Аксиально-поршневая гидромашина

Аксиально-поршневая гидромашина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано в гидроприводах ветроагрегатов и плотин и в качестве двигателей энергоемких приводов . Аксиально-поршневая гидромашина содержит корпус, среднюю часть, имеющую криволинейную направляющую. На каждой из половин корпуса закреплены клапанные коробки и направляющие ролики. Две противоположные клапанные коробки попарно соединены двухсторонним полым штоком с поршнем. Обе полости полого штока расположены в теле поршня с винтовым наклоном . Цилиндр расположен между направляющими роликами и на нем закреплена цапфа, а на цапфе - подшипниковый корпус (ПК). На одной из боковых крышек ПК закреплены консольные оси с роликами. Рабочие поверхности цапфы и консольных осей снабжены двумя изолированными системами радиальных канавок-пазух. Каждая из клапанных коробок содержит гидроаккумулятор , впускной и выпускной шариковые клапаны, которые образуют со штоками полости гидроуправления. Шток с помощью радиальных кронштейнов симметрично закреплен на конусном обтекателе. Непосредственно к клапанным коробкам подключены трубопроводы высокого и низкого давления . 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН 1ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4729562/29 (22) 18.08.89 (46) 07,03,92. Бюл. ЬЬ 9 (76) В.А.Викторук (53) 621.651(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1325170, кл. F 04 В 3/04, 1986. (54) АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА (57) Изобретение может быть использовано в гидроприводах ветроагрегатов и плотин и в качестве двигателей энергоемких приводов. Аксиально-поршневая гидромашина содержит корпус, среднюю часть, имеющую криволинейную направляющую. На каждой из половин корпуса закреплены клепанные коробки и направляющие ролики. Две противоположные клапанные коробки попарно соединены двухсторонним полым штоком с

Изобретение относится к поршневым гидромашинам преимущественно большой мощности, предназначенным, например, для преобразования вращательного движе- ния в ветроагрегатах и бесплотинных гидроагрегатах мегаваттного класса, а также для.. использования их в качестве двигателей энергоемких приводов, в особенности судо-. вых движителей.

Известна поршневая машина, предназначенная для преобразования вращения в возвратно-поступательные движения, содержащая корпус. в торцах которого распо.ложены впускные и выпускные окна, блоки цилиндров. в которых размещены поршни, попарно соединенные между собой, приводной вал и механизм преобразования движений в виде роликов, закрепленных на (19) (I I) (sI)s F 01 В 3/04, F 04 В 1/00 поршнем. Обе полости полого штока расположены в теле поршня с винтовым наклоном. Цилиндр расположен между направляющими роликами и на нем закреплена цапфа, а на цапфе — подшипниковый корпус(ПК). На одной из боковых крышек ПК закреплены консольные оси с роликами. Рабочие поверхности цапфы и консольных осей снабжены двумя изолированными системами радиальных канавок-пазух, Каждая из клапанных коробок содержит гидроаккумулятор, впускной и выпускной шариковые клапаны, которые образун)т со штоками полости гидроуправления. Шток с помощью радиальных кронштейнов симметрично закреплен на конусном обтекателе. Непосредственно к клапанным коробкам подключены трубопроводы высокого и низкого давления. 2 3.п. ф-лы, 3 ил. штоках с возможностью взаимодействия с криволинейной направляющей.

Однако иэ-за конструктивных особенностей машины удельное давление в ее роликовом узле черезмерно высокое и направлено в одной плоскости, что приводит к перегрузке роликового узла, уменьшает его ресурс и снижает общую эффективность машины.

Известен способ разделения трущихся поверхностей путем подачи смазывающей жидкости в зазор между этими поверхностями под высоким давлением.

При большом одностороннем давлении. которое возникает между трущимися поверхностями роликового узла, такой способ разделения поверхностей малоэффективный, Известна конструкция гидроуправляемого клапана (задвижки Джонсона) в виде расположенного в расширенной части трубопровода неподвижного цилиндра, в полость которого телескопически встроен подвижный цилиндр. При подаче жидкости во внутреннюю полость цилиндров подвижная часть выдвигается и закрывает канал трубопровода, а при подаче жидкости в межцилиндровое кольцевое пространство цилиндры складываются.

Однако из-за преобладания в габаритах такого клапана второстепенных частей, омывающая его жидкость излишне турбулизируется, что ведет к потере напора и снижает КПД всей системы.

Цель изобретения — повышение мощностй и ресурса поршневой машины, обеспечение высокого КПД и возможности функциональной обратимости.

