NL1016739C2 - Hydraulische inrichting. - Google Patents

Description

Hydraulische inrichting

De uitvinding betreft een hydraulische inrichting overeenkomstig de aanhef van conclusie 1. Een dergelijke inrichting is bekend. Als bij een dergelijke inrichting 5 tijdens roteren van de rotor de verbinding van een kamer met de ene leidingaansluiting overgaat naar een verbinding met een volgende leidingaansluiting worden de verbindingen met de kamer geleidelijk afgesloten en weer geopend. Als tijdens het sluiten van de ene verbinding en 10 het openen van de andere verbinding het volume van de kamer verandert ontstaat een drukpiek waardoor geluidsoverlast kan ontstaan, of cavitatie waardoor schade kan ontstaan. Om dit te vermijden worden maatregelen genomen zoals het aanbrengen van lekspleten of het toestaan van een 15 beperkte kortsluiting door het gedurende een beperkte rotatie verbinden van een kamer met twee leidingaansluitin-gen. Deze maatregelen verminderen het probleem van de drukpiek en/of cavitatie, maar zijn alleen effectief bij bepaalde drukverhoudingen, drukken in de leidingaanslui-20 tingen of rotatiesnelheden van de rotor, instellingen van rotatiepositie van de spiegelplaat en/of een combinatie hiervan. Daarnaast gaan deze maatregelen gepaard met energieverlies. Dit beperkt de toepassing van de inrichting.

25 Teneinde bovengenoemde nadelen te vermijden is de inrichting uitgevoerd overeenkomstig het kenmerk van conclusie 1. Hierdoor worden drukpieken en cavitatie vermeden terwijl de energieverliezen eveneens afnemen.

Overeenkomstig een uitvoering is de inrichting uit-30 gevoerd overeenkomstig conclusie 2. Hierdoor is een verdere verliesarme vermindering van de drukpieken mogelijk, omdat er niet onbedoeld olie van de ene kamer naar de opvolgende kamer kan stromen.

T y - ...

2

Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uitgevoerd overeenkomstig conclusie 3. Hierdoor is een eenvoudige constructie mogelijk, die ook eenvoudig te ontluchten is.

5 Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uit gevoerd overeenkomstig conclusie 4. Hierdoor wordt het ontluchten van de inrichting verder verbeterd.

Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uitgevoerd overeenkomstig conclusie 5. Hierdoor wordt het 10 dynamische gedrag van de inrichting verbeterd omdat de lengte van de te versnellen of vertragen oliekolom in de verbindingsleiding wordt beperkt.

Overeenkomstig een andere uitvoering is de inrichting uitgevoerd overeenkomstig conclusie 6. Hierdoor is 15 een goedkope constructie mogelijk.

Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uitgevoerd overeenkomstig conclusie 7. Hierdoor worden de verliezen sterk verminderd en zijn hoge toerentallen van de rotor mogelijk.

20 Overeenkomstig een verbetering is de inrichting uit gevoerd overeenkomstig conclusie 8. Hierdoor kan de inrichting compact worden uitgevoerd terwijl ook problemen met afdichtingen vermeden worden.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand 25 van een uitvoeringsvoorbeeld met behulp van een tekening, waarin figuur 1 schematisch de werking van de uitvinding weergeeft, figuur 2 het drukverloop weergeeft in een rotorkamer van 30 figuur 1, figuur 3 een schematische doorsnede van een hydraulische druktransformator overeenkomstig de uitvinding toont, 3 3 figuur 4 een vooraanzicht van de rotor van de hydraulische druktransformator van figuur 3 toont, figuur 5 een perspectivisch aanzicht van de rotor van figuur 3 toont, en 5 figuren 6-9 de werking van de inrichting van figuur 3 tonen bij verschillende rotatieposities van de rotor.

