусе 2 рядом с насосной камерой 2А расположен подшипник 2В для поддержания ротора 3, а на противоположной стороне подшипника 2В установлена крышка 5.
Кроме того, ротор 3 включает в себя хвостовик 3В, поддерживаемый подшипником 2В, для приведения во вращение роторной части 3А, причем хвостовик 3В, выступающий от подшипника 2В, как показано, в правую сторону, соединен с муфтой 11, приводимой во вращение посредством кулачкового вала двигателя.
Более того, торцевые поверхности роторной части 3А и лопасти 4, показанные на левой стороне скользят в контакте с крышкой 5, и, также, торцевая поверхность лопасти 4 на правой стороне выполнена с возможностью вращения со скольжением в контакте с внутренней поверхностью насосной камеры 2А на стороне подшипника 2В.
Кроме того, нижняя поверхность 9а канавки 9, выполненной в роторе 3, образована на стороне хвостовика 3В немного от поверхности, по которой скользят лопасть 4 и насосная камера 2А, при этом между лопастью 4 и нижней поверхностью 9а образуется зазор.
В хвостовике 3В, в его центральной части, образован канал 12 для смазки для циркуляции смазочного масла от двигателя и создания маслоподводящего канала, причем канал 12 для смазки отводится в заданном положении в том же направлении, что и канавка 9, и включает в себя вспомогательный канал 12а, открывающийся на наружной поверхности хвостовика 3В.
Кроме того, в осевом направлении подшипника 2В выполнена маслоподводящая канавка 13 для образования маслоподводящего канала, образуя сообщающееся отверстие в насосной камере 2А, и, как показано на Фиг.1, ширину маслоподводящей канавки 4 выполняют такой, чтобы быть не меньше ширины лопасти 4.
Благодаря такой конфигурации, когда вспомогательный канал 12а совмещается с маслоподводящей канавкой 13 в результате вращения ротора 3, смазочное масло из канала 12 для смазки поступает в насосную камеру 2А по маслоподводящей канавке 13, и приблизительно половина смазочного масла направляется для подачи в полую часть 3а ротора 3 из зазора между лопастью 4 и нижней поверхностью 9а канавки 9.
Кроме того, остальная часть смазочного масла направляется для всасывания в насосную камеру 2А, давление в которой становится отрицательным в результате вращения лопасти 4, причем впрыскивается в насосную камеру 2А через зазор между лопастью 4 и колпачком 10.
Далее будет описана работа лопастного насоса 1 согласно данному варианту осуществления с описанной выше конструкцией. Ротор вращается против часовой стрелки, как показано на Фиг.1, посредством передачи движения от работающего двигателя через муфту 11, и затем лопасть 4 приводится во вращение, в то же время совершая возвратно-поступательное перемещение в канавке 9 ротора 3, и пространство, разделяемое с помощью лопасти 4 в насосной камере 2А, изменяется в объеме в зависимости от вращения ротора 3.
Более конкретно, на Фиг.3 показано положение, когда лопасть 4 проходит маслоподводящую канавку 13 в результате вращения ротора 3.
Кроме того, первое пространство А на Фиг.1 располагается на левой стороне лопасти 4 на данной фигуре (Фиг.3) в результате вращения ротора 3, а второе пространство В на Фиг.1 располагается на правой нижней стороне лопасти 4 и ротора 3 на данной фигуре (Фиг.3),
Первое пространство А имеет увеличенный объем по сравнению с объемом на Фиг.1 и, кроме того, закаченный из усилителя через впускной канал 6 газ, соответственно, давление в первом пространстве А становится отрицательным.
С одной стороны, объем второго пространства В является уменьшенным по сравнению с объемом на Фиг.1, и смазочное масло также, наряду с газом, во втором пространстве В выпускается из выпускного канала 7, в это время, для того чтобы привести к удалению смазочного масла из выпускного канала 7, газ во втором пространстве В подвергается сжатию для того, чтобы иметь более высокое давление, чем в первом пространстве А.
Таким образом, во время перехода от Фиг.1 к Фиг.3 создается перепад давления между первым пространством А и вторым пространством В, в результате чего смазочное масло, которое не может быть удалено через выпускной клапан 7 посредством лопасти 4, впрыскивается в первое пространство А через зазор между лопастью 4 и колпачком 10 соответственно из-за перепада давления.
Кроме того, в положении на Фиг.3 вспомогательный канал 12а в маслоподводящем канале и канавка 9 ротора 3 располагаются в одном направлении, если лопасть 4 и маслоподводящая канавка 13 совмещаются одна с другой в положении, как показано, в то же самое время вспомогательный канал 12а и маслоподводящая канавка 13 также совмещаются друг с другом.
Таким образом, когда вспомогательный канал 12а и маслоподводящая канавка 13 совмещаются друг с другом, приблизительно половина смазочного масла из маслоподводящей канавки 13 поступает в полую часть 3а ротора 3 через зазор между лопастью 4 и нижней поверхностью 9а канавки 9, и впоследствии это смазочное масло поднимается, протекая по внутренней поверхности ротора благодаря центробежной силе с помощью ротора 3, и герметизирует зазор между крышкой 5, ротором 3 и лопастью 4.
