CZ282389B6 - Zařízení pro čerpání kapalných médií a pracovní stroj nebo motor - Google Patents

Abstract

Zařízení sestává ze statoru (5) s výtlačnou a sací přípojkou, v němž je excentricky vůči statoru (5) uspořádán otočně uložený rotor (4), v němž je uspořádána alespoň jedna posuvná lopatka (2), posuvná v radiálním směru, která se pohybuje utěsněně po vnitřní stěně statoru a je vedena podél vodicích drah (1a,1b), na nichž se odvalují válečky (2a,2b) spojené s posuvnou lopatkou nebo lopatkami (2). Linie doteku s vnitřní stěnou (12) statoru (5) leží mezi sacím a výtlačnou přípojkou. Posuvná lopatka (2) popřípadě posuvné lopatky (2) jsou poháněny hnacím hřídelem (3) rotoru (4). Průměty obou vodicích (1a,1b), které se navzájem křižují ve dvou protilehlých bodech, představují geometrické křivky, které pro každou libovolnou polohu otáčejí se posuvné lopatky (2) zajišťují přesné vedení posuvné lopatky (2) na vnitřní stěně (12) válce statoru (5).ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro čerpání kapalných médií, zejména pod tlakem, popřípadě pro čerpání a/nebo stlačování plynných nebo kapalných médií, se statorem se vstupem a výstupem, v němž je excentricky vůči statoru uspořádán alespoň jeden otočně uložený rotor, v němž je uspořádána alespoň jedna posuvná lopatka, posuvná v radiálním směru, která se pohybuje utěsněné po vnitřní stěně statoru a je vedena podél vodicích drah, uspořádaných na vnitřní straně nástavce, na nichž se odvalují dva válečky, náležející vždy jedné posuvné lopatce, s níž jsou spojené, přičemž linie dotyku rotoru s vnitřní stěnou statoru leží mezi vstupem a výstupem.

Dosavadní stav techniky

Zařízení tohoto druhu, například čerpadlo, je známé z US-PS 3 001 482. Toto známé čerpadlo je opatřeno posuvnými křídly neboli lopatkami s válečky, které jsou se značnou vůlí vedeny v drážkovém vedení, aby se zabránilo jejich zpříčení.

Tím však vznikne nevýhoda v tom, že posuvné lopatky jsou při činnosti čerpadla tlačeny odstředivou silou k vnitřní stěně statoru, čímž však dochází k přiměřeně vyššímu opotřebení.

Podobné řešení je známé rovněž z JP-A-56-44 489, kde se jedná o čerpadlo, které odpovídá čerpadlu zmíněnému v úvodu, kde jsou rovněž upraveny vodicí žlábky, do nichž zasahuje váleček posuvné lopatky.

Rovněž u tohoto řešení existuje nevýhoda v tom, že je náchylné k vysokému opotřebení.

Dále je z DE-C 443 963 známý motor s oběžnými radiálními písty, vedenými válečky a vodícími dráhami. Tyto vodicí dráhy však nezaručují, vzhledem ke své konstrukci, přičemž válečky a mechanismy rozdělují pracovní prostor, těsnost ve větším rozsahu kolem vstupu a výstupu média.

Radiální píst je poháněn rotory, v důsledku čehož vznikají ztráty tření a smykové síly mezi rotorem a písty.

V FR-A 1 091 637 je zase uveden rotační stroj bez vedení pohyblivých posuvných lopatek v místě dotyku rotoru a statoru. Zde tedy dochází k silnému opotřebení.

Těsnění se ve spodním rozsahu frekvence otáčení zajišťuje silou pružin a ve vyšším rozsahu frekvence otáčení rovněž přídavně odstředivou silou. Důsledkem této konstrukce dotykových ploch statoru je neklidný pohyb rotoru.

