Приводимый в действие текучей средой под давлением двигатель с камерой компенсации давления
Изобретение относится к приводимым в действие текучей средой под давлением двигателям с камерой компенсации давления. Двигатель содержит коллектор с дугообразным уплотнением, имеющим отверстия первого и второго клапанов, а также поверхность уплотнения. Цилиндр выполнен с возможностью поворачивания и установлен на коллекторе. Имеет ответную поверхность, взаимодействующую с дугообразным уплотнением. Дугообразное уплотнение и ответная поверхность образуют зависящую от положения конфигурацию клапана, так что когда цилиндр принимает нейтральное положение, отверстие ответной поверхности находится против поверхности уплотнения, а когда цилиндр смещен на некоторый угол в первом или втором направлении, отверстие совмещается с отверстием одного или другого клапана таким образом, что соединяет его с соответствующим каналом для потока текучей среды в коллекторе. Пространство компенсации давления расположено под поверхностью уплотнения и получает давление текучей среды из каналов для потока текучей среды через клапаны или из внутреннего пространства цилиндра, так что давление внутри пространства компенсации давления приближается к значению не менее текущего давления внутри внутреннего пространства. Повышается КПД двигателя. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 26 ил.
Область использования и предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к приводимым в действие текучей средой под давлением двигателям, в частности к реверсивному приводимому в действие текучей средой под давлением поршневому двигателю с камерой компенсации давления.
В патенте США №7258057 описаны различные варианты выполнения гидравлического поршневого двигателя, рабочим телом которого является вода. В частности, на Фиг. 14 и Фиг. 15 упомянутого патента, которые воспроизведены в этом описании как Фиг. 1А и Фиг. 1В, соответственно, и с исходными позициями, указанными в скобках, показан узел, в котором цилиндр (13) выполнен свободно вращающимся на корпусе (45) клапана. Цилиндр имеет центральное отверстие, которое выборочно совмещается с одним или другим из двух отверстий (38), (39) в зависимости от угла наклона цилиндра. Когда давление текучей среды подается в канал (113), а канал (114) открыт на слив, отверстие цилиндра совмещается с отверстием (38) при отклонении вправо от центра, что вызывает выдвижение поршня (100) под действием давления в правой половине движения коленчатого вала. Когда цилиндр достигает расположенной по центру нижней точки, отверстие цилиндра больше не совмещается с отверстием (38), и, когда цилиндр продолжает движение влево от центра, отверстие начинает совмещаться с отверстием (39), тем самым позволяя слив содержимого цилиндра в канал (114) во время движения с левой стороны коленчатого вала. Путем выполнения трех или более цилиндров с несовпадающими фазами возможно обеспечение того, что в любой момент по меньшей мере один из них создает вращающий момент на коленчатом валу. Путем подачи давления текучей среды в канал (114) и открывания канала (113) на слив направление вращения может быть изменено на обратное.
Как показано на Фиг. 1В (в исходном патенте Фиг. 15), для сведения к минимуму утечек из входного канала, находящегося под давлением, в цилиндр во время той части цикла, в которой отверстие подачи давления перекрыто, каждое отверстие снабжено уплотнением, которое содержит эластомерную манжету (107), (111), которая плотно прижимает тонкую крышку или жесткий уплотнительный материал (108), (112) к цилиндрической внутренней поверхности головки цилиндра.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение представляет собой приводимый в действие текучей средой двигатель.
