WO/1999/028630 | DRIVEN EQUIPMENT FOR FLUID MACHINERY |
JPS56107902 | ROTARY PISTON ENGINE PUMP |
WO/2004/007965 | ROTARY SCREW MACHINE END METHOD OF TRANSFORMING A MOTION IN SUCH A MACHINE |
MIROPOLECS PAVELS (LV)
MIROPOLECS PAVELS (LV)
WO2015104597A1 | 2015-07-16 |
US4296500A | 1981-10-27 | |||
EP0799996A2 | 1997-10-08 |
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. |
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).
Next Patent: COATED ARTICLE WITH LOW-E COATING HAVING LOW VISIBLE TRANSMISSION