В предлагаемой гидромашине возможно увеличение габаритов роликов и их числа, которые теперь могут быть составлены в виде двубалансирных тележек двустороннего действия. Для большей прочности они закрепляются на относительно большой площади рабочего цилиндра, а для защиты поршневой пары от возникающего бокового давления цилиндр укладывается между направляющими роликами, а поршневой шток дополнительно упрочняется давлением находящейся в его осевой полости рабочей жидкости и усиливается растяжкой путем завинчивания его концов в клапанные коробки, Давлением жидкости разгружаются также односторонне сдавленные поверхности цапф роликового узла. Для этого на той или иной невращающейся сдавливаемой поверхности выполняются канавки, соединенные через каналы и трубопроводы с той или иной рабочей полостью цилиндра. Причем полная разгрузка площадей происходит при равенстве площадей канавок с рабочей площадью поршня.

Предлагаемый гидроуправляемый клапан дблжен решить проблему обратимости машины и повышения ее КПД. Он отличается формой хорошо обтекаемого тела, где непосредственно рабочий орган клапана шаровидный и составляет интенсивно омываемую жидкостью его переднюю часть. В теле шара имеется цилиндрическая выемка, которая в паре с цилиндрическим штоком образует единую гидроуправляемую полость клапана. Через канал в штоке и через выводной канал эта полость может поочередно подключаться к трубопроводам высокого и низкого давления и к гидроаккумулятору, что обеспечивает клапан как упругой подушкой, 5

55 необходимой в режиме насоса. так и его жестку1о коммутацию по циклограмме гидромотора.

На фиг,1 показана многоцилиндровая гидромашина в комплексе с кольцевой ступицей ветроколеса; на фиг.2 — балансирный узел, с частичным вырезом мест подачи рабочей жидкости к поверхностям цапфы и осей; на фиг.3 — фрагмент клапан ной коробки, разрез (режим "Насос" ).

Между двумя половинами 1 корпуса, соединенными анкерными связями 2, через тела качения уложена средняя кольцевая часть 3 корпуса, имеющая криволинейную направляющую 4. На каждой из половин 1 корпуса закреплены клапанные коробки 5 и направляющие ролики 6. Две противолежащие коробки 5 попарно соединены двусторонним полым штоком 7 с поршнем 8 посередине. Обе полости штока 7 проложены в теле поршня 8 с винтовым наклоном и в виде изолированных выходов 9 сквозь противолежащие стенки поршня 8. Находящийся в паре с поршнем 8 цилиндр 10 уложен между направляющими роликами 6, и на нем закреплена цапфа 11, а на цапфе— подшипниковый корпус 12. На одной из боковых крышек корпуса 12 закреплены консольные оси 13 с роликами 14, с возможностью их контакта в пазу с криволинейной направляющей 4, Рабочие поверхности цапфы 11 и консольных осей 13 снабжены двумя изолированными системами радиальных канавок-пазух 15, соединенных каналами и трубопроводами 16 с той или иной полостью цилиндра 10. Каждая из клапанных коробок 5 содержит буферный пневмогидроаккумулятор 17, впускной и выпускной шариковые клапаны 18, которые удер>киваются на штоках 19 и образуют с ними полости 20 гидроуправления, Шток 19 с помощью радиальных кронштейнов симметрично закреплен на конусном обтекателе 21, а полость 20 гидроуправления имеет возможность соединения с гидроаккумуляторами высокого и низкого давления с помощью канала 22. Непосредственно к клапанным коробкам 5 одной половины 1 корпуса подключены трубопроводы высокого 23 и низкого 24 давления, которые через каналы в болтах анкерных связей 2 соединены с соответствующими трубопроводами другой половины 1 корпуса.

Аксиально-поршневая гидромашина работает следующим образом, При вращении средней кольцевой части

3 корпуса криволинейная направляющая 4 начинает совершать поперечные колебательные движения, увлекая находящиеся в ее пазу ролики 14 и связанный с ними ци1718729 хождении цилиндром 10 мертвой точки— смены направления криволинейной направляющей 4. Следует отметить, что для получения от расширенного цикла нагнетания наибольшего эффекта необходимо давление в газовой полости гидроаккумулятора17 поддерживать на уровне, несколько превышающем давление в трубопроводе 23.

