PL201007B1 - Układ silnika tłokowego i sposób regulowania tłoków - Google Patents

Abstract

1. Silnik t lokowy w postaci pompy t lokowej albo silnik, w którym trzy lub wi ecej wspó lpracu- j acych cylindrów t lokowych ma t loki post epowo- zwrotne, które maj a trzony poruszaj ace si e po obrotowej krzywce, bezpo srednio lub po sred- nio, znamienny tym, ze krzywka (12, 50) ma zestaw sektorów o ci ag lych dope lniaj acych si e zmiennych nachyleniach, przy czym je zeli krzywka obraca si e ze stala pr edko sci a k atow a, suma pr edko sci liniowej wszystkich t loków, poruszaj acych si e po sektorach o nachyleniu dodatnim jest sta la i równa sumie pr edko sci liniowej wszystkich t loków poruszaj acych si e po sektorach o nachyleniu ujemnym. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ silnika tłokowego i sposób regulowania tłoków. Przedmiot wynalazku związany jest z układem silnika tłokowego w postaci pompy tłokowej/silnika tłokowego z typu tych, które zawierają dwa lub wię cej współ pracują cych cylindrów tł okowych, w którym to ukł adzie przesuwne tłoki zawierają trzpienie tłokowe, które, w określonej chwili, wystają mniej lub bardziej, w stosunku do odpowiadających im cylindrów i są naciskane przez element obrotowy regulujący każdy z tłoków, w celu wywarcia określonego przesunięcia w odpowiadającym cylindrze, którego przesunięcie dopasowane jest do odpowiedniego przesunięcia współpracujących tłoków, w którym to układzie regulowane przesuwne tłoki, w przypadku przykładu wykonania z pompą tłokową, powodują przyspieszenie strumienia cieczy lub, w przypadku przykładu wykonania z silnikiem tłokowym, są napędzane przez strumień cieczy.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób regulowania regulowanych przesuwnych tłoków, dwóch lub więcej, tworzących część silnika tłokowego (pompy tłokowej lub silnika), który zawiera element obrotowy dla wzajemnej regulacji ruchu tłoków, który to element oddziałuje na tłoki poprzez ich wystające trzpienie tłoków.

Ponieważ zastosowanie hydraulicznych silników tłokowych, zarówno silników jak i pomp, jest dobrze znane przedmiot wynalazku zostanie opisany w odniesieniu do pompy tłokowej, w której tłoki są ułożone tak, aby przesuwały się we wspólnym lub w oddzielnych cylindrach i umożliwiają uzyskanie, a następnie utrzymanie przepływu cieczy.

Jak wspomniano urządzenie stanowiące przedmiot wynalazku może być zastosowane w charakterze hydraulicznego silnika tłokowego napędzanego przez strumień cieczy. Dla uproszczenia następujący opis będzie odnosił się do pompy tłokowej lub tylko do pompy, jakkolwiek przedmiot wynalazku może również zostać zastosowany, w znany sposób, jako silnik.

Wadą znanych pomp tłokowych jest to, że wytwarzają one przepływ cieczy z wahaniami, występującymi w czasie suwu tłoka. Wahania te są niepożądane ponieważ powodują zmiany ciśnienia, wibrację i hałas. Znanym rozwiązaniem dla zmniejszenia zmian ciśnienia jest podłączenie wylotowej strony pompy do zasobnika.

Przy umożliwieniu, aby dwa tłoki przesuwne oddziaływały na ten sam przepływ cieczy zawsze któryś z tłoków będzie wykonywał suw pracy i przyspieszał ciecz, podczas gdy drugi tłok będzie wykonywał suw powrotny. Umożliwia to uzyskanie bardziej równomiernego przepływu cieczy. Znanym rozwiązaniem jest napędzanie dwóch tłoków przy pomocy obrotowej krzywki, z którą, po przeciwnych stronach względem osi obrotu krzywki, połączone są tłoki poprzez trzpienie tłoków. Dlatego też tłoki są ułożone tak, aby pracowały w cyklu, co 180 stopni obrotu krzywki. Podobny efekt mógłby zostać osiągnięty przy użyciu tłoka o dwustronnym działaniu, w którym ciecz jest przyspieszana przez jedną lub drugą stronę tłoka.

