Гидромашина

Полезная модель относится к гидромашинам объемного вытеснения. Она может найти применение в насосах и компрессорах. Гидромашина, содержит корпус 1 с цилиндрической рабочей полостью, снабженной впускным 2 и выпускным 3 окнами, ведущий вал 4 с эксцентриком 5, установленный на эксцентрике 5 плунжер 6 с цилиндрической частью 8 и хвостовиком 9. Цилиндрическая часть плунжера 8 расположена внутри цилиндрической рабочей полости корпуса 1 с возможностью контакта с ним, а хвостовик 9 связан с корпусом 1 направляющим устройством, отделяющим всасывающую полость V насоса от нагнетающей N. Новым является то, что направляющее устройство содержит выполненный в корпусе внутренний зубчатый венец 10, полость внутри которого соединена с цилиндрической рабочей полостью корпуса межполостной горловиной 11, шестерню с внешним венцом 12, жестко закрепленную на хвостовике 9, плавающие сателлиты 13, взаимодействующие с шестерней 12 и внутренним зубчатым венцом 10. Полость, расположенная внутри зубчатого венца 10, снабжена входным 16 и выходным 17 окнами, в которых установлены соответствующие обратные клапаны 18, 19, причем, входное окно 16 этой полости соединено с выходным окном 3 цилиндрической рабочей полости гидромашины, через промежуточную накопительную полость 20. Не превышая по конструктивной сложности известные одноступенчатые вакуумные насосы и компрессоры, предлагаемая гидромашина является двухступенчатой, в силу чего обеспечит более высокие степень вакуума или давление в компрессоре. Отсутствие в этой машине нагруженных кинематических пар скольжения обусловит меньшие потери на трение и большую долговечность, чем у используемых в настоящее время аналогов.

Полезная модель относится к гидромашинам объемного вытеснения. Она может найти применение в насосах и компрессорах.

В вакуумной технике известны насосы пластинно-статорные (В.И.Кузнецов, «Механические вакуумные насосы», Госэнергетическое издание, М., 1959, стр.61-63), содержащие корпус с впускным и выпускным окнами, размещенный в нем вал с эксцентриком, и пластину, установленную в направляющих корпуса, которая прижимается к ротору-эксцентрику усилием пружины. Эта пластина разделяет полости всасывания и нагнетания.

Недостатки данной конструкции связаны с тем, что пластина установлена в направляющих корпуса консольно. В поступательной кинематической паре пластина-направляющие корпуса возникает пара сил, достигающих значительной величины. Это увеличивает механические потери и приводит к износу деталей.

В технике получили некоторое распространение вакуумные плунжерные насосы (В.Д.Васильев, «Монтаж компрессоров, насосов и вентиляторов», Изд-во Высшая школа, М., 1979, стр.74-75), которые содержат корпус с впускным и выпускным окнами, размещенный в нем вал с эксцентриком, установленный на эксцентрике плунжер, совершающий движение вдоль направляющих, отделяющих впускную камеру от выпускной камеры. Плунжер кроме хвостовика имеет цилиндрическую часть, которая насаживается на эксцентрик. При вращении эксцентрика ось плунжера движется в роторной камере по круговой траектории, а хвостовик совершает возвратно-поступательное движение, поворачиваясь вокруг оси с направляющей.

Недостатком данной конструкции является высокий износ в низшей кинематической паре плунжер-направляющие.

Известен насос (SU 1564391, кл. F04С 2/00, 15.05.1990) - прототип, содержащий корпус с цилиндрической рабочей полостью, снабженной впускным и выпускным окнами, ведущий вал с эксцентриком, установленный на эксцентрике плунжер с цилиндрической частью и хвостовиком, причем цилиндрическая часть плунжера расположена в корпусе с возможностью контакта с ним, а хвостовик связан с корпусом направляющим устройством, отделяющим всасывающую полость насоса от нагнетающей. Направляющее устройство состоит из двух вкладышей, выполненных в виде сегментов цилиндра, цилиндрические поверхности которых сопрягаются с плоскими под острыми углами.

Недостатками этой конструкции является: сложность обеспечения надежного функционирования направляющего устройства, связанная с неблагоприятными углами давления при передаче движения на направляющие вкладыши; высокий износ в низшей кинематической паре плунжер-направляющие вкладыши.

Для устранения указанных недостатков предлагается конструкция гидромашины, подобно приведенной выше, содержит корпус с цилиндрической рабочей полостью, снабженной впускным и выпускным окнами, ведущий вал с эксцентриком, установленный на эксцентрике плунжер с цилиндрической частью и хвостовиком, причем цилиндрическая часть плунжера расположена в корпусе с возможностью контакта с ним, а хвостовик связан с корпусом направляющим устройством, отделяющим всасывающую полость насоса от нагнетающей. В отличие от прототипа, направляющее устройство содержит выполненный в корпусе внутренний зубчатый венец, полость внутри которого сообщается через межполостную горловину с цилиндрической рабочей полостью корпуса, шестерню с внешним венцом, жестко закрепленную на хвостовике, плавающие сателлиты, взаимодействующие с шестерней и внутренним венцом.

