RS50492B - Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima - Google Patents

Abstract

Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima|je namenjen da ulaznu hidrauličku energiju transformiše u izlaznu mehaničku snagu dejstvom pritiska u ulju na krilca (21) spoljašnjeg motora (3), naznačen time, što su na vratilu (16) čvrsto spojena dva rotora (17) sa prinudno vođenim krilcima (21) koja, svojim klizačima (40), naležu na unutrašnje površine statora (18) i što su klizni prstenovi (42) umetnuti u kanale u bočnim pločama (19, 20) koje zatvaraju sa boka, statore (18), formirajući radne prostore u kojima se odvija cikus rada jednoradnih krilnih motora.Prijava sadrži još 9 zavisnih patentnih zahteva.

Description

a) Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi

Pronalazak pripada oblasti mašinske hidraulike tj. grupi mašina koje se koriste za

transformaciju mehaničke u hidrauličku energiju (pumpe) i obrnuto (hidromotori).

Prema međunarodnoj klasifikaciji patenata (MKP) oznaka je: F04C 11/00;F04 C 2/34.

b) Tehnički problem

Prvi tehnički problem koji se ovim pronalaskom rešava je način razvođenja ulja pod

pritiskom i ulja bez pritiska, od pumpe za napajanje motora, ka radnim zapreminama unutrašnjeg motora-razvodnika odnosno iz radnih zapremina unutrašnjeg motora ka radnim zapreminama spoljašnjeg motora tj. ka delu hidrauličkog motora u kojem se realizuje obrtni moment.

Drugi problem koji se rešava je rasterećenja masivnih krilaca od dejstva centrifugalne sile koja je osnovni uzrok pojave velikog površinskog pritiska na kontaktu: krilce-stator.

Treći problem koji se rešava je eliminacija, hlađenjem, velike količine toplote koja se javlja pri zatvorenom ciklusu cirkulacije ulja.

c) Stanje tehnike

Krilni hidraulički motori i pumpe su tehnička rešenja koja se masovno koriste u mašinskoj

hidraulici na poslovima transformacije mehaničke energije u hidrauličku (pumpe) i hidrauličke energije u mehaničku (motori). Kod ovih mašina je radna zapremina ograničena krivolinijskom površinom rotora, krivolinijskom površinom statora, bočnim pločama a podeljena je na ćelije krilcima, koja su smeštena u kanale, narezane u telu rotora. Kao radni fluid koristi se hidrauličko ulje ali se sreću i slučajevi primene vode. Vazduh je radni fluid koji se koristi kod pneumatičkih krilnih motora odnosno kod krilnih kompresora.

Prema principu rada krilni motori su mašine zapreminskog dejstva gde se radni proces odvija punjenjem ulja pod pritiskom u prostor rastuće zapremine, ćelije motora, i pražnjenjem, ulja bez pritiska, iz opadajuće zapremine ćelije motora. Pritisak u ulju, dejstvuje na površinu krilaca formirajući silu koja, u spregu sa krakom sile, formira moment koji se prenosi na gonjenu mašinu. Po principu dejstva hidrauličke krilne mašine mogu biti jednoradne i dvoradne a prema veličini izlaznog obrtnog momenta mogu biti normalne izvedbe ili visokomomentne. Visokomomentni krilni motori su motori gde se uz relativno mali broj obrtaja ostvaruje veliki obrtni moment na izlaznom vratilu.

Pronalazač je pored brojnih klasičnih tehničkih rešenja upoznat sa specifičnim tehničkim rešenjima kao što su: Motor ili pumpa US 2,099,193, 1937g.; Krilna pumpa JP 57059087, 1982 g.; Pumpa 565,263, 1943 g.; Hidraulička mašina GB 2073323, 1980 g. Posebno treba naglasiti daje pronalazač nosioc patenta Hidraulički krilni motor 49541-P-109/99. g.

