Двухсекционная роликолопастная гидромашина

 

Использование: в области машиностроения, в частности в качестве насосов или гидроприводов механизмов. Сущность изобретения: гидромашина содержит корпус с валом, на котором смонтированы роторы, каждый из которых размещен в одном из двух секций-полостей. На роторах закреплены лопасти-вытеснители, которые при вращении роторов проходят через выемки в замыкателях. Последние закреплены в коллекторе и приводятся в синхронное вращение с роторами за счет сцепления шестерни на валу с зубчатками по периферии замыкателей, которые свободно вращаются на осях. Рабочая среда (жидкость) подводится через входные окна за счет разрежения, образующегося при работе лопастей, и проходит последовательно через полости, промежуточную камеру, полость, между которыми имеются наклонные отверстия и кольцевые проточки, и выходит через отводное отверстие. Когда в полости замыкатели соединены с шестерней, другие замыкатели пропускают лопасти через свои выемки. Имеется несколько вариантов конструктивного выполнения гидромашины согласно изобретению. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве насоса или в гидроприводах различных механизмов.

Известны двухсекционные гидромашины с параллельными потоками /SV, N127533, F 16 H 41/24, 1975/. Такие гидромашины имеют увеличенный диаметр рабочей полости и при заданной скорости потока ограничивают быстроходность гидромашины.

Наиболее близкой к предлагаемой можно считать гидромашину с последовательными потоками, имеющую каналы, идущие от вытеснительных полостей /SV, а. с. 126701, F 16 H 39/28, 1975/. Но и эта машина также имеет увеличенный диаметр рабочей полости и, кроме того, отличается сложностью конструкции.

Технической задачей изобретения является повышение быстроходности и единичной мощности гидромашины, а также упрощение ее конструкции по сравнению с известной машиной.

Технический результат достигается тем, что гидромашина содержит корпус с каналами подвода и отведения рабочей среды и камеры рабочих секций. В корпусе установлен ротор с лопастями-вытеснителями, замыкатели также установлены в гнездах корпуса, имеется аналогичный зубчатый механизм синхронизации вращения вал с замыкателями.

Предусмотрены два варианта предлагаемой конструкции гидромашины.

Главная особенность первого варианта гидромашины определяется взаиморасположением, характером связей между основными частями машины и сводится прежде всего к тому, что в корпусе последовательно установлены подпиточный насос в виде крыльчатки, камеры первой и второй рабочих секций и гидрораспределитель, а в каждой секции установлено по ротору, причем оба они имеют один общий вал. При этом камеры рабочих секций сообщены между собой перепускными каналами в секторах центральной перегородки между замыкателями, а лопасти-вытеснители размещены с возможностью самоустановки относительно замыкателей и таким образом, что лопасти-вытеснители второй рабочей секции имеют угловое смещение относительно лопастей-вытеснителей первой рабочей секции. Наконец, гидрораспределитель каналами сообщен с камерами второй рабочей секции.

По этому варианту изобретения имеются и некоторые частные решения. Например, зубчатый механизм синхронизации может быть выполнен в виде двух шестерен, установленных на валу, и зубчатых венцов на периферии замыкателей, причем все зубчатки размещаются вне рабочих секций.

Другое частное решение гидромашины по первому варианту предусматривает возможность выполнения корпуса цельным с гнездами, в которых размещены цилиндрические вкладыши с рабочими камерами, причем оси вкладышей перпендикулярны к оси гидромашины, а оси замыкателей параллельны с осью машины.

И еще одна частная особенность первого варианта гидромашины относится к каналам, сообщающим камеры-секции: эта каналы могут быть выполнена в виде карманов на поверхностях вкладышей и центральных перегородок.

По второму варианту изобретения двухсекционная роликолопастная гидромашина имеет корпус, который выполнен в виде трубы, внутри которой размещен коллектор с кольцевыми проточками и наклонными отверстиями, сообщающими камеры рабочих секций, а лопасти-вытеснители в этом случае делаются составными, с возможностью компенсации зазоров за счет перемещения некоторых частей этих лопастей относительно друг друга и/или поворота их относительно ротора. Зубчатый механизм синхронизации согласно этому варианту установлен в полостях рабочих секций. И для этого варианта гидромашины по изобретению предусматриваются некоторые частные решения, согласно одному из которых ротор по окружности имеет чередующиеся зубчатые секторы и участки плоских тангенциальных площадок, на которых размещены лопасти-вытеснители.

