RU2020276C1

RU2020276C1 - Cylindrical wave machine

Info

Publication number: RU2020276C1
Authority: RU
Inventors: Станислав Владимирович Варварин
Original assignee: Станислав Владимирович Варварин
Priority date: 1991-02-21
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: for simultaneous supply of different working media to unit. SUBSTANCE: working chamber is formed by surface of shaft bent in space and connected with drive mechanism and with surface of oval holes of the frame stack. Frames mounted movably relative to one another embrace the shaft. Frames are sealed relative to one another. Interior of housing and outer surface of frames are round in cross section of machine. Each frame has central hole which receives round rod where steady bearing is mounted. Frames are located on rod for incomplete motion relative to axis of rod in direction of larger axis of oval in radius of frame. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к насосостроению, и может найти применение в промышленных объектах в качестве объемного насоса, гидравлического или газового двигателя, действующих на рабочем теле повышенной плотности и вязкости и имеющих механические включения. Кроме того, может использоваться при одновременной подаче в один агрегат разнородных рабочих тел. The invention relates to mechanical engineering, in particular to pump engineering, and can find application in industrial facilities as a volumetric pump, hydraulic or gas engine, acting on a working fluid of high density and viscosity and having mechanical inclusions. In addition, it can be used while feeding heterogeneous working bodies into one unit.

Известна одновинтовая гидромашина объемного вытеснения (насос Муано), содержащая корпус, снабженный впускным (всасывающим) и выпускным (нагнетательным) патрубками, обойму, выполненную в корпусе в виде полости с профилированной внутренней поверхностью, винт, размещенный так, что образует в обойме рабочую полость между внутренней поверхностью обоймы и поверхностью винта. Винт в обойме совершает планетарное движение и его ось перемещается по окружности с диаметром, равным двойному эксцентриситету. Винт соединен с приводным двигателем через шарнир Гука. Known single-screw volumetric displacement hydraulic machine (Muano pump), comprising a housing provided with inlet (suction) and exhaust (discharge) nozzles, a sleeve made in the body in the form of a cavity with a profiled inner surface, a screw placed so that it forms a working cavity between the inner surface of the cage and the surface of the screw. The screw in the holder makes a planetary motion and its axis moves in a circle with a diameter equal to double eccentricity. The screw is connected to the drive motor through a Hook joint.

Недостатками этой гидромашины являются наличие планетарного движения винта в обойме, которое ограничивает ее производительность в заданных габаритах величиной допустимого эксцентриситета винта, а также необходимость установки сложного шарнира Гука для его привода, что приводит к удорожанию и снижению надежности машины. The disadvantages of this hydraulic machine are the presence of planetary movement of the screw in the cage, which limits its performance in the given dimensions to the value of the permissible eccentricity of the screw, as well as the need to install a complex Hook joint for its drive, which leads to an increase in the cost and reliability of the machine.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является гидромашина объемного вытеснения, содержащая корпус с впускным (всасывающим) и выпускным (нагнетательным) патрубками, пространственно изогнутый вал, установленный в подшипниках корпуса и связанный с приводом, а также гибкую обойму (волновой поршень), выполненную в виде пакета перемещающихся относительно друг друга в направлении, перпендикулярном оси вращения вала, и уплотненных между собой плоских рамок. В пакете рамок выполнено продольное отверстие овального сечения, в котором установлен пространственно изогнутый вал с возможностью перемещения круговых поперечных сечений вдоль большой оси этого отверстия. Гидромашина имеет основную и дополнительную рабочие полости. Основная рабочая полость образована наружной поверхностью гибкой обоймы (наружной поверхностью рамок) и внутренней поверхностью корпуса. Дополнительная рабочая полость образована поверхностью овального сечения отверстия в пакете рамок и поверхностью пространственно изогнутого вала. При этом поперечное сечение корпуса и внешний контур рамок имеет форму квадрата. Closest to the technical nature of the invention is a volume displacement hydraulic machine comprising a housing with inlet (suction) and exhaust (discharge) nozzles, a spatially curved shaft mounted in the bearings of the housing and connected to the drive, as well as a flexible cage (wave piston) made in in the form of a package moving relative to each other in a direction perpendicular to the axis of rotation of the shaft, and flat frames sealed together. A longitudinal hole of oval section is made in the package of frames, in which a spatially curved shaft is installed with the possibility of moving circular cross sections along the major axis of this hole. The hydraulic machine has a main and additional working cavity. The main working cavity is formed by the outer surface of the flexible holder (outer surface of the frames) and the inner surface of the housing. The additional working cavity is formed by the surface of the oval section of the hole in the package of frames and the surface of the spatially curved shaft. In this case, the cross section of the housing and the outer contour of the frames has the shape of a square.