GIS6/06.Sva ova tehnička rešenja na specifičan način rešavaju problem transformacije hidrauličke u mehaničku energiju.

d) Izlaganje suštine pronalaska

Polazeći od analize postojećih tehničkih rešenja iz oblasti hidrostatičkog prenosa snage

pronalazač je formirao novo tehničko rešenje koje ovom patentnom prijavom štiti. Od postojećih tehničkih rešenja, iz oblasti hidrostatičkog prenosa snage, koja su slična novoformiranom tehničkom rešenju, autor ukazuje na: Hidraulički krilni motor, tehničko rešenje, koje je pronalazač realizovao patentnom prijavom 49541-P-109/99. g. GIS 6/06.; kod kojeg je osnovna novost da se za distribuciju pritiska na ulje u ćelijama spoljašnjeg krilnog motora koristi unutrašnji hidraulički krilni motor-razvodnik. Kod ovog tehničkog rešenja izvršena je transformacija hidrauličke energije na ulazu u mehaničku energiju (obrtni moment) na izlazu i to u formi obrtnog kretanja, iskazanog kroz rotaciju izlaznog vratila. Cirkulacija ulja je samo u otvorenom ciklusu unutrašnjeg hidrauličkog krilnog motora a ulje u spoljašnjem krilnom motoru cirkuliše u zatvorenom ciklusu. Ostvarena je hidraulička veza ova dva toka i preko nje se vrši distribucija pritiska s ulja u unutrašnjem motoru na na ulje u spoljašnjem krilnom motoru i nadoknada ulja izgubljenog, unutrašnji gubutci, tokom rada motora.

Analizirajući ovo rešenje autor je uočio da se: može realizovati mnogo veća sila pritiska povećanjem aktivne površine krilaca pa samim tim i veći obrtni moment; da se distribucija pritiska, iz jednog unutrašnjeg motora-razvodnika, može ostvariti na više redno vezanih rotora spoljašnjeg krilnog motora; da se pri radu hidrauličkog krilnog motora razvija velika količina toplote, nastala trenjem ulja u zatvorenom ciklusu cirkulacije spoljašnjeg motora i da ta toplota mora biti, na odgovarajući način, uklonjena.

Da bi otklonio uočene nedostatke autor je formirao novo rešenje koje koristi isti fizički princip rada ali se u mnogim konstrukcijskim rešenjima značajno razlikuje od rešenja zaštićenog prijavom 49541-P-109/99. g. GIS 6/06.

Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima, rešenje koje autor ovom prijavom štiti, se sastoji od četiri funkcionalno povezane celine: hidrauličke pumpe pogonjene elektromotorom; unutrašnjeg jednoradnog hidrauličkog krilnog motora koji ima funkciju razvodnika ulja; dva spoljašnja jednoradna hidraulička krilna motora sa prinudno vođenim krilcima koji su u rednoj vezi (pod pojmom redna veza podrazumeva se da su na jednom vratilu postavljena dva istovetna rotora i statora čiji su ekscentri ,,e" pomereni za 180° i sistema za odvođenje toplote, od ulja, i njen prenos ka spoljašnjem korisniku.

Hidraulička pumpa, pogonjena elektromotorom ili bilo kojim drugim motorom, je izvor pogonske (hidrauličke) energije. To je, zajedno sa pogonskim motorom, sistem klasičnog izvođenja i nije predmet interesovanja ove prijave.

Unutrašnji hidraulički krilni motor je namenjen za distribuciju pritiska na ulje u ćelijama spoljašnjeg hidrauličkog krilnog motora. To je hidraulička krilna mašina jednoradnog dejstva. Oko nepokretnog statora okreće se rotor. U telu statora su kanali unutar kojih su smeštena krilca, koja odvajaju ćeliju sa uljem pod pritiskom od ćelije sa uljem bez pritiska. Napajanje motora uljem pod pritiskom i odvođenje ulja bez pritiska se ostvaruje kroz kanale u statoru. Unutrašnji motor je smešten u rupu u telu vratila spoljašnjeg motora.