Другим частным решением этого варианта гидромашины по изобретению защищается возможность выполнения замыкателей в виде валов-шестерен с проточками под опоры на торцах и в средней своей части.

Согласно третьему частному решению этого варианта гидромашины с проточными под опоры валами-шестернями концевые втулки-опоры выполняются цельными и имеют торцевые уплотнения, в то время как промежуточные - составными из двух полуколец с уплотнениями в стыках последних.

Еще одно частное решение по этому же варианту сводится к конструкции лопастей-вытеснителей, каждая из которых может иметь внутренние зубья, сцепленные с зубьями на роторе и состоять из двух симметричных частей-полулопастей.

И, наконец, последняя защищаемая частная особенность в этом варианте гидромашины относится к конструктивному решению проблемы, связанный с уплотнением замыкателя, который с этой целью имеет уплотнения по своим торцам.

На прилагаемых чертежах двухсекционная роликолопастная гидромашина представлена схематично.

На фиг. 1 дан продольный разрез гидромашины; на фиг. 2 и 3 поперечные разрезы по А-А и Б-Б с фиг.1; на фиг. 4 схема взаимодействия замыкателей с лопастями-вытеснителями в двух полостях-секциях варианта двухсекционной роликолопастной гидромашины.

Одно из частных решений данного варианта представлено на фиг. 5 ^oC 8.

На фиг. 5 показан продольный разрез; на фиг. 6 поперечный разрез гидромашины; на фиг. фиг. 7,8 конструктивное решение вкладыша, позволяющего упростить технологию изготовленная корпуса гидромашины.

Второй вариант двухсекционной роликолопастной гидромашины характеризуется фиг. 9^oC14. Продольный разрез гидромашины дан на фиг. 9, поперечные разрезы Е-Е, Ж-Ж и И-И с фиг. 9 представлены фигурами 1011 и 12, а фиг 13 и 14 поясняют конструкцию лопасти-вытеснителя для данного варианта гидромашины и характер его крепления на роторе.

На фиг. 15, 16, 17 изображено одно из возможных исполнений двухсекционной роликолопастной гидромашины, где имеется всего один замыкатель, взаимодействующий с роторами в каждой секции-полости. На фиг.15 поперечный разрез К-К с фиг. 16; на фиг.16 продольный разрез гидромашины по Л-Л с фиг. 15. На фиг.17 положение ротора и замыкателя в полости, которая является второй, если первой считать полость, изображенную на фиг. 15.

Гидромашина (фиг. 1) имеет корпус 1, в котором закреплен коллектор 2 с расположенным в его центре валом 3. На шлицы (не показаны) вала 3 в каждой из двух рабочих секций 4 (фиг.) и 5 надеты роторы 6 и 7 с выступами 8, которые по существу являются лопастями-вытеснителями. При этом роторы 6 и 7 установлены на шлицы вала 3 с небольшими зазорами, что позволяет роторам самоустанавливаться по линиям контакта с замыкателями 9, которые синхронно с роторами 6 и 7 вращаются на осях 10, будучи свободно установленными на этих осях, и зубчатыми венцами 1, сцепленными с шестернями 12 на валу 3. Оси 10 закреплены в гнездах коллектора 2 неподвижно. В выточках коллектора 2 размещены также накладки 13, контактирующие с выступами 8 ротора.

Эти накладки установлены шарнирно на штырях 14. Каждый замыкатель 9 имеет выемки 15 (фиг.2 и 3), необходимые для прохождения через них лопастей-вытеснителей 8 при синхронном вращении роторов с замыкателями. Однако на трех осях 10 замыкатели 9 установлены так, что, когда в секции 4 выступы 8 ротора 6 находятся в контакте с накладками 13, в другой секции 5 выступы 8 ротора 7 входят в выемки 15 замыкателей.

Рабочие полости-секции 4 и 5 ограничены обращенными внутрь машины торцевыми поверхностями крышек 16 и 17 и сообщены между собою через срединное гнездо 18 и каналы 19 и 20 (фиг.2,3) коллектора 2. Вал 3 вращается на шарикоподшипниках 21. Чтобы обеспечить надежное запирание рабочих секций-полостей 4 и 5, находящихся под высоким давлением, предусмотрена стяжка коллектора 2 с крышками 16 и 17 шпильками 22 и болтами 23. Для повышения быстроходности насоса во всасывающем патрубке 24 установлена крыльчатка 25, создающая подпор в трех всасывающих каналах 26. В корпусе 27 распределителя имеются три входных канала 28, сообщенных с центральной полостью 29 распределителя, имеющего сливную 30 и напорную 31 трубы.

