Прямозубая машина объемного действия
SPUR-TYPE VOLUMETRIC MACHINE

Изобретение относится области гидравлических машин и может быть использовано при создании высокопроизводительных компактных роторных насосов низкого и среднего давления.
Известна прямозубая машина объемного действия, содержащая ротор с зубом, размещенные в цилиндре, причем зуб выступает над ротором, и радиус этого выступа равен радиусу цилиндра (см., например, патент РФ патент РФ на полезную модель № 111211, МПК F04C 18/56, опубликован 10.12.2011).
Известна также прямозубая машина объемного действия, содержащая ротор с зубом, жестко соединенные с приводным валом, и размещенные в цилиндре, перекрытом торцовыми крышками, причем зуб выступает над ротором, и радиус этого выступа равен радиусу цилиндра, который снабжен всасывающим окном и нагнетательным клапаном, и имеющая устройство для прохода зуба в зоне этого окна и клапана (см., например, патент РФ на изобретение № 2520774, МПК F04C 3/02, опубликован 27.06.2014).
Недостатком известных конструкций является их большие материалоемкость и габариты, а также технологическая сложность изготовления, т.к. как в этих конструкциях устройство для прохода зуба в зоне всасывающего окна и нагнетательного клапана выполнено в виде дополнительного диска со впадиной, диаметр которого несколько больше диаметра цилиндра, этот диск приводится во вращение через коническую передачу, имеет свой вал с подшипниками, должен быть накрыт герметизирующей крышкой, и ось его вращения должна быть строго перпендикулярна оси вращение ротора.
Известна также прямозубая машина объемного действия, содержащая цилиндр с всасывающим окном и нагнетательным клапаном, перекрытый торцевыми крышками, ротор с зубом, жестко соединенный с приводным валом и размещенный в цилиндре, причем зуб выполнен выступающим над ротором с радиусом, равным радиусу цилиндра, и устройство для прохода зуба в зоне всасывающего окна и нагнетательного клапана, выполненное в виде кулачка, жестко соединенного с приводным валом, и заслонки, размещенной в пазу с возможностью перемещения вдоль него и подпружиненной в сторону цилиндра, при этом паз расположен между всасывающим окном и нагнетательным клапаном, а его ось выполнена пересекающейся с окружностью цилиндра (см.патент FR 445569 A, 14.11.1912, F04C2/356).
Недостатком этой конструкции также является высокая сложность изготовления и большая материалоемкость.
Технической задачей изобретения является снижение материалоемкости и габаритов машины, снижение технологических затрат на ее изготовление.
Указанная задача решается тем, что в известной прямозубой машине объемного действия, содержащей цилиндр с всасывающим окном и нагнетательным клапаном, перекрытый торцевыми крышками, ротор с зубом, жестко соединенный с приводным валом и размещенный в цилиндре, причем зуб выполнен выступающим над ротором с радиусом, равным радиусу цилиндра, и устройство для прохода зуба в зоне всасывающего окна и нагнетательного клапана, выполненное в виде кулачка, жестко соединенного с приводным валом, и заслонки, размещенной в пазу с возможностью перемещения вдоль него и подпружиненной в сторону цилиндра, при этом паз расположен между всасывающим окном и нагнетательным клапаном, а его ось выполнена пересекающейся с окружностью цилиндра, согласно изобретению, заслонка имеет выступ, контактирующий с кулачком, причем выступ и кулачок размещены в полости проставки, установленной между крышкой и цилиндром. При этом ось симметрии кулачка может быть выполнена совпадающей с осью симметрии зуба.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана схема фронтального вида на машину со снятой одной из крышек, а на фиг. 2 - поперечное сечение машины.
На фиг. 3 показан аналогичный фиг. 1 вид в тот момент, когда зуб пересекает проекцию всасывающего окна.
На фиг. 4 показан такой же вид в тот момент, когда зуб пересек проекцию всасывающего окна, началось движение заслонки в сторону ротора и началось сжатие жидкости.
На фиг. 5 показан этот же вид в тот момент, когда происходит нагнетание жидкости, а заслонка своим торцом пришла в контакт с цилиндрической поверхностью ротора.
На фиг. 6 показано поперечное сечение машины, имеющей два цилиндра по обе стороны от кулачка, а на фиг. 7 - один широкий цилиндр и два кулачка, приводящие в движение одну заслонку.
R
Прямозубая машина (фиг. 1 и 2) содержит цилиндрический ротор 1 с зубом 2, жестко соединенный шпонкой 3 с приводным валом 4. Ротор 1 размещен в цилиндре 5, перекрытом торцовыми крышками 6 и 7 с образованием рабочей полости 8. Зуб 2 выступает над ротором 1, и радиус  этого выступа равен наружному радиусу окружности 9 цилиндра 5, который снабжен всасывающим окном 10 и нагнетательным клапаном 11, размещенным в крышке 6.