В предлагаемой конструкции гидромашины плавающие сателлиты обкатываются по корпусу и плунжеру и направляющее устройство не имеет кинематических пар скольжения (кроме скольжения по торцам), - это снижает потери на трение и износ элементов. Более того, износ который может возникнуть, например, при работе на абразивных средах, компенсируется зубчатыми зацеплениями.

При работе на газообразных средах данная машина должна содержать обратный клапан, установленный в выходном окне цилиндрической рабочей полости.

Предлагаемая гидромашина может использоваться в качестве двухступенчатого компрессора или вакуумного насоса. Для этого полость, расположенная внутри зубчатого венца и ограниченная плавающими сателлитами и шестерней с внешним венцом, закрепленной на хвостовике, снабжена входным и выходным окнами, в которых установлены соответствующие клапаны, причем, входное окно этой полости соединено с выходным окном цилиндрической рабочей полости гидромашины, через промежуточную накопительную полость.

При использовании гидромашины в качестве двухступенчатого вакуумного насоса, для улучшения условий работы в начальный период откачки, промежуточная накопительная полость соединена с атмосферой каналом, снабженным обратным клапаном, через который сбрасывается избыточное давление из промежуточной накопительной полости.

Для компенсации перекосов в зубчатых зацеплениях направляющего устройства плавающие сателлиты выполнены состоящими из ряда отдельных шестерен, расположенных соосно и прижатых друг к другу торцами.

Для уменьшения остаточных (вредных) объемов рабочих полостей хвостовик имеет профиль, огибающий контуры межполостной горловины и сателлитов, а зубья шестерни с внешним венцом и внутренний зубчатый венец на участках не входящих в зацепление срезаны поверхностями, максимально близко отстоящими друг от друга в «мертвом» положении эксцентрика. Это увеличивает эффективность применения гидромашины, в особенности, на газообразных рабочих средах (компрессоры, вакуумные насосы).

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: фиг.1 - поперечный разрез гидромашины (по А-А); фиг.2 - ее осевой разрез (по Б-Б); фиг.3 - поперечный разрез (по В-В) направляющего устройства гидромашины с плавающими сателлитами, выполненными из ряда отдельных шестерен; на фиг.4 представлен рабочий цикл гидромашины.

Гидромашина, показанная на фиг.1, 2, 3, является двухступенчатым вакуумным насосом (или компрессором). Она содержит: корпус 1, впускное 2 и выпускное 3 окна, ведущий вал 4 с эксцентриком 5, плунжер 6, установленный на эксцентрике 5 через игольчатый подшипник 7. Плунжер имеет цилиндрическую часть 8 и хвостовик 9. В верхней части корпуса 1 выполнен внутренний зубчатый венец 10, полость внутри которого соединена с цилиндрической рабочей полостью межполосной горловиной 11. На хвостовике 9 плунжера 6 жестко закреплена шестерня 12. Плавающие сателлиты 13 находятся в зацеплении с внутренним венцом 10 и шестерней 12. Хвостовик плунжера 9 имеет профиль, огибающий контуры межполостной горловины 11 и сателлитов 13, а внутренний зубчатый венец 10 на участке, не входящем в зацепление, срезан поверхностью 14, максимально приближенной к поверхности вершин шестерни 12 в «мертвом» положении эксцентрика. Выпускное окно 3 цилиндрической рабочей полости корпуса 1 снабжено обратным клапаном 15. Полость, расположенная внутри зубчатого венца 10, ограниченная плавающими сателлитами 13 и шестерней 12, имеет входное 16 и выходное 17 окна, в которых установлены соответствующие обратные клапаны 18, 19. Входное окно 16 этой полости соединено с выходным окном 3 цилиндрической рабочей полости гидромашины, через промежуточную накопительную полость 20. В двухступенчатом вакуумном насосе промежуточная накопительная полость 20 соединена с атмосферой каналом 21, снабженным обратным клапаном 22, через который сбрасывается избыточное давление из промежуточной накопительной полости 20 в начальный период работы вакуумного насоса. В двухступенчатом компрессоре канал 21 и клапан 22 будут отсутствовать.

Плавающие сателлиты 13 выполнены состоящими из ряда отдельных шестерен 23, расположенных соосно и плотно прижатых друг к другу торцами - см. фиг.3. Такая конструкция компенсирует возможные перекосы в зубчатых зацеплениях направляющего устройства, делает возможным изготавливать плавающие сателлиты любой требуемой длины, упрощает обработку и сборку механизма.

Работа первой ступени данного устройства показана на фиг.4.

При вращении вала 4 (по часовой стрелке) эксцентрик 5 вместе с плунжером 6 движется в цилиндрической полости корпуса по круговой траектории, что приводит к изменению объемов всасывающей V и нагнетающей N рабочих полостей. Хвостовик 9 при этом совершает движение близкое к возвратно-поступательному, разделяя всасывающую V и нагнетающую N полости через плавающие сателлиты 13.