Согласно одному из частных решений исполнения гидромашины по данному изобретению (фиг. 5^oC8) в гнездах корпуса 1 установлены вкладыши 32, представляющие собою цилиндрические тела с выбранными местами, которые заполнены сегментами 33. Сами вкладыши 32 закреплены в корпусе 1 пробками 34 и снабжены уплотнителями 35. Рабочие секции-полости 4 и 5 выполнены в вкладышах 32 и имеют цилиндрическую форму диаметром Д₁. В этих секциях осуществляется вращение лопастей 8 с хвостовиками 36, каждая их которых штифтами 37 закреплена на половинах 38 и 39 ротора. Вкладыши 32 имеют проточку 40 (фиг. 7) под уплотнение 35, а сегменты 33 (фиг.8) сделаны так, что поверхность, обращенная к вкладышу 32, представляет собою плоскость, перпендикулярную оси вала 3. Наружная же поверхность сегмента 33 при его введении во вкладыш 32 становится частью цилиндра диаметром Д₂, который является диаметром цилиндрического вкладыша 32. Диаметр Д₂ вкладыша меньше диаметра Д₁ рабочих секций-полостей 4 и 5, поэтому при расточке диаметра Д во вкладыше 2 образуется окно, часть которого при сборке вкладыша с корпусом 1 становится началом канала 41 для прохода жидкости из полости 4 в полость 5. Канал 41 выполнен из карманов, образованных на поверхностях вкладыша 32 и центральных перегородок корпуса 1.

Торцы замыкателей 9 выполнены в виде шеек, вращаемых на втулках 42. Эти торцы и втулки 42 ограничены шайбами 43. Замыкатели 9 и зубчатки 11 закреплены на осях 10, установленных в шарикоподшипниках 44. Осевое положение замыкателей определяется крепежными гайками 45 Для уменьшения внешних утечек в месте соприкосновения вала 3 с крышками 16 и 17 выполнено торцевое уплотнение 46. В крышке 16 имеются всасывающие каналы 47, а в крышке 17 -нагнетающие каналы 48.

По второму варианту предлагаемой двухсекционной роликолопастной гидромашины (фиг. 9^oC15) цилиндрические рабочие секции-полости 4 и 5 размещены в коллекторе 49 с боковыми 50,51 и центральным 52 вкладышами. Последний соединен с цилиндром 49 посредством штифтов 53. В коллекторе установлены вал 3 с роторами 63 и 7, а также замыкатели 9, которые выполнены в виде вала-шестерни с проточками под опоры на торцах и в средней части. Концевые втулки-опоры 54 выполнены в виде целых колец и установлены с торцевым уплотнением 55 в крышках 16 и 17. Средняя же втулка 56 выполнена составной из двух полувтулок (на фиг. 9 обе эти полувтулки заштрихованы одинаково).

Роторы 6 и 7, выполненные заодно с валом 3, имеют чередующиеся участки тангенциальных площадок 57 и зубчатых секторов 58. В отверстия, выполненные в центре каждой тангенциальной площадки, ввернуты болты 59, имеющие резьбовые окончания, удерживающие лопасти-вытеснители. Каждая такая лопасть-вытеснитель состоит из двух полулопастей 60 и 61. Эффективное поджатие нижних полочек полулопастей к тангенциальной площадке обеспечивается размещенным под головкой болта 59 упругим элементом 62, который может иметь различное исполнение. Поджатие полочек полулопастей к тангенциальной площадке необходимо для обеспечения безударного контакта лопастей с периферийной поверхностью коллектора. Для уменьшения утечек между тангенциальной площадкой с полулопастями следует размещать в стыках тангенциальных площадок 57 и полулопастей 60 и 61 уплотнительные штифты 63, под которые на указанных стыках выполняются соответствующие ложементы. В полулопастях 60 и 61 выполнены боковые карманы для установки в них фигурных прижимных пружин 64 (фиг.13).

