RU2005214C1

RU2005214C1 - Annular wave machine

Info

Publication number: RU2005214C1
Authority: RU
Inventors: Станислав Владимирович Варварин; Инна Александровна Варварина
Original assignee: Станислав Владимирович Варварин
Priority date: 1991-01-10
Filing date: 1991-01-10
Publication date: 1993-12-30

Abstract

Сущность изобретени каждый пространственно изогнутый вал выполнен по форме, проекци которой на любую из плоскостей, параллельных оси вращени вала, имеет вид фазы волны типа бризе- ра Волновой поршень выполнен в виде тонкой ленты, смотанной в рулон Рулон ограничен внешним и внутренним концентрическими кольцами, установленными неподвижно относительно цилиндрического корпуса Между торцевой наружной поверхностью поршн и торцевой внутренней поверхностью корпуса размещены круглые эластичные диафрагмы, герметично соединенные по периметру с внутренней поверхностью корпуса с образованием двух герметичных кольцевых рабочих камер. Внутренн поверхность каждой диафрагмы соединена с торцевой наружной поверхностью поршн Корпус снабжен входным и выходным патрубками с образованием в каждой из кольцевых рабочих камер автономного входного .и выходного патрубкоа 2 З.П.Ф-ЛЫ, 2 ил.SUMMARY OF THE INVENTION Each spatially curved shaft is made in a shape, the projection of which onto any plane parallel to the axis of rotation of the shaft, has the form of a wave phase such as a breather. The wave piston is made in the form of a thin tape wound into a roll. The roll is bounded by outer and inner concentric rings mounted motionless relative to the cylindrical body Between the end outer surface of the piston and the end inner surface of the housing are placed round elastic diaphragms hermetically connected along perimeter with the inner surface of the housing with the formation of two sealed annular working chambers. The inner surface of each diaphragm is connected to the end outer surface of the piston. The housing is equipped with inlet and outlet nozzles with the formation in each of the annular working chambers of an independent inlet and outlet nozzle 2 Z.P.F-LY, 2 il.

Description

Изобретение относитс к области машиностроени и может использоватьс в качестве нагнетател (гидронасоса, компрессора, ожижител газов) в област х промышленности, где требуетс объемное вытеснение рабочего тела с пульсирующей подачей, а также в качестве нагнетател дл одновременной перекачки одним агрегатом разнородных рабочих тел. повышенных плотности и в зкости, в том числе имеющих механические включени , и биологических растворов. Кольцева волнова машина может найти применение также в качестве газового двигател , паровой машины или ограничител расхода, а в спаренном с нагнетателем варианте - в качестве установки дл преобразовани энергии.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used as a supercharger (hydraulic pump, compressor, gas liquefier) in industries where volumetric displacement of the working fluid with a pulsating feed is required, as well as a supercharger for simultaneous pumping of heterogeneous working fluids by one unit. increased density and viscosity, including those having mechanical inclusions, and biological solutions. The annular wave machine can also be used as a gas engine, a steam engine or a flow limiter, and in a coupled with a supercharger version, as an installation for energy conversion.

Известна волнова гидромашина объемного вытеснени , содержаща корпус с всасывающим и нагнетательным патрубками , гибкую обойму, названную волновым поршнем, размещенную в корпусе вдоль его продольной оси и закрепленную на концах с возможностью изгиба в одной плоскости, пространственно изогнутый вал, установленный о овальной формы отверстии волнового поршн с возможностью перемещени круговых поперечных сечений пространственно изогнутого вала вдоль большой оси сечени овальной формы отверсти волнового поршн и образовани всасывающей и нагнетательной полостей гидромашины, ограниченных внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью волнового поршн , а также внутренней поверхностью отверсти волнового, поршн и наружной поверхностью пространственно изогнутого вала, последний установлен в подшипниках и св зан с внешним.приводом. Волновой поршень гидромашины выполнен в виде пакета уплотненных между собой плоских рамок , установленных с возможностью их перемещени в направлении, перпендикул рном оси вращени вала.Known wave hydraulic displacement hydraulic machine containing a housing with suction and discharge nozzles, a flexible clip, called a wave piston, placed in the housing along its longitudinal axis and fixed at the ends with the possibility of bending in one plane, a spatially curved shaft mounted about the oval shape of the hole of the wave piston with the possibility of moving circular cross-sections of a spatially curved shaft along the major axis of the oval shape of the wave of the wave of the piston and the formation of suction the cavity and the injection cavity of the hydraulic machine, bounded by the inner surface of the housing and the outer surface of the wave piston, as well as the inner surface of the hole of the wave, piston and the outer surface of the spatially curved shaft, the latter is mounted in bearings and connected to an external drive. The wave piston of the hydraulic machine is made in the form of a package of flat frames sealed together, mounted with the possibility of their movement in a direction perpendicular to the axis of rotation of the shaft.

