CZ308364B6 - Pístové diferenciální čerpadlo s vačkovým mechanismem, zvláště pro centrální mazací systémy - Google Patents

Abstract

Pístové diferenciální čerpadlo, zvláště pro centrální mazací systémy, obsahuje dvě protilehlé pístové jednotky s rozdílnými průřezy pracovních pístů (22.1, 22.2), jenž jsou spojeny s vačkou (31). Každá pístová jednotka obsahuje pracovní píst (21.1, 22.2) posuvně uložený ve válci (21.1, 21.2) a pracovní komoru (23.1, 23.2) opatřenou vstupním kanálem (25.1, 25.2) a výstupním kanálem (26.1, 26.2). Pístová jednotka s větším průřezem pracovního pístu (22.1) je připojena prostřednictvím jednosměrného ventilu (45.1) ke vstupu dopravované kapaliny a prostřednictvím jednosměrného ventilu (46.1) k pracovní komoře (23.2) druhé pístové jednotky, která je připojena na výstup dopravované kapaliny. Pracovní komora (23.1) s větším geometrickým objemem je propojena prostřednictvím hydraulického prvku (47.1) se vstupem dopravované kapaliny do čerpadla. Hydraulickým prvkem je ve výhodném provedení pojistný ventil nebo prstencová štěrbina. Na vačce (31) je nasazené radiální ložisko (32), které se dotýká zadních čel pracovních pístů (22.1, 22.2). Rotační pohyb vačky (31) je transformován na přímočaré pohyby pracovních pístů (22.1, 22.2) prostřednictvím valivého tření.

Description

Pístové diferenciální čerpadlo s vačkovým mechanismem, zvláště pro centrální mazací systémy

Oblast techniky

Pístová čerpadla chápeme jako soustrojí složená z mechanismu generujícího přímočarý vratný pohyb jednoho nebo více pracovních pístů a mechanismu přeměňujícího pohybovou energii tohoto jednoho nebo více pracovních pístů na tlakovou a kinetickou energii, předávanou dopravovanému médiu. Zařazujeme je do kategorie hnaných pístových strojů pro dopravu tekutých médií a pro zvýšení jejich tlaku.

V hydraulice je pístové čerpadlo nazýváno jako hydrogenerátor, v pneumatice jako kompresor. Jedná se o mechanický stroj poháněný zpravidla jiným strojem - motorem. Pohon jednoho nebo několika pracovních pístů pístového čerpadla je nej častěji zajišťován klikovým nebo vačkovým mechanismem.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní diferenciální pístová čerpadla jsou poháněna vesměs klikovým mechanismem, z čehož vyplývá poměrně velký objemový průtok a nižší pracovní tlak dopravovaného média. Používají se převážně pro kapaliny s nižší viskositou, např. čerpání vody ze studny. Charakteristické pro tato čerpadla je, že obsahují dvojici protilehlých pístových jednotek s rozdílnými geometrickými objemy, přičemž výstup z pístové jednotky s větším geometrickým objemem je vyveden do protilehlé pístové jednotky s menším geometrickým objemem. Část kapaliny vytlačená z první pístové jednotky je využita pro plnění druhé pístové jednotky a zbytek vytlačen do výstupu čerpadla. Při opačném zdvihu pracovního pístu dopravovanou kapalinu nasává první pracovní komora a druhá pracovní komora ji vytlačuje. Hlavní výhodou je rovnoměrnější objemový průtok.

Funkce všech pístových čerpadel, tedy nejen diferenciálních, je založena na principu vyrovnávání tlakového spádu v pracovních komorách, kde dopravovaná kapalina je uváděna do pohybu ve směru od vyššího tlaku k nižšímu tlaku. Tlakový spád mezi vstupem do pracovní komory a čelem pracovního pístu je vyvoláván sacím zdvihem pracovního pístu, naopak při výtlačném zdvihu pracovního pístu je kapalina z pracovní komory čelem pracovního pístu vytlačována.