Прототип отличается повышенной по сравнению с насосом Муано производительностью и обеспечивает возможность одновременной перекачки двух разнородных рабочих тел. The prototype is characterized by increased productivity compared to the Muano pump and provides the possibility of simultaneous pumping of two dissimilar working bodies.

Недостатком прототипа является наличие значительных площадей трения, снижающих надежность машины, так как возвратно-поступательное движение рамок в совокупности с квадратной формой их поперечного сечения обуславливает износ корпуса и рамок и как следствие заклинивание рамок в результате их перекоса под действием знакопеременного крутящего момента. The disadvantage of the prototype is the presence of significant areas of friction, which reduce the reliability of the machine, since the reciprocating movement of the frames in combination with the square shape of their cross section determines the wear of the body and frames and as a result, the frames become jammed as a result of their skew under the influence of alternating torque.

Целью изобретения является повышение надежности и увеличение срока службы путем исключения трения между наружными кромками рамок и ограничивающими их перемещение поверхностями корпуса. The aim of the invention is to increase reliability and increase service life by eliminating friction between the outer edges of the frames and the surface of the body restricting their movement.

Для этого в цилиндрической волновой машине, содержащей корпус, пространственно изогнутый вал, волновой поршень, выполненный в виде размещенного на валу пакета уплотненных между собой рамок, поперечное сечение внутренней полости корпуса и внешний контур рамок выполнены круглыми, причем корпус снабжен центральным стержнем круглого сечения, на который надета каждая рамка из пакета, снабженная центральным отверстием с установленным в нем упорно-опорным подшипником. При этом рамки надеты на центральном стержне с возможностью неполноповоротного их перемещения в корпусе вокруг оси центрального стержня. Продольное отверстие овального сечения, выполненное в пакете круглых рамок, в котором размещен пространственно изогнутый вал, смещено относительно оси центрального стержня в направлении большого размера овала по радиусу рамок. Цилиндрическая волновая машина имеет по крайней мере одну рабочую полость, которая образована поверхностью продольного овального сечения отверстия в пакете рамок и поверхностью пространственно изогнутого вала. Корпус снабжен по крайней мере одним впускным и одним выпускным патрубками, а пространственно изогнутый вал связан с приводом. Кроме того, цилиндрическая волновая машина дополнительно снабжена по меньшей мере еще одной рабочей полостью, образованной вторым продольным отверстием овального сечения в пакете рамок, которое выполнено на другом радиусе рамок аналогично первому и пространственно изогнутым валом. Причем для одновременной подачи в машину разнородных рабочих тел дополнительная рабочая полость (или несколько полостей) снабжена автономным впускным и выпускным патрубками. To do this, in a cylindrical wave machine containing a housing, a spatially curved shaft, a wave piston made in the form of a packet of frames sealed to one another placed on the shaft, the cross section of the internal cavity of the housing and the external contour of the frames are circular, and the housing is provided with a central rod of circular cross section, which is put on each frame from the package, equipped with a central hole with a thrust bearing installed in it. In this case, the frames are worn on the central rod with the possibility of a quarter-turn of their movement in the housing around the axis of the central rod. A longitudinal hole of oval cross-section, made in a package of round frames in which a spatially curved shaft is placed, is offset relative to the axis of the central rod in the direction of the large size of the oval along the radius of the frames. A cylindrical wave machine has at least one working cavity, which is formed by the surface of the longitudinal oval section of the hole in the package of frames and the surface of a spatially curved shaft. The housing is provided with at least one inlet and one outlet nozzles, and a spatially curved shaft is connected to the drive. In addition, the cylindrical wave machine is additionally provided with at least one other working cavity formed by a second longitudinal hole of oval cross-section in the package of frames, which is made on a different radius of the frames similar to the first and spatially curved shaft. Moreover, for the simultaneous supply of dissimilar working bodies into the machine, the additional working cavity (or several cavities) is equipped with an autonomous inlet and outlet nozzles.

