ГИДРОМАШИНА

Заявляемая полезная модель относится к роторно-поступательным машинам, а именно к роторным объемным гидромашинам, работающим в двух режимах.
Известен компрессор с качающимся ротором (см. Гидромашины и компрессоры. Касьянов В.М., М., изд-во "Недра", 1970 г., стр.203-204) состоящий из цилиндра, в котором на эксцентрике расположен ротор, жестко соединенный с качающимся шибером. Этот шибер, скользящий в цилиндрической направляющей, разделяет цилиндр на две камеры, одна из которых сообщается через окно в роторе с областью всасывания, а другая с областью нагнетания. При вращении эксцентрика ротор совершает планетарное движение относительно оси вала, благодаря чему объем камер изменяется, что необходимо для всасывания газа в одной камере и для выталкивания его в другой. Чтобы избежать сообщения между камерами, когда шибер полностью входит в свою направляющую, компрессор снабжен нагнетательным клапаном.
Недостатками известного компрессора с качающимся ротором являются низкие функциональные, эксплуатационные качества и надежность.
Эти недостатки обусловлены невозможностью его реверсивной работы и работы в режиме двигателя, а также наличием конструкции клапана, обусловливающем низкую надежность.
Известен также принятый за прототип насос с барабанным эксцентричным вытеснителем, заключенным в бугель (см. «Роторные насосы» Чиняев И.А., Л., изд-во "Машиностроение", 1969 г, стр.15), состоящий из барабана, эсцентрично установленного на валу в цилиндрическом корпусе. На барабан надет бугель с направляющей, которая проходит через вкладыш. При вращении вала и барабана бугель все время соприкасается с внутренней поверхностью цилиндра насоса.
Насос является реверсивным, поэтому в зависимости от направления вращения через один патрубок будет происходить всасывание а через другой нагнетание жидкости.
Недостатками известного устройства - насоса с барабанным эксцентричным вытеснителем, заключенным в бугель являются низкие функциональные и эксплуатационные качества.
Данные недостатки обусловлены невозможностью работы устройства в режиме двигателя, отсутствие непрерывности действия и постоянного разделения областей высокого и низкого давления и, как следствие, возможность перетока жидкости из области нагнетания в область всасывания, то есть больших объемных потерь.
Анализ обеих конструкций показывает что месторасположение отверстий для входа и выхода рабочей жидкости максимально приближено к узлу перегородки, этим достигается увеличение продолжительности нагнетания, и соответственно сокращается время перетока перекачиваемой среды из области нагнетания в область всасывания.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение ее функциональных и эксплуатационных качеств.
Поставленный технический результат достигается тем, что в известной гидромашине, включающей эксцентрично установленный на валу в цилиндрической камере ротор, согласно полезной модели, она состоит, по меньшей мере, из двух объединенных одним общим валом и гидравлически связанных между собой секций, каждая из которых содержит две гидравлически связанные между собой камеры, при этом роторы камер всех секций эксцентрично установлены на упомянутом, объединяющем все секции, валу, причем роторы одной секции установлены в камерах эксцентрично в противофазе между собой, а роторы всех секций сориентированы по отношению друг к другу с угловым смещением.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от аналогов и прототипа, которые могут работать только в режиме насоса во время своей рабочей фазы и в конструкциях которых применяется только одна рабочая камера, компоновка предложенной полезной модели, состоящая из нескольких секций, каждая из которых содержит две камеры, роторы которых установлены эксцентрично в противофазе, а во всех секциях эти роторы сориентированы по отношению друг к другу с угловым смещением, что, в совокупности предложенных признако, обеспечивает постоянное разделение областей высокого и низкого давления, следовательно обеспечивает и снижение объемных потерь, а так же работу гидромашины, как в режиме насоса так и в режиме двигателя, что повышает ее функциональные и эксплуатационные качества. Компоновка гидромашины из нескольких секций с разным угловым ориентированием роторов уменьшает колебания крутящего момента на валу гидромашины и облегчает переход рабочих фаз в секции с одной камеры на другую в режиме гидромотора. В момент перехода рабочих фаз в одних секциях, другие секции, находящиеся вне зоны перехода фаз, подкручивают вал и облегчают смену фаз. Гидравлическое соединение секций параллельно, как на входе, так и на выходе жидкости, обеспечивает реверсивную работу гидромашины, как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора, что подтверждает расширение функциональных возможностей гидромашины. Компоновка секций из двух гидравлически последовательно соединенных рабочих камер, с роторами, установленными эксцентрично в противофазе между собой обеспечивает постоянное разделение областей высокого и низкого давления. Ротор камеры, находящейся в рабочей фазе, вращая через общий вал ротор другой камеры, выводит его в рабочую зону. Угловое ограничение рабочей зоны позволяет обеспечить переход рабочей фазы между камерами. При угловом размере рабочей зоны
меньшем 180 градусов нарушится условие постоянного разделения областей высокого и низкого давления. В отличие от аналога и прототипа в заявляемой гидромашине увеличение рабочей зоны нецелесообразно, так как в режиме мотора ротор камеры выдает наибольшие значения крутящего момента в рабочей зоне углового размера 200 градусов. Когда точка "А" контакта ротора и корпуса будет находиться за пределами этой зоны (вблизи узла перегородки), ротор будет выдавать низкие значения крутящего момента. Ограничение рабочей зоны в конце рабочей фазы одного ротора, крутящий момент которого снижается, позволяет вовремя переключится на другой ротор, крутящий момент которого в это время как раз увеличивается, что повышает одновременно надежность работы и эксплуатационные качества гидромашины.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой полезной модели, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявляемой полезной модели "Гидромашина", а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков заявляемого объекта, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию "новизна", согласно, действующего законодательства.