С другой стороны, что касается остальной части смазочного масла, так как маслоподводящая канавка 13 выполняется на показанной нижней по потоку стороне, смазочное масло из маслоподводящей канавки 13 распыляется в виде тумана, чтобы поступать потоком в первое пространство А через нижнюю часть роторной части 3А ниже по потоку благодаря отрицательному давлению в первом пространстве А.
То есть в этом варианте осуществления смазочное масло подается в первое пространство А в два этапа, в виде распыляемого смазочного масла из второго пространства В, как описано выше, и распыляемого смазочного масла из нижней части роторной части 3А ниже по потоку.
Кроме того, смазочное масло, поступающее в первое пространство А через зазор между нижней поверхностью роторной части 3А и нижней поверхностью насосной камеры 2А, смазочное масло через зазор между лопастью 4, канавкой 9 и нижней поверхностью 9а и смазочное масло через зазор между лопастью 4 и колпачком 10, каждое поступает в направлении, противоположном направлению вращения лопасти 4.
Затем, прямо напротив лопасти 4, которая впоследствии достигает положения выпускного канала 7 в результате вращения ротора 3, смазочное масло продувается, и смазочное масло попадает в зазор между лопастью 4 и насосной камерой 2А и в зазор между колпачком 10 и насосной камерой 2А.
Таким образом, посредством поступления смазочного масла непосредственно в направлении, противоположном направлению вращения лопасти 4, смазочное масло может быстро циркулировать в зазоре между лопастью 4 и насосной камерой 2А или зазоре между колпачком 10 и насосной камерой 2А, когда смазочное масло не распределяется в достаточной степени в лопастном насосе 1, в особенности так, как при запуске двигателя.
Кроме того, смазочное масло не только осуществляет смазывание внутренней поверхности лопастного насоса 1, но оно служит и герметизирующим материалом, и посредством герметизации смазочным маслом зазора между лопастью 4 и насосной камерой 2А и т.д. может обеспечиваться, например, воздухонепроницаемость между вторым пространством В и первым пространством А.
Поэтому, даже незамедлительно после запуска двигателя лопастной насос 1 может быстро приступить к выполнению основной работы.
Наоборот, в обычном лопастном насосе, так как направление, в котором поступает смазочное масло, является направлением, повторяющим вращение лопасти, зазор между колпачком и насосной камерой 2А герметизируется не особенно быстро, так что незамедлительно после запуска двигателя лопастной насос не может быстро приступить к выполнению основной работы.
На Фиг.4 показан экспериментальный результат. На Фиг.4 прошедшее после запуска двигателя время показано по горизонтальной оси, а способность создавать отрицательное давление в усилителе показано по вертикальной оси, и можно увидеть, что лопастной насос 1, имеющий конструкцию согласно данному варианту осуществления, обозначенный сплошной линией, приводит к заданной способности создавать отрицательное давление более быстро по сравнению с лопастным насосом, имеющим обычную конструкцию, обозначенным прерывистой линией.
Кроме того, маслоподводящая канавка 13 может выполняться в положении на стороне выпускного канала 7 относительно центральной линии L, но отмечается, что если маслоподводящая канавка 13 располагается в положении на стороне слишком выше в направлении вращения лопасти 4, то отрицательное давление, которое должно создаваться посредством увеличения объема насосной камеры 2А, уменьшается в результате поступления смазочного масла, соответственно, всасывание становится не достаточным, в связи с этим производительность лопастного насоса не может полностью обеспечиваться.
Более того, в данном варианте осуществления ширина маслоподводящей канавки 13 в направлении вращения установлена несколько большей, чтобы быть не меньше, чем ширина лопасти 4, но следует отметить, что если ширину маслоподводящей канавки 13 в направлении вращения установить более узкой, чем ширина лопасти 4, то время подачи масла сокращается, и смазывание не может выполняться в достаточной степени, и, наоборот, если ширину маслоподводящей канавки 13 в направлении вращения установить слишком широкой, то количество смазочного масла становится слишком значительным, и лопасть 4 подвергается нагрузке, когда смазочное масло удаляется.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид в разрезе лопастного насоса 1 согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг.2 представляет собой поперечное сечение по линии II-II на Фиг.1;
Фиг.3 представляет собой вид в разрезе лопастного насоса 1, показывающий положение, когда лопасть 4 перемещается относительно положения на Фиг.1;
Фиг.4 представляет собой вид, показывающий экспериментальный результат.
Перечень ссылочных позиций
1 - лопастной насос
2 - корпус
2А - насосная камера
2В - подшипник
3 - ротор
3А - роторная часть
3В - хвостовик
4 - лопасть
7 - выпускной канал
9 - канавка
12 - канал для смазки
12а - вспомогательный канал
13 - маслоподводящая канавка