In figuur 1 is schematisch een rotor 2 getoond met rotorkamers 4ft, 4B en 4C. De rotor 2 roteert in een huis 1. In het huis 1 is een spiegelplaat 3 gemonteerd met een 10 eerste spiegelplaatpoort 13 en een tweede spiegelplaat- poort 15. De spiegelplaatpoorten 13 en 15 zijn gescheiden door een rug 14. De eerste spiegelplaatpoort 13 is verbonden met een leiding met een eerste druk Pa- De tweede spiegelplaatpoort 15 is verbonden met een leiding met een 15 tweede druk P2. De rotorkamers 4 zijn elk voorzien van een zuiger 5 waardoor het volume in de kamer 4 kan variëren tussen een minimum en een maximum waarde door middel van een verplaatsingsmechanisme dat hier schematisch is aangegeven met een stang 11 en een geleiding 12. De ro-20 torkamer 4 staat door een rotorpoort 6 en een spiegelplaatpoort 13 of 15 in verbinding met een leiding voor toevoer of afvoer van olie.

De rotor 2 roteert om een rotatie-as, waarbij rotor-poorten 6 langs de spiegelplaat 3 bewegen. Elke rotor-25 poort 6 is daarbij eerst in open verbinding met de tweede spiegelplaatpoort 15. In de rotorkamer 4 is de druk dan gelijk aan de tweede druk P2. Nadat de rotorpoort 6 de rug 14 gepasseerd is, is de rotorpoort 6 in open verbinding met de eerste spiegelplaatpoort 13 en in de rotorka-30 mer 4 is de druk gelijk aan de eerste druk PI. De rug 14 is daarbij zo gedimensioneerd dat de rotorpoort 6 gedurende korte tijd volledig is afgesloten, zodat er geen kortsluiting tussen de eerste rotorpoort 13 en de tweede rotorpoort 15 op kan treden.

4 ! ; In bekende rotoren 2 is er alleen olie toevoer of afvoer via de rotorpoort 6. Als deze rotorpoort 6 tijdens bewegen van de rotor 2 geheel of gedeeltelijk door de rug 14 wordt afgesloten en het volume van de rotorkamer klei-5 ner wordt onder invloed van de geleiding 12 en de stang 11 zal de olie in de rotorkamer 4 elastisch worden samengedrukt waardoor een rotorkamerdruk Px stijgt. De rotor-kamerdruk Px is in figuur 2 weergegeven afhankelijk van de verplaatsing van de rotor 2 in een richting x. Een 10 lijn m geeft de rotorkamerdruk Px weer zoals deze bij de bekende rotoren 2 tengevolge van het afsluiten van de opening 6 door de rug 14 stijgt. De weergegeven stijging van de druk is ongewenst omdat deze snelle stijging van de druk aanleiding geeft tot geluidsoverlast.

15 Teneinde de hiervoor besproken drukpieken in de ro torkamer 4 te voorkomen is overeenkomstig de uitvinding tussen de rotorkamers een klepkamer 7 aangebracht, met daarin een klepzuiger 8. De ruimte boven de klepzuiger 8 staat via een kanaal 9 in verbinding met de ene rotorka-20 mer, hier bijvoorbeeld 4B en de ruimte onder de klepzuiger 8 staat in verbinding met de tweede rotorkamer, hier bijvoorbeeld 4c-

In de situatie dat de eerste druk Ρχ groter is dan de tweede druk P2 is de druk in de rotorkamer 4C hoger 25 dan in de rotorkamer 4B- Tengevolge van dit drukverschil zal de klepzuiger 8 tussen rotorkamer 4B en 4C aan de bovenzijde van de klepkamer 7 gepositioneerd zijn, zoals in figuur 1 getoond is. Deze klepzuiger 8 sluit in deze positie het kanaal 9, zodat er geen olie uit de rotorkamer 30 4C naar de rotorkamer 4B kan stromen.

Bij bewegen van de rotor 2 in de richting x zal de rug 14 de opening 6B gaan afsluiten. Ten gevolge van de naar beneden gerichte beweging van de zuiger 5 is er een . * h · : ' i......

