| SU1273613A1 | 1986-11-30 | |||
| SU1634851A1 | 1991-03-15 | |||
| US3227090A | 1966-01-04 | |||
| US2569640A | 1951-10-02 |
| 1. | Сильфонный пневматический двигатель (пневмомотор), характеризующийся тем, что в нем отсутствуют какиелибо подвижные контактные уплотнения за счет соответствующего применения мембранно диафрагменных сильфонов (МДС) поворотного типа при использовании рабочего газа с высоким и сверхвысоким давлением, для чего он (двигатель) выполнен в составе двух (или более) принципиально аналогичных функциональных блоков, в которых смонтированы указанные сильфоны и такие блоки механически объединены своими поворотными валами таким образом, что сильфоны в блоках работают в противофазах и при этом один из блоков оборудован обгонной муфтой прямого действия, которая передает соответствующее поворотное движение подвижных элементов объединенных блоков на выходной вал отбора мощности, а другой блок оборудован реверсивной обгонной муфтой, которая преобразует возвратное движение подвижных элементов блоков на противоположное, т.е. преобразует его во вращение однонаправленное с выходным вращением первой обгонной муфты и с помощью смонтированного продольного центрального вала, связывающего указанные обгонные муфты, передает получаемое таким образом результирующее однонаправленное вращение на общий выходной вал пневмо двигателя. |
| 2. | Сильфонный пневматический двигатель по п.l, отличающийся тем, что каждый из упомянутых мембраннодиафрагменных сильфонов (МДС) содержит набор осесимметричных подвижных элементов, герметично соединенных между собой, при этом, упомянутый набор подвижных элементов выполнен не однотипным, а в виде последовательно чередующихся пластинчатых элементов двух различных типов, а именно: эластичных мембран и жестких недеформируемых пластин (диафрагм) с центральными отверстиями в них, так что эластичная мембрана своей центральной частью герметично закреплена вокруг отверстия в жесткой диафрагме с одной стороны, а с другой стороны закреплена по периметру другой диафрагмы, при этом последующая мембрана закреплена в обратном порядке и т.д., с результирующим образованием именно в такой последовательной сборке подвижных элементов указанных двух типов, некоторого подобия гофрам традиционных сильфонов, но при этом наружные размеры набора диафрагм и соответственно мембран ступенчато уменьшаются от максимального значения, например, в подвижной части сборки и такая торцевая диафрагма закреплена на подвижной платформе всей сборки в целом, а наименьшая по размеру диафрагма закреплена на неподвижной платформе, снабженной отверстием для прохода в дальнейшем рабочего газа внутрь МДС и при этом на подвижной платформе МДС закреплен по меньшей мере один ступенчатый кондуктор, который в процессе рабочего удлинения всей сборки своими внутренними уступами принудительно выдвигает каждую жесткую диафрагму и соответственно связанную с ней эластичную мембрану на конструктивно заданный предельно допустимый уровень их взаимной раздвижки, независимо от суммарной раздвижки всего МДС и тем самым обеспечивается реализация требуемого ресурса циклической работы МДС для его конкретного технического предназначения. |
| 3. | Сильфонный пневматический двигатель по п.2, отличающийся тем, что эластичные мембраны выполнены с использованием в качестве их силового каркаса металлотканей или металлизированных тканевых материалов из особо прочных волокон, а требуемая газонепроницаемость мембран обеспечивается путем применения аморфизированных металлических покрытий и (или) аморфизированной фольги. |
| 4. | Сильфонный пневматический двигатель по п.2 или 3, отличающийся тем, что его диафрагмы, соприкасающиеся с рабочим газом внутри самого МДС, оснащены зонами размещения известных теплоаккумулирующих материалов, например, слоем тончайших металлических нитей или зонами с носителями каталитических веществ, применение которых позволяет осуществлять при работе МДС определенные термодинамические и (или) термохимические процессы, например, регенерацию тепла и (или) каталитические реакции. |