Jednak nawet w przypadku dwóch tłoków lub tłoka o dwustronnym działaniu występują znaczące wahania w przepływie cieczy. Powodowane są one zmianami prędkości tłoka i zerową prędkością w martwym poł o ż eniu pomię dzy suwem pracy, a suwem powrotnym. Dla każ dego suwu tł oka przepływ cieczy zmierza do zera za każdym razem, kiedy tłok przechodzi z suwu pracy do suwu powrotnego, i rośnie od zera, kiedy tłok przechodzi z suwu powrotnego do suwu pracy. W przypadku dwóch tłoków wymieniających się w opisany sposób przepływ cieczy będzie zerowy równocześnie dla obu tłoków i dla każdego półobrotu krzywki, to znaczy co 180 stopni.

Znane jest stosowanie trzech tłoków działających na wspólnej krzywce i w cyklu obrotu co 120 stopni. W ten sposób zawsze jeden z tłoków wykonuje suw pracy. Dlatego też przepływ cieczy nigdy nie zostaje całkowicie wstrzymany. Tak zwane potrójne pompy są znacznie lepsze niż pompy z jednym lub z dwoma tł okami, jeż eli chodzi o wahania w przepł ywie cieczy.

Dalsze ulepszenie może być osiągnięte przy zastosowaniu większej liczby współpracujących tłoków. Jakkolwiek większa ilość tłoków powoduje wzrost złożoności i kosztów urządzenia.

Połączenie potrójnej pompy z zasobnikiem ciśnienia jest akceptowalnym rozwiązaniem kompromisowym.

Znane jest regulowanie tłoków w otworach cylindrów w wirniku beczkowym przy pomocy nachylonej płyty prowadnicy, która działa na trzpienie tłoków, przymocowane do tłoków. Płyta prowadnicy tworzy kąt z osią wirnika tak, aby każdy z tłoków był napędzany z długością suwu określaną przez kąt płyty prowadnicy podczas obrotu wirnika. Rozwiązanie to jest najczęściej stosowane w małych pompach hydraulicznych, w których tempo pompowania może być zmieniane poprzez zmianę kąta płyty prowadnicy.

PL 201 007 B1

Znane pompy tłokowe mają tę wadę, że wpływający przepływ cieczy również waha się, podobnie jak wypływający przepływ cieczy. Wahania mogą być znaczące. Dla przykładu objętość przepływu może, w przypadku trzpienia tłoka o długości pięć razy większej niż promień krzywki, nie sprężanej cieczy, niskiego ciśnienia i idealnych zaworów, zmieniać się od 81,5 do 106,8% średniej objętości przepływu.

W przypadku dużych pomp wahania mogą powodować szkodliwe wibracje i niepożądany hałas, nawet przy zastosowaniu zasobnika ciśnienia po stronie wypływu z pompy.

Znany jest sposób przedstawiania prędkości tłoka, a zarazem objętości przepływu dla każdego tłoka graficznie w postaci funkcji sinus kąta krzywki, w ten sposób widać, że maksymalna prędkość tłoka występuje pomiędzy kątami krzywki 90, a 270 stopni. Dokładnie rzecz ujmując jest to prawdziwe tylko dla nieskończenie długiego trzpienia tłoka. W praktyce maksymalna prędkość tłoka, a zarazem maksymalna objętość przepływu występuje kiedy ramię krzywki i trzpień tłoka tworzą kąt prosty, a następuje to przy kącie krzywki mniejszym niż 90 stopni i większym niż 270 stopni.

Dlatego tez w formie graficznej pojawia się zniekształcona krzywa sinus, kiedy prędkość tłoka jest funkcją kąta krzywki. Skutkuje to teoretycznie odpowiednią faza przemieszczenia wynoszącą 120 stopni, która w praktyce przynosi słabsze wyrównanie wahań ciśnienia i większy hałas niż można byłoby oczekiwać, ponieważ pojawia się niesymetryczna trzecia składowa harmoniczna.

Innym czynnikiem jest to, że udowodniono, iż największa prędkość tłoka jest decydująca jeżeli chodzi o czynniki zużycia w pompach tłokowych, zużycie wzrasta wraz ze wzrostem prędkości i zwiększeniem ciśnienia roboczego. Pompa, która pracuje pod wysokim ciśnieniem musi pracować z mniejszą prędkością tłoka i w konsekwencji mniejszym tempem przepływu, niż taka sama pompa pracująca przy niższym ciśnieniu.

