PL207226B1 - Wysokoimpulsywny hydrodynamiczny silnik - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wysokoimpulsywny hydrodynamiczny silnik stosowany do napędu urządzeń o dużej mocy zwłaszcza wałów śrub okrętowych, składający się z obudowy, korpusu silnika, wału i rdzenia, komór kompensacyjnych ciśnienia, sworzni i tłoków bezwładnościowych. Silnik posiada także wykonane obwody niskiego i wysokiego ciśnienia w postaci kanałów doprowadzających i odprowadzających czynnik roboczy, na przykład olej. Silnik posiada również koło zębate a także pokrywy mocowane śrubami oraz łożyska.

Znane są z międzynarodowych zgłoszeń patentowych o numerach WO 2005/068839 A1 oraz WO 2005/100778 A1 tłokowy i beztłokowy wysokoimpulsywny elektrohydrodynamiczny grawitacyjnoinercyjny silnik zamkniętego cyklu.

Konstrukcja opisanego w zgłoszeniu nr WO 2005/068839 A1 silnika charakteryzuje się tym, że w wirniku silnika w komorach na sworzniach osadzone są wahliwie tłoki bezwładnościowe w ilości nie mniej niż cztery, ponadto pomiędzy wirnikiem a korpusem silnika utworzona jest komora grawitacyjna, oddzielona od wirnika obudową. Silnik posiada co najmniej jeden kanał wlotowy czynnika roboczego do komory grawitacyjnej z obwodu wysokiego ciśnienia i co najmniej jeden kanał wylotowy z komory grawitacyjnej do obwodu niskiego ciśnienia. Wał silnika osadzony jest w łożyskach umieszczonych w korpusie i pokrywie korpusu silnika. Zewnętrzna powierzchnia obwodowa wirnika ma kształt walca.

Konstrukcja silnika według zgłoszenia zapewnia równomierne rozłożenie wszystkich sił bezwładności ruchomych części silnika i oraz stałą powtarzalność charakterystyk fizycznych poszczególnych faz pracy silnika. Zwarta budowa oraz prostota konstrukcji zapewnia silnikowi dużą trwałość i niezawodność. Badania wykazał y, ż e skonstruowany silnik charakteryzuje się bardzo wysoką sprawnością oraz stałą prędkością obrotową, przy czym moc na wyjściu regulowana jest wielkością ciśnienia zasilania.

W zgł oszeniu WO 2005/100778 A1 w celu uproszczenia konstrukcji silnika oraz zwię kszenia jego trwałości i niezawodności, dokonano zmiany w konstrukcji, polegającej na eliminacji z urządzenia tłoków bezwładnościowych i obudowy komory grawitacyjnej. Cel ten osiągnięto zastępując tłoki bezwładnościowe wykonanymi bezpośrednio w wirniku komorami kompensacyjnymi ciśnienia. W wyniku wprowadzonych zmian, uzyskano bardziej zwartą konstrukcję silnika o większym stopniu materializacji energii i sprawności.