| 5. | Сильфонный пневматический двигатель по пп.2 или 3, отличающийся тем, что набор эластичных мембран и жестких диафрагм выполнен поворотного типа, в котором неподвижные платформы закреплены на корпусе внешнего статора, а подвижные платформы закреплены на поворотном рабочем вале и оснащены внешними и внутренними поворотными ступенчатыми кондукторами и при этом внешний кондуктор проходит через выборки в статоре. |
| 6. | Сильфонный пневматический двигатель по пп.2 или 3, отличающийся тем, что герметизированный набор эластичных мембран и жестких диафрагм конструктивно выполнен в виде продолговатого устройства с закругленными торцами и снабжен соответственно увеличенным количеством отверстий в неподвижной платформе для прохода внутрь МДС рабочего газа. |
| 7. | Сильфонный пневматический двигатель по п.l, отличающийся тем, что его главные функциональные блоки, в которых смонтированы мембранно диафрагменные сильфоны поворотного типа, выполнены с различной площадью поворотных сильфонов, воспринимающих давление рабочего газа. |
| 8. | Сильфонный пневматический двигатель по п.l, отличающийся тем, что изменение направления вращения его выходного вала осуществляется за счет применения соответствующих технических устройств дополнительного реверсирования обгонных муфт. |
Область техники
Изобретение относится к области машиностроения и касается решения проблем замены широко распространенных во всем мировом автотранспортном двигателестроении традиционных поршневых систем на системы и устройства, которые принципиально не содержат каких-либо подвижных контактных уплотнений, таких как, например, известные поршневые кольца и т.п. Преимущественно изобретение относится к решению проблем реализации именно беспоршневого (безуплотнительного) преобразования энергии сжатого газа (воздуха) в механическую энергию вращательного движения выходного вала предлагаемого пневматического двигателя.
Предшествующий уровень техники
Известны пневматические двигатели, см. например, SU 1634851 Al, 15.03.1991, этот двигатель содержит станину и закрепленные на ней шарнирно качающиеся рабочие органы в виде эластичных оболочек, закрепленных между двух жестких плоскопараллельных пластин, одна из которых закреплена шарнирно на станине, а другая связана с шатуном, причем выходной вал снабжен кривошипом, а последний шарнирно связан с шатунами. Однако этот тип двигателя сложен в изготовлении, в связи с этим не очень надежен, и, кроме того, не приспособлен для работы с рабочим газом (воздухом) высокого и сверхвысокого давления.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача: создание простого, надежного, высокопроизводительного пневматического двигателя, приспособленного для работы с рабочим газом (воздухом) высокого и сверхвысокого давления.
В сущности поставлена задача решения проблем замены широко распространенных во всем мировом автотранспортном двигателестроении традиционных поршневых систем на системы и устройства, которые принципиально не содержат каких-либо подвижных контактных уплотнений, таких как, например, известные поршневые кольца и т.п. Преимущественно изобретение относиться к решению проблем реализации именно беспоршневого (безуплотнительного) преобразования энергии сжатого газа (воздуха) в механическую энергию вращательного движения выходного вала предлагаемого пневматического двигателя. Сущность изобретения выражается в создании пневмодвигателя с принципиально новым объединением в предлагаемом конструктивном комплексе целого ряда технических решений, в том числе раннее порознь известных из достижений в различных областях научно-технического прогресса. При этом основополагающей базовой концепцией является применения в предлагаемом пневмо двигателе принципиально новых мембранно-диафрагменных сильфонов поворотного типа. Такие сильфоны позволяют применять рабочий газ (воздух) с высоким и сверхвысоким давлением.
Наиболее важные технические решения, которые в данном изобретении впервые функционально объединяются и которые при этом являются существенными отличительными признаками, характеризуются нижеследующими краткими пояснениями.