SpoljaŠnji krilni motor je funkcionalna celina u kojoj se, u pravom smislu reči, vrši transformacija ulazne hidrauličke energije u izlaznu mehaničku snagu (obrtni moment). To je redna veza dva rotora, jednoradnog dejstva na jednom vratilu. Vratilo je sa rotorima postavljeno, centrično, unutar ekscentrično (sa ekscentrima ,,e" pomerenim za 180° ) pomerenih statora spoljašnjeg motora. Redna veza dva rotora je primenjena kako bi se eliminisao negativan uticaj bočne sile koja se preko vratila prenosi na noseće ležajeve. U telu rotora su i kanali za distribuciju pritiska ka ćelijama spoljašnjeg motora. Stator spoljašnjeg motora je sa prorezima, u boku, koji spajaju tinutrašni radni prostor statora sa kanalima u telu statora. Dva su kanala, koji se formiraju u telu statora: kanal za ulje pod pritiskom i kanal za ulje bez pritiska. Stator spoljašnjeg motora je okružen komorom kroz koju prolazi voda za

hlađenje ulja.

Ulje, nosioc hidrauličke energije teče, u radnom ciklusu hidrauličkog krilnog motora sa prinudno vođenim krilcima, po dve, hidraulički povezane, linije toka.

Prva linija toka počinje sa hidrauličkom pumpom koja, pogonjena motorom transformiše električnu ili neku drugu energiju u hidrauličku. Ulje, pod pritiskom, se upumpava u napojni kanal unutrašnjeg krilnog motora. Iz unutrašnjeg motora, kroz kanale u rotoru unutrašnjeg motora, pritisak se prenosi na ulje u kanalima rotora spoljašnjeg motora. U spoljašnjem motoru se ostvaruje radni ciklus klasičnog jednoradnog hidrauličkog krilnog motora. Istrošeno ulje se povratnim kanalom vraća ka rezervoaru za ulje. Količina (protok) i pritisak ulja koji se upumpa u unutrašnji motor je jednaka količini i pritisku ulja koje daje pumpa pogonjena motorom.

Drugu liniju toka je distribucija pritiska u ulju, u ćelijama u unutrašnjem motoru, na ulje, u ćelijama u spoljašnjem motoru. Distribucija se odvija kroz kanale koji su izbušeni u telu rotora i kućišta unutrašnjeg motora, telu vratila i rotora spoljašnjeg motora. Količina ulja, u ćelijama spoljašnjeg motora, je nepromenljiva, ako se zanemare gubici u procepima spoljašnjeg motora. Ovi gubitci se nadoknađuju uljem koje dolazi iz ciklusa unutrašnjeg motora.

Ulje u radnom prostoru spoljašnjeg motora je kroz kanale, narezane u bočnom delu tela statora, spoljašnjeg motora, povezano sa uljem u kanalima koji okružuju stator spoljašnjeg motora. U telu statora su formirana dva prstenasta kanala: kroz jedan teče ulje pod pritiskom a kroz drugi ulje bez pritiska.

Prva specifičnost konstrukcije spoljašnjeg motora je u činjenici da se u kanalima, narezanim u telu rotora spoljašnjeg motora, smeštaju prinudno vođena krilca. Prinudnim vođenjem krilaca obezbeđuje se da ona prate unutrašnju konturu statora a takođe se eliminiše veliki površinski pritisak, kliznih površina krilaca na kontaktu sa kliznom površinom statora. Ovakvim rešenjem povećava se aktivna površina krilaca na koju dejstvuje pritisak tj. povećava se sila pritiska pa samim tim i obrtni moment motora.

Druga specifičnost konstrukcije spoljašnjeg motora je da se ulje pod pritiskom (bez pritiska) iz ćelija unutrašnjeg motora distribuira samo u prvi segment spoljašnjeg motora. Povezivanjem, distributivnim kanalima, ovog segmenta sa drugim segmentom spoljašnjeg motora prenosi se pritisak u ulju u prvom segmentu na ulje u drugom segmentu. Na ovaj način postignuta je mogućnost višestepenog (rednog) vezivanja rotora spoljašnjih motora. U ovom rešenju je to izvedeno sa dva rotora spoljašnjeg motora.