Гидромашина объемного вытеснени отличаетс повышенной производительностью и обеспечивает возможность одновре- менной перекачки двух разнородных жидкостей.The volume displacement hydraulic machine is characterized by increased productivity and provides the possibility of simultaneous pumping of two dissimilar liquids.

Недостатками этой гидромашины вл ютс невысока надежность, обусловленна возвратно-поступательным движением волнового поршн относительно ограничивающих его стенок корпуса, что приводит к их износу, а также ограниченный по величине напор, определ емый значением давлени при котором торцовые уплотнени между рамками остаютс герметичными.The disadvantages of this hydraulic machine are their low reliability due to the reciprocating motion of the wave piston relative to the housing walls bounding it, which leads to their wear, as well as the pressure head limited by the pressure value at which the mechanical seals between the frames remain airtight.

Наиболее близкой по технической сущности к кольцевой волновой машине вл етс вытеснительна поршнева машина, прин та за прототип, котора применима как в качестве нагнетател (гидронасоса, компрессора, ожижител газов), так и а качестве двигател (газового, парового) или ограничителей расхода. Основными ее эле- « ментами вл ютс цилиндрический корпус, . снабженный входным и выходным патрубками , сборка концентричных свободно пе0 ремещающихс колец (волновой поршень) и эксцентриковые валы. Кольца, концентрич- но размещенные внутри корпуса относительно его оси, надеты на эксцентриковые валы с образованием между торцами колецClosest to the technical nature of the ring wave machine is a displacement piston machine, adopted for the prototype, which is applicable both as a supercharger (hydraulic pump, compressor, gas liquefier), and as an engine (gas, steam) or flow restrictors. Its main elements are a cylindrical body,. equipped with inlet and outlet nozzles, assembly of concentric freely moving rings (wave piston) and eccentric shafts. Rings concentrically placed inside the housing relative to its axis are worn on eccentric shafts to form rings between the ends

5 и внутренней поверхностью корпуса кольцевой рабочей камеры, форма и объем которой измен етс по синусоидальному закону при вращении эксцентриковых валов с образованием кольцевых волн на поверхности5 and the inner surface of the casing of the annular working chamber, the shape and volume of which changes according to a sinusoidal law when the eccentric shafts rotate with the formation of ring waves on the surface

0 волнового поршн .0 wave piston.

Недостатком прототипа как кольцевой волновой машины вл етс отсутствие возможности пульсирующей подачи одновременно двух несмешивающихс рабочих телThe disadvantage of the prototype as an annular wave machine is the lack of the possibility of a pulsating feed simultaneously of two immiscible working bodies

5 из-за негерметичности кольцевой рабочей камеры по отношению к приводу.5 due to leaks in the annular working chamber with respect to the drive.

Целью изобретени вл етс расширение области применени кольцевой волновой машины . путем обеспечени The aim of the invention is to expand the scope of the ring wave machine. by providing

0 пульсирующей подачи одновременно двух . несмешивающихс рабочих тел, а также обеспечение гигиеничности полостей кольцевых рабочих камер и полной герметизации их относительно привода.0 pulsating feed simultaneously two. immiscible working fluids, as well as ensuring the hygiene of the cavities of the annular working chambers and their complete sealing relative to the drive.

