Opis patentowy opublikowano: 30.04.1977 88395 MKP F04c 1/00 Int. Cl.2 F04C 1/00 CZYTELKIA Ujeciu Patent**^' r flj RztR?V[iOSDr! t\ [ Twórcywynalazku:Jan Piotrowski, Zbigniew Szeler, Wladyslaw Wisniewski Uprawniony z patentu: Centrum Techniki Okretowej, Gdansk (Polska) Pompa lopatkowa o zmiennej wydajnosci Wynalazek dotyczy pompy lopatkowej o zmiennej wy¬ dajnosci, która moze pracowac jako silnik hydrauliczny o zmiennym momencie. Znane sa obecnie pompy lopatko¬ we o zmiennym wydatku i silniki lopatkowe o zmiennym momencie, w których zmiennosc wydajnosci lub momentu zyskuje sie przez odksztalcenie sprezystego cylindra w sposób ciagly. Cylinder sklada sie z jednej lub kilku tulei stalowych sprezystych mocowanych do tloków dzielacych przestrzen robocza na cztery komory, to jest dwie tloczace i dwie ssace. Na tloki te wywieranyjest odpowiedni nacisk hydrauliczny lub mechaniczny dla zmiany ksztaltu cyli¬ ndra.Lopatki tych pomp lub silników sa wykonane jako -wysuwane lub zawieszone wahliwie na wirniku. Krawe¬ dzie tychlopatekdotykajacwierzcholkami do gladzi cylin¬ dra a czolami do pokryw bocznych, odcinaja poszczególne komory, w których nastepuje zmiana objetosci. Pompy te posiadaja szereg istotnych wad.Cylinder sprezysty zamocowany na stale do czterech tloków, zatraca w miejscach mocowania swoja sprezys¬ tosc. Prace ugiecia przejmuja na siebie jedynie czesci cylindra pomiedzy tlokami. W celu zapewnienia odpo¬ wiedniej trwalosci cylindra nalezy wykonac tuleje o jak najcienszych sciankach. Grubosc scianek jest limitowana przez koniecznosc przejecia sil dosrodkowychpowstalych od lopatek. W wyniku tych sprzecznosci kompromisowym rozwiazaniem jest wykonanie cylindra z tulei odpowiednio grubej i wytrzymalej natomiast projektowane ugiecie jest wówczas bardzo male. Na skutek tego chlonnosc na jeden obrót jest niewielka i chcac ja powiekszyc nalezy zwie- kszac srednice cylindra lub jego szerokosc. Powoduje to oczywiscie zwiekszenie wymiarów gabarytowych i cieza¬ ru. Ponadto istnieja rozwiazania ze sprezystymi pierscie¬ niami, bez tloków ale sposób ich wykorzystania w pompie, jest taki ze zmusza je do równoczesnego obrotu z wirni¬ kiem. Powoduje to koniecznosc wystepowania ogromnej ilosci sprezystych odksztalcen zblizonej do czestotliwosci obrotów wirnika. Powstaja z tego duze straty mocy, spo¬ wodowane tarciem na czolach pierscieni i tarciem wewne- trzym w samych pierscieniach.Obracanie sie wirnika z pierscieniami sprezystymi i bo¬ cznymi plytami uszczelniajacymi, w których umieszczone sa otwory dolotowe i odlotowe wymusza równiez koniecz¬ nosc stosowania zaworów lub rozdzielaczy tak jak to jest rozwiazywane w pompach tlokowych, stanowi topowazna wade tej konstrukcji. Lopatki pomp wysuwane lub wahli- we stykaja sie z cylindrem waska krawedzia. Krawedz ta powoduje stosunkowo szybkie wypracowanie sie cylindra i lopatek.Poza tym waska krawedz uszczelniajaca lopatki zwie¬ ksza sume przecieków, a tym samym pogarsza sprawnosc wolumetryczna. Trzecia z kolei wada jest ograniczenie predkosci obrotowych, wynikajace z sil dosrodkowych wywolujacych powazne sily tarcia lopatek o cylinder.Obniza to znacznie sprawnosc mechaniczna.Celem wynalazku jest usuniecie wymienionych wad pomp lopatkowych przez zaprojektowanie nowego ukladu cylindra sprezystego wraz z podparciem i nowego typu lopatek.Cylinder wykonany jest z szeregu tulei stalowych cien- 8839588395 3 kosciennych o srednicach narastajacych tak, ze sa one wlozone na siebie z pewnym luzem. Luz pomiedzytulejami wypelnionyjestmaterialemo niskimwspólczynniku tarcia jak tuleje brazowe, tworzywa sztuczne lub smar. Umozli¬ wia to ruch obrotowy poszczególnych tulei wzgledem sie¬ bie. Moga byc równiez odmiany, w których przestrzen ta wypelniona jest walkami tocznymi lub kulkami. Nato¬ miast dla pomp o srednich obrotach cylinder wedlug dru¬ giego przykladu