Плунжерный газогидравлический двигатель

Плунжерный газогидравлический двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области нефтяного и газового машиностроения и может быть использовано в качестве силового привода систем автоматического управления запорной и регулирующей арматурой магистральных газонефтепроводов высокого и низкого давления.

Эффективность транспортировки нефти и газа по трубопроводам определяется эксплуатационными характеристиками применяемых технических средств. Силовые приводы запорной и регулирующей арматуры, в частности, газогидравлические двигатели, содержащие в качестве звена редуцирования волновую зубчатую передачу, имеют высокое передаточное число. Поэтому часто приходиться применять мультипликаторные системы трансмиссий для увеличения угловых перемещений выходного вала привода, которые усложняют конструкцию привода. Так же пневмогидравлические двигатели с волновой зубчатой передачей имеют малую долговечность из-за наличия в гибком зубчатом колесе концентраторов напряжений, в виде впадин между зубьями. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций силовых приводов, которые не требуют установки мультипликаторов, обладают высокой нагрузочной способностью, необходимой долговечностью, имеют возможность работы в сложных климатических условиях и имеют возможность использования потенциальной энергии транспортируемой среды для управления арматурой.

Известен шаговый двигатель [а.с. №530961, СССР, F15 В 11/12. Шаговый двигатель. Опубл. 05.10.1976. Бюллетень №37], содержащий равномерно расположенные по окружности в блоке автономно управляемые цилиндры, поршни которых взаимодействуют с ведущим колесом зубчатой передачи.

Недостатком такого привода являются большие осевые размеры и высокое передаточное число, оптимальное значение которого лежит в интервале от 80 до 300. Это сужает его эксплуатационные возможности и позволяет применять его только для систем автоматизированного управления регулирующей арматуры газонефтепроводов, для управления которой не требуются перемещения регулирующего элемента с большой угловой скоростью, для всех остальных приводов требуется дополнительная установка мультипликаторных передач.

Известна плунжерная передача [Теоретическое исследование плунжерной передачи/ Ястребов В.М. (СССР). Опубл. "Известия ВУЗов: Машиностроение", №8, 1962 г.], которая состоит из ведущего звена (водила), выполненного в виде вала с двумя эксцентриками, оси которых сдвинуты симметрично относительно оси вала и на них одеты радиальные подшипники, перемещающие плунжеры; ведомого вала (ротора), имеющего радиальные пазы, в которых перемещаются плунжеры-зубья; двух неподвижных колес с внутренними зубьями, с которыми зацепляются плунжеры; пружинных колец, действующих на выступы пазов плунжеров и возвращающих плунжеры в исходное положение; корпуса, крышки и подшипников валов.

Недостатком данного механизма является узкая область применения на магистральных газонефтепроводах ввиду необходимости использования для его работы автономного источника энергии.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является волновой пневмогидродвигатель [а.с.№1198285, СССР, F 16 Н 1/00. Волновой пневмогидродвигатель/ Е.Ф.Попков и др. (СССР). Опубл. в БИО №46, 1985 г.], выполненный в виде корпуса с размещенными в нем жестким и гибким зубчатым колесом, волнообразователем с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен вращающийся распределитель в виде валика с полостями подачи и слива рабочего тела.

Недостатком такого привода является высокое передаточное отношение, сужающее его область применения, недостаточная долговечность, обусловленная тем, что гибкое зубчатое колесо, благодаря наличию концентраторов напряжений в виде впадин зубьев имеет низкую усталостную прочность, что приводит к его разрушению после 10-15 млн циклов его работы.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение передаточного отношения передачи двигателя и увеличение его долговечности, за счет применения призматических плунжеров в зубчатом зацеплении.