5 Цель достигаетс тем, что в кольцевой волновой машине установлены пространственно изогнутые валы, выполненные по форме, проекци которой на любую из плоскостей , параллельных оси их вращени ,5 The goal is achieved by the fact that spatially curved shafts are installed in the annular wave machine, made in a shape projected onto any of the planes parallel to their rotation axis,

0 имеет вид фазы волны типа бризера, волновой поршень выполнен в виде тонкой ленты, смотанной в рулон, а между торцовыми наружной поверхностью волнового поршн и . внутренней поверхностью корпуса разме5 щены круглые Эластичные диафрагмы, прикрепленные к волновому поршню, что позволило образовать две герметичные кольцевые рабочие камеры с отдельными автономными входами и выходами, органи0 зовать пульсирующую подачу одновременно двух несмешивзющихс рабочих тел и обеспечить гигиеничность полостей кольцевых рабочих камер путем замены круглых эластичных диафрагм.0 has the form of a phase of a wave like a breather, the wave piston is made in the form of a thin tape wound into a roll, and between the end faces of the outer surface of the wave piston and. Round elastic diaphragms attached to the wave piston are located on the inner surface of the housing, which made it possible to form two sealed annular working chambers with separate autonomous inputs and outputs, organize a pulsating flow of simultaneously two immiscible working bodies and ensure hygiene of the cavities of the annular working chambers by replacing the round elastic diaphragms .

55

На фиг. 1 изображена кольцева волнова машина в разрезе; на фиг. 2 - вариант соединени кольцевых эластичных диафрагм и волнового поршн по типу ласточкин хвост.In FIG. 1 shows a sectional annular wave machine; in FIG. 2 shows a variant of connecting dovetail annular elastic diaphragms and a wave piston.

Кольцева волнова машина включает цилиндрический корпус 1 и волновой поршень , установленный внутри корпуса 1 кон- центрично относительно оси последнего и св занный с приводом. Волновой поршень выполнен из тонкой (например, металлической ) ленты 2, смотанной в рулон с возможностью перемещени слоев ленты . относительно друг друга, и имеетдва овального сечени отверсти , расположенных по диаметру волнового по ршн , дл размещени в них привода. Внешнее 7 и внутреннее 8 концентрические кольца волнового поршн установлены неподвижно относительно цилиндрического корпуса 1. -The annular wave machine includes a cylindrical housing 1 and a wave piston mounted inside the housing 1 concentrically with respect to the axis of the latter and connected to the drive. The wave piston is made of a thin (e.g., metal) tape 2, wound into a roll with the ability to move the layers of the tape. relative to each other, and there are two oval cross-sections of openings located along the diameter of the wave piston to accommodate the drive. Outer 7 and inner 8 concentric rings of the wave piston are fixedly mounted relative to the cylindrical body 1. -

Привод выполнен в виде по крайней мере двух пространственно изогнутых валов 3, 4 противоположной закрутки, размещенных по разные стороны относительно продольной оси 5 цилиндрического корпуса 1. Пространственно изогнутые валы имеют форму, проекци которой на любую из плоскостей , параллельных оси вращени вала, имеет вид фазы волны типа бризера. Волновой поршень размещен на пространствен- но изогнутых валах 3, 4 с возможностью перемещени слоев ленты 2 в направлении, перпендикул рном оси 6.вращени валов 3, 4. Такое перемещение слоев ленты 2 обеспечиваетс за счет выполнени минималь- ного размера овального сечени отверсти (фиг. 2) в теле волнового поршн равным диаметру вала, а максимального - не менее удвоенной амплитуды последнего. Под амплитудой понимаетс рассто ние, равное сумме удвоенного эксцентриситета вала и диаметра вала..The drive is made in the form of at least two spatially curved shafts 3, 4 of the opposite twist, placed on different sides relative to the longitudinal axis 5 of the cylindrical body 1. The spatially curved shafts have a shape, the projection of which onto any of the planes parallel to the axis of rotation of the shaft, has the form of a phase waves like a breather. The wave piston is placed on spatially curved shafts 3, 4 with the possibility of moving the layers of tape 2 in the direction perpendicular to the axis 6. of rotation of the shafts 3, 4. This movement of the layers of tape 2 is achieved by making the minimum size of the oval section of the hole (FIG. . 2) in the body of the wave piston equal to the diameter of the shaft, and the maximum - not less than twice the amplitude of the latter. By amplitude is meant the distance equal to the sum of the doubled eccentricity of the shaft and the diameter of the shaft.