В соответствии с настоящим изобретением предложен приводимый в действие текучей средой двигатель, содержащий: (а) коллектор, имеющий первый канал для потока текучей среды и второй канал для потока текучей среды, при этом упомянутый коллектор содержит дугообразное уплотнение, образующее: (i) отверстие первого клапана, находящееся в гидравлической связи с упомянутым первым каналом для потока текучей среды, (ii) отверстие второго клапана, находящееся в гидравлической связи с упомянутым вторым каналом для потока текучей среды, и (iii) по меньшей мере одну поверхность уплотнения; (b) цилиндр, имеющий головку цилиндра, с возможностью поворачивания установленную на упомянутом коллекторе, при этом упомянутая головка цилиндра образует ответную поверхность, выполненную так, чтобы взаимодействовать с упомянутым дугообразным уплотнением, и упомянутая ответная поверхность имеет по меньшей мере одно отверстие; и (с) поршень, размещенный внутри упомянутого цилиндра так, что его можно выдвигать давлением текучей среды, подаваемой во внутреннее пространство упомянутого цилиндра, при этом упомянутое дугообразное уплотнение и упомянутая ответная поверхность взаимодействуют, образуя зависящую от положения конфигурацию клапана, так что когда упомянутый цилиндр принимает нейтральное положение, упомянутое по меньшей мере одно отверстие находится против упомянутой по меньшей мере одной поверхности уплотнения, когда упомянутый цилиндр смещен на некоторый угол в первом направлении от упомянутого нейтрального положения, упомянутое по меньшей мере одно отверстие совмещается с упомянутым отверстием первого клапана, так что упомянутое внутреннее пространство упомянутого цилиндра находится в гидравлической связи с упомянутым первым каналом для потока текучей среды, и когда упомянутый цилиндр смещен на некоторый угол во втором направлении от упомянутого нейтрального положения, упомянутое по меньшей мере одно отверстие совмещается с упомянутым отверстием второго клапана, так что упомянутое внутреннее пространство упомянутого цилиндра находится в гидравлической связи с упомянутым вторым каналом для потока текучей среды, причем упомянутый коллектор содержит пространство компенсации давления, которое расположено под по меньшей мере частью упомянутой по меньшей мере одной поверхности уплотнения, при этом упомянутое пространство компенсации давления соединено с по меньшей мере одним из упомянутого первого канала для потока, упомянутого второго канала для потока и упомянутого внутреннего пространства упомянутого цилиндра таким образом, что давление внутри упомянутого пространства компенсации давления приближается к значению не менее текущего давления внутри упомянутого внутреннего пространства.
В соответствии с отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения пространство компенсации давления присоединено через обратные клапаны, чтобы получать давление текучей среды как из упомянутого первого канала для потока, так и из упомянутого второго канала для потока.
В соответствии с отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутое пространство компенсации давления по меньшей мере частично ограничено эластомерным элементом, при этом упомянутый эластомерный элемент образует по меньшей мере часть упомянутых обратных клапанов.
В соответствии с отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый эластомерный элемент выполнен так, чтобы прижимать упомянутое уплотнение до образования контакта с упомянутой ответной поверхностью упомянутой головки цилиндра.
В соответствии с отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутое пространство компенсации давления соединено с упомянутым внутренним пространством упомянутого цилиндра через отверстие выравнивания давления, выполненное в упомянутом уплотнении.
В соответствии с отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый цилиндр представляет собой один из множества подобных цилиндров и упомянутый поршень представляет собой один из множества подобных поршней, при этом упомянутые поршни с возможностью приведения в движение соединены с общим коленчатым валом.
В соответствии с отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен узел клапанов управления, выборочно принимающий следующие состояния: (а) первое состояние, в котором упомянутый узел клапанов управления соединяет упомянутый первый канал для потока с источником воды под давлением и упомянутый второй канал для потока соединяет с линией слива для приведения в действие упомянутого приводимого в действие текучей средой двигателя в первом направлении; и (b) второе состояние, в котором упомянутый узел клапанов управления соединяет упомянутый второй канал для потока с источником воды под давлением и упомянутый первый канал для потока соединяет с линией слива для приведения в действие упомянутого приводимого в действие текучей средой двигателя в направлении, противоположном упомянутому первому направлению.
Краткое описание прилагаемых чертежей
Изобретение ниже описано только лишь в качестве примера со ссылками на прилагаемые фигуры, из которых:
Фиг. 1А и Фиг. 1В, рассмотренные выше, представляют собой копии Фиг. 14 и Фиг. 15 патента США №7258057, соответственно;
Фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе усовершенствованного варианта выполнения цилиндра приводимого в действие текучей средой двигателя, подобного варианту, показанному на Фиг. 1А;
Фиг. 3 представляет собой изометрическое изображение приводимого в действие текучей средой двигателя, конструкция и принцип действия которого соответствуют конструкции и принципу действия одного из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение клапанного узла, предназначенного для реверсирования двигателя, показанного на Фиг. 3;
Фиг. 5 представляет собой перевернутое изометрическое изображение двигателя, показанного на Фиг. 3, с одним цилиндром, снятым для того, чтобы показать часть коллектора;
Фиг. 6 представляет собой увеличенный вид в разобранном состоянии зоны коллектора, показанной на Фиг. 5, на котором изображены компоненты клапанного узла;
Фиг. 7 представляет собой вид сзади в изометрической проекции компонентов клапанного узла, показанного на Фиг. 6;
Фиг. 8 представляет собой изометрическое изображение в разрезе в разобранном состоянии клапанного узла, показанного на Фиг. 6;
Фиг. 9 представляет собой изометрическое изображение в разрезе в собранном состоянии клапанного узла, показанного на Фиг. 6;
Фиг. 10A-10F представляют собой виды в разрезе приводимого в действие текучей средой двигателя, показанного на Фиг. 3, выполненные перпендикулярно продольному направлению коллектора, на которых изображены цилиндр и коленчатый вал в нескольких последовательных положениях во время цикла вращения;
Фиг. 11А-11D представляют собой виды в увеличенном масштабе зон, обозначенных кругом "С" на Фиг. 10А, Фиг. 10С, Фиг. 10Е и Фиг. 10F, соответственно;
Фиг. 12А и Фиг. 12В представляют собой вид сверху и вид снизу в изометрической проекции в разобранном состоянии, подобные Фиг. 6, иллюстрирующие альтернативный вариант выполнения, конструкция и принцип действия которого соответствуют одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 13 представляет собой изометрическое изображение в разрезе в разобранном состоянии клапанного узла, показанного на Фиг. 12А;
Фиг. 14 представляет собой изометрическое изображение в разрезе в собранном состоянии клапанного узла, показанного на Фиг. 12А; и
Фиг. 15А и Фиг. 15В представляют собой увеличенные местные виды приводимого в действие текучей средой двигателя, содержащего показанный на Фиг. 12А клапанный узел, в разрезе, выполненном перпендикулярно продольному направлению коллектора.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение представляет собой реверсивный приводимый в действие текучей средой поршневой двигатель.