Поставленная задача решается тем, что:
В предложенном сильфонном пневматическом двигателе (пневмомоторе), отсутствуют какие-либо подвижные контактные уплотнения за счет соответствующего применения мембранно-диафрагменных сильфонов (МДС) поворотного типа при использовании рабочего газа с высоким и сверхвысоким давлением, для чего он (двигатель) выполнен в составе двух (или более) принципиально аналогичных функциональных блоков, в которых смонтированы указанные сильфоны и такие блоки механически объединены своими поворотными валами таким образом, что сильфоны в блоках работают
в противофазах и при этом один из блоков оборудован обгонной муфтой прямого действия, которая передает соответствующее поворотное движение подвижных элементов объединенных блоков на выходной вал отбора мощности, а другой блок оборудован реверсивной обгонной муфтой, которая преобразует возвратное движение подвижных элементов блоков на противоположное, т.е. преобразует его во вращение однонаправленное с выходным вращением первой обгонной муфты и с помощью смонтированного продольного центрального вала, связывающего указанные обгонные муфты, передает получаемое таким образом результирующее однонаправленное вращение на общий выходной вал пневмо двигателя.
При этом:
- каждый из упомянутых мембранно-диафрагменных сильфонов (МДС) содержит набор осесимметричных подвижных элементов, герметично соединенных между собой, при этом, упомянутый набор подвижных элементов выполнен не однотипным, а в виде последовательно чередующихся пластинчатых элементов двух различных типов, а именно: эластичных мембран и жестких недеформируемых пластин (диафрагм) с центральными отверстиями в них, так что эластичная мембрана своей центральной частью герметично закреплена вокруг отверстия в жесткой диафрагме с одной стороны, а с другой стороны закреплена по периметру другой диафрагмы, при этом последующая мембрана закреплена в обратном порядке и т.д., с результирующим образованием именно в такой последовательной сборке подвижных элементов указанных двух типов, некоторого подобия гофрам традиционных сильфонов, но при этом наружные размеры набора диафрагм и соответственно мембран ступенчато уменьшаются от максимального значения, например, в подвижной части сборки и такая торцевая диафрагма закреплена на подвижной платформе всей сборки в целом, а наименьшая по размеру диафрагма закреплена на неподвижной платформе, снабженной отверстием для прохода в дальнейшем рабочего газа внутрь МДС и при этом на подвижной платформе МДС закреплен по меньшей мере один ступенчатый кондуктор, который в процессе рабочего удлинения всей сборки своими внутренними уступами
принудительно выдвигает каждую жесткую диафрагму и соответственно связанную с ней эластичную мембрану на конструктивно заданный предельно допустимый уровень их взаимной раздвижки, независимо от суммарной раздвижки всего МДС и тем самым обеспечивается реализация требуемого ресурса циклической работы МДС для его конкретного технического предназначения;
- эластичные мембраны выполнены с использованием в качестве их силового каркаса металлотканей или металлизированных тканевых материалов из особо прочных волокон, а требуемая газонепроницаемость мембран обеспечивается путем применения аморфизированных металлических покрытий и (или) аморфизированной фольги;
- диафрагмы, соприкасающиеся с рабочим газом внутри самого МДС, оснащены зонами размещения известных тепло аккумулирующих материалов, например, слоем тончайших металлических нитей или зонами с носителями каталитических веществ, применение которых позволяет осуществлять при работе МДС определенные термодинамические и (или) термохимические процессы, например, регенерацию тепла и (или) каталитические реакции;
- набор эластичных мембран и жестких диафрагм выполнен поворотного типа, в котором неподвижные платформы закреплены на корпусе внешнего статора, а подвижные платформы закреплены на поворотном рабочем вале и оснащены внешними и внутренними поворотными ступенчатыми кондукторами и при этом внешний кондуктор проходит через выборки в статоре;
- герметизированный набор эластичных мембран и жестких диафрагм конструктивно выполнен в виде продолговатого устройства с закругленными торцами и снабжен соответственно увеличенным количеством отверстий в неподвижной платформе для прохода внутрь МДС рабочего газа;
- главные функциональные блоки сильфонного пневматического
двигателя, в которых смонтированы мембранно-диафрагменные сильфоны поворотного типа, выполнены с различной площадью поворотных сильфонов, воспринимающих давление рабочего газа;
- изменение направления вращения выходного вала сильфонного пневматического двигателя осуществляется за счет применения соответствующих технических устройств дополнительного реверсирования обгонных муфт.