Pracovní píst je posuvné uložený ve válci a spolu s tímto válcem tvoří pracovní pístovou jednotku, přičemž pracovní čelo tohoto pracovního pístu tvoří spolu s válcem pracovní komoru. Pokud má pracovní píst dvě pracovní čela, jako např. zmíněné diferenciální čerpadlo, vytváří spolu s válcem dvě protilehlé pracovní pístové jednotky.

Pracovní cyklus všech pístových čerpadel se skládá z plnicí (sací) a výtlačné fáze jednotlivých pracovních pístových jednotek. Na straně výstupu z pracovní komory je zpravidla umístěn jednosměrný ventil, který při sacím zdvihu pístu zabraňuje zpětnému návratu vytlačené kapaliny, a na straně vstupu do pracovní komory je umístěn jednosměrný sací ventil, který při výtlačném zdvihu pístu zabraňuje úniku kapaliny zpět do vstupního prostoru čerpadla. Sací ventil musí být průřezově dostatečně dimenzován, neboť jeho hydraulický průtokový odpor značně ovlivňuje samonasávací schopnost dané pracovní pístové jednotky a tím i objemový průtok, a to zvláště při vyšší viskozitě kapaliny.

U pístových čerpadel ovládaných vačkou, určených pro centrální mazací systémy, je zpravidla funkce sacího ventilu svěřena pracovnímu pístu, který svým pohybem střídavě zakrývá a odkrývá vstupní kanál do pracovní komory. Na jednu stranu to umožňuje „uspořit“ zástavbový prostor a zjednodušit konstrukci čerpadla, na druhé straně ovšem zkracuje již tak malý pracovní zdvih,

- 1 CZ 308364 B6 z něhož určitá část je využita na zakrytí vstupního kanálu.

Hlavní výhodou vačkového mechanismu je jeho jednoduchost, minimální nárok na zástavbový prostor, naopak nevýhodou je poměrně malý pracovní zdvih vačky a tím i poměrně malý geometrický objem dané pístové jednotky. Vystupující mazivo pístových čerpadel je schopno překonat značně vysoké protitlaky připojeného potrubí, řádově až několik desítek MPa.

Úkolem ztrátových mazacích obvodů je dopravit malé množství maziva do jednotlivých mazacích míst. Přitom ale jen některá místa kladou vysoký hydraulický odpor, který je nutno překonat vysokým pracovním tlakem pístového čerpadla, ostatní mazací místa až tak vysoký tlak k překonání svých hydraulických odporů nevyžadují. Tlak v mazacím obvodu narůstá postupně, nejdříve je mazivo dopraveno do míst s nejnižšími hydraulickými odpory, bránícími se dodávce maziva, a až nakonec do mazacích míst s nejvyššími hydraulickými odpory. Dosavadní pístová čerpadla tuto vlastnost mazacích obvodů nikterak nezohledňují, do mazacího obvodu je dodáváno konstantně stejně malé množství maziva s potenciálem vysokého tlaku. To samozřejmě ovlivňuje čas trvání mazacího cyklu. V případech požadavku na vyšší objemový průtok čerpadla je k vačce připojeno několik pístových jednotek se stejným geometrickým objemem, zpravidla tak, aby vždy dvě jednotky mezi sebou tvořily protilehlé dvojice.

U stávajících pístových čerpadel ovládaných vačkou dochází mezi vačkou a zdvihadlem ke smykovému tření, což je jistě z hlediska účinnosti a životnosti nežádoucí, zvláště pak při velmi vysokých pracovních tlacích pístového čerpadla, kdy v místě styku mezi vačkou a zdvihadlem vznikají velké třecí síly.

Podstata vynálezu

Primárně je cílem vynálezu navrhnout takové provedení pístového čerpadla, které by pružněji reagovalo na potřeby mazacího obvodu, tj. zvýšilo objemový průtok do mazacích míst s nižšími hydraulickými odpory a do ostatních mazacích míst s vysokými hydraulickými odpory zajistilo dostatečný tlak pro jejich překonání. Vedle tohoto záměru je cílem i nahradit smykové tření mezi vačkou a zdvihadlem na tření valivé.