Конструкция и принцип действия приводимого в действие текучей средой поршневого двигателя, соответствующего настоящему изобретению, могут быть лучше поняты при изучении чертежей и прилагаемого описания.
Предварительно следует заметить, что настоящее изобретение имеет отношение преимущественно к приводимым в действие текучей средой двигателям, пригодным для массового изготовления с низкими затратами и, в частности, изготовленным преимущественно или исключительно из полимерных материалов, как правило, путем литья под давлением. Двигатели, соответствующие настоящему изобретению, как правило, предназначены для работы с текучими средами, такими как вода под давлением или воздух под давлением в диапазоне обычно располагаемых бытовых или промышленных систем подачи, таком как 2-10 атмосфер (196,1-980,6 кПа). Такие устройства включают в себя узлы динамических уплотнений, предназначенных для предотвращения утечек между компонентами, выполненными с относительно низкой точностью.
На Фиг. 2 показан вид в разрезе реверсивного двигателя, в целом обозначенного позицией 100, который соответствует слегка модифицированному варианту конструкции по патенту США №7,258,057, упомянутому выше. Для введения системы обозначений, соблюдаемой в этом описании для эквивалентных отличительных особенностей, реверсивный двигатель 100 содержит коллектор 10, имеющий первый канал 12 для потока текучей среды и второй канал 14 для потока текучей среды. Коллектор 10 содержит дугообразное уплотнение 16, образующее отверстие 18 первого клапана, находящееся в гидравлической связи с каналом 12 для потока текучей среды, отверстие 20 второго клапана, находящееся в гидравлической связи с каналом 14 для потока текучей среды, и по меньшей мере одну поверхность 22 уплотнения. Цилиндр 24 имеет головку 26 цилиндра, с возможностью поворачивания установленную на коллекторе 10, которая образует ответную поверхность 28, выполненную так, чтобы взаимодействовать с дугообразным уплотнением 16. Ответная поверхность 28 имеет по меньшей мере одно отверстие 30. Поршень 32 размещен внутри цилиндра 24 так, что его можно выдвигать давлением текучей среды, подаваемой во внутреннее пространство цилиндра.
Дугообразное уплотнение 16 и ответная поверхность 28 взаимодействуют, образуя зависящую от положения конфигурацию клапана, так что когда цилиндр 24 принимает нейтральное положение, отверстие 30 находится против поверхности уплотнения 22, когда цилиндр 24 смещен на некоторый угол в первом направлении от упомянутого нейтрального положения, отверстие 30 совмещается с отверстием 18 первого клапана, так что внутреннее пространство цилиндра 24 находится в гидравлической связи с каналом 12 для потока текучей среды (как показано на Фиг. 2), и когда цилиндр 24 смещен на некоторый угол во втором направлении от упомянутого нейтрального положения, отверстие 30 совмещается с отверстием 20 второго клапана, так что внутреннее пространство цилиндра 24 находится в гидравлической связи с каналом 14 для потока текучей среды. Размеры и положения отверстий таковы, что даже небольшое перемещение в ту или другую сторону от упомянутого центрального положения приводит к открытию одного из отверстий клапана.
В примере, показанном на Фиг. 2, эластомерный элемент 34 выполнен так, чтобы прижимать дугообразное уплотнение 16 для обеспечения начального усилия прижатия к ответной поверхности 28. Со стороны коллектора 10, в который входит поток под давлением, давление, создаваемое за упомянутым дугообразным уплотнением, способствует повышению эффективности этого уплотнения. Например, рассматривая положение, показанное на Фиг. 2, если источник давления текучей среды в данный момент соединен с каналом 14 для потока, то давление, создаваемое за зонами уплотнения 16, примыкающими к отверстию 20 клапана, стремится плотно прижать это уплотнение к ответной поверхности 28, тем самым повышая эффективность упомянутого уплотнения.