Сравнение предлагаемой цилиндрической волновой машины с прототипом и выявление в результате сопоставительного анализа отличительных признаков позволяет установить соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна". Comparison of the proposed cylindrical wave machine with the prototype and the identification of distinctive features as a result of a comparative analysis allows us to establish the conformity of the claimed technical solution to the criteria of the invention of "novelty."

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа или сходные с ними, в рамках проведенного патентного поиска среди известных технических решений не выявлены. Таким образом, они являются новыми, что соответствует критерию изобретения "существенные отличия". Signs that distinguish the claimed solution from the prototype or similar to them, in the framework of the patent search among the known technical solutions have not been identified. Thus, they are new, which meets the criteria of the invention "significant differences".

Признаки, указанные в формуле изобретения, являются существенными, так как каждый из них необходим, а вместе они достаточны для получения положительного эффекта - повышения надежности волновой машины. The signs indicated in the claims are significant, since each of them is necessary, and together they are sufficient to obtain a positive effect - to increase the reliability of the wave machine.

Действительно, выполнение внешнего контура рамок и поперечного сечения внутренней поверхности корпуса круглыми, снабжение корпуса центральным стержнем круглого сечения, а каждой рамки центральным отверстием с установленным в нем упорно-опорным подшипником позволило разместить рамки на стержне, что в совокупности со смещением продольного овального сечения отверстия в пакете рамок относительно оси центрального стержня в направлении большого размера овала по радиусу рамок позволило обеспечить возможность неполноповоротного перемещения рамок в корпусе вокруг оси центрального стержня и повлияло на повышение надежности цилиндрической волновой машины, поскольку устранило трение между наружными кромками рамок и ограничивающими перемещение рамок внутренними поверхностями корпуса, исключив их касание между собой, перекос рамок и их заклинивание под действием знакопеременного крутящего момента, износ рамок и корпуса. Введение дополнительной рабочей полости (или нескольких рабочих полостей) позволило повысить производительность машины, а снабжение этой полости автономными впускным и выпускным патрубками обеспечило возможность одновременной подачи в машину разнородных рабочих тел. Indeed, the execution of the outer contour of the frames and the cross section of the inner surface of the casing round, supplying the casing with a central rod of circular cross section, and each frame with a central hole with a thrust bearing installed in it, made it possible to place the frames on the rod, which, together with the displacement of the longitudinal oval section of the hole in the package of frames relative to the axis of the central rod in the direction of the large size of the oval along the radius of the frames allowed to provide the possibility of part-turn The frames in the case around the axis of the central rod influenced the increase in the reliability of the cylindrical wave machine, since it eliminated the friction between the outer edges of the frames and the internal surfaces of the body restricting the movement of the frames, eliminating their contact with each other, the skew of the frames and their jamming under the influence of alternating torque, wear frames and cases. The introduction of an additional working cavity (or several working cavities) made it possible to increase the productivity of the machine, and the supply of this cavity with autonomous inlet and outlet nozzles made it possible to simultaneously supply dissimilar working bodies to the machine.

На фиг. 1 изображен продольный разрез цилиндрической волновой машины; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - фрагмент узла установки рамок на центральном стержне. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a cylindrical wave machine; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - a fragment of the installation site frames on the Central rod.