Celem przedmiotu wynalazku jest dostarczenie układu w silniku tłokowym, w którym warunki pracy mogą być dostosowane w taki sposób, aby umożliwiać pracę z bardziej stałą objętością przepływu, to znaczy bez znaczących wahań i w którym to układzie podstawą jest silnik tłokowy, w którym dwa lub więcej tłoków pracuje wspólnie z przesunięciem w fazie.

Ponadto celem przedmiotu wynalazku jest zmniejszenie największej występującej prędkości tłoka w stosunku do znanych pomp/silników tłokowych o podobnych wymiarach, podobnej objętości przepływu i ciśnieniu, w celu uzyskania zmniejszenia zużycia lub alternatywnie zdolności do zwiększenia objętości przepływu przy podobnej największej prędkości tłoka i zużyciu, a także wymiarach, w stosunku do znanych pomp/silników.

Wspomniany cel został zrealizowany przy pomocy urządzenia opisanego w części przedznamiennej zastrz. 1 i spełniającego właściwości według części znamiennej zastrz. 1.

W przedmiocie wynalazku każdy z tłoków w pompie tłokowej (silniku) jest napędzany ze stałą prędkością przez część suwu pracy. Stanowi to przeciwieństwo do znanych pomp (silników) tego lub podobnego typu, w których prędkość tłoka zmienia się w sposób ciągły w funkcji sinus. W każdym z końców suwu prędkość tłoka zmienia się stopniowo do i od zera. Kiedy tłok pracujący zmierza do prędkości zerowej współpracujący tłok przyspiesza i rozpoczyna suw pracy od prędkości zerowej tak, aby całkowita objętość przepływu u wylotu była niezmieniona.

Efekt ten można łatwo zrozumieć, jeżeli wyobrazimy sobie, że tłok zwalnia i przyspiesza liniowo, odpowiednio, na końcu i na początku każdego suwu. Oczywiście ten sam efekt można osiągnąć nawet jeżeli zmiana prędkości nie jest liniowa. Ważne jest to, że suma prędkości dwóch tłoków podczas zmiany fazy jest stała i równa normalnej prędkości tłoka podczas suwu pracy.

Poprzez utrzymywanie stałej, największej możliwej prędkości tłoka przez część suwu osiągnięta zostaje znacząco większa objętość przepływu w suwie pracy, niż w przypadku znanych pomp, w których taka sama prędkość tłoka występuje wyłącznie jako maksymalna prędkość w szczególnym momencie suwu i w którym w innych momentach prędkość ta jest niższa.

Z punktu widzenia zużycia istotne jest to, że ciąg ła duża prędkość będzie powodowała zużycie dłuższej części ścianki cylindra, lecz równoważne zużycie w bardziej ograniczonym obszarze będzie wciąż skutkowało tym, że pompa będzie musiała być naprawiana. Jakkolwiek pompa stanowiąca przedmiot wynalazku może pracować przy zmniejszonej maksymalnej prędkości tłoka i wciąż dawać taką samą objętość przepływu, co znane pompy.

Przy pomocy pompy stanowiącej przedmiot wynalazku można uzyskać stałą wylotową objętość przepływu wyłącznie poprzez dwa współpracujące tłoki. Dzięki umożliwieniu, aby każdy z suwów pracy pokrywał trochę więcej, niż 180 stopni obrotu wałka napędowego pompy uzyskano zakładkę, bowiem dla tej części, która przekracza 180 stopni oba tłoki wykonują część suwu pracy w tym samym czasie. Część zakładkowa obrotu może, dla przykładu, wynosić 30 stopni, w tej części jeden z tłoków

PL 201 007 B1 zwalnia powoli do zera i kończy suw pracy, podczas gdy drugi tłok przyspiesza powoli do prędkości roboczej. Suw powrotny musi przebiegać z prędkością wyższą niż suw pracy, ponieważ długość suwu tłoka musi zostać pokryta w czasie obrotu krótszego niż 180 stopni. Taka wyższa prędkość powrotna jest niepożądana sama przez się, ze względu na zużycie, lecz ponieważ ciśnienie działające na tłok jest znacząco niższe podczas suwu powrotnego, niż podczas suwu pracy, zwiększenie prędkości nie powoduje zwiększenia zużycia. Poza tym prędkość powrotna tłoka nie jest wyższa niż maksymalna prędkość tłoka w podobnych, znanych pompach tłokowych.