Поставленная задача решается тем, что в плунжерном газогидравлическом двигателе, содержащем подвижное жесткое зубчатое колесо и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен с возможностью вращения распределитель в виде вала с полостями подачи и слива рабочего тела, согласно изобретению, колесо выполнено в виде кольца-сепаратора, в пазах которого размещены с возможностью радиального перемещения призматические плунжеры, а в симметричные пазы плунжеров установлен нерастяжимый гибкий элемент с одинаковым поперечным сечением.

Для обеспечения высокой технологичности изготовления боковые поверхности плунжеров, контактирующие с подвижным жестким зубчатым колесом, могут быть выполнены эвольвентными.

На фиг.1 изображено поперечное сечение плунжерного газогидравлического двигателя в рабочем положении, когда давление рабочего тела действует на поршни;

на фиг.2 показано осевое сечение плунжерного газогидравлического двигателя в рабочем положении.

Плунжерный газогидравлический двигатель содержит зубчатую муфту 1, жестко закрепленную на генераторе волн 2 с равномерно расположенными по окружности цилиндрами 3, с установленными в них поршнями 4, в проточки которых вставлены уплотнения 5, и радиальными каналами 6, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием 7, в котором установлен с возможностью вращения распределитель 8 в виде вала с полостями слива 9 и подачи, выполненной в виде канавок 10, причем в стенках центрального отверстия 7 выполнены кольцевая проточка 11 и осевые каналы 12, сообщающие кольцевую проточку 11 с радиальными каналами 6 в момент подачи в них рабочего тела.

Подвижное жесткое зубчатое колесо 13 соединяется с плунжерами 14 зубчатой муфтой 1. Плунжеры 14 равномерно расположены по окружности и фиксируются от угловых перемещений друг относительно друга кольцом-сепаратором 15, жестко закрепленном на зубчатой муфте 1, и от осевых перемещений - крышками корпуса, роль которых выполняют зубчатые муфты 1. В пазы плунжеров 14 установлены нерастяжимые гибкие элементы с одинаковым поперечным сечением 16, рабочее тело подводится через штуцер подачи 17, коллектор 18 и осевые каналы 12.

Плунжерный газогидравлический двигатель работает следующим образом. При подводе рабочего тела из магистрали высокого давления (не показана) через штуцер 17, коллектор 18, осевые каналы 12, кольцевую проточку 11, канавки 10 распределителя 8, радиальные каналы 6 в цилиндры 3, которое заставляет поршни 4 совершать возвратно-поступательное движение и деформировать нерастяжимые гибкие элементы 16 с установленными на них плунжерами 14, которые под действием поршней, вступают в контакт с подвижным жестким зубчатым колесом 13 и зубчатой муфтой 1 и создают две диаметрально противоположные зоны зацепления, расположенные в одной плоскости, и, при подаче на распределитель 8 от электромеханического преобразователя или управляемой турбины (не показаны) последовательных импульсов, подвижное жесткое зубчатое колесо 13 поворачивается на угол, пропорциональный числу командных импульсов. Плунжеры 14, оказавшиеся в зоне слива, воздействуют на поршни 4 силой деформации нерастяжимых гибких элементов 16, которые освобождают цилиндры 3 от рабочего тела через радиальные каналы 6, полости слива 9 и центральное отверстие 19 распределителя 8 в магистраль низкого давления (не показана).

Оптимальное передаточное число плунжерного газогидравлического двигателя лежит в интервале от 20 до 120.

В настоящий момент разработка плунжерного газогидравлического двигателя находится в стадии экспериментальных испытаний.

1. Плунжерный газогидравлический двигатель, содержащий подвижное жесткое зубчатое колесо и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен с возможностью вращения распределитель в виде вала с полостями подачи и слива рабочего тела, отличающийся тем, что колесо выполнено в виде кольца-сепаратора, в пазах которого размещены с возможностью радиального перемещения призматические плунжеры, а в симметричные пазы плунжеров установлен нерастяжимый гибкий элемент с одинаковым поперечным сечением.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что боковые поверхности плунжеров, контактирующие с подвижным жестким зубчатым колесом, выполнены эвольвентными.