Цилиндрическая волновая машина на примере насоса содержит цилиндрический корпус 1, выполненный, например, из трубы, имеющей круглое поперечное сечение внутренней полости, и снабженный крышками 2 и 3 соответственно с впускным 4 и выпускным 5 патрубками, пространственно изогнутые валы 6 и 7, пакет 8 рамок. Пакет собран из круглых рамок 9, уплотненных между собой. Уплотнение достигается установкой подвижных или деформируемых манжет или колец овальной формы. Рамки 9 плотно сжаты с помощью неподвижно установленных на корпусе 1 прижимных дисков 11 и 12. В пакете 8 рамок 9 выполнено продольное отверстие 13 овального сечения, в котором размещен пространственно изогнутый вал 6 (7). Пространственно изогнутые валы 6 и 7 установлены в подшипниках 14-17 крышек 2 и 3 корпуса 1. Один из валов связан с приводом (не показан). Корпус 1 снабжен центральным стержнем 18 круглого сечения, а каждая из рамок 9 пакета 8 имеет центральное отверстие 19, в котором установлен упорно-опорный подшипник 20. Продольные отверстия овального сечения в пакете 8 рамок 9 смещены относительно оси центрального стержня 18 в направлении большого размера овала по радиусу рамок, что позволяет обеспечить рамкам, установленным посредством упорно-опорных подшипников 20 на центральном стержне 18, возможность неполноповоротного перемещения в корпусе 1 вокруг оси центрального стержня 18. Между поверхностью пространственно изогнутых валов 6, 7 и поверхностью продольного отверстия 13, овального сечения, выполненного в пакете 8 рамок 9, образованы рабочие полости - основная 21 и дополнительная 22. Количество дополнительных рабочих полостей определяется количеством дополнительно введенных валов. A cylindrical wave machine using an example pump includes a cylindrical body 1, made, for example, of a pipe having a circular cross section of the inner cavity, and provided with caps 2 and 3, respectively, with inlet 4 and outlet 5 nozzles, spatially curved shafts 6 and 7, a package of 8 frames . The package is assembled from round frames 9, sealed together. Sealing is achieved by installing movable or deformable cuffs or oval-shaped rings. The frames 9 are tightly compressed by means of the clamping discs 11 and 12, which are fixedly mounted on the housing 1. In the package 8 of the frames 9, a longitudinal hole 13 of an oval section is made, in which a spatially curved shaft 6 (7) is placed. Spatially curved shafts 6 and 7 are mounted in bearings 14-17 of covers 2 and 3 of housing 1. One of the shafts is connected to a drive (not shown). The housing 1 is provided with a central rod 18 of circular cross section, and each of the frames 9 of the package 8 has a central hole 19 in which the thrust bearing 20 is installed. The longitudinal holes of the oval section in the package 8 of the frames 9 are displaced relative to the axis of the central rod 18 in the direction of the large oval size along the radius of the frames, which allows the frames installed by the thrust bearings 20 on the central shaft 18 to be able to move partly in the housing 1 around the axis of the central shaft 18. Between the top with the spatially curved shafts 6, 7 and the surface of the longitudinal hole 13, an oval cross-section made in a package of 8 frames 9, working cavities are formed - the main 21 and additional 22. The number of additional working cavities is determined by the number of additional introduced shafts.