Úkolem vynálezu je odstranit výše uvedené nevýhody a vytvořit zařízení v úvodu zmíněného druhu, u něhož je zajištěno vedení posuvných lopatek bez vůle, aniž by tím vzniklo nebezpečí zpříčení těchto posuvných lopatek.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje zařízení pro čerpání kapalných médií, zejména pod tlakem, popřípadě pro čerpání a/nebo stlačování plynných nebo kapalných médií, se statorem se vstupem a výstupem,

- 1 CZ 282389 B6 v němž je excentricky vůči statoru uspořádán alespoň jeden otočně uložený rotor, v němž je uspořádána alespoň jedna posuvná lopatka, posuvná v radiálním směru, která se pohybuje utěsněné po vnitřní stěně statoru a je vedena podél vodicích drah, uspořádaných na vnitřní straně nástavce, na nichž se odvalují dva válečky, náležející vždy jedné posuvné lopatce, s níž jsou spojené, přičemž linie dotyku rotoru s vnitřní stěnou statoru leží mezi vstupem a výstupem, podle vynálezu, jehož podstatou je, že alespoň jedna posuvná lopatka je neotočně spojena s hnacím hřídelem alespoň jednoho rotoru, že průměty obou vodicích drah do roviny kolmé k hnacímu hřídeli alespoň jednoho rotoru se navzájem křižují ve dvou protilehlých bodech, a že průměty obou vodicích drah představují geometrické křivky.

Odvalováním válečků upevněných po obou stranách na posuvné lopatce se jednak zachycuje celkový přítlačný tlak posuvné lopatky na válec statoru, který vzniká účinkem odstředivé síly při otáčení posuvné lopatky, a jednak je druhou vodicí dráhou zaručeno optimální utěsnění mezi posuvnou lopatkou a válcem statoru, čímž je zároveň odstraněno nebezpečí zpříčení.

Vodicí dráhy jsou tvořeny křivkami, které se v podstatě lehce liší od kruhového tvaru, přičemž míra odchylky je určena excentrickou hnacího hřídele, a proto i rotoru a posuvných lopatek, vůči válci statoru.

Tímto provedením vodicích drah je zaručen rovnoměrný a nepřerývaný otáčivý pohyb při excentrickém uspořádání posuvné lopatky.

Podle zvlášť výhodného provedení vynálezu stator obsahuje alespoň dvě oddělené komory, v nichž je uspořádán vždy jeden rotor s posuvnou lopatkou, přičemž rotory jsou navzájem neotočně spojeny, a že výstup jedné z komor je spojen se vstupem druhé komory, při vložení řídícího orgánu do tohoto spojení.

Tímto způsobem je možno v jedné komoře stlačovat spalitelnou směs a převádět ji do druhé komory, v níž potom dojde k jejímu spálení. Síla, způsobená expanzí spálené směsi, která působí na posuvné lopatky, uvádí oběžné kolo druhé komory do otáčivého pohybu. Toto oběžné kolo pohání i oběžné kolo první komory, v níž se spalitelná směs stlačuje.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje podélný řez a obr. 2 příčný řez čerpadlem jako jednou alternativou zařízení podle vynálezu, obr. 3 podélný řez strojem jako druhou alternativu zařízení podle vynálezu, obr. 4 příčný řez podle čáry IV-IV z obr. 3 první komorou, obr. 5 příčný řez podle čáry V-V z obr. 3 druhou komorou a obr. 6 schematicky kinematiku odvalování opěrných válečků.

Příklady provedeni vynálezu

U čerpadla, znázorněného na obr. 1 a 2 je hnací hřídel 3 uložen excentricky ve statoru 5, respektive v jeho štítových deskách, nesoucích ložiska.

Stator 5 je opatřen vstupním hrdlem 5a a výstupním hrdlem 5b pro kapalné médium, čerpané pod tlakem, popřípadě pro plynné médium, určené k čerpání a/nebo ke stlačení. Proto je umožněn provoz zařízení jako čerpadla na plyn nebo kapaliny, jako kompresoru apod. Deskový štít nesoucí ložisko je vytvořen jako řídicí prstenec 1 a na vnitřní straně svého trubkového nástavce 8 je opatřen dvěma různými vodícími dráhami la, lb, ležícími v rovinách kolmých k hnacímu hřídeli 3.