Zajistit rychlejší dodávku maziva pro mazací místa s nižšími hydraulickými odpory a dostatečně vysoký tlak pro mazací místa s vysokými odpory bude zřejmě vyžadovat syntézu dvojice protilehlých pístových jednotek s rozdílnými geometrickými objemy s vačkovým mechanismem. Pokud ve skříni pístového čerpadla s vačkovým mechanismem umístíme dvě protilehlé pístové jednotky, z nichž první bude mít větší geometrický objem s omezením max. pracovního tlaku (např. cca 4 MPa), a výstup z této pístové jednotky napojíme do sání druhé pístové jednotky s menším geometrickým objemem, bude takovéto čerpadlo při každém dvoj zdvihu pracovních pístů dodávat do mazacího obvodu více maziva s omezeným tlakovým potenciálem (cca 4 MPa). Od okamžiku, kdy celkový hydraulický odpor připojeného mazacího obvodu dosáhne nastavené max. hodnoty pracovního tlaku první pístové jednotky (cca 4 MPa), to je kdy již bude většina mazacích míst s nižšími hydraulickými odpory namazána a příslušné dávkovače uzavřeny, se změní funkce první pístové jednotky naturbo plnění druhé pístové jednotky, čímž čerpadlo začne do mazacího obvodu dodávat sice menší množství maziva, ale s vyšším tlakovým potenciálem.

Pro změnu smykového tření mezi vačkou a zdvihadlem na valivé tření se nabízí řešení umístit kuličkové ložisko na harmonickou vačku (vnější tvar = kruhová plocha), o jehož vnější kroužek se budou opírat jednotlivá zdvihadla, případně přímo zadní čela jednotlivých pracovních pístů.

Objasnění výkresů

Obr. 1 znázorňuje ve schématickém řezu pístové diferenciální čerpadlo s dvojicí protilehlých

-2CZ 308364 B6 pístových jednotek ovládaných vačkou podle vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je ve schematickém řezu znázorněno pístové diferenciální čerpadlo 1 poháněné vačkovým mechanismem, v jehož skříni 1,1 jsou umístěny dvě protilehlé pístové jednotky s odlišnými zdvihovými objemy. Vačka 31 vytváří spolu se zadními čely pracovních pístů 22,1, 22,2 dvě kinematické dvojice s valivou vazbou, jejichž prostřednictvím dochází k transformaci rotačního pohybu vačky na dvojici přímočarých pohybů pracovních pístů ve směru šipky Λ.Ι.. A.2.

Zmíněné pracovní písty jsou posuvně uloženy v příslušném válci 21,1. 21,2. každý z nich spolu s příslušným válcem vytváří pístovou jednotku s pracovní komorou 23,1. 23,2. Do těchto pracovních komor jsou zaústěny vstupní kanály a vyústěny výstupní kanály. Plnicí kanál 25,1 je vhodně propojen prostřednictvím jednosměrného ventilu 45,1 se zásobníkem dopravovaného média 9, výstupní kanál 26,1 je prostřednictvím jednosměrného ventilu 46,1 a vstupního kanálu 25,2 propojen s druhou pracovní komorou 23,2 a výstupní kanál 26,2 je prostřednictvím jednosměrného ventilu 46,2 propojen s výstupem z pístového čerpadla P.

Výtlačné zdvihy pracovních pístů ve směru šipek A.l. A.2 jsou ovládány vačkou 31, zpětný zdvih levého pracovního pístu 22,1 (šipka B, 1) je zajišťován vratnou pružinou 33,1 a pravého pracovního pístu 22,2 (šipka B.2) tlakovým účinkem média přivedeného z první pracovní komory 23,1.

Max. tlak v pracovní komoře 23,1 je řízen únikem média prstencovou štěrbinou, jenž zastává fúnkci škrticího ventilu 47,1. Výši tlaku lze samozřejmě omezit i jinak, např. pojistným ventilem.