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемой гидромашины может быть многократно использована в производстве с получением технического результата, заключающегося в повышении функциональных и эксплуатационных
качеств, что позволяет сделать вывод о соответствии ее критерию "промышленная применимость".
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где: - на фиг.1 изображен общий вид рабочей камеры гидромашины;
- на фиг.2 изображен вид рабочей камеры гидромашины в разрезе по оси симметрии;
- на фиг.3 изображен разрез узла вкладышей и перегородки по их общей оси;
- на фиг.4 изображена гидравлическая схема гидромашины составленной из 2-х секций;
- на фиг.5 изображен вид гидромашины, составленной из 2-х секций в разрезе по оси симметрии;
- на фиг.6 изображен вид рабочих камер секции гидромашины, находящихся перед сменой фаз, в разрезе;
- на фиг.7 изображен вид рабочих камер секции гидромашины, находящихся в середине рабочей фазы одной из камер, в разрезе;
Гидромашина состоит из двух параллельно соединенных секций 1 и 2, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных рабочих камер 3, 4 и 5, 6, соответственно. Роторы 7 и 8 секции 1 и роторы 9, 10 секции 2 установлены эксцентрично в противофазе между собой. Ротор 9 секции 2 сориентирован относительно ротора 7 секции 1 с угловым смещением на 90 (или 270 градусов). Рабочие камеры 3, 4 и 5, 6 имеют общий вал 11, одинаковую конструкцию и размеры, отличаясь только угловой ориентацией их относительно упомянутого вала 11. Каждая рабочая камера, например камера 3 состоит из корпуса 12 с цилиндрической расточкой 13 для вкладышей 14 и установленного в нем на валу 11 эксцентрика 15, на котором на подшипниках качения или скольжения 16 установлен ротор 7 круглого сечения, жестко соединенный с перегородкой прямоугольного сечения 17. В корпусе выполнены отверстия 18 и 19 для входа или выхода рабочей жидкости и
2
2
1
1
2
2
3
3
каналы 20 и 21 для обеспечения выхода жидкости из областей «Ж» (или заполнения жидкостью областей «Ж»), находящихся между краями отверстий для входа и выхода рабочей жидкости (точки "П" и "Р") и перегородкой (точки "С" и "Т"). Края отверстий 18 и 19 со стороны рабочей зоны (точки "Л" и "М") отстоят от главной горизонтальной оси корпуса О-О на угловое расстояние в 2 градуса. Ось ротора О-Осовершает вокруг оси корпуса О-О планетарное движение. Перегородка ротора 17 совершает возвратно-поступательное движение во вкладышах 14 корпуса 12. Ротор с перегородкой поворачивается при этом относительно собственной оси О-О и общей оси вкладышей и цилиндрической расточки О-О в зависимости от положения эксцентрика 15. Вкладыши корпуса 14 могут поворачиваться совместно со скользящей между ними перегородкой 17 в цилиндрической расточке корпуса 13 в зависимости от положения эксцентрика 15. С торцев 22 и 23 рабочая камера уплотняется торцевыми пластинами 24. Вал 11 вращается в подшипниках качения (или скольжения) 25 установленных в торцевых пластинах 24. Зазоры между вкладышами 14 и перегородкой 17, вкладышами 14 и цилиндрической расточкой корпуса 13, торцами вкладышей 14 и торцевыми пластинами 24, ротором 7 с перегородкой 17 и торцевыми пластинами 24 образуют щелевые уплотнения. Зазоры между ротором с перегородкой 17 и торцевыми пластинами 24 могут уплотнятся другими известными способами. Со стороны вкладышей 14 к корпусу присоединен кожух 26, который осуществляет защиту скользящего узла перегородки от загрязнений и сбор жидкости просочившейся через зазоры и слив ее через отверстия 27 в емкость. В корпусе и вкладышах 14 выполнены каналы для подвода смазывающей жидкости к местам скольжения поверхностей. В точке "К" находящейся на пересечении прямой соединяющей центры ротора и корпуса 12 с окружностью образующую цилиндрическую поверхность корпуса, поверхность ротора контактирует или максимально приближена к
поверхности корпуса разделяя области высокого и низкого давления герметично или образуя щелевое уплотнение.