-2CZ 282389 B6

Ve statoru 5 je uspořádán dutý rotor 4, který je upraven centricky na hnací hřídeli 3 a je jím poháněn. Přitom je prstencovitá stěna dutého rotoru 4 opatřena zářezem 7, kterým prochází křídlo neboli posuvná lopatka 2.

Posuvná lopatka 2 je opatřena podélným zářezem 9, kterým prochází hnací hřídel 3, který je v oblasti posuvné lopatky 2 opatřen ploškami 10, které kloužou po stěnách podélného zářezu 9 pouze s malou vůlí.

Na posuvné lopatce 2 jsou dále upevněny dva válečky 2a, 2b. z nichž každý se odvaluje na jiné vodicí dráze la, lb.

Tímto způsobem je zajištěno přesné vedení posuvné lopatky 2, přičemž válečky 2a a 2b přicházejí do styku s vodícími dráhami la, lb pouze svými plášťovými plochami.

Řízením posuvné lopatky 2 pomocí obou válečků 2a, 2b, které - jak bude ještě blíže objasněno v souvislosti s obr. 6 - se odvalují na obou vodicích drahách la, lb, z nichž alespoň jedna má tvar elipsy, je možno dodržet požadovaný odstup čelní strany 11 posuvné lopatky 2 od vnitřní stěny 12 statoru 5, čímž je možno udržet opotřebení posuvné lopatky 2 na přiměřeně malé hodnotě. Přitom je průběh vodicích drah la, lb závislý na tvaru vnitřní stěny 12 statoru 5 a excentricitě hnacího hřídele 3 vůči statoru 5, jakož i na velikosti dutého rotoru 4, jehož velikost určuje míru dodávaného množství, respektive výkon čerpadla.

Stator 105 motoru, znázorněného na obr. 3-5, je opatřen vstupním hrdlem 109 a výstupním hrdlem 110 pro stlačovanou směs. Ložiskové štíty 151, 152, 153, 154 jsou opatřeny řídicími prstenci 101 a mají na vnitřní straně trubkového nástavce uspořádané vodicí dráhy 101a, 101b ležící v rovinách kolmých k hnacímu hřídeli 103.

Ve statoru 105 jsou upraveny dvě komoiy 160, 161, v nichž je uspořádán vždy jeden dutý rotor 104, který je uspořádaný na hnacím hřídeli 103 centricky a je jím poháněn. Přitom je prstencovitá stěna každého dutého rotoru 104 opatřena zářezem 155, kterým prochází křídlo neboli posuvná lopatka 102.

Posuvná lopatka 102 je opatřena podélným zářezem, kterým prochází hnací hřídel 103, opatřený v oblasti posuvné lopatky 102 ploškami, které kloužou po stěnách podélného zářezu posuvné lopatky 102 s velmi malou vůlí.

Na každé posuvné lopatce 102 jsou dále upevněny válečky 116, z nichž se vždy dva odvalují po jiné vodicí dráze 101a, 101b.

Tímto způsobem je zaručeno přesné vedení posuvné lopatky 102. přičemž válečky 116 přicházejí do styku s vodícími dráhami 101a, 101 b pouze svými plášťovými plochami.

Řízením posuvné lopatky 102 pomocí válečků 116, které se odvalují na obou vodicích drahách, jejichž průměty se navzájem křižují ve dvou vzájemně diametrálně protilehlých bodech, je možno dodržet požadovaný odstup čelní strany posuvné lopatky 102 od vnitřní stěny statoru 105. čímž je možno opotřebení posuvné lopatky 102 udržovat na přiměřeně malé hodnotě. Přitom je průběh obou vodicích drah 101a, 101b závislý na tvaru vnitřní stěny statoru 105 a excentricitě hnacího hřídele 103 vůči statoru 105. jakož i velikosti dutého rotoru 104, jehož velikost určuje míru výkonu stroje.