Wadą opisanej dwutłokowej pompy może być jednak to, że objętość przepływu wpływającego nie jest stała nawet jeżeli objętość przepływu u wylotu jest stała. Zmiany w objętości przepływu wlotowego są porównywalne do podobnych zmian w znanej pompie potrójnej.

Pompa, która jest przedmiotem wynalazku i która zawiera trzy tłoki z wzajemnym przemieszczeniem w fazie 120 stopni może, w przeciwieństwie do odpowiadającej jej znanej pompie potrójnej dostarczać stałą objętość przepływu, podczas gdy wielkość objętości przepływu w określonym momencie zależy od prędkości pracy jednego tłoka. Dwa po dwóch, tłoki wymieniają się ze zmienną prędkością liniową, przynosząc ogólną stałą objętość przepływu. Dzięki zastosowaniu trzech tłoków, przebieg prędkości tłoka może być taki sam dla suwu pracy, jak dla suwu powrotnego i jest daleki od asymetrycznego przebiegu w pompie dwutłokowej, opisanego powyżej.

W dodatku pompa trójtłokowa charakteryzuje się stałą objętością przepływu wlotowego. To samo można uzyskać stosując więcej tłoków, na przykład pięć tłoków pracujących z wzajemnym przesunięciem w fazie 72 stopni.

Korzystną pompą tłokową jest pompa wykorzystująca sześć tłoków pracujących z przesunięciem w fazie 60 stopni i z różnymi prędkościami suwu pracy i suwu powrotnego (asymetrycznie). Maksymalna i stała prędkość tłoka pomiędzy obszarami zmiany, w każdym z końców suwu pracy będzie niższa, niż w przypadku maksymalnej prędkości tłoka podobnej, znanej pompy, w której prędkość tłoka ma przebieg sinusoidalny, o współczynnik 1,6.

Alternatywnie pompa tłokowa stanowiąca przedmiot wynalazku może pracować z wyższą prędkością obrotową i odpowiadającą jej wyższą objętością przepływu, niż w przypadku podobnej, znanej pompy, bez potrzeby przekraczania maksymalnej prędkości tłoka w znanej pompie.

W poniż szym opisie przedmiot wynalazku zostanie opisany w odniesieniu do pierwszego, uproszczonego, przykładu wykonania pompy z dwoma tłokami. Ponadto przebieg prędkości i fazy zmian zostaną dalej wyjaśnione dla pomp z większą ilością tłoków, a w końcu opisany zostanie bardziej szczegółowo korzystny przykład wykonania z pompą płuczki wiertniczej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczne uproszczenie pompy z dwoma tłokami napędzanej przez krzywkę w postaci obrotowej, mimośrodowej tarczy/rolki, fig. 2 - wykres z krzywą ukazującą profil krzywki oraz prędkość tłoka dla krzywki i jednego z tłoków z fig. 1, fig. 3 - wykres odpowiadający fig. 2, w którym ukazano również prędkość drugiego tłoka z fig. 1, fig. 4 - wykres prędkości tłoka dla pompy trzycylindrowej, fig. 5 - wykres prędkości tłoka dla pompy pięciocylindrowej, fig. 6 - wykres prędkości tłoka dla pompy sześciocylindrowej, fig. 7 - schematyczny widok z boku obrotowego bębna z pierścieniową, zewnętrzną krzywką, fig. 8 - częściowy widok, odpowiadający (odcięty względem fig. 7), na którym występuje rolka przeciwna zamontowana na rozdwojonym łożysku podpierającym rolkę, która to rolka przebiega po tylnej stronie pierścieniowej krzywki, to znaczy po przeciwnej stronie względem czynnej powierzchni krzywki, fig. 9 - częściowy widok przykładu wykonania z rolką przeciwną z fig. 8, w którym napięcie wstępne rolki odbywa się przy użyciu tak zwanej sprężyny pneumatycznej i w którym rolka na końcu trzpienia tłoka jest wciskana w krzywkę, kiedy cylinder znajduje się pod ciśnieniem, na przykład pneumatycznie, fig. 10 - widok przykładu wykonania z fig. 8 z rolką przeciwną ukazany w większej skali i z większą ilością szczegółów, niż fig. 8 i ukazujący jak swobodnie obracającą się rolka na końcu trzpienia tłoka w sposób sprężynujący styka się z powierzchnią krzywki pierścieniowej na obrotowym bębnie, z przeciwną stroną krzywki styka się rolka przeciwna, fig. 11 - widok w perspektywie trzycylindrowej pompy tłokowej, spełniającej cechy przykładu wykonania z fig. 7 do 10, lecz w której rolka przeciwna działa w oparciu o sprężynę pneumatyczną.