5 oliestroom door de rotorpoort 6B die belemmerd wordt en in veel gevallen uiteindelijk afgesloten wordt. Hierdoor stijgt de druk Px en de olie zal allereerst wegstromen door kanaal 10. De klepzuiger 8 tussen rotorkamer 4A en 5 4b ondervindt geen of slechts een beperkte weerstand van de druk in de rotorkamer 4A en zal naar de bovenste stand bewegen. Nadat deze klepzuiger 8 zijn uiterste stand bereikt heeft stopt de oliestroom door kanaal 10 en stijgt de druk in de rotorkamer 4B tot deze gelijk is aan de 10 eerste druk Ρχ. Vervolgens start de oliestroom door kanaal 9 en zal de klepzuiger 8 tussen de rotorkamers 4B en 4C een oliestroom naar de rotorkamer 4C op gang brengen.

De rotorkamerdruk Px in de uitvoering overeenkomstig de uitvinding is in figuur 2 getoond met een lijn n. Het 15 is daarbij duidelijk zichtbaar dat de druk met een veel kleinere drukpiek overgaat van de tweede druk P2 naar de eerste druk Ρχ, zodat de geluidsoverlast sterk vermindert. De in de figuur 2 zichtbare piek in lijn n is het gevolg van de grote rotatiesnelheid van de rotor, in dit 20 geval 7200 omw./min. Hierdoor gaat het versnellen van de klepzuiger 8 en de olie een rol spelen. Deze drukpiek ontstaat dan ook tengevolge van de massa van de te versnellen oliekolom en de klepzuiger 8. Het volume dat tijdens het sluiten en weer openen van de rotorpoort 6 door 25 de kanalen 9 en 10 moet kunnen stromen is afhankelijk van de verplaatsing van de zuiger 5 gedurende de tijd dat de rotorpoort 6 door de rug 14 gesloten is.

Het hiervoor besproken werkingsprincipe wordt hierna verder toegelicht met een uitvoeringsvoorbeeld.

30 In de figuur 3 is een hydraulische druktransformator getoond met een rotor 25 die roteerbaar bevestigd is in een huis 18. De rotor 25 heeft rotorkamers 23 waarvan het volume veranderlijk is tussen een minimumwaarde en een ^ /1 -- — - 6 maximumwaarde door verplaatsen van een plunjer 20. De ! plunjers 20 zijn gekoppeld met een as 19 die met een la ger 17 bevestigd is in het huis 18. De rotatie-as van as 19 snijdt de rotatie-as van de rotor 25 onder een hoek, 5 zodat de plunjers 20 heen en weer bewegen in de rotorka-mers 23. De rotorkamers 23 zijn aan de van de plunjer 20 afgekeerde zijde voorzien van een kanaal dat eindigt in een rotorpoort 27. De rotorpoorten 27 bewegen in een cirkelvormige baan langs een spiegelplaat 32 en komen door 10 drie spiegelplaatpoorten 33 afwisselend in verbinding met één van de twee leidingaansluitingen 31 of een lage-drukaansluiting 22.

Tussen de spiegelplaatpoorten 33 zijn ruggen 28 aangebracht die bij rotatie van de rotor 25 gedurende korte 15 tijd de rotorpoorten 27 afsluiten. De leidingaansluitingen 31 zijn aangebracht in een aansluitdeksel 30, dat voorzien is van kanalen die in verbinding staan met de betreffende spiegelplaatpoort 33. Eén van de spiegelplaatpoorten 33 staat in open verbinding met een binnen-20 ruimte 21 van het huis 18. De binnenruimte 21 is afgesloten met een deksel 16 en het huis 18 is voorzien van de lagedrukaansluiting 22. De spiegelplaat 32 is voorzien van een spiegelplaatas 29, waarmee de spiegelplaat 32 geroteerd kan worden en waarmee de verhouding van de vloei-25 stofdrukken in de leidingaansluitingen 31 ingesteld kan worden.

