Уплотнитель поршня машины объемного типа с тороидальной рабочей камерой круглого сечения
Использование - машиностроение: роторно-поршневые и с качающимися поршнями гидромашины, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания. Задачей данной полезной модели является разработка механизма компенсации центробежной силы, действующей на упругое кольцо поршня и уменьшения избыточного прижимного усилия упругого кольца поршня машины объемного типа с тороидальной рабочей камерой круглого сечения. Сущность полезной модели: упругое кольцо поршня взаимодействует с противовесами, компенсирующими центробежную силу, действующую на упругое кольцо поршня и одновременно уменьшающими прижимное усилие упругого кольца поршня пропорционально увеличению скорости движения поршней машины. 7 ил.
Использование - машиностроение: роторно-поршневые и с качающимися поршнями гидромашины, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания.
Известны машины объемного типа с рабочей камерой тороидальной формы круглого сечения, (патент Великобритании 1125717 F 01 С/42). Патент РФ RU 2119070 F 02 B 53/00.
Поршни этих машин имеют уплотнители в виде упругих колец с разрезами, сжатых стенками рабочей камеры. При вращении рабочих валов и соответствующих движениях поршней этих машин на уплотнители поршней действует центробежная сила, которая при высоких скоростях движения поршней может достигать значительных величин и создавать высокое удельное давление на рабочую поверхность уплотнения, что приводит к повышенному износу уплотнителей и стенок рабочих камер, дополнительному тепловыделению, понижению механического КПД машины. Считается так же, что необходимость в прижимном усилии уплотнителя падает с увеличением скорости движения поршня относительно стенок рабочей камеры и при достижении скорости какой - то достаточной величины и, в зависимости от конструкции, применения, типа рабочего тела, состояния и давления рабочего тела машины, может отсутствовать полностью (Г.Г.Гуськов. Необычные двигатели - 1971 г.).
Избыток прижимного усилия выше достаточного для надежного уплотнения, который возникает на режимах работы машины при повышенных и высоких скоростях движения поршней относительно стенок рабочих камер так же ведет к повышенному износу уплотнителей поршней и стенок рабочих камер, дополнительному тепловыделению, понижению механического КПД машины.
Задачей данной полезной модели является разработка механизма компенсации центробежной силы, действующей на упругое кольцо поршня и уменьшения избыточного прижимного усилия упругого кольца поршня машины объемного типа с тороидальной рабочей камерой круглого сечения.
Сущность полезной модели: упругое кольцо - поршня взаимодействует с противовесами, компенсирующими центробежную силу, действующую на упругое кольцо поршня и одновременно уменьшающими прижимное усилие упругого кольца поршня пропорционально увеличению скорости движения поршней машины.
На Фиг.1-6 показаны элементы машины, размещение на них предлагаемого механизма и его устройство.
На Фиг.7 - работа механизма.
В корпусе 1 (Фиг.1-2) имеется тороидальная рабочая камера круглого сечения 2 в которой находятся поршни 3 с упругими кольцами 4 разрез или замок которых 5 ориентирован в сторону оси вращения машины. С упругими кольцами 4 взаимодействуют противовесы 6 свободно насаженные на оси 7 и расположенные в специальной полости 8, которая находится в плоскости проточек под упругие кольца 9. Одними концами противовесы 6 входят в зацепление с противоположными сторонами упругого кольца 4 посредством засечек на упругом кольце (Фиг.3), выступов (Фиг.4), штифтов (Фиг.5), отверстий (Фиг.6). Другие концы противовесов свободны. Поршни 3 жестко посажены на валы 10 либо на другие, в зависимости от конструкции, элементы передающие движение поршней на центральный вал машины.
Оси противовесов (Фиг.7) находятся на прямых O1n1 и O 1n2 проходящих от геометрического центра упругого кольца O2 к точкам зацепления противовесов и упругого кольца п1 и п 2. Эти прямые образуют некоторые углы с прямой m1 m2 , проходящей через геометрический центр упругого кольца O 1 и параллельной центральной оси вращения машины О 2 О2. Если разрез или замок упругого кольца симметричен продольной плоскости симметрии рабочей камеры машины как на Фиг.2, Фиг.7, то противовесы идентичны и можно рассмотреть работу одного.
Центробежная сила F цб1 (Фиг.7) действует на противовес 5 и трансформируется им в силу F1 которая через зацепление передается на упругое кольцо 4. Так как угол имеет некоторое значение, то вектор силы F 1 отклонен в сторону разреза или замка упругого кольца. При этом сила F1 разлагается на две составляющие:
F2 - силу, компенсирующую центробежную силу Fцб2 действующую на упругое кольцо.
F3 - силу сжимающую упругое кольцо и уменьшающую прижимное усилие.
При этом: Если =45° то F2=Fз
Если =0° то F3=0
Таким образом изменяя можно выбрать соотношение F2/Fз необходимое для надежного и в то же время достаточного уплотнения на всех режимах работы машины.
Если центр разреза или замка упругого кольца смещен от продольной плоскости симметрии рабочей камеры машины (не показано), в силу конструктивной необходимости, то устройство механизма будет несимметрично. Изменяя углы между собой, массы противовесов, плечи рычагов 1 ц..м. и 13 так же можно выбрать необходимое соотношение F2/F3 каждого противовеса.
Методика расчетов необходимой массы противовесов, определения центра массы противовесов Ц.М. и соотношений 1 Ц.М./13 общеизвестна и здесь не приводится.
Таким образом работа механизма уменьшает силы трения кольцевых уплотнителей поршня о стенки рабочих камер.
Эти силы составляют значительную часть в сумме механических потерь поэтому предложенное техническое решение позволяет увеличить механический КПД, срок работоспособности кольцевых уплотнителей поршня и стенок рабочих камер, улучшить тепловой режим машины.
Уплотнитель поршня машины объемного типа с тороидальной рабочей камерой круглого сечения в виде упругого кольца с разрезом, отличающийся тем, что упругое кольцо взаимодействует с противовесами, расположенными внутри окружности упругого кольца, оси которых находятся на прямых, проходящих от геометрического центра упругого кольца к точкам зацепления противовесов с упругим кольцом, образующих с прямой, проходящей через геометрический центр упругого кольца и параллельной оси вращения машины, некоторый угол и направленных к центральной оси вращения машины.