Diametrální odstup obou vodicích drah 101a, 101b od sebe zůstává stále stejný, čímž je zajištěno přesné vedení posuvné lopatky 102, kteiým je provedeno zachycování odstředivých sil vznikajících při provozu, které by způsobovaly potlačování posuvné lopatky 102 na vnitřní stěnu statoru 105, což by mělo za následek přiměřeně větší opotřebení.

-3CZ 282389 B6

Hnací hřídel 103 je rozdělen spojkou 115, jejíž poloviny, neotočně spojené s oběma částmi hnacího hřídele 103 jsou opatřeny pro vzájemný záběr ozubením. Tímto způsobem je možno vzájemným otáčením obou polovin spojky 115, které nejsou v záběru, a jejich opětovným zasunutím do sebe měnit a nastavovat vzájemnou polohu posuvných lopatek 102 obou dutých rotorů 104.

Komora 160, jak je znázorněno na obr. 4, je vedle vstupu 109 statoru 105 opatřena i výstupem 162, spojeným spojovacím kanálkem 107 s druhou komorou 161. Přitom je, jak vyplývá z obr. 5, mezi spojovacím kanálkem 107 a vstupem 171 druhé komory 161 uspořádán dutý válec 106. jehož válcová stěna je opatřena dvěma zářezy 172, 173. Tento dutý válec 106 se může, jak vyplývá z obr. 3, otáčet pomocí vačky 111 a táhla 112 na obr. 3 je posuvná lopatka 102, uspořádaná v komoře 161, kvůli přehlednosti znázorněna pouze částečně, avšak uspořádání a provedení odpovídají posuvným lopatkám 102, uspořádaným v komoře 160, viz obr. 5.

Otáčením dutého rotoru 104 ve směru šipky 174 v komoře 160 se jednak vstupem 109 nasává směs do prostoru 181 a současně se směs nacházející se v prostoru 181 stlačuje a spojovacím kanálkem 107 se přivádí do vnitřku dutého válce 106, který slouží jako předřazená komora, přičemž dutý válec 106 zaujímá polohu, v níž zářez 172 lícuje se spojovacím kanálkem 107 a zářez 173 je vůči vstupu 171 posunut, takže vstup 171 je utěsněn.

Při dosažení určité polohy obou dutých rotorů 104 se pomocí vačky 111 a táhla 112 dutý válec 106 pootočí a zářez 173 se uvede do lícovaného stavu se vstupem 171, takže může začít proudit stlačená směs dovnitř. Přitom se dutý rotor 104 v komoře 182 nachází v poloze, v níž jeho prohloubení 117, uspořádané v plášťové ploše, stojí proti vstupu 171, který ústí do komory 182 v podstatě tangenciálně.

Vedle vstupu 171 je uspořádána zapalovací svíčka 108, která zažehne směs. Tím vzniklá expanze spalin pohání dutý rotor 104 ve směru šipky 175, přičemž plyn nacházející se v komoře 182 vyfukován výstupem 110 statoru 105. Dále se pomocí hnacího hřídele 103 a spojky 115 pohání dutý rotor 104 v komoře 160, který ve spojení s posuvnou lopatkou 102 nasává a stlačuje směs.

Podle vzájemné polohy posuvných lopatek 102 obou dutých rotorů 104 je možno stlačení směsi zvýšit nebo snížit. Přitom je možno stlačení zvýšit i do té míry, že směs se může vznítit sama, takže za jistých okolností je možno od instalování zapalovací svíčky 108 upustit.

Na obr. 6 je znázorněno provedení geometrických tvarů vodicích drah la, 101a a lb pro příklad provedení podle obr. 1 a obr. 2. Tvar vodicích drah lb, 101b, z nichž je znázorněna zhruba jedna polovina, se musí stanovit z poměrů, které mají existovat v místě 52 dotyku posuvných lopatek 2, 102 a statoru 5, 105.