In de figuren 4 en 5 is de rotor 25 meer in detail weergegeven. In de zijkant van de rotor 25 is steeds tussen twee rotorkamers 23 nabij de rotorpoort 27 een boring 30 aangebracht. In deze boring is een sluitstuk 24 aangebracht. In dit sluitstuk 24 is een klepkamer 35 aangebracht waarin een kogel 36 kan bewegen, en een boring 34 dat de bodem van de klepkamer 35 in verbinding brengt met één van de rotorkamers 23. Het open einde van de klepka- i o i q** 7 mer 35 staat met een kanaal 26 in verbinding met de andere rotorkamer 23.

In gemonteerde toestand van het sluitstuk 24 met de kogel 36 in de rotor 25 blokkeert de kogel 36 de stroming 5 van olie tussen de twee rotorkamers 23 als de kogel 36 over een slaglengte s bewogen heeft met de stroming mee en aan een van beide einden van de klepkamer 35 tot rust komt tegen een kegelvormige klepzitting. Daarbij is er een beperkt volume olie gestroomd van de ene rotorkamer 10 23 naar de andere rotorkamer 23, dit volume is ongeveer gelijk aan het product van het oppervlak van de kogel 36 en de slaglengte s. De slaglengte s is dus de grootste afstand waarover de kogel 36 kan bewegen tussen de klep-zittingen. De diameter van de kogel 36 is groter dan de 15 helft van de slaglengte s, zodat de kogel 36 met weinig weerstand wordt meegevoerd door de vloeistof. Eventueel is de diameter van de kogel 36 groter dan de slaglengte s. Het materiaal van de kogel 36 is zo licht mogelijk en de kogel is bijvoorbeeld gemaakt van keramisch materiaal.

20 Tussen de kogel 36 en de klepkamer 35 is enige spe ling, zodat een beperkte stroming van olie langs de kogel 36 kan plaatsvinden. Hierdoor wordt bereikt dat de drukverandering van de rotorkamers 23 meer geleidelijk plaats kan vinden, de rotor ontlucht kan worden en dat plaatse-25 lijk opwarmen van de olie wordt vermeden. Eventueel is hiertoe in de wand van de klepkamer 35 in lengterichting een groef aangebracht.

Teneinde de drukopbouw in de rotorkamer 23 bij het afsluiten van de rotorpoort 27 door de rug 28 te beperken 30 hebben het kanaal 26 en de boring 34 een oppervlak dat tenminste 30% is van het oppervlak van de rotorpoort 27, hierdoor zal er weinig stromingsweerstand optreden.

8

In plaats van de getoonde uitvoering van een kogel ' 36 die tot rust komt op een kegelvormige klepzitting zijn ook andere uitvoeringen mogelijk zoals een zuiger die afdichtend in de klepkamer 35 kan bewegen en waarbij de ka-5 nalen aan de zijkant van de klepkamer 35 aansluiten. In de uiterste stand komt deze zuiger tot stilstand tegen een afgesloten volume olie, zodat een botsing tussen de zuiger en de rotor vermeden wordt waardoor de slijtage vermindert.

10 De werking van de hydraulische transformator van fi guur 3 wordt hierna uitgelegd aan de hand van de figuren 6, 7, 8 en 9, die verschillende rotatieposities van de rotor 25 tonen. In de figuren is met TDC (Top Dead Centre) de positie van de rotor 25 aangegeven waarbij het 15 volume van de rotorkamers 23 minimaal is. Met BDC (Bottom Dead Centre) is de positie aangegeven waarbij het volume van de rotorkamers 23 maximaal is. De klepkamer 35 en de kogel 36 zijn schematisch weergegeven.