Treća specifičnost je da je kretanje ulja u zatvorenom ciklusu spoljašnjeg motora praćeno brzim zagrevanjem istog. Da bi se održala normalna temperatura ulja tj. da bi se radni ciklus odvijao bez većih problema, potrebno je da se ulje hladi. Hlađenje se izvodi vodom koja opstrujava omotač spoljašnjeg motora a toplota od vode se, posredstvom izmenjivača toplote, odvodi ka korisniku toplotne energije. Dobijena količina toplote se, prema tome, može efikasno iskoristiti za različite tehničke potrebe.

e) Kratak opis slika nacrta

Pronalazak je detaljno opisan na primeru izvođenja koji je prikazan slikama:

Slika 1, predstavlja shematski prikaz toka ulja i vode za hlađenje u hidrauličkom krilnom motoru sa prinudno vođenim krilcima;

Slika 2, predstavlja uzdužni presek sklopa hidrauličkog krilnog motora sa prinudno vođenim krilcima;

Slika 3, predstavlja presek A-A sa slike 2;

Slika 4, predstavlja presek C-C sa slike 2;

Slika 5, predstavlja presek B-B sa slike 4;

Slika 6, predstavlja šemu vezivanja kanala sa uljem, pod pritiskom, i uljem, bez pritiska, u uređaju za ditribuciju pritiska;

Slika 7, predstavlja bočni pogled na sklop krilca hidrauličkog krilnog motora sa prinudno vođenim krilcima;

Slika 8, predstavlja presek D-D sa slike 7;

Slika 9 predstavlja bočni pogled na sklop prinudno vođenih krilaca spoljašnjeg motora; Slika 10, predstavlja presek E-E sa slike 9;

Slika 11, predstavlja sklop kućišta hidrauličkog krilnog motora sa komorom za vodu za hlađenje ulja- uzdužni presek;

Slika 12, predstavlja presek F-F sa slike 11.

f) Detaljan opis pronalaska

Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima je namenjen za transformaciju

hidrauličke energije, dobijene od pumpe, u obrtni moment koji se, preko izlaznog vratila, predaje gonjenoj mašini gde se transformiše u neki oblik korisnog rada.

Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima čine sledeće funkcionalne celine, Slika 1: pumpa 1 sa pogonskim motorom; unutrašnji jednoradni krilni motor 2, dva redno vezana spoljašnja jednoradna krilna motora 3 i kućište sa hladnjakom 4 za hlađenje motora vodom.

Ulje, nosioc hidrauličke energije, pritisak dobija u pumpi 1, transportuje se kroz cevovod 5 do unutrašnjeg motora 2 koji razvodi ulje. Istrošeno ulje se vraća, u rezervoar ulja, kroz povratni cevovod 6. Voda za hlađenje motora teče kroz kanale 7 i hladnjak 4 sa prinudnim odvođenjem toplote.

Unutrašnji motor 2 koji obavlja funkciju razvodnika ulja, Slika 2, Slika 3, čine: stator 10, rotor 11 koji je zatvoren bočnim pločama 12 , 13. Poklopac 15 sa zaptivačem zatvara unutrašnji motor 2 i sprečava gubitak ulja. Krilca 14 radnu zapreminu unutrašnjeg motora 2 dele na dve komore: za ulje pod pritiskom i za ulje bez pritiska.

Unutrašnji motor 2 je smešten unutar vratila 16, spoljašnjeg motora 3. Na vratilo 16 montirana su dva rotora 17. U kanalima rotora smeštena su krilca 21. Oko rotora su, sa ekscentrom ,,e" smešteni statori 18. Ekcentri statora su pomereni za 180° što obezbeđuje da radne komore, zatvorene krivolinijskim površinama rotora 17, statora 18 i bočnim pločama 19 , 20 a krilcima 21 podeljene na ćelije, budu naspramne pa su i dejstvujuće sile, pritiska, na vratilol6 motora 3, uravnotežene. U telu statora 18 narezani su kanali 25, 32 Slika 3 .