Однако оказалось, что в этой конструкции уменьшение эффективности может произойти по причине неполного уплотнения во время выполнения той части цикла, на которой давление текучей среды подается в цилиндр. Для пояснения этого момента рассмотрим положение, показанное на Фиг. 2, когда давление текучей среды подается в канал 12 для потока, и канал 14 для потока соединен с линией слива текучей среды. В этом случае следует заметить, что внутреннее пространство цилиндра 24 подвергается действию подаваемого давления, которое действует в направлении наружу на внешнюю поверхность уплотнения 16 (т.е. поверхность, обращенную наружу от коллектора 10 в направлении упомянутого внутреннего пространства цилиндра). В зоне уплотнения 16 справа от оси конструкции обращенная внутрь поверхность уплотнения 16 (то есть обращенная внутрь в направлении коллектора 10) подвергается воздействию только низкого давления линии слива, которая не обеспечивает противодействия высокому давлению внутри цилиндра. В результате уплотнение 16 стремится к незначительному изгибу от ответной поверхности 28, позволяя некоторую степень утечек в выходной канал для потока во время рабочего хода поршня с соответственным снижением эксплуатационного коэффициента полезного действия.
Несмотря на то, что в принципе возможно устранение данного недостатка путем повышения постоянного прижимания уплотнения 16 к ответной поверхности 28, необходимо обеспечить достаточное усилие уплотнения, преодолевающее максимальное предельное проектное давление для работы двигателя, например, приблизительно 10 бар (1 МПа), что может привести к значительному увеличению потерь на трение с соответственным снижением эксплуатационного коэффициента полезного действия.
Как показано ниже, для устранения этого недостатка в соответствии с особенно предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения под по меньшей мере частью поверхности 22 уплотнения предусмотрено пространство компенсации давления (камера) 36 (Фиг. 9 и Фиг. 14), которое находится под действием повышенного давления на протяжении по меньшей мере той части цикла, когда цилиндр 24 подвергается воздействию высокого входного давления. Это обеспечивает дополнительную опору уплотнению 16 в критической зоне (зонах), тем самым устраняя или существенно уменьшая упомянутую выше утечку.
Указанные выше принципы описаны ниже со ссылками на два не ограничивающих объем изобретения примера вариантов осуществления. Первый пример варианта осуществления этих принципов описан со ссылками на Фиг. 3-11D, а пример второго варианта осуществления описан со ссылками на Фиг. 12А-15В.
На Фиг. 3-11D показан приводимый в действие текучей средой под давлением двигатель, в целом обозначенный позицией 200, конструкция и принцип действия которого соответствуют конструкции и принципу действия одного из вариантов осуществления настоящего изобретения. Двигатель 200 в целом подобен двигателю 100, показанному на Фиг. 2, и его эквивалентные элементы обозначены соответствующими позициями. Таким образом, как показано на Фиг. 3, двигатель 200 содержит множество цилиндров 24, имеющих головки 26 цилиндра, с возможностью поворачивания установленные на коллекторе 10. Каждый цилиндр 24 имеет соответствующий поршень 32, соединенный с общим коленчатым валом 38, который установлен на нижней опоре 40. Типичная система управления потоком для приводного двигателя 200 (и других вариантов осуществления настоящего изобретения) схематически показана на Фиг. 4. Источник давления текучей среды, такой как источник подачи воды 202, соединен через клапанный узел 204 с входами IN-1 и IN-2, которые соответственно соединены с каналами 12 и 14 для потока текучей среды. Клапанный узел 204 также соединен с линией 206 слива, которая сбрасывает отработанную воду в слив. Клапанный узел 204 в примере, показанном для этого случая, содержит четыре клапана, пронумерованные 1-4. В первом состоянии привода клапаны 1 и 4 открыты, тогда как клапаны 2 и 3 остаются закрытыми, тем самым соединяя источник подачи воды под давлением 202 с входом IN-1 и вход IN-2 - с линией 206 слива. Во втором состоянии привода для приведения двигателя в действие в обратном направлении клапаны 2 и 3 открыты, тогда как клапаны 1 и 4 остаются закрытыми, тем самым соединяя источник 202 подачи воды под давлением с входом IN-2 и вход IN-1 - с линией слива 206. Разумеется, конкретное расположение и количество используемых клапанов, а также вид используемого приведения в действие могут изменяться в соответствии с требованиями любого заданного назначения.