wykonania wykonany jest z jednej cien¬ kosciennej tulei opasanej pewna iloscia warstw cienkos¬ ciennej tasmy sprezystej.Caly cylinder niejest zamocowany na stale, a jedynie po zewnetrznej stronie jest odpowiednio gesto podparty mi- mosrodami, przy pomocy których dokonuje sie zmiany ksztaltu cylindra. Ilosc warstw cylindra zalezna jest od cisnienia roboczego pompy oraz od gestosci ustawienia/ia obwodzie zewnetrznym mimosrodów.Tym sposobem uzyskano sprezystosc cylindra równo¬ mierna na calym obwodzie, dzieki czemu ugiecie cylindra moze byc w stosunku do swej srednicy bardzo duze. Przy kazdorazowym odksztalceniu cylindra bieznia cylindra na styku z lopatkami ma plynny przebieg. Poza tym predkosc lopatek wzgledem cylindra rozlozy sie, poniewaz wewne¬ trzna tuleja bedzie czesciowo, zabierana sila tarcia lopa¬ tek, kazda zas nastepna tuleja bedzie sie obracac z coraz to nizsza predkoscia. Lopatka wykonana jest jako dwusciety walek o srednicy odpowiednio dopasowanej do wrebów na wirniku. Jedna ze scietych powierzchni walka przylegaja¬ ca stycznie krawedziami do cylindra tworzy uszczelnienie lopatki z cylindrem.Równolegle sciany wrebów w wirniku umozliwiaja lo¬ patce przesuwne ruchy promieniowe, jako równiez ruch katowy wzgledem osi lopatki z zachowaniem kontaktu czesci cylindrycznej lopatki ze sciana wrebu. Uszczelnie¬ nie wirnika z cylindrem wedlug drugiego przykladuwyko¬ nania wykonane jest przy pomocy trzech walków spelnia¬ jacych rolelopatki. Dzialanie tego typu uszczelnienia pole¬ ga na wykorzystaniu sil dosrodkowych, które dociskaja dwa walki do biezni cylindra a trzeci umieszczonyponizej, poddany równiez dzialaniu tycK sil, wciskajac sie miedzy dwa wyzej omówione walki, rozsuwa je i dociska do scian wrebów wirnika.W przypadku pracy urzadzenia jako silnik, trzeci walek dociskany jest dodatkowo przy pomocy sprezyny. Mimo- srody umieszczone na obwodzie cylindra sa lozyskowane w obu pokrywach bocznych z tym, ze przez jedna z nich przechodza na wylot. Mimosrody z jednej strony sa za- knczone kólkami zebatymi zazebionymi z kolem zebatym srodkowym umieszczonym na zewnatrz pokrywy. Sluzy ono do przesterowywania mimosrodów. Mimosrody sa tak dobrane, aby pozwalaly przy jednakowym kacie obrotu • uzyskiwac zmiane ksztaltu cylindra od kola do elipsy.Aby zapewnic mozliwosc zmiany kierunku przeplywu w pompie lub silniku, mimosrody mozna obracac w obu kierunkach uzyskujac przez to zmiane glównych osi elips.Pokrywy boczne stanowiace uszczelnienie czolowe wir¬ nika i cylindra, sa zarazem lozyskami wirnika. Pokrywy przykrecane do pierscienia obudowy przy pomocy nakre¬ tek, tworza wraz znim korpus pompy.Napelnianie iopróz¬ nianie komór roboczych pompy lub silnika odbywa sie przez kanaly wiercone w pokrywie na srednicy nizszej od srednicy wewnetrznej cylindra. Kanaly te lacza sie w po¬ krywach z odpowiednim kolektorem dolotowym lub odlo¬ towym. 4 Wprowadzenie wielowarstwowych cylindrów luznych, 'pozwalanauzyskanie znacznie wyzszychodksztalcena za¬ tem znacznego zwiekszenia chlonnosci na jeden obrót pomp i silników bez obawy zniszczenia cylindra, czyli z tych samych wymiarów gabarytowych obowiazujacych dla dotychczas znanych pomp lopatkowych, mozna uzy¬ skac znaczne zwiekszenie wydatku. Poza tym mozliwosc przesuwania sie tulei cylindrawzgledem siebiepozwala na zastosowanie bardzo wysokich obrotów poniewaz ruch wzgledny miedzy lopatkami a tulejami bedzie niski.Istnieje mozliwosc zastosowania do napeduturbin spali¬ nowych. Styczne ulozenie niskiej i lekkiej lopatki pozwala na uzyskanie duzej powierzchni uszczelniajacej z cylin¬ drem, zapewniajacej dobre uszczelnienie i niskie naciski jednostkowe od sil dosrodkowych. Rozwiazanie to zapew¬ nia podwyzszenie sprawnosci wolumetrycznej i mechani¬ cznej, obnizajac jednoczesnie zuzycie lopatki i cylindra.Pompa lopatkowa wedlug wynalazku jest przedstawio¬ na w przykladachwykonania na rysunku, na którym: fig, 1 przedstawia przekrój pompy w plaszczyznie prostopadlej do osi obrotu wirnika linni B-B z fig. 2, fig. 2 - przekrój pompy wzdluz osi wirnika wedlug linii A-A fig. 1, fig. 3- widokna pokrywe bocznaz kolektorami przeplywu, fig. 4— ulozenie lopatki we wrebie wirnika, fig. 5- drugi przyklad wykonania uszczelnienia wirnika z cylindrem.Przykladowa budowe pompy lub silnika hydraulicznego o zmiennej chlonnosci opisano ponizej. Na obwodzie wir¬ nika 1 naciete sa rowki 2. W rowkach tych ulozone sa lopatki 3 stykajace sie z cylindrem wielowarstwowym 4.W przypadku pracy urzadzenia jako silnik, lopatki doci¬ skane sa do biezni cylindra sprezynami 24. Pomiedzy tulejami cylindra znajduje sie material 5 o niskim wspól¬ czynniku tarcia. Cylinder jest oparty zewnetrzna tuleja o gesto rozstawione mimosrody 6. Mimosrody 6 sa ulozy- skowane w obu pokrywach 11 i 12 i zakonczone po jednej stronie kólkiem zebatym 7. Kólka zebate 7 wszystkich mimosrodów sa zazebione z kolem zebatym 8. Dzwignia sterowania 9 jestzamocowanadojednego z mimosrodów 6.Mimosrody 6 uszczelnione sa w pokrywie 12 przy pomocy 40 pierscieni gumowych 10. Pokrywy boczne 11 i 12 stanowia uszczelnienie czolowe wirnika 1, lopatek 3 i cylindra 4, oraz stanowia ulozyskowanie promieniowe z uszczelnie¬ niem 13. Pokrywy 11 i 12 sa polaczone w calosc przy pomocy nakretek 14 ipierscienia obudowy 15 posiadajace- 45 go uszczelnienie gumowe 16. Pokrywa 11 posiada odpo¬ wiednio wykonane kanaly 17 znajdujace sie na srednicy mniejszej od wewnetrznej srednicy cylindra. Lacza sie one parami w kolektor dolotowy 18 i odlotowy 19. Kolektory zakonczone sa zlaczkami 25 dla polaczenia z rurociagiem. 50 Fig. 5 pokazuje drugi przyklad wykonania uszczelnienia wykonanego w postaci trzech walków 26 ulozonych we wrebach wirnika 1. 55 PLThe patent description was published: April 30, 1977 88395 MKP F04c 1/00 Int. Cl.2 F04C 1/00 READERS Ujeciu Patent ** ^ 'r flj RztR? V [iOSDr! t \ [Creators of the invention: Jan Piotrowski, Zbigniew Szeler, Wladyslaw Wisniewski. Patent holder: Centrum Techniki Okretowej, Gdansk (Poland) Variable capacity vane pump The invention relates to a variable displacement vane pump that can work as a variable torque hydraulic motor. There are now known vane pumps with variable displacement and vane motors with variable torque, in which the variation in capacity or torque is gained by continuously deforming the resilient cylinder. The cylinder consists of one or more steel spring sleeves attached to the pistons dividing the working space into four chambers, i.e. two forcing and two suction. A suitable hydraulic or mechanical pressure is exerted on these pistons to change the shape of the cylinder. The vanes of these pumps or motors are of a retractable design or are oscillatingly suspended on the impeller. The edges of these blades, touching the cylinder tops with their heads to the side covers, cut off the individual chambers in which the volume changes. These pumps have a number of significant disadvantages. The spring cylinder, permanently fixed to four pistons, loses its elasticity at the mounting points. Only the parts of the cylinder between the pistons take over the bending work. In order to ensure the proper durability of the cylinder, the sleeves should be made with the thinnest possible walls. The thickness of the walls is limited by the need to absorb the median forces generated by the blades. As a result of these contradictions, a compromise solution is to make the cylinder from a suitably thick and durable sleeve, while the designed deflection is then very small. As a result, the absorption per revolution is low, and if you want to increase it, you have to increase the cylinder diameter or its width. This, of course, results in an increase in the overall dimensions