Slika 5, za distribuciju ulja u radne prostore drugog sklopa motora. Cilindar 45 i omotač 46 objedinjuju konstrukciju motora 3 i formiraju komoru 47 kroz koji protiče voda za hlađenje. Ova komora je sa boka zatvorena poklopcima 43 i 44 koji nose ležajeve motora.

Ulje, pod pritiskom, iz dovodnog cevovoda 5, Slika 2, Slika 3, Slika 4, Slika 5, Slika 6, kroz kanale 8, 9, 22, 23, 24 dolazi u radni prostor spoljašnjeg motora gde dejstvujući na krilca 21 formira silu pritiska koja goni rotor da se okreće u smeru porasta radne zapremine (od 0° ka 180°). Kroz kanal 25 u boku statora 18, ulje pod pritiskom ispunjava kanal 26 iz kojeg se preko otvora 27, priključka 28 i kanala 29 u telu razvodnika 30, prema šemi na Slici 6, prenosi kroz otvor 27 na ulje u kanalu 31 drugog motora gde se takođe odvija radni ciklus krilnog motora.

Dostizanjem ugla od 180°, radna zapremina dostiže svoj maksimum. Daljim okretanjem radna zapremina počinje da se smanjuje i počinje pražnjenje ulja bez pritiska. To se ostvaruje tako što se kanali, 33, Slika 2, Slika 3, Slika 4, Slika 5, Slika 6, u telu statora 18, spoljašnjeg motora 3 spajaju preko otvora 34, priključka 35, kanala 36, u telu razvodnika 30, povezuju sa kanalima 24, 23, 22, 9, 37, pa preko ovodnog cevovoda 6 sa rezervoarom ulja.

Količina ulja, koje se nalazi u radnom prostoru spoljašnjeg motora 3 je konstantna tj. iz radnog prostora unutrašnjeg motora 2 u radni prostor spoljašnjeg motora 3 dolazi samo ona količina ulja koja je dovoljna da nadoknadi unutrašnje gubitke. Promena smera obrtanja se realizuje promenom smera kretanja ulja i ona se automatski prenosi na oba redno vezana rotora spoljašnjeg motora.

Krilce 21, spoljašnjeg motora 3, Slika 7, Slika 8, je složene konstrukcije tj. njega čine: telo 38 unutar kojeg su smešteni gumeni kompezatori 39 i klizači 40. Ovakvo tehničko rešenje je usvojeno kako bi se povećala radna površina krilaca a smanjila površina na kontaktu klizač

40 unutrašnja površina statora 18.

Uloga gumenog kompezatora 39 je da, obzirom daje prilikom montaže prethodno napregnut, širenjem i potiskivanjem klizača 40 kompezira njihovo habanje tj. zadatak kompezatora je da u svakom trenutku, posebno tokom mirovanja motora, obezbedi hermetički kontakt čeone površine klizača 40 i unutrašnje konture statora 18 spoljašnjeg motora 3.

Specifičnost konstrukcije krilaca 21 spoljašnjeg motora 3, je u činjenici da su prinudno vođena. Klizni prsten 42, Slika 9, Slika 10 je osovinicom 41 spojen sa telom 38 krilca. Krilca su prinudno vođena kanalima za vođenje koji su narezani u bočnim pločama 19,20, spoljašnjeg motora, Slika 2. Unutrašnja ivica kanala u bočnim pločama prati unutrašnju konturu statora spoljašnjeg motora tj. obezbeđuje da klizač 40 uvek dodiruje unutrašnju konturu statora. Pritisak klizača 40 na unutrašnju konturu statora 18 je samo pod đejstvom sile u gumenom kompezatora 39. Ovakvim rešenjem je obezbeđeno kontinualno zaptivanje radnog prostora ćelija spoljašnjeg motora. Takođe, prenosom centrifugalne sile, koja deluje na krilca 21, na bočne ploče 19, 20, tj. na kućište motora eliminisana je pojava velikog površinskog pritiska na kontaktu klizač 40 klizna površinu statora 18.