Fig. 1 ukazuje wał napędowy, oznaczony numerem 10, który obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, co oznaczono strzałką. Wał napędowy 10 jest połączony z krzywką 12, której promień, kiedy mierzony jest od środka wału napędowego 10 do obrzeż krzywki 12, zwiększa się od wartości minimalnej do wartości maksymalnej zgodnie ze zwiększającym się kątem obrotu w prawo (zgodnie z ruchem wskazówek zegara), a następnie zmniejsza się do minimalnego promienia krzywki 12,

PL 201 007 B1 aż do pełnego obrotu. Maksymalny promień krzywki 12 jest umieszczony tak, aby kąt obrotu (zgodnie z ruchem wskazówek zegara), pomiędzy minimalnym, a maksymalnym promieniem krzywki 12 wynosił 210 stopni, co ukazuje linią przerywaną promienia fig. 1.

Pierwszy cylinder 14 z pierwszym tłokiem 16, który to cylinder ułożony jest promieniowo, w stosunku do wału napędowego 10, znajduje się po przeciwnej stronie, względem wału napędowego 10, niż drugi, promieniowo ułożony cylinder 14a z drugim tłokiem 16a.

Pierwszy tłok 16 jest połączony z pierwszym trzpieniem tłoka 18, który na swym wolnym końcu zawiera pierwszą rolkę 20, ukształtowaną tak, aby podążała po obrzeżu krzywki 12. Drugi tłok 16a jest odpowiednio połączony z drugim trzpieniem tłoka 18a, który na swym wolnym końcu zawiera drugą rolkę 20, ukształtowaną podobnie tak, aby podążała po obwodzie krzywki 12.

Fig. 2 ukazuje krzywą 22, oznaczającą promień krzywki 12 w funkcji kąta obrotu krzywki 12. Dlatego też krzywa 22 ukazuje profil krzywki 12. Krzywa 24 ukazuje prędkość pierwszego tłoka 16 w funkcji kąta obrotu krzywki 12, przy stałej prędkości obrotowej wału napędowego 10 i krzywki 12.

Skala pozioma wyznacza kąt obrotu krzywki 12 od 0 do 360 stopni. Skala pionowa wyznacza promień krzywki 12, znormalizowany w taki sposób, aby maksymalny promień, który występuje przy 210 stopniach, miał wartość dodatnią 1,0 i tak, aby dostosować prędkość tłoka 16, podczas suwu pracy, do wartości 1,0.

Jak widać z przebiegu krzywej 24 maksymalna prędkość tłoka 16 podczas suwu powrotnego jest równa 1,5 lub o 50 procent większa niż podczas suwu pracy. Do jakiej prędkości dostosowane są te znormalizowane wartości zależy od prędkości obrotowej wału napędowego 10 i krzywki 12, a czemu odpowiada znormalizowany promień równy 1,0 zależy od prawdziwych wymiarów.

Przerywana linia krzywa 26 z fig. 3 ukazuje jak zachowuje się prędkość drugiego tłoka 16a, kiedy krzywka 12 obraca się w lewo, w stosunku do jej początkowego położenia z fig. 1. W początkowej fazie, pomiędzy 0, a 30 stopni, pierwszy tłok 16 znajduje się na początku suwu pracy i zwiększa prędkość liniowo, podczas gdy drugi tłok 16a znajduje się na końcu suwu pracy i liniowo zmniejsza swoją prędkość. Suma dwóch dodatnich prędkości tłoków jest stała i równa 1,0. Pomiędzy 30, a 180 stopniami pierwszy tłok 16 wykonuje główną część suwu pracy ze stałą prędkością równą 1,0, podczas gdy drugi tłok 16a wykonuje suw powrotny i zasysa ciecz do cylindra 14a.