Как показано на различных видах в разобранном состоянии и разрезах, приведенных на Фиг. 5-9, коллектор 10 имеет первый канал 12 для потока текучей среды и второй канал 14 для потока текучей среды. Для каждого цилиндра коллектор 10 содержит дугообразное уплотнение 16, образующее отверстие 18 первого клапана, находящееся в гидравлической связи с каналом 12 для потока текучей среды, отверстие 20 второго клапана, находящееся в гидравлической связи с каналом 14 для потока текучей среды, и по меньшей мере одну поверхность 22 уплотнения. Головка 26 цилиндра обеспечивает ответную поверхность 28, выполненную так, чтобы взаимодействовать с дугообразным уплотнением 16. Ответная поверхность 28 имеет по меньшей мере одно отверстие 30. Поршень 32 размещен внутри цилиндра 24 так, что его можно выдвигать давлением текучей среды, подаваемой во внутреннее пространство упомянутого цилиндра.
Дугообразное уплотнение 16 и ответная поверхность 28 взаимодействуют, образуя зависящую от положения конфигурацию клапана, так что когда цилиндр 24 принимает нейтральное положение (расположенное по центру верхнее положение, показанное на Фиг. 10А и Фиг. 11А, и расположенное по центру нижнее положение, показанное на Фиг. 10Е и Фиг. 11С), отверстие 30 обращено к поверхности 22 уплотнения, так что герметизирует внутреннее пространство цилиндра 24. Когда цилиндр 24 смещен на некоторый угол в первом направлении от нейтрального положения, например влево, как показано на Фиг. 10В-10D и Фиг. 11В, отверстие 30 совмещается с первым отверстием клапана 18, так что внутреннее пространство цилиндра 24 находится в гидравлической связи с каналом для потока текучей среды 12. Когда же цилиндр 24 смещен на некоторый угол во втором направлении от нейтрального положения, например вправо, как показано на Фиг. 10F и Фиг. 11D, отверстие 30 совмещается со вторым отверстием клапана 20, так что внутреннее пространство цилиндра 24 находится в гидравлической связи с каналом 14 для потока текучей среды. Эластомерный элемент 34 выполнен так, чтобы прижимать дугообразное уплотнение 16 для обеспечения начального усилия прижатия к ответной поверхности 28.
Особенно предпочтительной отличительной особенностью некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения является то, что коллектор 10 имеет пространство 36 компенсации давления, присоединенное через обратные клапаны, чтобы получать давление текучей среды как из первого канала 12 для потока, так и из второго канала 14 для потока. Комбинация обратных клапанов выполнена так, чтобы тот из каналов 12 и 14 для потока, который находится под более высоким давлением, подавал текучую среду через клапан в пространство 36 компенсации давления, тем самым повышая давление в этом пространстве до более высокого давления подачи, тогда как второй обратный клапан предотвращает выход текучей среды под давлением в канал для потока, находящийся под более низким давлением. Когда направление вращения двигателя реверсируют, и повышенное подаваемое давление переключают на другой канал для потока, в пространстве 36 давление вновь повышается до более высокого давления входного канала текучей среды под давлением, не допуская утечки через пространство 36 в канал слива или на выход низкого давления. Таким образом, пространство 36 постоянно находится под повышенным давлением канала подачи текучей среды под давлением независимо от направления работы двигателя.
Значимость пространства 36 компенсации давления можно лучше всего понять, рассматривая Фиг. 11В. Если представить ситуацию, в которой давление текучей среды создается в канале 12 для потока текучей среды, то на Фиг. 11В показана фаза вблизи начала рабочего хода вниз, при котором текучая среда под давлением подается через отверстия 30, которые совмещаются с первым отверстием клапана 18. Это приводит к повышению давления во внутреннем пространстве цилиндра 24, которое действует наружу через оставшуюся площадь отверстий 30 на поверхность 22 уплотнения. Однако в отличие от Фиг. 2, рассмотренной выше, поверхность 22 уплотнения в данном случае имеет опору, образованную повышенным давлением в пространстве 36, тем самым существенно уменьшая или устраняя утечку между поверхностью 22 уплотнения и ответной поверхностью 28 в отверстие 20 второго клапана.
Специалисту в этой области понятно, что пространство 36 компенсации давления и упомянутые выше обратные клапаны могут быть выполнены многими различными способами без изменения показанного в этом описании основного принципа. Например, возможно выполнение коллектора 10 с третьим каналом для потока текучей среды (не показан) для подачи давления текучей среды в пространство 36 и использование одной группы обратных клапанов для всего коллектора. Однако для компактности исполнения в особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, показанном в данном описании, использован миниатюрный эластомерный клапан, встроенный в узел уплотнений коллектора 10 для каждого цилиндра 24.
