ОБЪЕМНЫЙ НАСОС С ПРИВОДНЫМ МЕХАНИЗМОМ
VOLUMETRIC PUMP WITH ACTUATING MECHANISM

Данное изобретение относится к объемному насосу, содержащему приводной механизм, обеспечивающий выпуск точно определенного количества жидкости.
Поршневые насосы, которые относятся к известному уровню техники, как правило, содержат приводной механизм, приводимый в действие ротором, для того чтобы преобразовать угловое перемещение указанного ротора в двунаправленное линейное и угловое перемещение поршня. В одном варианте выполнения в международной патентной публикации №2006/056828 описан объемный насос, имеющий первый поршень, выполненный внутри первой полой цилиндрической части. Указанный насос имеет впускное отверстие, через которое жидкость во время такта впуска поршня может быть втянута в насосную камеру, и выпускное отверстие, через которое жидкость во время такта выпуска поршня может быть выпущена. Второй поршень расположен напротив первого поршня внутри второй полой цилиндрической части, при этом обе цилиндрические части собраны встык друг к другу, образуя кожух. Внутри, посередине указанного кожуха установлен поворотный элемент, который имеет впускные и выпускные отверстия. Указанный элемент приводится в действие объединенным двунаправленным линейным и угловым перемещением, приводя к относительному сдвигу то в одном, то в другом направлении между цилиндрическим кожухом и поршнями вдоль оси указанных поршней при синхронном закрытии впускных и выпускных отверстий, обеспечивая непрерывную подачу текучей среды.
Основной недостаток указанного насоса обусловлен тем, что ротор передает к поворотному элементу объединенное двунаправленное линейное и угловое перемещение. Вследствие этого в процессе открытия и закрытия впускных и выпускных отверстий поршни все еще двигаются относительно кожуха, создавая, таким образом, ход поршня насоса, который не совсем точен.
Цель данного изобретения заключается в том, чтобы предложить конструкцию объемного насоса, содержащего усовершенствованный приводной механизм, приводимый в действие предпочтительно одним ротором, который обеспечивает отсутствие перекачивающего перемещения в процессе открытия и/или закрытия впускных и/или выпускных отверстий. Такой насос допускает больший угол переключения клапана, что дает возможность сконструировать насосные механизмы и сменные детали меньших размеров. Кроме того, это обеспечивает более точный ход поршня насоса, что приводит к более точному выпускаемому объему жидкости.
Данная цель достигается путем создания такого объемного насоса, который описан в п.1 формулы изобретения. Указанный объемный насос содержит по меньшей мере один поршень, расположенный внутри цилиндрического кожуха, и средство, вызывающее относительное линейное возвратно-поступательное перемещение между цилиндрическим кожухом и поршнем для создания хода поршня объемного насоса. Указанный насос дополнительно содержит поворотный диск, выполненный с возможностью двунаправленного углового поворота, работающий как клапан, который поочередно соединяет по меньшей мере одно впускное отверстие и по меньшей мере одно выпускное отверстие с по меньшей мере одной насосной камерой, расположенной внутри кожуха, а приводной механизм предназначен для по меньшей мере частичного разделения двунаправленного углового перемещения поворотного диска и линейного возвратно-поступательного перемещения кожуха. Данный приводной механизм расположен таким образом, что поворотный диск достигает углового положения, при котором он открывает и/или закрывает впускные и/или выпускные отверстия, когда отсутствует относительное линейное возвратно-поступательное перемещение между цилиндрическим кожухом и поршнем.
Изобретение станет более понятным из приведенного ниже подробного описания некоторых вариантов выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает на просвет вид сверху в аксонометрии объемного насоса без приводного механизма.
Фиг.2 изображает вид в аксонометрии одной из двух цилиндрических частей, составляющих полый цилиндрический кожух.
Фиг.3 изображает вид спереди и вид сбоку поворотного диска.
Фиг.4 изображает разрез поворотного диска по линии С-С, показанной на Фиг.3.
Фиг.5а изображает вид с торца вида, показанного на Фиг.1, а Фиг.5b представляет собой вид насоса в начале цикла в разрезе по линии А-А, показанной на Фиг.5а.
Фиг.6а изображает вид с торца вида, показанного на Фиг.1, а Фиг.6b представляет собой вид насоса после поворота на 90° поворотного элемента, который является частью приводного механизма, в разрезе по линии А-А, показанной на Фиг.6а.