Основополагающей базовой концепцией является применения в предлагаемом пневмодвигателе принципиально новых мембранно- диафрагменных сильфонов поворотного типа. Такие сильфоны представляют собой набор радиально ориентированных продолговатых жестких поворотных диафрагм и располагаемых между ними газонепроницаемых эластичных мембран с центральными отверстиями в них для последующего прохода внутрь создаваемой герметизированной сильфонной сборки рабочего газа под высоким и сверхвысоким давлением. Поворотная раздвижка жестких диафрагм обеспечивается применением подвижных ступенчатых кондукторов. При этом, исходя из требуемой величины рабочего ресурса сильфонов, конструктивно задается сама величина ступенек поворотных кондукторов для соответствующей эксплуатационно допустимой раздвижки каждого звена сильфонов такого типа.
В состав предложенного сильфонного пневмодвигателя, как нового целевого конструктивного комплекса, включается применение по новому назначению ранее известных так называемых обгонных муфт (или муфт свободного хода).
Предлагаемый пневмодвигатель характеризуется применением в своем устройстве принципиально ранее известных реверсивных обгонных муфт, изменяющих направление вращения выходного вала на противоположное.
Краткое описание фигур чертежа
Сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом (Фиг.l), на котором изображено:
I - наружный корпус (статор) первого блока; 2 - статор второго блока;
3 - элементы статора;
4 - внутренние отверстия;
5 - контур неподвижной диафрагмы;
6 - штуцер подачи рабочего газа из системы управляющих клапанов; 7 - условно обозначенный радиальный газовый канал 2-го блока;
8 - обгонная муфта 2-го блока;
9 - выходной вал 2-го блока;
10 -общий выходной вал двигателя;
I 1 - выходной вал реверса 1-го блока; 12 - реверсивная обгонная муфта 1 -го блока;
13 - торцевой фланец;
14 - поворотный элемент 1 -го блока;
15 - шпоночный вкладыш;
16 - поворотный элемент 2-го блока; 17 - внутренний вал силовой (вращательной) связи обгонных муфт 1-го и 2-го блоков;
18 - кольцо связи подвижных элементов;
19 - условно исходное положение поворотного элемента в 1-ом блоке и направление его последующего движения; 20 - мембранно-диафрагменный поворотный сильфон в сжатом состоянии;
21 - внешний ступенчатый кондуктор;
22 - поворотная диафрагма с периферийным креплением эластичной мембраны;
23 - эластичная мембрана поворотного сильфона; 24 - поворотная диафрагма с внутренним креплением мембраны;
25 - поворотный сильфон в предельно раздвинутом состоянии;
26 - продольный газовый канал;
27 - внутренний ступенчатый кондуктор; α - угол рабочего поворота.
Лучший вариант осуществления изобретения
Осуществление изобретения в соответствии с приложенным чертежом поясняется нижеследующим кратким описанием конструкции пневмодвигателя и его действия.
Предлагаемый пневмодвигатель состоит из двух (или более) принципиально аналогичных и зеркально состыкованных блоков с внешними неподвижными (статорными) 3 корпусами (1 и 2) и торцевыми фланцами 13. Внутри корпусов жестко закреплены статорные элементы 3, например, в виде набора пластин, с образованием соответствующих цилиндрических и радиальных статорных упоров. На радиальных упорах 3 крепятся торцевые неподвижные диафрагмы (5) поворотных сильфонов (20 и
25).