Fig. 4 ukazuje krzywe prędkości dla pompy, w której trzy tłoki pracują w fazie 120 stopni. Sinusoidalna krzywa prędkości 28, dla zwykłego, napędzanego wykorbieniem, tłoka, została pokazana dla odniesienia. Krzywe 30, 32, 34 odpowiadają pierwszemu, drugiemu i trzeciemu tłokowi. Jak widać z krzywych 30, 32 i 34 zawsze jeden z tłoków działa ze stałą prędkością lub tez dwa tłoki wymieniają się tak, że suma ich prędkości jest równa prędkości roboczej jednego tłoka.

Fig. 5 ukazuje krzywa prędkości 36 dla pompy tłokowej z pięcioma tłokami pracującymi w fazie co 72 stopnie. Sinusoidalna krzywa prędkości 28 dla zwykłego, napędzanego wykorbieniem, tłoka, została pokazana dla odniesienia. Krzywe dla pozostałych czterech tłoków nie zostały pokazane. Jak widać z fig. 5 prędkość robocza tłoka jest stała przez znacząco większą część pierwszych 180 stopni obrotu, niż w przypadku krzywej 28, podczas gdy w tym samym czasie prędkość pracy tłoka jest również znacząco niższa niż w przypadku napędzanego wykorbieniem tłoka, reprezentowanego przez krzywą odniesienia 28.

Fig. 6 ukazuje krzywą prędkości 38 tłoka w pompie z sześcioma tłokami pracującymi w fazie co 60 stopni. Sinusoidalna krzywa prędkości 28 dla zwykłego, napędzanego wykorbieniem, tłoka, została pokazana dla odniesienia. Krzywe dla pozostałych pięciu tłoków nie zostały pokazane. Jak widać z fig. 6 prędkość robocza tłoka jest stała przez znacząco większą część pierwszych 180 stopni obrotu, niż w przypadku krzywej 28, podczas gdy w tym samym czasie prędkość pracy tłoka jest również znacząco niższa niż w przypadku napędzanego wykorbieniem tłoka, reprezentowanego przez krzywą odniesienia 28. Krzywa prędkości 38 jest asymetryczna tak, że suw powrotny pokrywa mniejszy kąt obrotu, niż suw pracy i dlatego tez przebiega z większą prędkością tłoka.

W przykładzie wykonania pompy tłokowej ukazanym schematycznie przez fig. 7, 8 i 10 silnik 40, którego wał zdawczy zawiera koło zębate 42 jest przystosowany do napędzania obrotowego bębna 42 poprzez koło zębate zazębiające się z zewnętrznym obrzeżem 46 bębna 44.

Zewnętrzna strona bębna 44 zawiera ponadto otaczającą pierścieniową krzywkę 50, której jedna strona ma postać profilowanej powierzchni krzywkowej 52.

Na zewnątrz i równolegle do bębna 44 umieszczony jest co najmniej jeden cylinder tłoka 14b, 14c, w którym tłok (nie pokazany) jest połączony z trzpieniem tłoka 18b, 18c, którego wolny koniec jest

PL 201 007 B1 dostosowany do podążania po powierzchni krzywkowej 52, podczas obrotu bębna 44 i tym samym do napędzania tłoka (nie pokazanego) w cylindrze 14b, 14c, jak to już wcześniej opisano.

W korzystnym przykładzie wykonania sześć cylindrów tłoków 14b, 14c, rozłożonych równomiernie wokół bębna 44, w praktycznym przykładzie wykonania przedmiotu wynalazku będzie połączonych do spotykanego systemu przewodu rozgałęzionego. Każdy z cylindrów tłoka 14b, 14c jest w znany sposób wyposażony w zawory i połączenia, wymagane do pracy w charakterze cylindra pompy.

W takiej sześciocylindrowej pompie bęben jest napędzany dwoma silnikami, po jednym z każdej strony bębna 44.

