Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ROTARY PISTON PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/073620
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to hydraulic and pneumatic pumps having a working rotor, which can be used for pumping liquid and gas between vessels or for supplying a working fluid for cooling, lubricating and hydraulic driving purposes, particularly in internal combustion engines. An increase in capacity, performance and operating accuracy with minimal surge by comparison with other types of pumps of the same dimensions and mass is achieved in that a novel design of a working chamber inside a sleeve is used in the present pump.

Inventors:
MIROPOLECS STANISLAVS (LV)
MIROPOLECS PAVELS (LV)
Application Number:
PCT/IB2016/056247
Publication Date:
April 26, 2018
Filing Date:
October 18, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MIROPOLECS STANISLAVS (LV)
MIROPOLECS PAVELS (LV)
International Classes:
F04C2/22
Domestic Patent References:
WO2015104597A12015-07-16
Foreign References:
US4296500A1981-10-27
EP0799996A21997-10-08
Attorney, Agent or Firm:
FORTUNA, Jevgenijs (LV)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Роторно-поршневой насос, содержащий

(i) корпус (2) с двумя штуцерами (11 и 11"),

(ii) вал (3), снабженный кулачком (9) с эксцентриситетом е к оси вала (3) и наружной частью, выполненной с возможностью присоединения вала (3) к приводу вращения,

(Ш) поршень (4) с центральным отверстием для подвижной

посадки на кулачок (9) и гипотрохоидальной наружной поверхностью,

(iv) две крышки (5 и 6) с отверстием под опору вала (3), устанавливаемые на торцах корпуса (2) и обработанные по внутреннему торцу для скользящего контакта с поршнем (4),

(v) и гильзу (1), размещенную внутри корпуса (2), снабженную канавками (10) под уплотнения и канавками под каналы связи (13 и 13") отличающийся тем, что в теле гильзы (1) проделаны по два канальных отверстия (14 и 14") к каждому каналу связи (13 и 13") от внутреннего прохода, контур поперечного сечения которого - кривая с формулами в прямоугольных координатах:

X = е [5 sin(r + ω)— sin(2r— ω) + sin3a ],

Υ = ±e [5 COS(T + ω) + COS(2T— ω) + cos3o ],

,„.. , 5 sin 2T+2sinr

где e - эксцентриситет вала (3), ω = arc tg ^ 2T-2COST '

свободный параметр τ = ]-22 ° 8,54 ; +22°8,54'[.

2. Насос по пункту 1, отличающийся тем, что поршень (4) имеет плоские торцы для скользящего контакта с торцами крышек (5 и 6) и наружную поверхность, контур поперечного сечения которой - гипотрохоида с формулами в прямоугольных координатах:

X = е (5 sin τ— sin 2τ), Υ = e (5 cos τ + cos 2τ), где свободный параметр τ = 0, ... , 2π.

Description:
РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС

Область техники

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для систем силового привода, охлаждения и смазки, обслуживающих различные механизмы, где требуется повышенная точность в подаче и давлении без существенной пульсации в струе, в частности в двигателях и устройствах перекачки жидкости и газа между емкостями.

Предшествующий уровень техники

Известен трохоидальный насос по патенту Nr. LV 15039 (WO/2015/104597), содержащий корпус с двумя штуцерами, внутренний механизм перекачки с валом и поршнем, две крышки с отверстием под опору вала, устанавливаемые на торцах корпуса, где крышки обработаны по внутреннему торцу для скользящего контакта с поршнем, причем внутри корпуса размещена гильза, которая имеет поверхностные канавки, являющиеся каналами связи, к которым в теле гильзы проделаны канальные отверстия от внутреннего прохода, профиль поперечного сечения которого - ломанная кривая эпитрохоиды с формулами: X = e/7(24sinx + 25sin3x), Y = е/7 (24cosx + 25cos3x), где свободный параметр τ = 0, 2тт; причем вал имеет цилиндрический кулачок для подвижной посадки поршня с эксцентриситетом е к оси вала и выходящую часть, присоединяемую к приводу вращения; причем поршень имеет плоские торцы для скользящего контакта с торцами крышек, центральное отверстие для подвижной посадки на кулачок вала и наружную поверхность, образованную гипотрохоидой с формулами в прямоугольных координатах: X = е (5sinx - sin2x), Y = е (5cos τ + cos2x), где свободный параметр τ = 0, ... , 2тт.