Сильфоны в блоке 1 установлены так, что они работают в противофазе с сильфонами в блоке 2, т.е., когда в 1-ом блоке сильфоны находятся в предельно сжатым состоянии (20), то во втором блоке наоборот - в предельно раздвинутом состоянии (25).
Подвижные радиальные элементы пневмодвигателя закреплены на поворотных валах 14 и 16 первого и 2-го блоков соответственно с внешними
21 и внутренними 27 ступенчатыми кондукторами для последующего вывода сильфонных диафрагм на требуемую рабочую раздвижку вплоть до предельной (25).
Блок 2 в своей торцевой части оборудован обгонной муфтой 8 прямого действия, которая однонаправленно передает поворот подвижных элементов пневмодвигателя валу 9 и общему выходному валу 10. Другой блок (1) также с торцевой части оборудован своей обгонной муфтой 12, но - реверсивного типа, которая соответственно преобразует движение подвижных элементов спаренных блоков на противоположное, то есть
преобразует во вращение однонаправленное с предыдущим вращением вала 9 и 10.
С учетом вышеизложенного предлагаемый пневмодвигатель действует следующим образом. От конкретного внешнего источника высокого и сверхвысокого давления рабочий газ подается в систему управляющих клапанов (на чертеже не изображенную) и далее через соответствующие входные штуцера б, радиальные каналы 7 и продольные - 26, газ поступает к внутренним входным отверстиям 4 только тех поворотных сильфонов (например, изображенных на чертеже внутри 2-го блока), которые находятся в рабочем цикле своей раздвижки до предельно раздвинутого состояния 25, когда подвижные элементы спаренных блоков достигают статорных упоров 3. Одновременно из противофазных сильфонов (изображенных на чертеже внутри 1 -го блока) в этом рабочем цикле осуществлялась принудительная сдувка рабочего газа на выхлоп с возможной рекуперацией тепла. В процессе этого рабочего цикла подвижные элементы спаренных блоков передавали свой поворот (на угол а), как выше указано, на вал 9 и на общий выходной вал 10. Последующий рабочий цикл осуществляется аналогичным образом с подачей рабочего газа теперь уже в поворотные сильфоны другого блока (в рассматриваемом на чертеже состоянии - в первый блок). Возникающий при этом обратный поворот подвижных элементов спаренных блоков (также на угол а) воспринимается уже только реверсивной обгонной муфтой 12 первого блока, которая преобразует этот поворот во вращение однонаправленное с вращением вала 9 и 10 в предыдущем цикле. Именно такое вращение от реверсивной муфты 12 передается на вал реверса 11 и одновременно через смонтированный центральный вал 17 (связывающий указанные обгонные муфты 8 и 12) получаемое таким образом и во втором цикле результирующее однонаправленное вращение передается на общий выходной вал 10 пневмодвигателя.
В некоторых случаях целесообразно один из сильфонных блоков предлагаемых пневмо двигателей изготавливать со сравнительно большей площадью поворотных сильфонов. Это позволяет использовать в таком увеличенном блоке сравнительно меньшие давление рабочего газа, создавая
возможность применения, например, газовых каскадов с различными давлениями.
Для изменения направления вращения выходного вала предлагаемого пневмодвигахеля применяются известные технические устройства по дополнительному реверсированию обгонных муфт пневмо двигателя.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его осуществления не требуется специальных материалов, оснастки и новой технологии.
При этом основополагающей базовой концепцией является применения в предлагаемом пневмодвигателе принципиально новых мембранно-диафрагменных сильфонов поворотного типа. Такие сильфоны позволяют применять рабочий газ (воздух) с высоким и сверхвысоким давлением.
Кроме того, в состав предложенного сильфонного пневмодвигателя, как нового целевого конструктивного комплекса, включается применение по новому назначению ранее известных так называемых обгонных муфт (или муфт свободного хода). На базе предложенных сильфонных пневмодвигателей открывается перспектива создания соответствующих целевых конструкций, например, типа пневмомотор - колесо.