Fig. 10 ukazuje jak wolny zewnętrzny koniec trzpienia tłoka 18, który to koniec jest tworzony przez najdalszy od cylindra 14b punkt na obrotowej rolce stykowej 20b, utrzymuje sprężysty kontakt z powierzchnią krzywkową 52, zapewniając, że zewnętrzny obszar rolki podąża stale po nie kołowym przebiegu powierzchni krzywkowej 52 przez 360 stopni obrotu wokół osi obrotu bębna 44.

W celu uzyskania możliwości sprężystego ruchu rolki 20b (i oczywiście pozostałych rolek 20a, 20c) w osiowym kierunku względem odpowiedniego cylindra tłoka/trzpienia tłoka utworzona jest rozgałęziona głowica 18b', znajdująca się w końcowej części trzpienia tłoka, w sensie konstrukcyjnym (właściwy koniec trzpienia tłoka w sensie funkcjonalnym jest tworzony przez rolkę 20b, a bardziej szczegółowo przez jej punkt, który w tym momencie jest najdalej oddalony, w kierunku osiowym, od trzpienia tłoka 18b), która to głowica umożliwia obrotowe podtrzymywanie rolki 20b, przy pomocy poprzecznej śruby 54. Jedno z odgałęzień rozgałęzionej głowicy 18b', poprzez uchwyt 55, podtrzymuje naprężony sprężynowy element stykowy w postaci małej obrotowej rolki/kółka 56, którego oś jest równoległa do osi obrotu rolki stykowej 20b.

Brzegowa powierzchnia małej rolki/kółka 56 sprężynowo podtrzymuje i styka się z tylną stroną 52a brzegowej powierzchni krzywki 50, która to powierzchnia, w przeciwieństwie do czynnej powierzchni krzywkowej 52, może przebiegać po kołowej powierzchni pierścieniowej.

Sprężyna 58 dla małej rolki/kółka może być na przykład skonstruowana z kilku połączonych tarcz sprężynujących, które są utrzymywane na swoim miejscu poprzez część w kształcie odwróconej miseczki, będącej częścią części łożyskowej 60, która, między innymi, podtrzymuje rozgałęzioną część końcową 62 podtrzymującą rolkę/kółko 56.

Numer 64 oznacza śrubę regulacyjną dostosowującą małą rolkę/kółko 56 do krzywki 50 (kołowej tylnej strony 52a krzywki) w kierunku osiowym trzpienia tłoka 18b, podczas gdy numer 63 oznacza prowadnicę ślizgową znajdującą się w układzie rolki i krzywki 50-20b.

Jak opisano, korzystny przykład wykonania zawiera sześć cylindrów tłoków rozmieszczonych równomiernie (w tych samych kątowych odstępach) wokół bębna, które to cylindry tłoków, w tym korzystnym przykładzie wykonania, będą miały tę zaletę, że będzie można podłączyć je do wspólnego systemu rur rozgałęzionych.

Rozgałęziona głowica 18b', 18c' może w niektórych przykładach wykonania mieć tą samą wielkość, co cylinder 14a do 14c na drugim końcu trzpienia tłoka 18a do 18c.

Element zapewniający, że rolki 28 utrzymują kontakt z przeciwną powierzchnią krzywkową 52 przez cały czas mogą mieć różne formy. Mówiąc ogólnie muszą one zapewniać, że nacisk po stronie ssania jest zawsze wystarczająco wysoki, aby zrównoważyć siły grawitacji, tarcia i bezwładności, które mogłyby oderwać rolkę od krzywki i w ten sposób zakończyć ich wzajemne prowadzenie. Fig. 8 i 10 proponują zastosowanie rolki przeciwnej, usytuowanej tak, aby przebiegała po tylnej stronie krzywki 50. Alternatywnie, można zastosować element sprężynujący, na przykład sprężynę pneumatyczną, jak wskazuje fig. 9, gdzie pierścieniowy tłok 16a zawieszony na pośredniej części trzpienia tłoka 18b, podąża w ten sposób za jego ruchem i dociska rolkę 20b do krzywki 50, kiedy cylinder 14b jest pod ciśnieniem, ze strony dopływu sprężonego powietrza. W miejsce sprężyny pneumatycznej można zastosować mechaniczny element sprężynujący.