Устройство для прохода зуба 2 в зоне окна 10 и клапана 11 выполнено в виде заслонки 12, размещенной в пазу 13, расположенном между окном 10 и клапаном 11. Ось этого паза пересекается с окружностью 9 цилиндра 5. Заслонка 12 имеет возможность двигаться вдоль паза 13, причем она имеет выступ 14, контактирующий с кулачком 15, жестко соединенным с приводным валом 4 шпонкой 3, и подпружинена пружиной сжатия 16 в сторону цилиндра 5. Выступ 14 и кулачек 15 размещены в полости 17 проставки 18.
В данном примере ось симметрии кулачка 15 совпадает с осью симметрии зуба 2.
Крышки 6 и 7, цилиндр 5 и проставка 18 стянуты болтами 19, вал 4 вращается в подшипниках 20, уплотнение 21 препятствует утечкам жидкости.
На фиг. 6 показан второй вариант машины, имеющий два цилиндра - 5 и 22, два ротора - 1 и 23, сидящих на одном валу 4. и, соответственно, - две рабочие полости - 8 и 24. Предполагается, что всасывающее окно 10 и клапан 11 у обеих полостей общие, т.е. оба цилиндра работают параллельно. Хотя оба цилиндра могут иметь и отдельные всасывающие окна, и отдельные нагнетательные клапаны, и работать последовательно для получения высокого давления жидкости. Кроме того, в таком варианте при отдельных нагнетательных клапанах 11 и окнах 10 могут одновременно в разных цилиндрах сжиматься разные жидкости, или в одном цилиндре жидкость, а в другом - газ, что дополнительно расширяет функции машины.
На фиг. 7 показан третий вариант машины, в которой используется широкий цилиндр 5, в связи с чем для исключения перекоса заслонки 12 при воздействии на нее одного кулачка, на валу 4 установлено два кулачка - 25 и 26 по обе стороны от единственного ротора 1. В этом случае у заслонки 12 имеются два выступа - 27 и 28, каждый из которых взаимодействует со своим кулачком. В этой конструкции используются две проставки - 29 и 30 с полостями 31 и 32 для размещения кулачков 25 и 26.
Машина работает следующим образом (фиг. 1-5).
При вращении приводного вала 4 вместе с ним вращаются ротор 1 с зубом 2 и кулачек 15. В тот момент, когда зуб находится в одной оси с заслонкой 12, поднятой кулачком 15 в крайнее верхнее положение (фиг. 1), нагнетательный клапан 11 сообщается с всасывающим окном 10 через полость 8, в которой давление равно давлению всасывания. При этом клапан 11 закрыт, т.к. на него действует перепад давления между давлением нагнетания и всасывания, движение жидкости в полости 8 отсутствует.
При дальнейшем вращении ротора (фиг. 3) зуб 2 начинает перекрывать всасывающее окно 10, а заслонка 12 под действием пружины 16, будучи прижатой к поверхности кулачка 15, начинает двигаться вниз (по рисунку). Нагнетательный клапан 11 все еще через полость 8 соединен со всасывающим окном 10 и находится в закрытом состоянии, движения жидкости в полости 8 отсутствует.
Далее зуб 2 минует окно 2 (фиг. 4), но в связи с тем, что оно продолжает оставаться соединенным с клапаном 11 через зазор между заслонкой 12 и цилиндрической поверхностью ротора 1, клапан 11 остается в закрытом состоянии, и движения жидкости в полости 8 нет.
Дальнейшее вращение ротора 1 (фиг. 5) приводит к тому, что заслонка 12, следуя за поверхностью кулачка 15, перекрывает сечение полости 8 и отделяет клапан 11 от окна 2. Теперь в полости 8 образовалось два объема - один перед зубом 2, а другой - позади него. Продолжая двигаться по окружности 9 цилиндра 5, зуб 2 сжимает жидкость в объеме, находящемся перед ним, до давления нагнетания, клапан 11 открывается, и жидкость нагнетается потребителю.
В это же время объем полости 8, находящийся позади зуба, увеличивается, и жидкость всасывается в нее через окно 10.
Так продолжается до тех пор, пока зуб 2 не перекроет сечение нагнетательного клапана 11, в то время как кулачек 15 начинает поднимать заслонку 12 для прохода зуба, и зуб входит под нее, устанавливается положение, показанное на фиг. 1. Далее цикл повторяется.
Второй вариант машины с двумя роторами 1 и 23, показанный на фиг. 6, работает аналогично - одновременно цикл осуществляется в двух полостях - 8 и 24.
В третьем варианте (фиг. 7) полость 8 имеет большую ширину, и два кулачка 25 и 26 давят на выступы 27 и 28 симметрично относительно заслонки, что позволяет исключить ее перекос.
Предложенная конструкция машины имеет существенно меньшие габариты и массу, чем известные прямозубые конструкции, в ней гораздо меньше деталей, в связи с чем она более технологична и не требует сложных сборочных и подгоночных операций, и имеет гораздо меньшую стоимость в изготовлении.
В связи с изложенным, следует считать поставленную техническую задачу полностью выполненной.