В частности, пространство 36 компенсации давления предпочтительно по меньшей мере частично ограничено эластомерным элементом 34, который образует по меньшей мере часть обратных клапанов. Как наилучшим образом показано на Фиг. 7, эластомерный элемент 24 выполнен с тремя отдельными отсеками или камерами, соответствующими камере подачи для каждого из отверстий 18, 20 клапанов и для пространства 36 компенсации давления. В показанном не ограничивающем объем изобретения варианте осуществления настоящего изобретения стенки между этими камерами предпочтительно выполнены с отклоняемыми частями 42 уменьшенной толщины, которые предпочтительно образуют относительно подвижную заслонку 44 клапана. В клапанном узле заслонки 44 клапанов расположены напротив соответствующих прорезей 46, выполненных в пластмассовом элементе коллектора 10, который окружает эластомерный элемент 34, тем самым образуя обратный клапан. В частности, когда давление в соседней камере подачи превышает давление внутри пространства 36, давление воды, действующее через прорезь 46, отклоняет заслонку 44 клапана от упомянутого пластмассового элемента, обеспечивая поступление воды под давлением. Когда давление внутри пространства 36 превышает давление в соседней камере подачи, заслонка 44 клапана прижимается к упомянутому пластмассовому элементу, расположенному вокруг прорези 46, тем самым перекрывая эту прорезь и предотвращая выход потока текучей среды из пространства 36.
На Фиг. 12А-15В показан еще один вариант приводимого в действие текучей средой под давлением двигателя, в целом обозначенного позицией 300, конструкция и принцип действия которого соответствуют конструкции и принципу действия одного из вариантов осуществления настоящего изобретения. Двигатель 300 в целом подобен двигателю 200, описанному выше, и его эквивалентные элементы обозначены соответствующими позициями. Для краткости подробное описание подобных элементов в дальнейшем не повторяется. Двигатель 300 отличается от двигателя 200 прежде всего конструкцией системы подачи давления текучей среды в пространство 36 компенсации давления, описанной ниже.
В частности, в этом случае уплотнение 16 выполнено с отверстием 50 для выравнивания давления, предназначенным для обеспечения возможности выравнивания давления между пространством 36 и внутренним пространством цилиндра 24. В отличие от клапанного варианта реализации двигателя 200 эта конструкция не поддерживает пространство 36 непрерывно при повышенном давлении. Однако, как подробно описано выше, конкретный недостаток, состоящий в снижении коэффициента полезного действия вследствие утечек, является наиболее проблемным во время выполнения рабочего хода поршня, когда внутреннее пространство цилиндра находится под высоким давлением. Это состояние показано на Фиг. 15А в предположении, что канал 12 для потока текучей среды в данный момент соединен с источником текучей среды под давлением, и канал 14 для потока текучей среды соединен с каналом слива. Во время выполнения этой части цикла отверстие 50 выравнивания давления соединяет пространство 36 с зоной повышенного давления во внутреннем пространстве цилиндра, тем самым исключая воздействие давления на поверхность 22 уплотнения, которое, как было установлено, приводит к потерям коэффициента полезного действия.
Эластомерный элемент 34 в данном случае имеет отверстие 52 для совмещения с отверстием 50 выравнивания давления. При этом различные отличительные особенности, описанные выше для образования обратных клапанов в упомянутом варианте осуществления двигателя 200, в этом случае отсутствуют. Во всех других отношениях конструкция и работа двигателя 300 аналогичны конструкции и работе двигателя 200, описанного выше.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть выполнены с использованием разнообразных материалов. В качестве не ограничивающих объем изобретения предпочтительных вариантов выполнения упругий элемент 34 может быть предпочтительно изготовлен с использованием кремнийорганической смолы. Уплотнение 16 наиболее предпочтительно изготовлено с использованием жесткой пластмассы с низким коэффициентом трения, такой как полиацеталь. Пригодный состав, который выпускается фирмой DuPont, имеется на рынке под товарным знаком DELRIN®.
Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено служить только в качестве примеров и что возможны многие другие варианты осуществления без выхода за пределы объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.