В корпусе 1 выполнены впускной 26 и впускной 69 каналы. В коллекторе 49 имеются такие наклоненные отверстия 66, выходящие в секции-полости 4 и 5, и перепускные каналы 67 в виде радиальных наклонных отверстий, связывающих обе секции-полости 4 и 5 между собой через срединные карманы.

Таким образом лопасти-вытеснители, состоящие из полулопастей 60 и 61, при своих относительных перемещениях могут компенсировать зазоры. Каждая лопасть создает повышенное давление в полости перед нею, а позади лопасти создается разрежение, способствующее всасыванию рабочей жидкости через канал 26, наружную проточку 68 и наклонное радиальное отверстие 66 в полость 4. Соединение полостей 5 и 4 перепускными 67 и наклонными каналами 66 позволяет перетекать жидкости высокого давления из полости 4 в полость 5 и далее на выход через канал 69.

Жесткость средней втулки 56 обеспечивается размещением в зазорах полувтулок штифтов-уплотнителей 70.

Полулопасти 60 и 61 установлены с возможностью осевого и радиального смещения. При осевом смещении происходит их прижатие к центральному 52 и боковым вкладышам 50 и 51, что уменьшает перетечки рабочей жидкости между полулопастями.

Фигурные пружины 64 прижимают полулопасти 60 и 61 к тангенциальным площадками 57, обеспечивая в статике зазор порядка 0,1 мм, а также обеспечивая плавное безударное перемещение полулопастей 60 и 61 в радиальном направлении в начальный момент вытеснения жидкости. При повороте ротора на 5^oC10 угловых градусов происходит прижатие полулопастей к проточкам полостей-секций 4 и 5 цилиндрической части 49 коллектора за счет гидравлического давления рабочей жидкости под лопастью и центробежной силы полулопастей. Препятствует перетеканию жидкости и установка болтов 59 в зазоре между полулопастями.

Несколько конструктивно отличное, но полностью соответствующее данному изобретению исполнение гидромашины, изображенной на фиг. 15^oC17, позволяет шире представить себе возможности вариантного решения по предлагаемому изобретению. Здесь характерна конструкция с одним замыкателем 9, размещенным в продольном гнезде коллектора 2, нижняя часть которого образована накладкой 71 и двумя приставками 72 и 73. Для торцевого уплотнения лопастей-вытеснителей в приставках 72 и 73 имеются секторные 74 и кольцевые 75 уплотнения. Замыкатель 9 имеет профрезеровки 76, от которых идут разгрузочные отверстия 77, выходящие на разгрузочные канавки 68, выполненные в коллекторе. Кольца 78 и шайба 79 необходимы для торцевого уплотнения замыкателя 9, который вращается в подшипниках 44, установленных заподлицо с коллектором 2. На утолщенной части ротора 6, вращаемого на подшипниках 21 и выполненного заодно с валом 3, выполнены зубья 12, сцепленные с зубьями 11 на полулопостях 36 - 39. Рабочие секции-полости 4 и 6 образованы между накладкой 71 и проставками 72, 73. Переходная полость 18 в накладке 71 отверстиями 80 сообщена с рабочими камерами. В коллекторе и в корпусе 1 выполнены окна: входное 26 и выходное 28.

Работа гидромашины в режиме насоса осуществляется следующим образом.

При вращении вала 3 с лопастями-вытеснителями 8 и крыльчаткой 25 жидкость поступает в каналы 26, а из них в первую рабочую секцию-полость 4. Если в полости 4 замыкатели 9 и лопасти-вытеснители 8 расположены через 12 угловых градусов, то, как показано на фиг.4 являющейся разверткой рабочих полостей насоса, выступы 8 (лопастей-вытеснителей) по очереди входят в выемки замыкателей 9. В первом положении замыкатели 9 в первой полости-секции пропускают лопасти-вытеснители. Потоки всасываемой жидкости беспрепятственно поступают во вторую полость-секцию 5 через каналы 26 и 19. Во второй рабочей полости-секции 5 замыкатели 9 в это время находятся в рабочем состоянии, и лопасти-вытеснители 8 проталкивают жидкость через каналы 28 в полость распределителя 29 и в магистраль 31.