Фиг.7а изображает вид с торца вида, показанного на Фиг.1, а Фиг.7b представляет собой вид насоса после поворота поворотного элемента на 180°, в разрезе по линии А-А, показанной на Фиг.7а.
Фиг.8а изображает вид с торца вида, показанного на Фиг.1, а Фиг.8b представляет собой вид насоса после поворота поворотного элемента на 270°, в разрезе по линии А-А, показанной на Фиг.8а.
Фиг.9 изображает вид в аксонометрии приводного механизма объемного насоса, выполненного согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения.
Фиг.10 изображает частичный вид в аксонометрии приводного механизма, представленного на Фиг.9.
Фиг.11 изображает частичный вид в аксонометрии такого же приводного механизма, что и на Фиг.10, но без объемного насоса.
Фиг.12 изображает вид снизу в аксонометрии вида, показанного на Фиг.11.
Фиг.13 изображает продольный разрез вида, показанного на Фиг.10.
Фиг.14 изображает разрез вида, показанного на Фиг.13, по линии С-С.
Фиг.15 изображает вид в аксонометрии поворотного элемента, угловое перемещение которого передается посредством ротора через приводной ремень.
Фиг.16 изображает график изменения последовательности срабатывания клапана путем углового перемещения поворотного элемента усовершенствованного механизма по сравнению с обычным механизмом относительно величины хода поршня.
Фиг.17 изображает частичный вид снизу усовершенствованного механизма, когда поворотный элемент собирается поворачиваться против часовой стрелки.
Фиг.18 изображает частичный вид снизу усовершенствованного механизма, когда поворотный элемент собирается поворачиваться по часовой стрелке.
Фиг.19 изображает вид в аксонометрии приводного механизма объемного насоса, выполненного согласно второму варианту выполнения данного изобретения.
Фиг.20 изображает продольный разрез вида, показанного на Фиг.19.
Фиг.21 изображает вид в аксонометрии такого же приводного механизма, что изображен на Фиг.19, но без объемного насоса.
Фиг.22 изображает вид сверху вида, показанного на Фиг.21.
Фиг.23 изображает вид снизу вида, показанного на Фиг.21.
Фиг.24 изображает передачу движения от ротора к поворотному элементу согласно модификации первых двух вариантов выполнения.
Фиг.25 изображает вид в аксонометрии приводного механизма согласно другому варианту выполнения данного изобретения.
Фиг.26 изображает вид спереди вида, показанного на Фиг.21.
Согласно первому варианту выполнения изобретения насос, подобный одному варианту выполнения насоса, описанного в международной патентной публикации №2006/056828, содержит приводной механизм, который описан далее.
Такой насос содержит первый и второй поршни (1, 1'), закрепленные напротив друг друга внутри полого цилиндрического подвижного кожуха (2), как показано на Фиг.1. Указанный кожух (2) выполнен из двух одинаковых цилиндрических частей (3, 3'), собранных встык друг к другу. Диск (4) (Фиг.3 и Фиг.4), содержащий впускное и выпускное отверстия (5, 5'), разнесенные предпочтительно на 180° друг от друга, установлен посередине внутри указанного кожуха (2) между двумя цилиндрическими частями (3, 3'). Такая сборка образует первую и вторую камеры (6, 6'). Диск (4) выполнен с возможностью углового перемещения относительно кожуха (2) и приводится в движение приводным механизмом посредством вала, описанного далее.
В отличие от объемного насоса, описанного в международной публикации №2006/056828, в котором сферическая оконечность (7) вала (8) входит в отверстие, расположенное под диском (4), с обеспечением передачи объединенного двунаправленного линейного и углового перемещения указанному диску (4), объемный насос, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит диск (4), который изменен таким образом, чтобы соответствовать приводному механизму настоящего изобретения. По всей толщине нижней части этого диска (4) имеется паз (10), при этом указанный паз (10) имеет полуцилиндрическую выемку (11), вдоль которой во время работы указанного приводного механизма может скользить сферическая оконечность (7) вала (8), являющегося частью приводного механизма, предотвращая тем самым передачу двунаправленного линейного перемещения от вала (8) к диску (4), что в противном случае привело бы к возвратно-поступательному скольжению кожуха (2) вдоль оси поршня (1, 1'). Двунаправленное линейное перемещение кожуха (2) вдоль оси указанных поршней (1, 1') передается приводным механизмом, как изложено далее.