and weight. Furthermore, there are solutions with resilient rings without pistons, but the way they are used in the pump is such that they are forced to rotate simultaneously with the impeller. This results in the necessity of a huge amount of elastic deformation, close to the rotor rotation frequency. This results in high power losses, due to friction on the faces of the rings and internal friction in the rings themselves. The rotation of the rotor with the spring rings and side sealing plates, in which the inlet and outlet openings are located, also necessitates the use of valves or distributors as it is dealt with in piston pumps, is a major disadvantage of this design. Extendable or oscillating pump vanes make contact with the cylinder at the narrow rim. This edge causes the cylinder and the vanes to work out relatively quickly. Moreover, the narrow sealing lip of the vanes increases the amount of leakage and thus worsens the volumetric efficiency. The third disadvantage is the limitation of rotational speeds, resulting from the centrifugal forces exerting severe friction forces between the blades against the cylinder. This significantly reduces the mechanical efficiency. The aim of the invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of vane pumps by designing a new arrangement of the spring cylinder with support and a new type of blades. It is made of a series of thin steel bushings with increasing diameters so that they are inserted into each other with some play. The play between the sleeves is filled with a material with a low friction coefficient such as bronze sleeves, plastics or grease. This allows the individual bushings to rotate in relation to each other. There may also be varieties in which this space is filled with rolling fights or balls. On the other hand, for medium-speed pumps, the cylinder according to the second embodiment is made of one thin-walled wrap-around sleeve with a certain number of layers of thin-walled elastic band. The entire cylinder is not permanently fixed, but only on the outside is adequately supported tightly. - with the help of which the shape of the cylinder is changed. The number of layers of the cylinder depends on the working pressure of the pump and on the density of the setting / circumference of the eccentrics. In this way, the cylinder resilience is uniform along its entire circumference, thanks to which the bending of the cylinder may be very large in relation to its diameter. Each time the cylinder is deformed, the path of the cylinder at the contact with the blades has a smooth course. In addition, the speed of the blades relative to the cylinder will spread because the inner bushing will be partially absorbed by the friction of the blades, and each subsequent bushing will rotate at ever lower speed. The blade is made as a double-cut roller with a diameter properly matched to the foals on the rotor. One of the truncated surfaces of the roller tangentially adjacent to the cylinder forms a seal between the blade and the cylinder. The parallel walls of the notches in the rotor allow the blades to move radially, as well as an angular movement about the axis of the blade with the contact of a part of the cylindrical blade with the wall of the notch. Sealing the rotor with the cylinder according to the second embodiment is made by means of three rollers fulfilling the roller blades. The operation of this type of seal is based on the use of centrifugal forces that press two rolls against the cylinder raceway and the third one located below, also subjected to the action of a tycK force, squeezes between the two above-mentioned cylinders, moves them apart and presses them against the walls of the rotor ribs. as an engine, the third roller is additionally compressed by a spring. The wedges located around the circumference