Во втором положении замыкатели первой полости 4 находятся в рабочем состоянии и лопасти-вытеснители 8 первой полости-секции 4 проталкивают жидкость через каналы 19, 18 коллектора 2 во вторую полость-секцию 5 и через нее в каналы 20, 28 и далее в напорную магистраль 31. Смена состояний холостого хода замыкателей и лопастей-вытеснителей происходит через 60 угловых градусов, то есть шесть раз за один оборот вала, что создает лучшие условия для охлаждения и смазки рабочих поверхностей машины.

При двух рабочих полостях-секциях, в каждой из которых вытеснение жидкости осуществляется тремя лопастями (вместо обычных шести), для получения заданной производительности насоса требуется меньшая скорость потоков и соответственно скорость скольжения поверхностей. Это способствует уменьшению гидравлических потерь в каналах гидромашины. Самоустановка роторов в полостях на трех точках опоры обуславливает возможность иметь минимальные зазоры по линиям качения замыкателей по поверхностям ротора. Отсюда высокая надежность работы основных узлов гидромашины при высоких давлениях.

Работа двухсекционной роликолопастной гидромашины с двумя или одним замыкателем не отличается той последовательностью, когда в одной секции-полости лопасти проходят через выемки в замыкателей, в другой секции-полости зубчатки 11 замыкателей взаимодействуют с шестернями 12 роторов, что обеспечивает непрерывное вращение вала или нагнетание рабочей среды. 2 4 6 8 10 12 14

Формула изобретения

1. Двухсекционная роликолопастная гидромашина, содержащая корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды и камерами рабочих секций, установленный в корпусе ротор с лопастями-вытеснителями, замыкатели, установленные в гнездах корпуса, и зубчатый механизм синхронизации вращения вала и замыкателей, отличающаяся тем, что в корпусе последовательно установлены подпиточный насос в виде крыльчатки, а также камеры первой и второй рабочих секций и гидрораспределитель, в каждой секции на общем валу установлены роторы, камеры рабочих секций сообщены между собой посредством перепускных каналов, выполненных между замыкателями в секторах центральной перегородки, лопасти-вытеснители размещены с возможностью самоустановки относительно замыкателей, причем лопасти-вытеснители второго ротора имеют угловое смещение относительно лопастей-вытеснителей первого ротора, а гидрораспределитель сообщен каналами с камерами второй рабочей секции.

2. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что зубчатый механизм синхронизации выполнен в виде двух шестерен, установленных на валу, и зубчатых венцов на периферии замыкателей, которые размещены вне рабочих секций.

3. Гидромашина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что корпус выполнен цельным, с гнездами, в которых размещены цилиндрические вкладыши с рабочими камерами, оси вкладышей перпендикулярны оси гидромашины, а оси замыкателей параллельны оси гидромашины.

4. Гидромашина по пп.1-3, отличающаяся тем, что каналы, сообщающие камеры-секции, выполнены в виде карманов на поверхностях вкладышей и центральных перегородок.

5. Двухсекционная роликолопастная гидромашина, содержащая корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды и камерами рабочих секций, установленный в корпусе ротор с лопастями-вытеснителями, замыкатели, установленные в гнездах корпуса, и зубчатый механизм синхронизации вращения вала и замыкателей, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде трубы с коллектором, имеющим кольцевые проточки и наклонные отверстия, сообщающие камеры рабочих секций, лопасти-вытеснители выполнены составными, с возможностью компенсации зазоров за счет перемещения частей относительно друг друга и поворота относительно ротора, а зубчатый механизм синхронизации установлен в полостях рабочих секций.

6. Гидромашина по п.5, отличающаяся тем, что роторы имеют чередующиеся по окружности зубчатые секторы и участки тангенциальных площадок, на которых размещены лопасти-вытеснители.

7. Гидромашина по п.5, отличающаяся тем, что замыкатели выполнены в виде валов-шестерен с проточками под опоры на торцах и в средней своей части.

8. Гидромашина по пп.5 и 7, отличающаяся тем, что концевые втулки-опоры замыкателей выполнены цельными и имеют торцевые уплотнения, а промежуточные втулки составными из двух полуколец, с уплотнителями в стыках последних.

9. Гидромашина по п.5, отличающаяся тем, что каждая лопасть-вытеснитель выполнена с внутренними зубьями, сцепленными с зубьями на роторе, и состоит из двух симметричных частей-полулопастей.

10. Гидромашина по п.5, отличающаяся тем, что замыкатель по торцам снабжен уплотнениями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17