Из-за возникновения щели, вызванной отсутствием на некоторых участках контакта между внутренней эпитрохоидальной поверхностью гильзы и гипотрохоидальной поверхностью поршня, происходит вредное перетекание. Это приводит к таким недостаткам насоса, как пульсация до 15% по подаче и давлению и неспособность работать при высоких давлениях.

Раскрытие сущности изобретения

Целью изобретения является повышение точности функционирования и КПД насоса, разглашенного в WO/2015/104597, при обеспечении предельно низкой пульсации и способности работать при низких и высоких давлениях.

Заявленная цель достигается использованием гильзы с вновь разработанной внутренней поверхностью. Это конструктивное совершенствование при сочетании с известными конструкциями предусматривают следующее. Гильза с торцов закрыта крышками и вставлена в корпус, выполненный в виде оболочки с входным и выходным штуцерами. Крышки являются опорами кулачкового вала, сквозь одну из них наружу выступает хвостовик вала, допускающий вращение в обе стороны для перемены направления перекачки. Процессы всасывания и нагнетания происходят за счет того, что линии контакта поршня с гильзой делят внутреннее пространство на четыре переменные по объему полости. При вращении вала и поршня с всасывающим штуцером соединяются полости в момент их расширения, всасывая жидкость или газ, а с нагнетающим штуцером они соединяются в момент сокращения, вытесняя эти вещества. Происходит стабильная перекачка.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан один вариант устройства насоса в продольном и поперечном разрезе.

Предлагаемый роторно-поршневой насос содержит: гильзу 1, имеющую сквозной продольный проход 8, корпус 2, вал 3, поршень 4, сквозную крышку 5, глухую крышку 6, кулачок 9 вала 3, поверхностные канавки 10 на гильзе 1 для уплотнений, входной и выходной штуцеры 11 и 1 , бобышки 12, каналы связи 13 и 13" на гильзе 1 и/или на корпусе 2, канальные отверстия 14 и 14\

В соответствии с вышеприведенным конструктивным и функциональным принципом устройство основных узлов и деталей насоса может быть выполнено следующим образом.

Вал 3, известный по вышеприведенному ближайшему техническому решению (WO/2015/104597), обладает следующими характеристиками. Вал 3 состоит из участков с различными размерами наружных поверхностей. Выходной участок опирается на сквозную крышку 5 через подшипник или фланец. Средний участок вала 3 служит для неподвижной посадки на него кулачка 9. Внутренний конечный участок вала 3 опирается на центральную часть глухой крышки 6 через подшипник скольжения или качения. Выходной участок вала 3 служит для подсоединения силового привода. Конфигурация этого участка может быть различной в зависимости от известных способов подсоединения. Вал 3 должен быть снабжен кулачком 9, который может быть выполнен в виде цилиндра с продольным отверстием. Продольная ось отверстия и вала 3 смещена от оси большой цилиндрической поверхности на эксцентриситет е, который определяет параметры гипотрохоиды поршня 4 и кривой контура поперечного сечения внутренней поверхности гильзы 1. На цилиндрическую поверхность кулачка 9 устанавливается подвижно поршень 4. Длина кулачка 9 должна быть меньше длины поршня 4.

Гильза 1 служит основным звеном насоса, обеспечившим вышеприведенные преимущества, и представляет собой устройство, в котором размещается роторный механизм перекачки. Наружной поверхностью гильза 1 неподвижно соприкасается с внутренней поверхностью оболочки корпуса 2 и предпочтительно имеет пять поверхностных канавок: три - для уплотнений 10 , а две - являются каналами связи 13 и 13" однотипных по давлению полостей внутри гильзы 1 через четыре канальных отверстия 14 и 14\ Эти канавки и каналы допускается делать и на корпусе 2. Расстояние между каналами связи 13 и 13" должно быть равно расстоянию между отверстиями 14 и 14" в корпусе под штуцера 11 и 11". На торцах гильзы 1 имеются резьбовые отверстия для крепления крышек 5 и 6. Внутри гильзы 1 проделан сквозной продольный проход 8, контур поперечного сечения которого аналогично вышеприведенному прототипу (WO/2015/104597) имеет две оси симметрии: длинную L = 14е и короткую 1 = 10е, показанные в сечении В-В фиг.1. В отличие от WO/2015/104597 линия контура поперечного сечения внутреннего прохода является новой кривой, выведенной для данного насоса и для возможности использования в других устройствах. Данной кривой присвоено название «кривая Миропольца», которая имеет следующие формулы в прямоугольных координатах:

X = е [5 sin(r + ω)— sin(2r— ω) + sin3a ],

Υ = ±e [S cos v + ω) + COS(2T— ω) + cos3o ],

где ω =arc tg 5 ^" ^2 COST' CB °6°A HbIH параметр τ = ]-22° 8,54' ... + 22° 8,54'[.