Верхнее «мертвое» положение механизма будет при =0° (см. фиг.4). В этом положении полость V с полостью N не сообщается, так как впускное 2 и выпускное 3 окна перекрыты плунжером 6.

При повороте вала 4 (по ч.с.) на угол от 0° до 90° (на фиг.4 см. =90°) плунжер 6 опустился несколько вниз, при этом рабочая среда попадает в увеличивающийся объем всасывающей рабочей полости V (заштриховано «-»), объем нагнетающей полости N (заштриховано «+») в этой фазе уменьшается.

В нижнем «мертвом» положении механизма при угле поворота ведущего вала 4 на угол =180° и при дальнейшем повороте вала 4 на угол от 180° до 270° рабочая среда, продолжает заполнять объем, освобождающийся в полости V, и вытесняется из нагнетающей полости N. Газ, вытесненный в промежуточную накопительную полость 20, удерживается от проникновения в полость N обратным клапаном 15. Далее цикл повторяется.

В то же время вторая ступень работает следующим образом. В верхней «мертвой» точке (=0°) клапаны 18, 19 закрыты. В фазе от 0° до 180° впускной клапан 18 открыт и через него в полость, находящуюся внутри зубчатого венца 10, поступает рабочая среда из накопительной полости 20. При обратном ходе плунжера 6 (=180°-0°) впускной клапан 18 закрыт, а среда вытесняется через выпускной клапан 19 в атмосферу (вакуумный насос) или потребителю (компрессор).

Предлагаемая машина может использоваться и в режиме насоса на жидких рабочих средах. При этом работает только первая ступень гидромашины. Клапаны 15, 18, 19, 22, окна 16, 17, 21, а также промежуточная накопительная полость 20 отсутствуют. Для того чтобы не было гидравлических ударов, полость, находящаяся внутри зубчатого венца 10, сообщается с атмосферой через дренажное отверстие (на фигурах не показано) либо с выходной полостью N посредством увеличенных зазоров между торцами отдельных шестерен 23, составляющих плавающие сателлиты 13 (на фигурах не показано).

Предлагаемая гидромашина найдет применение в вакуумных насосах различного назначения. Не превышая по конструктивной сложности известные одноступенчатые вакуумные насосы, она является двухступенчатой, в силу чего обеспечит более высокую степень вакуума. Отсутствие в этой машине нагруженных кинематических пар скольжения обусловит меньшие потери на трение и большую долговечность, чем у используемых в настоящее время насосов.

Компрессоры на базе данной машины обеспечат более высокую производительность и давление чем широко применяемые в настоящее время поршневые компрессоры.

Перспективным является также использования предлагаемой гидромашины для перекачки жидкостей засоренных абразивом, т.к. износ элементов, разделяющих полости, компенсируется зубчатыми зацеплениями.

1. Гидромашина, содержащая корпус с цилиндрической рабочей полостью, снабженной впускным и выпускным окнами, ведущий вал с эксцентриком, установленный на эксцентрике плунжер с цилиндрической частью и хвостовиком, причем цилиндрическая часть плунжера расположена внутри цилиндрической рабочей полости корпуса с возможностью контакта с ним, а хвостовик связан с корпусом направляющим устройством, отделяющим всасывающую полость насоса от нагнетающей, отличающаяся тем, что направляющее устройство содержит выполненный в корпусе внутренний зубчатый венец, полость внутри которого соединена с цилиндрической рабочей полостью корпуса межполостной горловиной, шестерню с внешним венцом, жестко закрепленную на хвостовике, плавающие сателлиты, взаимодействующие с шестерней и внутренним зубчатым венцом.

2. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что выпускное окно цилиндрической рабочей полости снабжено обратным клапаном.

3. Гидромашина по п.2, отличающаяся тем, что полость, расположенная внутри зубчатого венца, ограниченная плавающими сателлитами и шестерней с внешним венцом, закрепленной на хвостовике, снабжена входным и выходным окнами, в которых установлены соответствующие обратные клапаны, причем входное окно этой полости соединено с выходным окном цилиндрической рабочей полости гидромашины через промежуточную накопительную полость.

4. Гидромашина по п.3, отличающаяся тем, что промежуточная накопительная полость соединена с атмосферой каналом, снабженным обратным клапаном.

5. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что плавающие сателлиты выполнены состоящими из ряда отдельных шестерен, расположенных соосно и прижатых друг к другу торцами.

6. Гидромашина по п.3, отличающаяся тем, что плавающие сателлиты выполнены состоящими из ряда отдельных шестерен, расположенных соосно и прижатых друг к другу торцами.

7. Гидромашина по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что хвостовик плунжера имеет профиль, огибающий контуры межполостной горловины и сателлитов, а зубья шестерни с внешним венцом и внутренний зубчатый венец на участках не входящих в зацепление срезаны поверхностями, максимально близко отстоящими друг от друга в «мертвом» положении эксцентрика.