Istotą rozwiązania według zgłoszenia WO 2005/100778 A1 jest to, że na obwodzie wirnika silnika wykonane są komory kompensacyjne ciśnienia w ilości nie mniej niż cztery, przy czym każda komora kompensacyjna ciśnienia połączona jest z wykonanym na zewnętrznym obwodzie wirnika w pł aszczyź nie prostopadł ej do osi wzdł u ż nej wał u silnika kanał em przepł ywowym. Konstrukcja silnika w większym stopniu zapewnia równomierne rozłożenie wszystkich sił bezwładności ruchomych cz ęści silnika oraz stałą powtarzalność charakterystyk fizycznych poszczególnych faz pracy silnika. Zwarta budowa oraz prostota konstrukcji zapewnia silnikowi większą trwałość i niezawodność.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji takiego silnika, zwłaszcza hydraulicznego, który wyeliminuje konieczność stosowania dodatkowych przekładni do rozdziału mocy i momentu obrotowego na poszczególne urządzenia napędzane przez silnik.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest to, że na sztywno zamocowanym w obudowie silnika nieruchomym wale, osadzony jest co najmniej jeden nieruchomy rdzeń w kształcie walca, przy czym dodatkowo na nieruchomym wale zamontowany jest obrotowo korpus, w którym na jego wewnętrznym obwodzie wykonane są komory kompensacyjne ciśnienia w ilości nie mniejszej niż cztery. Ponadto w nieruchomym wale umiejscowione są otwory wlotowy z obwodu wysokiego ciś nienia i wylotowy do obwodu niskiego ciśnienia. Dodatkowo w komorach kompensacyjnych ciśnienia osadzone są na sworzniach tłoki bezwładnościowe a na zewnętrznym obwodzie korpusu wykonane jest koło zębate. W rdzeniu wykonany jest takż e co najmniej jeden kanał wlotowy czynnika roboczego do komory kompensacyjnej korpusu z obwodu wysokiego ciśnienia. Utworzony w rdzeniu otwór kanału wlotowego obwodu wysokiego ciśnienia do komory kompensacyjnej znajduje się w odległości kątowej 5°±1° od strefy roboczej cyklu pracy tłoka bezwładnościowego. Silnik posiada też wykonany w rdzeniu co najmniej jeden kanał wylotowy czynnika roboczego z komory kompensacyjnej korpusu do obwodu niskiego ciśnienia. Ponadto w kanale wylotowym wykonana jest komora wylotowa czynnika, przy czym komora wylotowa znajduje się w biernej strefie cyklu pracy tłoka bezwładnościowego i ma kształt ściętego stożka o podstawie elipsoidalnej. Kąt wierzchołkowy utworzonego stożka w komorze wylotowej w

PL 207 226 B1 płaszczyźnie prostopadłej do nieruchomej osi wynosi maksymalnie. 20°. Korpus silnika osadzony jest obrotowo na nieruchomym wale w łożyskach umieszczonych w korpusie i pokrywie korpusu.

Konstrukcja silnika według wynalazku umożliwia jego integrację z przekładniami mechanicznymi takimi jak reduktory, przekładnie rozdziału mocy itp. Wpływa to na zwiększenie sprawności urządzenia, zmniejszenie gabarytów i eliminuje dodatkowe elementy połączeń między urządzeniami, równomierne rozłożenie wszystkich sił bezwładności ruchomych części silnika i zwarta budowa oraz prostota konstrukcji zapewnia silnikowi dużą trwałość i niezawodność. Badania wykazały, że skonstruowany silnik charakteryzuje się bardzo wysoką sprawnością.

Wysokoimpulsywny hydrodynamiczny silnik jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój silnika wzdłuż jego nieruchomej osi a fig. 2 - przekrój poprzeczny przez nieruchomą oś.

Silnik 1 zbudowany jest z obudowy 2, w której osadzony jest sztywno nieruchomy wał 3. Na nieruchomym wale 3 zamocowany jest trwale w kształcie walca rdzeń 4. Dodatkowo na nieruchomym wale 3, w łożyskach 15 osadzony jest korpus 5. Łożyska zabezpieczone są pokrywami 14 mocowanymi do korpusu 5 i pokrywy 12 rdzenia 4 za pomocą śrub 16. Pokrywa 12 rdzenia 4 przykręcona jest do korpusu 5 za pomocą śrub 13. Obudowa 2 silnika 1 wykonana jest z dwóch segmentów połączonych ze sobą śrubami 20. W korpusie 5 na jego wewnętrznym obwodzie wykonane są komory kompensacyjne 6 ciśnienia, w których na sworzniach 7 zamocowane są tłoki bezwładnościowe 8. Dodatkowo na zewnętrznym obwodzie korpusu 5 wykonane jest koło zębate 9 służące do zazębiania silnika 1 z odpowiednio przystosowaną przekładnią mechaniczną. Ponadto w nieruchomym wale 3 umiejscowione są otwory wlotowy 10 z obwodu wysokiego ciśnienia i wylotowy 11 do obwodu niskiego ciśnienia. W rdzeniu wykonany jest także kanał wlotowy 17 czynnika roboczego do komory kompensacyjnej 6 korpusu 5 z obwodu wysokiego ciśnienia. Silnik 1 posiada też wykonany w rdzeniu 4 kanał wylotowy 18 czynnika roboczego z komory kompensacyjnej korpusu do obwodu niskiego ciśnienia. Ponadto w kanale wylotowym wykonana jest komora wylotowa 19 czynnika w kształcie ściętego stożka o podstawie elipsoidalnej.