Jak dráhy lb', 101b' středů válečků 2b, 116, tak i vodicí dráhy lb, 101b se zpravidla pouze nepatrně nebo vůbec neliší od kruhové dráhy kolem středu 51 statoru 5, 105. Odchylka od kruhové dráhy by mohla být potřebná například pro kompenzaci různých odstředivých sil, vzniklých proměnnými polohami posuvných lopatek 2, 102 a nutně různými deformacemi opěrných částí (válečků 2b, 116) a tím k obrušování posuvných lopatek 2, 102 v místě 52 dotyku.

Druhá vodicí dráha la, 101a, která má zaručovat pohyb posuvných lopatek 2, 102 bez vůle, je stanovena vodící dráhou lb, 101b, respektive její dráhou lb', 101b' středů a konstantních vzdáleností středů válečků 2a a 2b, respektive válečků 116, respektive excentricitou e jako vzdálenost mezi středem 31 hnacího hřídele 3, 103 a středem 51 statoru 5, 105.

Dráha la' středů válečků 2a může být určena, když se vychází z dráhy lb' středů, jako množina všech bodů, které mají vůči středu 31 hnacího hřídele 3, 103 diametrálně protilehlý konstantní odstup. Vodicí dráha la, 101a, z níž je na obr. 6 opět znázorněna jen asi jedna polovina, která

-4CZ 282389 B6 rovněž odpovídá znázorněné polovině vodicí dráhy lb, 101b, vznikne potom jako ekvidistanta s odstupem odpovídajícím poloměru r válečků 2a, 2b, 116 vůči dráze la', 101a' jejich středů. I když se v případě vodicí dráhy lb, 101b, popřípadě dráhy lb', 101b' středů válečků 2a, 2b, 116 jedná o zcela kruhovou dráhu, vznikne pro pohyb posuvných lopatek 2, 102 bez vůle odpovídající vodicí dráha la, 101a, která se podle relativní velikosti excentricity e odchyluje od kruhové dráhy a odpovídá zhruba tvaru elipsy.

Claims (2)

1, Zařízení pro čerpání kapalných médií, zejména pod tlakem, popřípadě pro čerpání a/nebo stlačování plynných nebo kapalných médií, se statorem (5, 105) se vstupem a výstupem, v němž je excentricky vůči statoru (5, 105) uspořádán alespoň jeden otočně uložený rotor (4, 104), v němž je uspořádána alespoň jedna posuvná lopatka (2, 102), posuvná v radiálním směru, která se pohybuje utěsněné po vnitřní stěně statoru (5, 105) aje vedena podél vodicích drah (la, lb, 101a, 101b), uspořádaných na vnitřní straně nástavce (8), na nichž se odvalují dva válečky (2a, 2b, 116), náležející vždy jedné posuvné lopatce (2, 102), s níž jsou spojené, přičemž linie dotyku rotoru s vnitřní stěnou (12) statoru (5, 105) leží mezi vstupem a výstupem, vyznačující se tím, že alespoň jedna posuvná lopatka (2, 102) je neotočně spojena s hnacím hřídelem (3) alespoň jednoho rotoru (4), že průměty obou vodicích drah (la, lb, 101a, 101b) do roviny kolmé k hnacímu hřídeli (3) alespoň jednoho rotoru (4) se navzájem křižují ve dvou protilehlých bodech, a že průměty obou vodicích drah (la, lb, 101a, 101b) představují geometrické křivky.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že stator (105) obsahuje alespoň dvě oddělené komory (160, 161), v nichž je uspořádán vždy jeden rotor (104) s posuvnou lopatkou (102), přičemž rotory (104) jsou navzájem neotočně spojeny, a že výstup (110) jedné z komor (160, 161) je spojen se vstupem (109) druhé komory (160, 161), při vložení řídicího orgánu do tohoto spojení.