W przypadku przykładu wykonania z fig. 11 można zastosować pneumatyczne sprężyny i rozgałęziony uchwyt 18b', 18c' na końcu trzpieni tłoków 18a do 18c, odpowiednich pneumatycznych cylindrów 14a do 14c tak, aby umożliwić podparcie obu rolek, stykowej i przeciwnej 20b, 20c, parami 56 na każdym z uchwytów. Ponadto przykład wykonania z fig. 11 zawiera taki sam mechanizm napędowy i mechanizm przeniesienia napędu 40, 42, 46, jak ten z fig. 7, zazębienia 42, 46, bęben 44 z okalającą go o 360 stopni pierścieniową krzywką 50 i trzema, równo rozłożonymi (w odstępie kąta 120 stopni) cylindrami tłoków 14a do 14c podtrzymywanymi przez dwie oddzielone, równoległe ścianki boczne 82, 84 konstrukcji ramy, w której płyta montażowa 80 łączy się z dwoma ściankami bocznymi 82, 84. Numerem 44a oznaczono jeden z osiowych czopów bębna 44.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Silnik tłokowy w postaci pompy tłokowej albo silnik, w którym trzy lub więcej współpracujących cylindrów tłokowych ma tłoki postępowo-zwrotne, które mają trzony poruszające się po obrotowej krzywce, bezpośrednio lub pośrednio, znamienny tym, że krzywka (12, 50) ma zestaw sektorów o ciągłych dopełniających się zmiennych nachyleniach, przy czym jeżeli krzywka obraca się ze stałą prędkością kątową, suma prędkości liniowej wszystkich tłoków, poruszających się po sektorach o nachyleniu dodatnim jest stała i równa sumie prędkości liniowej wszystkich tłoków poruszających się po sektorach o nachyleniu ujemnym.
2. 2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że krzywkę stanowi pierścień otaczający (50) krzywki umieszczony na obrotowym bębnie (44).
3. 3. Silnik według zastrz. 2, znamienny tym, że trzony (18, 18a, 18b, 18c) mają obrotowe rolki (20, 20a, 20b, 20c) opierające się sprężyście o powierzchnię krzywki (12, 52).
4. 4. Silnik według zastrz. 3, znamienny tym, że końce trzonów (18, 18a, 18b, 18c) tłoków do podtrzymywania ich odpowiednich obrotowych rolek (20, 20a, 20b, 20c) mają rozwidloną głowicą (18b') podtrzymującą także rolkę oporową (56).
5. 5. Silnik według zastrz. 4, znamienny tym, że ma wstępnie naprężone elementy sprężynujące (16A, 14B).
6. 6. Sposób sterowania tłoków postępowo-zwrotnych, w cylindrach tłoków, które w liczbie dwóch lub więcej, tworzą część pompy tłokowej lub silnika tłokowego, w którym są zapewnione elementy obrotowe do wzajemnego sterowania suwów tłoka, które to elementy oddziałują na tłoki za pomocą ich wystających trzonów tłoków, znamienny tym, że każdy z tłoków (16, 16a, ...) jest napędzany ze stałą prędkością przez część jego suwu roboczego, oraz tym, że co najmniej jeden tłok jest napędzany w taki sposób, że krzywa jego prędkości jest asymetryczna, to znaczy stała, ale o różnych prędkościach dla suwu roboczego i suwu powrotnego.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że każdy z tłoków (16, 16a) zwalnia i przyspiesza liniowo, na końcu i na początku suwu roboczego, odpowiednio, tak, że suma prędkości tłoków podczas zmiany fazy jest stała i równa prędkości przy której tłok normalnie pracuje podczas suwu roboczego.
8. 8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że ustala się stałą, maksymalną prędkość tłoka i utrzymuje się ją przez część suwu roboczego.
9. 9. Sposób według zastrz. 6-8, znamienny tym, że elementy obrotowe napędzane są ze stałą prędkością kątową, przy czym suma prędkości liniowej wszystkich tłoków, poruszających się po sektorach o nachyleniu dodatnim jest stała i równa sumie prędkości liniowej wszystkich tłoków poruszających się po sektorach o nachyleniu ujemnym.