Наиболее важной составляющей устройства является ведущий узел цилиндра 10 в виде цапфы 11 и направляющих роликов

50 линдр 10. Так как свобода перемещения цилиндра 10 ограничена роликами 6 и величиной наклона криволинейной направляющей

4, то цилиндр 10 совершает периодические возвратно-поступательные движения по 5 циклограмме поршня, связанного, например, с кривошипно-шатунным механизмом, но с переносом силы углового давления с поршневой пары на оси роликов 6. Кроме того, с учетом расположение узла направля- 10 ющих роликов 14 и цилиндра 10 в пространстве, ограниченном роликами 6, создаются предпосылки значительного увеличения габаритов цилиндра 10 и соответствующего повышения его мощности при существен- 15 ном замедлении производимых им рабочих циклов, что позволяет эксплуатацию гидромашины в режимах, сохраняющих ламйнарное движение жидкости, и, следовательно, с наивысшим КПД и увеличенным ресурсом. 20

Это обеспечивается винтовым вводом жйдкости в цилиндр 10, гидравлическим сервоприводом клапанов 18, их хорошо обтекаемой формой, а также наличием в си-: стеме буферного гидроаккумулятора 17. 25

Так, например, при появлении разрежения всасывания в цилиндре 10 и распространения его через выход 9 и канал штока 7 в клапанную коробку 5, то на поверхность подключенного к трубопроводу 24 клапана 30

18 начинает действовать сила разрежения, превышающая давление в системе гидроуправляемой полости 20, Вследствие этого шар клапана 18, двигаясь по направляющей .штока 19, составляет с вогнутым основанием 35 обтекателя 21 единое тело, аэродинамиче- ски хорошо обтекаемое по отношению к омывающему его потоку, Но так как при такте нагнетания разница давлений в клапанной коробке 5 и трубопроводе 23 отно- 40 сительно небольшая, давление потока, проходящего клапанную полость, черезмерно высоко, а его скорость черезмерно замедленна. Для увеличения пропускной способности клапана нагнетания его рабочий цикл расширяется за счет запасания части прокачиваемой жидкости гидроаккумулятором 17 и последующей отдачи ее.в трубопровод 23 в момент паузы при про 14. Он призван с минимальными потерями передавать (действующую под некоторым углом и смещенную от оси) силу давлении направляющей 4 на цилиндр 10, кото„эя составляет значительную величину. Поэтому для удерживания удельной нагрузки в пределах приемлемых величин рабочая поверхность цапфы 11 и консольных осей 13 имеет большие площади. Кроме того, при рабочем цикле в места контакта вращающихся пар в канавки 15 подается жидкость под давлением из цилиндра 10 по трубопроводу 16, которая обеспечивает гидростатическую разгрузку и смазку трущихся поверхностей роликового узла. В этом слу чае при повторении кривизны направляющей 4 спаренными роликами 14 требуется минимальное усилие для периодического покачивания подшипникового корпуса 12 на цапфе 11.

Наличие дистанционного сервопривода клапанов 18 облегчает функциональную обратимость данной гидромашины, например, при необходимости начальной раскрутки ветроколеса или при его торможении. Н:". особенно перспективно применение подо бной машины в качестве универсально-о привода транспортных средств, споссбного, к примеру, в значительной мере рекуперировать энергию . торможения, утилизировать толчки и вибрации, а если ее встроить в кольцевой насадок судового винта, то это существенно повысит пропульсивные и мореходные качества судна, Формула изобретения

1. Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая вал, корпус, цилиндры с поршнями и штоками, а на внутренней поверхности среднеИ части корпуса выполнена криволинейная направляющая, в которой установлены ролики с консольными осями, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности и ресурса, она снабжена направляющими роликами, цапфами с отверстием, перпендикулярным оси, и гидроуправляемыми клапанами, установленными в клапанных коробках, вал выполнен в виде средней части корпуса с криволинейной направляющей, а цилиндры расположены внутри отверстий цапф и установлены между направляющими роликами, на каждой из цапф шарнирно установлен корпус, на круглой боковой крышке которого закреплены консольные оси роликов, причсм штоки поршней выполнены двухсторонними и закреплены в клапанных коробках. расположенных по обе стороны от средней части корпуса, внутри них выполнены винтовые пересекающиеся каналы, связанные с внутренними полостями цилиндров и с

1718729 гидроуправляемыми клапанами, а клапаны и их клапанные полости выполнены шаровидной формы, клапаны установленц на штоках. с образованием полости гидроуправ ления, штоки выполнены с вогнутой порхностью, сопряженной с клепано, м ис верх конусным обтекателем на конце и снабж ены а иальными кронштейнами, в одном из которых выполнен канал, связанный с полостью гидроуправления, а в цилиндрах имеются уплотнения для выхода штока.

2, Гидромашина по п.1, о тл и ч а ю щ а яс я тем. что. с целью улучшения смазки консольных осей и цапф, на поверхности цапфы и консольных осей, обращенных к стенкам криволинейной направляющей, выполнены радиальные канавки-пазухи, соединенные

5 через каналы и трубопроводы с полостями цилиндра.

3. Гидромашина пр п.1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что к гидроуправляемым каналам

10 непосредственно подключены трубопроводы высокого и низкого давления и гидроаккумулятор.

1718729

Составитель. В.Викторук

Редактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор, М.Демчик

Заказ 893 Тираж Подписное

В НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101