Приведенный на фиг. 2 пример содержит четыре рабочих полости и соответственно четыре пространственно изогнутых вала. Валы 6 и 7 установлены в продольных отверстиях 13, выполненных в пакете 8 рамок 9 с возможностью перемещения своих круговых поперечных сечений вдоль большого размера овала и с образованием рабочих полостей 21 и 22. Причем части 23 и 24 рабочих полостей 21 и 22 являются всасывающими, а части 25 и 26 рабочих полостей - нагнетательными. Возможность перемещения рамок 9 обеспечивается за счет выполнения минимального размера овального отверстия 13, равного диаметру вала, а максимально - не менее удвоенной амплитуды последнего. Под удвоенной амплитудой понимается расстояние, равное сумме удвоенного эксцентриситета вала и диаметра вала. В случае перекачки одного рабочего тела впускной 4 и выпускной 5 патрубки являются общими для всасывающих 23, 24 и нагнетательных 25, 26 частей рабочих полостей 21 и 22. В случае одновременной перекачки двух и более разнородных рабочих тел патрубки 4 и 5 могут быть разделены между собой, что обеспечивает одновременное перемещение насосом разнородных рабочих тел. В качестве привода может быть использован, например, электродвигатель, турбина или ДВС. Referring to FIG. 2 example contains four working cavity and, accordingly, four spatially curved shaft. Shafts 6 and 7 are installed in longitudinal holes 13 made in a package of 8 frames 9 with the possibility of moving their circular cross sections along a large oval and with the formation of working cavities 21 and 22. Moreover, the parts 23 and 24 of the working cavities 21 and 22 are suction, and parts 25 and 26 of the working cavities - discharge. The ability to move the frames 9 is provided by performing the minimum size of the oval hole 13, equal to the diameter of the shaft, and as much as possible - not less than twice the amplitude of the latter. Double amplitude means the distance equal to the sum of double the shaft eccentricity and shaft diameter. In the case of pumping one working fluid inlet 4 and outlet 5, the nozzles are common for the suction 23, 24 and discharge 25, 26 parts of the working cavities 21 and 22. In the case of simultaneous pumping of two or more dissimilar working bodies, the nozzles 4 and 5 can be divided , which provides simultaneous pump displacement of dissimilar working bodies. As a drive, for example, an electric motor, a turbine or an internal combustion engine can be used.

Цилиндрическая волновая машина работает следующим образом. A cylindrical wave machine operates as follows.

Под действием крутящего момента, передаваемого от привода, поверхность пришедшего в движение пространственно изогнутого вала 6 (7) приходит в соприкосновение с поверхностью отверстия овального сечения пакета 8 рамок 9. При соприкосновении с валом рамки 9 начинают совершать неполноповоротное колебательное движение в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала. Осуществление колебаний рамок именно в этой плоскости стало возможным благодаря выполнению продольного отверстия 13 в пакете рамок овального сечения. Поскольку овальное отверстие 13 имеет минимальный размер, равный диаметру вала, а максимальный - не менее удвоенной амплитуды последнего, то при вращении пространственно изогнутых валов 6 и 7 в рабочих полостях 21 и 22 цилиндрической волновой машины образуются всасывающие 23, 24 и нагнетательные 25, 26 части этих рабочих полостей, ограниченные поверхностью пространственно изогнутого вала 6 (7) и поверхностью овального сечения отверстия 13 пакета 8 рамок 9. При этом всасывающие 23, 24 и нагнетательные 25, 26 части рабочих полостей постоянно меняют свой объем, в результате чего происходит всасывание рабочего тела из приемной части (впускного патрубка 4) и нагнетания его в напорную часть (к выпускному патрубку 5). Всасывание и нагнетание осуществляется одновременно во всех рабочих полостях 21 и 22. При этом герметизация полостей обеспечивается за счет установки торцовых уплотнителей, а также за счет обеспечения плотного прилегания концевых рамок и прижимным дискам 11 и 12. Поскольку поперечное сечение внутренней поверхности корпуса 1 и наружный контур рамок выполнены круглыми, а сами рамки установлены на центральном стержне 18 посредством упорно-опорных подшипников 20, а продольные отверстия 13 в пакете 8 рамок 9 смещены относительно оси центрального стержня в направлении большого размера овала вдоль радиуса рамок, что осуществляется неполноповоротное движение рамок в корпусе относительно оси центрального стержня, причем величина угла поворота определяется положением овального сечения отверстия пакета рамок по радиусу и удвоенным эксцентриситетом вала. Такое колебательное движение рамок исключает трение между кромками рамок и ограничивающими перемещение рамок поверхностями корпуса 1. Under the action of the torque transmitted from the drive, the surface of the spatially curved shaft 6 (7), which comes into motion, comes into contact with the surface of the hole of the oval cross-section of the package 8 of frames 9. When in contact with the shaft of the frame 9, they begin to make a part-turn oscillatory motion in a plane perpendicular to the axis of rotation shaft. The implementation of the oscillations of the frames in this plane became possible due to the implementation of the longitudinal holes 13 in the package of frames of oval cross-section. Since the oval hole 13 has a minimum size equal to the diameter of the shaft, and the maximum is not less than twice the amplitude of the latter, when the spatially curved shafts 6 and 7 rotate in the working cavities 21 and 22 of the cylindrical wave machine, suction 23, 24 and discharge parts 25, 26 are formed of these working cavities, limited by the surface of the spatially curved shaft 6 (7) and the surface of the oval cross-section of the hole 13 of the packet 8 of the frames 9. In this case, the suction 23, 24 and discharge 25, 26 parts of the working cavities constantly change their volume em, as a result of which the working fluid is sucked from the receiving part (inlet pipe 4) and forcing it into the pressure part (to the exhaust pipe 5). Suction and discharge are carried out simultaneously in all working cavities 21 and 22. In this case, the cavities are sealed by installing mechanical seals, as well as by ensuring a tight fit of the end frames and the pressure discs 11 and 12. Since the cross section of the inner surface of the housing 1 and the outer contour the frames are made round, and the frames themselves are mounted on the central shaft 18 by means of thrust bearings 20, and the longitudinal holes 13 in the package 8 of the frames 9 are offset relative to the axis of the central the rod in the direction of a large oval along the radius of the frames, which causes the frames to rotate in the case relative to the axis of the central rod, and the angle of rotation is determined by the position of the oval section of the opening of the package of frames in radius and doubled shaft eccentricity. Such an oscillatory movement of the frames eliminates friction between the edges of the frames and the surfaces of the housing 1 restricting the movement of the frames.