Кривая Миропольца обеспечивает точный контакт со скольжением и перекатыванием поршня относительно гильзы на всех участках.

Остальные звенья, известные по вышеприведенному прототипу (WO/2015/104597), обладают следующими характеристиками.

Поршень 4 имеет осевое продольное отверстие для посадки на кулачок 9 вала 3 непосредственно, но подвижно или через подшипники скольжения и качения. В первом случае поршень 4 или кулачок 9 вала должен изготавливаться из соответствующего антифрикционного материала, например, бронзы и др. Контур кривой поперечного сечения наружной поверхности поршня 4 - это замкнутая кривая гипотрохоида с тремя вершинами и радиусом описанной окружности, равным бе. Формулы кривой в прямоугольных координатах: X =е(5 sin t— sin 2t), Y = e (5 cos t + cos 2t), где свободный параметр t = 0, ... , 2π.

Корпус 2 состоит из листовой оболочки, охватывающей снаружи гильзу 1, и двух бобышек 12, присоединяемых герметично к оболочке по одной над каждым каналом связи 13 и 13" гильзы 1. Каналы 13 и 13" допускается делать и на корпусе 2. Бобышки имеют сквозные резьбовые отверстия для подсоединения штуцеров 11 и 1 . Расстояние между осями отверстий должно быть равно расстоянию между каналами связи 13 и 13" на гильзе 1.

Крышки 5 и 6 служат для центрирования вала относительно гильзы 1 и ограничения продольного смещения поршня 4. По внутреннему торцу крышки 5 и 6 должен свободно, но без зазоров скользить торец поршня 4. Эта внутренняя часть крышки 5 и 6 внедряется в торцевую расточку гильзы 1, центрируя ее, и имеет на центрирующей поверхности канавку под уплотнение. На крышках 5 и 6 размещены простые крепежные отверстия напротив резьбовых отверстий на торцах гильзы 1. Отличаются крышки 5 и 6 только центральной частью. В сквозной крышке 5 имеется центральное отверстие для размещения подшипника или фланца под выходящую часть вала 3. В глухой крышке 6 имеется центральное углубление под подшипник качения или скольжения вала 3.

Устройство должно быть снабжено уплотнительными кольцами из упругого и стойкого к перекачиваемому веществу материала.

На основе подетально описанной выше конструкции устройства ниже разобрана последовательность функционирования насоса при перекачке, например, жидкости.

За исходное возьмем положение насоса, показанное на фиг.1, с учетом следующих условий:

- одна из вершин С поршня 4 находится на вертикали в верхнем положении; - вал 3 вращается с постоянной скоростью пз по часовой стрелке;

- отношение скоростей вращения поршня 4 и вала 3 равно: п 4 /пз =1/3. В любой момент времени в поперечном сечении устройства поршень 4 имеет четыре или три точки контакта с гильзой 1, которые делят пространство между поршнем 4 и гильзой 1 на переменные по объему части.

При повороте вала 3 с кулачком 9 на угол а по часовой стрелке, поршень 4, выйдя из положения 7, займет положение 7 а , показанное в тонких линиях, повернувшись вокруг своей оси на угол ос/3. При этом из полостей М и ш вытесняется жидкость, которая через канальные отверстия 14 и окружной канал связи 13 (находящийся за каналом 13") поступает в правый нагнетающий штуцер 11. Одновременно полости N и п расширяются, всасывая жидкость через другие канальные отверстия 14" и другой окружной канал связи 13" из левого всасывающего штуцера 11". При дальнейшем повороте вала 3 и поршня 4 эта поступившая жидкость вытесняется в правый нагнетающий штуцер 11 как описано выше в начале процесса. Такая прокачка жидкости происходит постоянно при вращении вала 3 в любом положении поршня 4. При вращении вала 3 в обратном направлении - против часовой стрелки вышеприведенный поток жидкости меняет направление и перекачка будет происходить в обратную сторону.

Очевидно, что за один оборот представленный насос всасывает и дальше выдавливает больше жидкости (примерно в два раза), чем шестернями зубчатого насоса, условно вставленными во внутренние габариты на фиг.1 (из-за ограниченности высоты зубьев).