Ovakvo rešenje dozvoljava ugradnju masivnije konstrukcije krilaca sa mogućnostima formiranja velikog ekscentra ,,e" statora u odnosu na rotor pa samim tim i sa većom korisnom površinom na koju deluje pritisak u ulju.

Rotacija ulja u radnim ćelijama spoljašnjeg motora i prstenastim kanalima dovodila bi do prekomernog zagrevanja ulja. Normalno funkcionisanje je moguće samo uz intezivno hlađenje ulja. Hlađenje se ostvaruje vođom koja protiče kroz komoru 47, Slika 11, Slika 12, koju formiraju cilindar 45, omotač 46 i bočne poklopce 43, 44. Kućište se vodom napaja preko za to predviđenih otvora 48, 49 a topla voda se odvodi u izmenjivač toplote. Izmenjivač toplote 4, Slika 1, je klasičnog izvođenja i nije predmet interesovanja ove prijave.

g) Način industrijske ili druge primene pronalaska

Tehničko rešenje, hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima može se veoma

uspešno koristiti u: energetici, u sistemima za pogon mobilnih saobraćajnih sredstava, u industriji za pogon različitih radnih mašina; itd.

Claims (10)

1. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima je namenjen da ulaznu hidrauličku energiju transformiše u izlaznu mehaničku snagu dejstvom pritiska u ulju na krilca (21) spoljašnjeg motora (3), naznačen time, što su na vratilu (16) čvrsto spojena dva rotora (17) sa prinudno vođenim krilcima (21) koja, svojim klizačima (40), naležu na unutrašnje površine statora (18) i što su klizni prstenovi (42) umetnuti u kanale u bočnim pločama (19, 20) koje zatvaraju sa boka, statore (18), formirajući radne prostore u kojima se odvija cikus rada jednoradnih krilnih motora.

2. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1, naznačen time, da je dovodni cevovod (5) spojen preko kanala (8, 9), koji su izbušeni u telu statora (10), kanala (22) izbušenih u telu rotora (11), unutrašnjeg motora (2), kanala (23) u telu vratila (16), kanala (24) u telu rotora (17), sa radnim prostorom, prvog spoljašnjeg motora (3), koji je ograničen krivolinijskom površinom rotora (17), statora (18) i bočnim pločama (19, 20).

3. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1, naznačen time, da je kanal (25) u boku statora (18), otvorom (27) povezan sa kanalom (26), u telu statora (18) spoljašnjeg motora (3), koji je priključkom (28), kanalom (29) izvedenim u razvodniku (30), povezan je sa kanalima (31) u telu statora (18) prvog i drugog sklopa, spoljašnjeg motora (3).

4. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1, naznačen time, da su kanali (33), u telu statora (18), sklopa spoljašnjeg motora (3), preko priključka (35), otvora (34) kanala (36) u razvodniku (30),) spojeni sa kanalom (32), u telu statora (18), prvog sklopa spoljašnjeg motora (3).

5. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1, naznačen time, da je kanal (32) kanalima (24) u telu rotora (17), kanalom (23) u telu vratila (16), kanalom (22) u telu rotora (11) unutrašnjeg motora (2) i kanalima (9) i (37) u telu statora (10) unutrašnjeg motora (2), spojen sa odvodnim cevovodom (6).

6. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1, naznačen time, da su u prorezima, u telu rotora (17) klizno umetnuta prinudno vođena krilaca (21)

7. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1 i 6, naznačen time, daje telo (38), krilca (21), osovinicom (41) vezano za klizne prstenove (42) koji kližu unutar kanala u bočnim pločama (19, 20) spoljašnjeg motora (3).

8. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1, 6, 7, naznačen time, da su klizači (40) krilca (21) potisnuti gumenim kompezatorom (39).

9. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1, naznačen time, što je komora (47) formirana između cilindra (45) i omotača (46) koji su , sa bočnih strana, zatvorena poklopcima (43»44).

10. Hidraulički krilni motor sa prinudno vođenim krilcima iz zahteva 1 i 9, naznačen time, da su otvori (48, 49), za ulaz i izlaz vode, izvedeni na omotaču (46).