Работа гидромашины осуществляется следующим образом.
Каждая отдельно взятая рабочая камера может работать, как реверсивный насос с ограничением фазы нагнетания (соответственно большими объемными потерями), но не может работать, как мотор из-за конструктивного ограничения рабочей фазы. Рабочая фаза камеры гидромашины ограничивается перемещением точки "К" в рабочей зоне. Рабочая зона определяется дугой "ЛНМ". Когда точка "К" находится в нерабочей зоне (на дуге "ЛПСТРМ") разобщения областей высокого и низкого давления не происходит, камера находится в не рабочей фазе. Для перехода камеры в рабочую фазу в режиме мотора необходимо механически довернуть вал 11, выведя ротор в рабочую зону. В режиме насоса отдельно взятая рабочая камера работает только в течение своей рабочей фазы. Когда ротор камеры находится в нерабочей зоне разобщения областей высокого и низкого давления не происходит и нагнетаемая жидкость может свободно перетекать из области нагнетания в область всасывания. Для обеспечения работоспособности, непрерывности вращения и постоянного разобщения областей высокого и низкого давления поток рабочей жидкости из камеры 3 направляется в камеру 4 последовательно соединенную с камерой 3. Ротор 8 камеры 4 также как и ротор 7 камеры 3 эксцентрично установлен в корпусе 12, но ориентирован с угловым смещением в 180 градусов относительно ротора 7 камеры 3, и насажен на общий с ротором 7 вал 11. Во время рабочей фазы камеры 3, ее ротор 7 является ведущим ротором секции 1 и нагнетает жидкость в режиме насоса, или вращая общий вал 11 перемещает ротор 8 камеры 4 в рабочую зону в режиме мотора. Когда точка "К" в камере 3 находится в нерабочей зоне, в камере 4 точка "К" находится в рабочей зоне, соответственно ротор 8 камеры 4 находится в рабочей фазе и становится на время своей рабочей фазы ведущим ротором секции 1 разобщая области высокого и низкого давления и
обеспечивает нагнетание в режиме насоса, или вращая общий вал 11 выводит ротор 7 камеры 3 в рабочую зону в режиме мотора. Каждая отдельно взятая секция представляет собой обратимую реверсивную гидромашину, которая может работать, как в режиме насоса, так и в режиме мотора. При этом обеспечивается постоянное разделение областей высокого и низкого давления. Отдельно взятая секция не может уверенно работать, как мотор, из-за сложности перехода рабочих фаз с ротора на ротор. Например, в секции 1 камера 3 будет первой на входе жидкости. В момент смены фаз с ротора 7 на ротор 8, поток рабочей жидкости, вращая ротор 7 и соединенный с ним через общий вал ротор 8, должен вывести ротор 8 в рабочую зону. В момент смены фаз, с ротора 8 на ротор 7, поток рабочей жидкости, проходя через камеру 3 и свободно вращая ротор 8 камеры 4, а так же через общий вал ротор 7, должен вывести ротор 7 в рабочую зону камеры 3, то есть перекрыть сам себя. Одновременно, находясь возле точек смены фаз роторы имеют пониженные значения крутящего момента. Для облегчения прохождения точек смены фаз и выравнивания крутящего момента на общем валу используется секция 2 гидромашины которая конструктивно аналогична секции 1 гидромашины, один из роторов которой, например ротор 9, в момент смены фаз находится в середине своей рабочей фазы и выдает максимальный крутящий момент. Секция 2 гидравлически параллельно соединяются с секцией 1, как на входе, так и на выходе жидкости для одинаковых режимов реверсивной работы гидромашины. Роторы 9 и 10 секции 2 установлены между собой в противофазе. Ротор 9 секции 2 сориентирован относительно ротора 7 секции 1 с угловым смещением на 90 (или 270) градусов. Секция 2 работает аналогично секции 1. Все четыре ротора гидромашины сориентированы с угловым смещением в 90 градусов, для компенсации крутящего момента на валу. Таким образом, снижается колебание значений крутящего момента на общем валу гидромашины. Одновременно выполняется условие постоянного разобщения областей
высокого и низкого давления, так как в любое время два ротора находятся в рабочей фазе. В режиме мотора получаемый крутящий момент на валу равен сумме моментов секции 1 и секции 2, а момент каждой секции равен моменту ведущего в настоящее время ротора секции. Величина момента непостоянна и зависит от угла поворота вала. В режиме насоса подача равна сумме подач секции 1 и секции 2, а напор равен напору одной из секций.
Применение настоящей полезной модели «Гидромашина» позволит привести к повышению ее надежности, прочности и мощности при одновременном повышении ее эксплуатационных и технических качеств.