Předpokládejme, že prstencová štěrbina nebo pojistný ventil omezí nárůst tlaku v pracovní komoře na cca 4 MPa. Při každém dvoj zdvihu pracovních pístů tak bude toto pístové čerpadlo dodávat do hydraulického nebo mazacího obvodu, připojeného v bodě P, množství tlakového média odpovídající zdvihovému objemu prvního pracovního pístu 22,1, a to až do okamžiku nárůstu tlaku na hodnotu cca 4 MPa. Poté pístové čerpadlo sníží množství dodávaného média na hodnotu odpovídající zdvihovému objemu druhého pracovního pístu 22,2. ovšem s vyšším tlakovým potenciálem, přičemž první pracovní komora 23,1 bude svým tlakem „přeplňovat“ druhou pracovní komoru.

Uvedený příklad vnitřního uspořádání pístových čerpadel podle vynálezu není vyčerpávající, v žádném případě by neměl být vykládán jako omezení rozsahu ochrany. Např. jednosměrný ventil 46,2 umístěný na výstupu z druhé pracovní komory je nezbytný až v druhé fázi svého chodu, to je při dodávce malého objemového množství kapaliny s velkým tlakovým potenciálem; pokud budeme chtít použít toto čerpadlo jako nízkotlaké, může tento ventil chybět. Rovněž přípoj T pro připojení odpadového potrubí hydraulického nebo mazacího obvodu bude výhodou jen pro některé případy.

Pro rozsah ochrany pístového čerpadla i podle vynálezu je podstatné jen to, že toto čerpadlo obsahuje dvě protilehlé pracovní pístové jednotky, z nichž jedna má větší geometrický objem a omezen max. pracovní tlak, že pracovní komora 23,1 této pístové jednotky je propojena prostřednictvím jednosměrného ventilu 45,1 se vstupem dopravované kapaliny a prostřednictvím jednosměrného ventilu 46,1 s pracovní komorou 23,2 druhé pístové jednotky, a dále že zdvihadla, nebo přímo zadní čela pracovních pístů, se opírají o vnější kroužek radiálního ložiska 32, jehož střed při pohybu opisuje kružnici.

Použití těchto pístových diferenciálních čerpadel se neomezuje jen na použití v systémech centrálního ztrátového mazání, ale podle potřeby je lze použít i v běžných hydraulických

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Pístové diferenciální čerpadlo (1) s vačkovým mechanismem, zvláště pro centrální mazací systémy, obsahující dvě protilehlé pístové jednotky s rozdílnými průřezy pracovních pístů (22.1,22.2), jenž jsou spojeny, spřaženy nebo sdruženy se zdvihadlem vačkového mechanismu, vačkou (31), přičemž každá tato pístová jednotka obsahuje zmíněný pracovní píst posuvně uložený ve válci (21.1, 21.2) a pracovní komoru (23.1, 23.2), opatřenou vstupním kanálem (25.1, 25.2) a výstupním kanálem (26.1, 26.2), přičemž pístová jednotka s větším průřezem pracovního pístu (22.1) je prostřednictvím jednosměrného ventilu (45.1) připojena ke vstupu dopravované kapaliny a dále prostřednictvím jednosměrného ventilu (46.1) propojena s pracovní komorou druhé pístové jednotky s menším geometrickým objemem, která je připojena na výstup dopravované kapaliny, vyznačující se tím, že uvedená pracovní komora (23.1) s větším geometrickým objemem je propojena, pro omezení nárůstu jejího pracovního tlaku, se vstupem dopravované kapaliny do čerpadla, a to prostřednictvím hydraulického prvku (47.1).
2. 2. Pístové diferenciální čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedeným hydraulickým prvkem (47.1), pro omezení nárůstu tlaku v pístové jednotce s větším geometrickým objemem, je pojistný ventil nebo prstencová štěrbina, vytvořená mezi pracovním pístem (22.1) a jeho vedením.
3. 3. Pístové diferenciální čerpadlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zadní čela pracovních pístů (22.1, 22.2) se opírají o radiální ložisko (32) nasazené na harmonické vačce (31), pro transformaci rotačního pohybu této vačky na přímočaré pohyby pracovních pístů prostřednictvím valivého tření.