Zoals hiervoor besproken is de spiegelplaat 32 voor-20 zien van drie spiegelplaatpoorten 33 van gelijke grootte, waarbij de hogedrukpoort 39 is verbonden met een leidin-gaansluiting 31 met hogedruk, de lagedrukpoort 40 is verbonden met een leidingaansluiting 22 met lagedruk en de middendrukpoort 41 is verbonden met een leidingaanslui-25 ting 31 met een druk die instelbaar is door het veranderen van de rotatiepositie van de spiegelplaat 32. De spiegelplaat 32 is met de spiegelplaatas 29 zodanig ingesteld dat de rotor 25 onder invloed van de hogedruk in de hogedrukpoort 39 gaat roteren in de rotatierichting R.

30 Daarbij zal tengevolge van deze rotatie door de plunjers 20 uit de hogedrukpoort 39 en de lagedrukpoort 40 olie gezogen worden en in de middendrukpoort 41 worden geperst .

9

In de rotor 25 zijn negen rotorkamers 23 aangebracht, genummerd C1-C9 en de klepkamer 35 en kogel 36 zijn schematisch buiten de rotor 25 aangegeven. Achtereenvolgend wordt het gedrag van de kogel 36 tijdens het 5 afsluiten van rotorpoort 27 door de drie ruggen 28 besproken.

In figuur 6-9 is zichtbaar dat de rotorpoort 27 van C3 tengevolge van het roteren steeds meer gesloten wordt. Voordat het afsluiten begint is de kogel 36 op hierna aan 10 te geven wijze bij het roteren naar de hogedrukpoort 39 in de getekende stand geduwd. Ook als de rotorpoort 27 van C3 min of meer gesloten is, blijft het volume van de rotorkamer 23 ten gevolge van de rotatie R toenemen en er ontstaat een lage druk die ook lager wordt dan de druk in 15 de lagedrukpoort 40. Hierdoor zal de kogel 36 in de klepkamer 35 tussen C3 en C4 gaan bewegen in een richting die in de figuren 8 en 9 met een pijl is aangegeven. Er zal weinig onderdruk of cavitatie optreden.

Ook de rotorpoort 27 van C6 wordt afgesloten. Het 20 volume van de rotorkamer 23 zal tijdens dit afsluiten kleiner worden. Aangezien de druk van C7 hoger is dan die van C6, zal in eerste instantie, zolang de kogel 36 in de klepkamer 35 tussen C5 en C6 nog niet aan het einde van zijn slag is, de olie uit C6 naar C5 geperst worden. Als 25 dit niet meer mogelijk is doordat de kogel 36 aan het einde van zijn slag is, zal de druk in C6 stijgen tot deze gelijk is aan de druk in C7 en vervolgens zal de olie van C6 de kogel 36 in de klepzuiger 35 tussen C6 en Cl verplaatsen zoals met een pijl is aangegeven in de figu-30 ren 8 en 9. Er zal daarbij geen drukpiek in C6 optreden.

Voor het afsluiten van de rotorpoort 27 van C9 heeft de kogel 36 in de klepzuiger 35 tussen Cl en C9 onder invloed van de druk in Cl tijdens het afsluiten van de ro~ ! 10 torpoort 27 daarvan de aangegeven positie ingenomen. Tijdens het afsluiten van C9 wordt het volume van de rotor-kamer 23 kleiner en als de opening van de rotorpoort 27 klein genoeg is, stijgt de druk in C9 en verplaatst de 5 kogel 36 in de klepkamer 35 tussen C8 en C9 onder invloed van deze hogere druk. Nadat de kogel 36 zijn uiterste stand heeft bereikt stijgt de druk verder tot deze gelijk is aan de druk in Cl, die gelijk is aan de druk in de ho-gedrukpoort 39. Bij verder verkleinen van het volume van 10 C9 zal de olie de kogel 36 in de klepkamer 35 tussen C9 en Cl verplaatsen zoals met pijlen is aangegeven in figuur 8 en 9. Ook hier treden geen drukpieken op.