Между торцовой наружной поверхностью рулона ленты 2 и торцовой внутренней поверхностью корпуса 1 размещены круг- лые эластичные диафрагмы 9,10, выполненные , например, из резины. Диафрагмы 9,10 герметично соединены по периметру с внутренней поверхностью корпуса 1, при этом между внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью эластичных диафрагм 9, 10 образуютс герметичные относительно друг друга кольцевые рабочие камеры 11, 12. Внутренн поверхность каждой из диафрагм 9, 10 соединена с тор- цовыми наружными поверхност ми рулона ленты 2. Цилиндрический корпус 1 имеет по крайней-мере два входных 13, 14 и два выходных 15, 16 патрубка так, что кажда герметична кольцева рабоча камера 11 (12) имеет свои автономные входной 13 (14) и выходной 15(16) патрубки. На фиг. 1 изображен вариант выполнени кольцевой волновой машины, когда пространственно изогнутые валы 3, А внутри корпуса 1 неразъемно соединены между собой и образуют единый вал. Другим вариантом соединени валов 3, 4 между собой может быть, например, коническа зубчата передача от одного общего вала (как в прототипе), Опорой дл пространственно изогнутых валов 3. 4 служат размещенные в корпусе 1 подшипники 17, 18. Торцовые наружные поверхности рулона ленты 2 могут быть снабжены пазами 19 типа ласточкин хвост (фиг. 2), а внутренн поверхность эластичных круг- лых диафрагм 9,10 снабжена выступами 20, имеющими профиль, соответствующий профилю пазов 19. Корпус 1 выполнен с верхней 21 и нижней 22 съемными крышками так, что внешнее концентрическое кольцо 7 по периметру прижато вместе с концами эластичных диафрагм 9,10 к корпусу 1,например, с помощью болтов 23. Шейкой 24 вала машина присоедин етс к внешнему приводу,Between the end face of the outer surface of the roll of tape 2 and the end face of the housing 1 are placed round elastic diaphragms 9.10 made, for example, of rubber. The diaphragms 9.10 are hermetically connected around the perimeter with the inner surface of the housing 1, while between the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the elastic diaphragms 9, 10, annular working chambers 11, 12 are sealed relative to each other. The inner surface of each of the diaphragms 9, 10 is connected with end outer surfaces of the tape roll 2. The cylindrical housing 1 has at least two inlet 13, 14 and two outlet 15, 16 pipes so that each hermetic annular working chamber 11 (12) has its own independent input No 13 (14) and outlet 15 (16) nozzles. In FIG. 1 shows an embodiment of an annular wave machine when spatially curved shafts 3, A inside the housing 1 are inseparably connected to each other and form a single shaft. Another option for connecting the shafts 3, 4 to each other can be, for example, a bevel gear from one common shaft (as in the prototype). The bearings for spatially curved shafts 3. 4 are bearings 17, 18 located in the housing 1. The end outer surfaces of the tape roll 2 can be provided with dovetail type grooves 19 (Fig. 2), and the inner surface of the elastic circular diaphragms 9.10 is provided with protrusions 20 having a profile corresponding to the profile of the grooves 19. The housing 1 is made with upper 21 and lower 22 removable covers so that external to an eccentric ring 7 along the perimeter is pressed together with the ends of the elastic diaphragms 9.10 to the housing 1, for example, by means of bolts 23. By the neck 24 of the shaft, the machine is connected to an external drive.

Кольцева волнова машина работает следующим образом.Koltseva wave machine works as follows.