of the cylinder are mounted in both side covers, but one of them passes through. On one side, the eccentrics are closed with toothed wheels in mesh with a central gear on the outside of the cover. It is used to override eccentrics. The eccentrics are selected to allow for the same angle of rotation to • achieve a change in the shape of the cylinder from a circle to an ellipse. To ensure that the direction of flow in the pump or motor can be changed, the eccentrics can be turned in both directions, thus changing the main axes of the ellipses. the front faces of the rotor and cylinder are also the rotor bearings. The covers are screwed to the housing ring with nuts and form the pump housing. The working chambers of the pump or motor are pressed together and emptied through channels drilled in the cover on a diameter lower than the inner diameter of the cylinder. These channels are connected in covers with a suitable inlet or outlet manifold. The introduction of multilayer idler cylinders allows for obtaining much higher deformations, therefore a significant increase in the absorption per revolution of pumps and motors without fear of damaging the cylinder, i.e. with the same overall dimensions applicable to the hitherto known vane pumps, it is possible to obtain a significant increase in the output. In addition, the possibility of the cylinder liners sliding in relation to each other allows the use of very high revolutions because the relative movement between the blades and sleeves will be low. It is possible to use combustion turbine drives. The tangential arrangement of the low and light paddle allows a large sealing surface with the cylinder to be obtained, ensuring a good seal and low specific pressures from the center forces. This solution provides an increase in volumetric and mechanical efficiency, while reducing the wear of the blade and the cylinder. A vane pump according to the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which: Fig. 1 shows a cross-section of the pump in a plane perpendicular to the axis of rotation of the line rotor. BB from fig. 2, fig. 2 - a cross section of the pump along the rotor axis according to the line AA fig. 1, fig. 3 - view of the side cover with flow manifolds, fig. 4 - position of the blade in the rotor rebate, fig. 5 - second example of sealing execution rotor and cylinder. An example of a pump or a variable displacement hydraulic motor is described below. There are grooves on the circumference of the rotor 1. In these grooves there are blades 3, in contact with the multi-layer cylinder 4. When the device is operated as a motor, the blades are pressed against the cylinder raceway by springs 24. The material 5 is located between the cylinder sleeves. low friction. The cylinder rests on the outer sleeve against the densely spaced eccentrics 6. The eccentrics 6 are arranged in both covers 11 and 12 and ended on one side with a gear wheel 7. The gear wheels 7 of all eccentrics are interlocked with the gear wheel 8. The control lever 9 is fastened with one of the eccentrics 6. The eccentrics 6 are sealed in the cover 12 by means of 40 rubber rings 10. The side covers 11 and 12 constitute the front seal of the rotor 1, the blades 3 and the cylinder 4, and constitute a radial bearing with the sealing 13. The covers 11 and 12 are connected to each other. All with the help of nuts 14 and a casing ring 15 having a rubber seal 16. The cover 11 has correspondingly made channels 17 located on a diameter smaller than the inner diameter of the cylinder. They are connected in pairs in the intake manifold 18 and the exhaust manifold 19. The manifolds are terminated with fittings 25 for connection to the pipeline. 50 Fig. 5 shows a second embodiment of a seal made in the form of three rollers 26 placed in the ribs of the rotor 1. 55 EN