Silnik 1 zasilany jest olejem z zewnętrznej pompy zasilającej o ciśnieniu nominalnym do 65 MPa. Olej pod wysokim ciśnieniem, poprzez otwór wlotowy 10 i kanał wlotowy 18 wprowadzany jest do komory kompensacyjnej 6. Skumulowana energia ciśnienia oddziałuje na tłok bezwładnościowy 8 a wypadkowa siła obwodowa powoduje jego ruch obrotowy wraz z korpusem 5 względem nieruchomego wału 3. Każdy tłok bezwładnościowy 7 przechodzi przez dwa cykle pracy - cykl roboczy i cykl bierny.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wysokoimpulsowy hydrodynamiczny silnik posiadający obudowę, korpus, nieruchomy wał z rdzeniem, komory kompensacyjne ciśnienia, sworznie, tłoki bezwładnościowe, kanały wysokiego i niskiego ciśnienia, koło zębate, pokrywy, łożyska, otwór wlotowy i wylotowy roboczego czynnika oraz śruby mocujące, znamienny tym, że na sztywno zamocowanym w obudowie (2) silnika (1) nieruchomym wale (3), osadzony jest co najmniej jeden nieruchomy rdzeń (4) w kształcie walca, przy czym dodatkowo na nieruchomym wale (3) zamontowany jest obrotowo korpus (5), w którym na jego wewnętrznym obwodzie wykonane są komory kompensacyjne (6) ciśnienia w ilości nie mniejszej niż cztery a w nieruchomym wale (3) umiejscowione są otwory: otwór wlotowy (10) z obwodu wysokiego ciśnienia i otwór wylotowy (11) do obwodu niskiego ciśnienia.
2. 2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w komorach kompensacyjnych (6) ciśnienia osadzone są na sworzniach (7) tłoki bezwładnościowe (8).
3. 3. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na zewnętrznym obwodzie korpusu (5) wykonane jest koło zębate (9).
4. 4. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada wykonany w rdzeniu (4) co najmniej jeden kanał wlotowy (17) czynnika roboczego z obwodu wysokiego ciśnienia do komory kompensacyjnej (6) korpusu (5).
5. 5. Silnik według zastrz. 4, znamienny tym, że otwór kanału wlotowego (17) z obwodu wysokiego ciśnienia w rdzeniu (4) do komory kompensacyjnej (6) znajduje się w odległości kątowej 5°±1° od strefy roboczej cyklu pracy tłoka bezwładnościowego (8).

   PL 207 226 B1
6. 6. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada wykonany w rdzeniu (4) co najmniej jeden kanał wylotowy (18) czynnika roboczego z komory kompensacyjnej (6) korpusu (5) do obwodu niskiego ciśnienia.
7. 7. Silnik według zastrz. 6, znamienny tym, że w kanale wylotowym wykonana jest komora wylotowa (19) czynnika, przy czym komora wylotowa (19) znajduje się w biernej strefie cyklu pracy tłoka bezwładnościowego (8) i ma kształt ściętego stożka o podstawie elipsoidalnej.
8. 8. Silnik według zastrz. 7, znamienny tym, że kąt wierzchołkowy utworzonego stożka w komorze wylotowej w płaszczyźnie prostopadłej do nieruchomej osi (3) wynosi maksymalnie 20°.
9. 9. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że korpus (5), silnika (1) osadzony jest obrotowo na nieruchomym wale (3) w łożyskach (15) umieszczonych w korpusie (5) i pokrywie (12) korpusu (5).