Ook bij andere rotatieposities van de spiegelplaat 32 worden door toepassen van de kogel 36 tussen de rotor-15 kamers 23 drukpieken vermeden, waardoor geluidsoverlast vermindert. Een uitvoering kan zijn dat in plaats van de kogel 36 een membraam wordt toegepast, dat de drukken in naast elkaar gelegen rotorkamers 23 bij een beperkte oliestroom gelijk houdt en ook met het membraam een ope-20 ning afsluit waardoor het drukverschil sterk kan stijgen.

In het uitvoeringsvoorbeeld is een rotor 25 getoond met axiale plunjers 20. De vakman is bekend met vele andere constructies zoals vleugelpompen, radiale plunjer-pompen, gerotorpompen en gerolerpompen en overeenkomstige 25 motoren, waarbij door rotatie het volume van kamers verandert. Ook zijn er vele constructies bekend voor het afwisselend in verbinding brengen van door rotatie van een rotor van volume veranderende kamers met verschillende leidingaansluitingen. De uitvinding is voor deze ver-30 schillende toepassingen evenzeer toepasbaar ter vermijding van drukpieken en cavitatie.

De uitvinding is geïllustreerd aan de hand van een hydraulische transformator, waarbij in de spiegelplaat 32 11 drie spiegelplaatpoorten 33 zijn aangebracht. Vanzelfsprekend zijn er ook uitvoeringen mogelijk met zes of negen spiegelplaatpoorten. Ook kan de uitvinding toegepast worden bij hydraulische pompen en motoren met twee lei-5 dingaansluitingen, waarbij op de rotor een koppel wordt uitgeoefend of waarbij met de rotor iets wordt aangedreven.

i ^ ,·' O M

Claims (8)

1. Hydraulische inrichting omvattende een huis (18) voorzien van tenminste een eerste leidingaansluiting en een tweede leidingaansluitingen en eventueel verdere lei-5 dingaansluiting voor het aansluiten van leidingen van een eerste druk, een tweede druk en eventueel andere drukken, een in het huis roteerbare rotor (25), kamers (23) waarvan het volume door het roteren van de rotor varieert tussen een minimum waarde en een maximum waarde en midde-10 len (32) voor het door roteren van de rotor opeenvolgend verbinden van elke kamer met de eerste leidingaansluiting, de tweede leidingaansluiting en eventueel verdere leidingaansluitingen met het kenmerk dat tussen opeenvolgende kamers een verbindingsleiding (26, 34, 35) is aan-15 gebracht die is voorzien van sluitmiddelen (36) voor het sluiten van de verbindingsleiding nadat een beperkt volume vloeistof in één richting door de verbindingsleiding is gestroomd.

2. Hydraulische inrichting overeenkomstig conclusie 20. met het kenmerk dat de sluitmiddelen een element als een zuiger omvatten dat afdichtend beweegbaar is in een cilinder.

3. Hydraulische inrichting overeenkomstig conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de sluitmiddelen een cilinder 25 (35) omvatten met aan de beide uiteinden klepzittingen voor het sluiten van de doorstroming met een in de cylinder vrij beweegbaar element zoals een kogel (36).

4. Hydraulische inrichting overeenkomstig conclusie 3 met het kenmerk dat het element en/of de cilinder voor-30 zien zijn van een kanaal voor het mogelijk maken van stroming langs het in de cilinder bewegend element. ij j ‘

5. Hydraulische inrichting overeenkomstig conclusie 2, 3 of 4 met het kenmerk dat de diameter van het element (36) groter is dan de helft van de maximale beweging (s) van het element in stromingsrichting.

6. Hydraulische inrichting overeenkomstig conclusie 1 met het kenmerk dat de sluitmiddelen een tussen twee kamers geplaatst membraam omvatten.

7. Hydraulische inrichting overeenkomstig een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de doorsnede 10 van de verbindingsleiding (26, 34, 35) tenminste 30% is van de doorsnede (27) waarmee een kamer (23) in open verbinding staat met een leidingaansluiting.

8. Hydraulische inrichting overeenkomstig een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de verbindings- 15 leiding in de rotor is aangebracht.