1. Приводимый в действие текучей средой двигатель, содержащий:
(a) коллектор, имеющий первый канал для потока текучей среды и второй канал для потока текучей среды, при этом упомянутый коллектор содержит дугообразное уплотнение, образующее:
(i) отверстие первого клапана, находящееся в гидравлической связи с упомянутым первым каналом для потока текучей среды,
(ii) отверстие второго клапана, находящееся в гидравлической связи с упомянутым вторым каналом для потока текучей среды, и
(iii) по меньшей мере одну поверхность уплотнения;
(b) цилиндр, имеющий головку цилиндра, с возможностью поворачивания установленную на упомянутом коллекторе, при этом упомянутая головка цилиндра образует ответную поверхность, выполненную так, чтобы взаимодействовать с упомянутым дугообразным уплотнением, и упомянутая ответная поверхность имеет по меньшей мере одно отверстие; и
(c) поршень, размещенный внутри упомянутого цилиндра так, что его можно выдвигать давлением текучей среды, подаваемой во внутреннее пространство упомянутого цилиндра,
при этом упомянутое дугообразное уплотнение и упомянутая ответная поверхность взаимодействуют, образуя зависящую от положения конфигурацию клапана, так что когда упомянутый цилиндр принимает нейтральное положение, упомянутое по меньшей мере одно отверстие находится против упомянутой по меньшей мере одной поверхности уплотнения, когда упомянутый цилиндр смещен на некоторый угол в первом направлении от упомянутого нейтрального положения, упомянутое по меньшей мере одно отверстие совмещается с упомянутым отверстием первого клапана, так что упомянутое внутреннее пространство упомянутого цилиндра находится в гидравлической связи с упомянутым первым каналом для потока текучей среды, и когда упомянутый цилиндр смещен на некоторый угол во втором направлении от упомянутого нейтрального положения, упомянутое по меньшей мере одно отверстие совмещается с упомянутым отверстием второго клапана, так что упомянутое внутреннее пространство упомянутого цилиндра находится в гидравлической связи с упомянутым вторым каналом для потока текучей среды,
причем упомянутый коллектор содержит пространство компенсации давления, которое расположено под по меньшей мере частью упомянутой по меньшей мере одной поверхности уплотнения, при этом упомянутое пространство компенсации давления соединено с по меньшей мере одним из упомянутого первого канала для потока, упомянутого второго канала для потока и упомянутого внутреннего пространства упомянутого цилиндра таким образом, что давление внутри упомянутого пространства компенсации давления приближается к значению не менее текущего давления внутри упомянутого внутреннего пространства.
2. Приводимый в действие текучей средой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое пространство компенсации давления присоединено через обратные клапаны, чтобы получать давление текучей среды как из упомянутого первого канала для потока, так и из упомянутого второго канала для потока.
3. Приводимый в действие текучей средой двигатель по п. 2, отличающийся тем, что упомянутое пространство компенсации давления по меньшей мере частично ограничено эластомерным элементом, при этом упомянутый эластомерный элемент образует по меньшей мере часть упомянутых обратных клапанов.
4. Приводимый в действие текучей средой двигатель по п. 3, отличающийся тем, что упомянутый эластомерный элемент выполнен так, чтобы прижимать упомянутое уплотнение до образования контакта с упомянутой ответной поверхностью упомянутой головки цилиндра.
5. Приводимый в действие текучей средой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое пространство компенсации давления соединено с упомянутым внутренним пространством упомянутого цилиндра через отверстие выравнивания давления, выполненное в упомянутом уплотнении.
6. Приводимый в действие текучей средой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый цилиндр представляет собой один из множества подобных цилиндров и упомянутый поршень представляет собой один из множества подобных поршней, при этом упомянутые поршни с возможностью приведения в движение соединены с общим коленчатым валом.
7. Приводимый в действие текучей средой двигатель по п. 1, содержащий узел клапанов управления, выборочно принимающий следующие состояния:
(a) первое состояние, в котором упомянутый узел клапанов управления соединяет упомянутый первый канал для потока с источником воды под давлением и упомянутый второй канал для потока соединяет с линией слива для приведения в действие упомянутого приводимого в действие текучей средой двигателя в первом направлении; и
(b) второе состояние, в котором упомянутый узел клапанов управления соединяет упомянутый второй канал для потока с источником воды под давлением и упомянутый первый канал для потока соединяет с линией слива для приведения в действие упомянутого приводимого в действие текучей средой двигателя в направлении, противоположном упомянутому первому направлению.