Посредством объединенного линейного перемещения цилиндрического кожуха (2) и углового перемещения диска (4) цилиндрический кожух (2) скользит возвратно-поступательно вдоль оси двух поршней (1, 1') во время закрытия впускного и выпускного отверстий (5, 5'), для того чтобы обеспечить, с одной стороны, поочередное всасывание текучей среды из впускного отверстия (5) соответственно в первую и вторую камеры (6, 6'), а, с другой стороны, поочередное выпускание текучей среды (12) соответственно из первой и второй камер (6, 6') в выпускное отверстие (5').
Синхронизация фаз всасывания и проталкивания между двумя камерами (6, 6') достигается благодаря выполнению первого и второго Т-образных каналов (13, 13'), расположенных внутри диска (4), как показано на Фиг.4. Каналы (13, 13') поочередно соединяют впускное отверстие (5) с первой и второй камерами (6, 6'), а первую и вторую камеры (6, 6') с выпускным отверстием (5'), когда указанные каналы (13, 13') поочередно перекрывают первое и второе отверстия (14, 14'), расположенные на конце обеих цилиндрических частей (3, 3'), как показано на Фиг.2 для части (3).
Чтобы предотвратить любое перекачивающее перемещение при открытых и закрытых впускных и/или выпускных отверстиях (5, 5'), приводной механизм содержит поворотный элемент (9), удерживаемый двумя шарикоподшипниками (9') (Фиг.13 и Фиг.14). Этот поворотный элемент (9) приводится в движение ротором (19), который посредством приводного ремня (20) передает угловое перемещение к шкиву (21) круглой формы, являющемуся частью указанного поворотного элемента (9). По всей высоте шкива проходит вал (8), расположенный эксцентрически. Линейный подшипник и подшипник вращения (8”) установлены вокруг вала (8) таким образом, чтобы вал мог свободно вращаться вокруг своей собственной оси (8'). Одна оконечность вала (8) предназначена для передачи двунаправленного углового перемещения к диску (4) объемного насоса, как описано выше, для того чтобы открывать и закрывать соответственно впускное и выпускное отверстия (5, 5') указанного объемного насоса.
Приводной механизм дополнительно содержит соединительную деталь (15), которая на одном конце установлена вокруг кольца (15'), ось которого расположена под углом навстречу оси (8') вала (8), а другой конец указанной соединительной детали соединен с первым промежуточным элементом (22). Указанная соединительная деталь (15) преобразует вращательное перемещение поворотного элемента (9) в двунаправленное линейное движение модуля, состоящего из обоймы (16), две стороны которой соединены с первым и вторым промежуточными элементами (22, 22'). Каждая сторона каждого промежуточного элемента (22, 22') установлена с возможностью скольжения на двух параллельных стержнях (23). Обойма (16) передает двунаправленное линейное перемещение к подвижной опоре (17), которая установлена с возможностью скольжения внутри обоймы (16) насоса. Кожух объемного насоса неподвижно установлен относительно опоры (17), при этом через каждый поршень (1, 1') проходит вал (24, 24'), жестко соединяющий указанный поршень (1, 1') с неподвижным элементом (25, 25'). Между обоймой (16) насоса и указанной опорой (17) предусмотрен поперечный люфт (17'), необходимый для того, чтобы воспрепятствовать скользящему движению опоры (17) и, следовательно, линейному перемещению кожуха (2) объемного насоса.
Линейное перемещение кожуха (2) вдоль поршней (1, 1') должно быть синхронизировано с угловым перемещением поворотного элемента (4) для того, чтобы гарантировать, что во время открытия и/или закрытия впускного и/или выпускного отверстий (5, 5') отсутствует перекачивающее перемещение независимо от положения обоймы (16) и направления вращения поворотного элемента (9). На Фиг.16 показано изменение последовательности срабатывания клапана за счет углового перемещения поворотного элемента (4) усовершенствованного механизма по сравнению с обычным механизмом относительно величины хода поршня насоса. Последовательность переключения клапанов при работе с усовершенствованным механизмом представлена заштрихованной областью, расположенной вокруг оси абсцисс.