Под действием крут щего момента вращающиес пространственно изогнутые валы 3, 4 приход т в соприкосновение с внутренней поверхностью овальных отверстий волнового поршн . Поскольку каждый из пространственно изогнутых валов 3. 4 привода выполнен по форме, проекции которой на любую из плоскостей, параллельных оси 6 вращени вала, имеет вид фазы волны типа бризера, то волновой поршень . при соприкосновении с валами 3, 4 изгибаетс по форме фазы этой волны за счет перемещений слоев ленты 2 в плоскости, перпендикул рной оси вращени вала. В результате происходит перемещение рабочей среды в каждой из камер 11 (12) от входного 13 (14) к выходному 15 (16) патрубкам за счет движени кольцевых волн типа бризера по поверхности волнового поршн . Так как камеры герметичны, то подача одновременно двух несмешивающихс рабочих тел осуществл етс пульсами, импульс которых определ етс формой пространственно изогнутых валов 3, 4.Under the action of the torque, the spatially curved rotating shafts 3, 4 come in contact with the inner surface of the oval openings of the wave piston. Since each of the spatially curved shafts 3. 4 of the drive is made in a form, the projection of which onto any of the planes parallel to the axis of rotation of the shaft 6 has the form of a phase of the wave like a breather, then the wave piston. in contact with the shafts 3, 4, the phase of this wave is bent in shape due to the displacement of the layers of the tape 2 in a plane perpendicular to the axis of rotation of the shaft. As a result, the working medium moves in each of the chambers 11 (12) from the inlet 13 (14) to the outlet 15 (16) nozzles due to the movement of ring waves of the breather type on the surface of the wave piston. Since the chambers are hermetic, the supply of two immiscible working fluids simultaneously is carried out by pulses, the pulse of which is determined by the shape of spatially curved shafts 3, 4.

При попарном соединении ее входных и выходных патрубков кольцева волнова машина обеспечивает посто нную подачу рабочего тела.With a pairwise connection of its inlet and outlet nozzles of the annular wave, the machine provides a constant supply of the working fluid.

Дл обеспечени гигиеничности легко осуществл етс замена эластичных диафрагм 9, 10.To ensure hygiene, it is easy to replace the elastic diaphragms 9, 10.

Кольцева волнова машина как нагнетатель разверсируетс при перемене стороны вращени пространственно изогнутого вала, а как двигатель - при перемене стороны подачи рабочего тела.The annular wave machine, as a supercharger, is reversed when the side of rotation of a spatially curved shaft is changed, and as an engine, when the side of the supply of the working fluid is changed.

По крайней мере две кольцевые волновые машины можно соединить так, что одна из них будет использоватьс как нагнетатель , а друга (или другие)- как двигатель.At least two ring wave machines can be connected so that one of them will be used as a supercharger, and the other (or others) as a motor.

При соединении друг с другом нескольких кольцевых волновых машин образуетс When several circular wave machines are connected to each other,

установка дл преобразовани энергии различных рабочих тел.energy conversion apparatus for various working fluids.

(56)ПэтентСШАЫ4558991,кл.Р04В43/12. 5 опублик. 1985.(56) Patent USA4558991, CL P04B43 / 12. 5 posts. 1985.

Claims

1. A RING WAVE MACHINE, comprising a cylindrical body having an inlet and outlet nozzles, a wave, a new piston concentrically placed in the housing relative to the axis of the latter and connected to the drive to form an annular ring between the end outer surface of the wave piston and the end inner surface of the cylindrical cylindrical body the working chamber, and the drive is made in the form of at least two spatially curved shafts of the opposite twist, placed on different sides relative to the longitudinal axis of the cylinder a casing, characterized in that, in order to expand the scope of application by providing a pulsating supply of two non-miscible working fluids simultaneously, each spatially curved shaft is made in the form, the projection of which onto any of the planes parallel to the axis of rotation of the shaft, has the form of a phase of the wave - pa breather, and the wave piston is made in the form of a thin tape wound into a roll, which is limited by the outer and inner concentric rings mounted motionless relative to the cylindrical body, and between the end outer surface of the wave piston and the end inner surface

0

5 0 5 „p-

thirty

round elastic diaphragms placed hermetically connected around the perimeter with the inner surface of the housing with the formation of two sealed annular working chambers, the inner surface of each diaphragm connected to the end outer surface of the wave piston: and the cylindrical housing is additionally equipped with at least one input and one output nozzles with the formation in each of the annular working chambers of an autonomous inlet and outlet nozzles.

2. The machine of claim 1, wherein that, in order to ensure the hygiene of the cavities of the annular working chambers by replacing the elastic diaphragms in contact with the working fluid, the end surface of the wave piston is provided with dovetail grooves and the inner surface of the elastic diaphragm is provided with protrusions having a profile corresponding to the profile of the wave piston grooves.

3. The machine according to claim 1 or 2, characterized in that, in order to completely seal the annular working chambers relative to the drive, the housing is made with removable covers, while the outer concentric ring of the wave piston is clamped along the perimeter together with the edges of the elastic diaphragms between the upper and yizhny covers of the cylindrical case.

thirteen

Fie. 2