8. Приводимый в действие текучей средой двигатель, содержащий:
(a) коллектор, имеющий первый канал для потока текучей среды и второй канал для потока текучей среды, при этом упомянутый коллектор содержит дугообразное уплотнение, образующее:
(i) отверстие первого клапана, находящееся в гидравлической связи с упомянутым первым каналом для потока текучей среды,
(ii) отверстие второго клапана, находящееся в гидравлической связи с упомянутым вторым каналом для потока текучей среды, и
(iii) по меньшей мере одну поверхность уплотнения;
(b) цилиндр, имеющий головку цилиндра, с возможностью поворачивания установленную на упомянутом коллекторе, при этом упомянутая головка цилиндра образует ответную поверхность, выполненную так, чтобы взаимодействовать с упомянутым дугообразным уплотнением, и упомянутая ответная поверхность имеет по меньшей мере одно отверстие; и
(c) поршень, размещенный внутри упомянутого цилиндра так, что его можно выдвигать давлением текучей среды, подаваемой во внутреннее пространство упомянутого цилиндра,
при этом упомянутое дугообразное уплотнение и упомянутая ответная поверхность взаимодействуют, образуя зависящую от положения конфигурацию клапана, так что когда упомянутый цилиндр принимает нейтральное положение, упомянутое по меньшей мере одно отверстие находится против упомянутой по меньшей мере одной поверхности уплотнения, когда упомянутый цилиндр смещен на некоторый угол в первом направлении от упомянутого нейтрального положения, упомянутое по меньшей мере одно отверстие совмещается с упомянутым отверстием первого клапана, так что упомянутое внутреннее пространство упомянутого цилиндра находится в гидравлической связи с упомянутым первым каналом для потока текучей среды, и когда упомянутый цилиндр смещен на некоторый угол во втором направлении от упомянутого нейтрального положения, упомянутое по меньшей мере одно отверстие совмещается с упомянутым отверстием второго клапана, так что упомянутое внутреннее пространство упомянутого цилиндра находится в гидравлической связи с упомянутым вторым каналом для потока текучей среды,
причем упомянутый коллектор содержит пространство компенсации давления, которое расположено под по меньшей мере частью упомянутой по меньшей мере одной поверхности уплотнения, при этом упомянутое пространство компенсации давления присоединено через обратные клапаны, чтобы получать давление текучей среды как из упомянутого первого канала для потока, так и из упомянутого второго канала для потока.
9. Приводимый в действие текучей средой двигатель по п. 8, отличающийся тем, что упомянутое пространство компенсации давления по меньшей мере частично ограничено эластомерным элементом, при этом упомянутый эластомерный элемент образует по меньшей мере часть упомянутых обратных клапанов.
10. Приводимый в действие текучей средой двигатель по п. 9, отличающийся тем, что упомянутый эластомерный элемент выполнен так, чтобы прижимать упомянутое уплотнение до образования контакта с упомянутой ответной поверхностью упомянутой головки цилиндра.
11. Приводимый в действие текучей средой двигатель, содержащий:
(a) коллектор, имеющий первый канал для потока текучей среды и второй канал для потока текучей среды, при этом упомянутый коллектор содержит дугообразное уплотнение, образующее:
(i) отверстие первого клапана, находящееся в гидравлической связи с упомянутым первым каналом для потока текучей среды,
(ii) отверстие второго клапана, находящееся в гидравлической связи с упомянутым вторым каналом для потока текучей среды, и
(iii) по меньшей мере одну поверхность уплотнения;
(b) цилиндр, имеющий головку цилиндра, с возможностью поворачивания установленную на упомянутом коллекторе, при этом упомянутая головка цилиндра образует ответную поверхность, выполненную так, чтобы взаимодействовать с упомянутым дугообразным уплотнением, и упомянутая ответная поверхность имеет по меньшей мере одно отверстие; и
(c) поршень, размещенный внутри упомянутого цилиндра так, что его можно выдвигать давлением текучей среды, подаваемой во внутреннее пространство упомянутого цилиндра,
при этом упомянутое дугообразное уплотнение и упомянутая ответная поверхность взаимодействуют, образуя зависящую от положения конфигурацию клапана, так что когда упомянутый цилиндр принимает нейтральное положение, упомянутое по меньшей мере одно отверстие находится против упомянутой по меньшей мере одной поверхности уплотнения, когда упомянутый цилиндр смещен на некоторый угол в первом направлении от упомянутого нейтрального положения, упомянутое по меньшей мере одно отверстие совмещается с упомянутым отверстием первого клапана, так что упомянутое внутреннее пространство упомянутого цилиндра находится в гидравлической связи с упомянутым первым каналом для потока текучей среды, и когда упомянутый цилиндр смещен на некоторый угол во втором направлении от упомянутого нейтрального положения, упомянутое по меньшей мере одно отверстие совмещается с упомянутым отверстием второго клапана, так что упомянутое внутреннее пространство упомянутого цилиндра находится в гидравлической связи с упомянутым вторым каналом для потока текучей среды,
причем упомянутый коллектор содержит пространство компенсации давления, которое расположено под по меньшей мере частью упомянутой по меньшей мере одной поверхности уплотнения, при этом упомянутое пространство компенсации давления соединено с упомянутым внутренним пространством упомянутого цилиндра через отверстие выравнивания давления, выполненное в упомянутом уплотнении.