По сравнению с аналогами и прототипом предлагаемая цилиндрическая волновая машина обладает повышенной надежностью и долговечностью за счет исключения трения между наружными кромками рамок и ограничивающими их перемещение поверхностями корпуса, устранение износа рамок и корпуса в результате движения рамок, устранения перекоса рамок, приводящего к их заклиниванию под действием знакопеременного крутящего момента. Кроме того, благодаря перемещению рамок на центральном стержне посредством упорно-опорных подшипников в ней не происходит сжатия пакета рамок под действием осевой составляющей крутящего момента с образованием радиального зазора и перетечкой через него рабочего тела между полостями насоса, в результате чего заявляемая конструкция позволяет одновременно перекачивать разнородные рабочие тела. Compared with analogues and prototype, the proposed cylindrical wave machine has increased reliability and durability due to the elimination of friction between the outer edges of the frames and the body surfaces restricting their movement, eliminating the wear of the frames and the body as a result of the movement of the frames, eliminating the skew of the frames, which leads to jamming under the action alternating torque. In addition, due to the movement of the frames on the central shaft by means of thrust bearings, it does not compress the package of frames under the action of the axial component of the torque with the formation of a radial clearance and the flow of the working fluid through it between the pump cavities, as a result of which the claimed design allows the pumping of heterogeneous working bodies.

Claims

1. CYLINDRICAL WAVE MACHINE, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, at least one working cavity formed by the surface of a spatially curved shaft connected to the drive mechanism, and the surface of the oval holes of the frame package, the latter covering the shaft, mounted movably relative to each other each other and are sealed together, characterized in that, in order to increase reliability and durability by eliminating friction between the outer edges of the frames and limiting their movement to the inner and surfaces of the housing, the internal cavity of the housing and the outer surface of the frames in the cross section of the machine are made round, a round rod is concentrically placed in the housing, a central hole is made in each frame in which a thrust bearing is installed, while the frames are located on the shaft with the possibility of part-turn movement relative to the axis of the rod, and the longitudinal oval holes in the package of frames are offset relative to the axis of the rod in the direction of the major axis of the oval along the radius of the frames.

2. The machine according to claim 1, characterized in that it is provided with at least one additional working cavity formed by an additional spatially curved shaft mounted in the corresponding longitudinal oval openings of the frame package.

3. The machine according to claim 2, characterized in that, for the simultaneous pumping of at least two dissimilar working bodies, the additional working cavity is equipped with an autonomous inlet and outlet nozzles.