Для того чтобы скоординировать последовательность переключения клапанов с так называемым «периодом холостого хода насоса» (Фиг.16), когда отсутствует перекачивающее перемещение и который соответствует описанному выше поперечному люфту (17'), предусмотренному между обоймой (16) насоса и указанной опорой (17), люфт обеспечивается канавкой (40) (Фиг.17 и Фиг.18), необходимой для того, чтобы сдвинуть синусоидальную кривую из такой фазы, при которой начало последовательности закрытия впускного или выпускного отверстий (5, 5') возникает, как только объемный насос достигает конца хода поршня. Данная фаза задерживает последовательности закрытия и открытия таким образом, чтобы они возникали только во время холостого хода насоса. Это является гарантией того, что полная последовательность открытия впускного или выпускного отверстий (5, 5') возникает непосредственно перед следующим тактом, образованным скользящим перемещением кожуха (2) вдоль поршня (1, 1'). При обычном механизме клапаны должны были бы все еще коммутировать, если все еще имеется перекачивающее перемещение, создавая тем самым ход поршня насоса, который не является достаточно точным.
Указанная канавка (40) создает реверсивный механизм, который независим как от положения обоймы (16) насоса, так и от направления вращения поворотного элемента (9) (Фиг.17 и Фиг.18). Этот люфт в два раза больше угла, необходимого для завершения последовательности открытия или закрытия впускного или выпускного отверстий (5, 5').
Поскольку вал (8) установлен эксцентрически на поворотном элементе (9), двунаправленное линейное перемещение, передаваемое к кожуху (2) объемного насоса, не является постоянным, поскольку подчиняется синусоидальной зависимости. Для того чтобы обеспечить постоянный выпуск текучей среды, приводной механизм должен управляться сервоприводом, служащим для обеспечения постоянного линейного перемещения.
Во втором варианте выполнения данного изобретения (Фиг.19, Фиг.20, Фиг.21, Фиг.22 и Фиг.23) линейное возвратно-поступательное перемещение передается непосредственно поворотным элементом (9) в часть опоры (17) цилиндрического кожуха (2) без необходимости использования соединительной детали (15), первого и второго промежуточных элементов (22, 22') и обоймы (16) насоса. В отличие от первого варианта выполнения шарикоподшипник (42) собран вокруг верхней части вала (8), между двумя контактными поверхностями (43) части опор (17) одноразового действия. Расстояние между двумя указанными контактными поверхностями (43) больше, чем внешний диаметр шарикоподшипника (42), что необходимо для создания поперечного люфта (17'), гарантирующего отсутствие перекачивающего перемещения, при котором впускное и/или выпускное отверстие (5, 5') открыто или закрыто.
В модификации первого и второго варианта выполнения данного изобретения шкив (21) круглой формы, который является частью поворотного элемента (9), заменен шкивом эллиптической формы (не показан). Периметр данного шкива был рассчитан таким образом, чтобы превратить нерегулярное линейное перемещение кожуха (2) в постоянное линейное перемещение, обеспечивающее постоянный выпуск текучей среды. Использование шкива эллиптической формы устраняет необходимость управления приводного механизма сервоприводом.
В другой модификации этих двух вариантов поворотный элемент (9) имеет наружный зубчатый диаметр (45), который зацепляется с червячным винтом (44), приводимым в движение непосредственно ротором (19).
В четвертом варианте выполнения изобретения (Фиг.25 и 26) приводной механизм содержит статор (26) с канавкой (27) квадратной формы, имеющей сферическое закругление в каждом углу. Первый игольчатый подшипник (28) опирается на дно канавки (27), тогда как второй игольчатый подшипник (29), в который входит сменный вал (30), опирается на первый подшипник. Диск (31) присоединен с возможностью вращения к центру статора (26) и посредством передаточного ремня (32) приводится в движение ротором (не показан). Указанный диск (31) имеет паз (33), через который установлен второй игольчатый подшипник (29). Поперечный люфт между вторым игольчатым подшипником (29) и краем паза (33) позволяет диску (31) тянуть вал (30) вдоль канавки (27). Направление движения вала (30) задается первым игольчатым подшипником (28), который катится вдоль канавки (27), когда диск (31) тянет второй игольчатый подшипник (29), удерживающий вал (30).
Несмотря на то что данное изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты выполнения, понятно, что данное описание не должно быть истолковано в ограничивающем смысле.