RU2451185C2 - Water displacement pump - Google Patents

Water displacement pump Download PDF

Info

Publication number
RU2451185C2
RU2451185C2 RU2010130620/06A RU2010130620A RU2451185C2 RU 2451185 C2 RU2451185 C2 RU 2451185C2 RU 2010130620/06 A RU2010130620/06 A RU 2010130620/06A RU 2010130620 A RU2010130620 A RU 2010130620A RU 2451185 C2 RU2451185 C2 RU 2451185C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pistons
shaft
piston
angle
formula
Prior art date
Application number
RU2010130620/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010130620A (en
Inventor
Юрий Феликсович Черняков (UA)
Юрий Феликсович Черняков
Original Assignee
Юрий Феликсович Черняков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Феликсович Черняков filed Critical Юрий Феликсович Черняков
Priority to RU2010130620/06A priority Critical patent/RU2451185C2/en
Publication of RU2010130620A publication Critical patent/RU2010130620A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451185C2 publication Critical patent/RU2451185C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed pump comprises constant-section annular channel arranged in water intake-discharge wall with two pairs of pistons 4 and 5, each being arranged between pistons 4 and 5 of other pair. Said pairs of pistons are rigidly coupled with aligned half shafts articulated with drive shafts via propeller shaft to drive the latter with pistons 4 and 5 in said annular channels intermittently at regular rotation of drive shaft. Angular size of piston does not exceed angular size of intake-discharge opening. Maximum tolerable angular size of piston is defined by claimed formula. Bend angle of propeller shaft gimbal joints are set in compliance with claimed formula.
EFFECT: higher efficiency and reliability.
2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к насосам объемного вытеснения, преимущественно для заполнения-осушения балластных цистерн малых подводных судов, не имеющих компрессора на борту и у которых воздух сжимают непосредственно в балластной цистерне, заполняя ее забортной водой насосом. Например, насос для заполнения-осушения балластных цистерн по RU 2423285 и RU 2399544.The invention relates to volume displacement pumps, mainly for filling-draining the ballast tanks of small submarines that do not have a compressor on board and in which air is compressed directly in the ballast tank, filling it with an outboard water pump. For example, a pump for filling-draining ballast tanks in accordance with RU 2423285 and RU 2399544.

Известны насосы объемного вытеснения с циклически неравномерным вращением поршней в кольцевом канале постоянного сечения, например по UA 75431, RU 2181845, RU 2379552 и др.Known volume displacement pumps with cyclically uneven rotation of the pistons in the annular channel of constant cross-section, for example, according to UA 75431, RU 2181845, RU 2379552, etc.

Известен объемный насос для воды, содержащий кольцевой канал постоянного сечения с окнами в стенке для входа-выхода воды и в нем две пары поршней, каждый из которых расположен между поршнями другой пары, причем пары поршней жестко соединены с отдельными для каждой пары соосными полувалами, связанными кинематически с ведущим валом посредством карданных валов, с возможностью вращать поршни в кольцевом канале циклически неравномерно при равномерном вращении ведущего вала, например по RU 2181845, принятый за прототип.Known volumetric pump for water, containing an annular channel of constant cross-section with windows in the wall for water inlet and outlet, and there are two pairs of pistons, each of which is located between the pistons of the other pair, and the pair of pistons are rigidly connected to separate for each pair of coaxial axles connected kinematically with the drive shaft by means of cardan shafts, with the ability to rotate the pistons in the annular channel cyclically non-uniformly with uniform rotation of the drive shaft, for example according to RU 2181845, adopted as a prototype.

Недостаток таких насосов в том, что насос неработоспособен, если заполненная водой полость между поршнями не сообщается с окнами пока поршни не дошли до предельного сближения, так как вода почти не сжимаема. А если угловой размер окон больше углового размера поршней, то четырежды за один оборот ведущего вала всасывающие и напорные окна и соответствующие им каналы сообщают между собой мимо поршней. Этим при существенном перепаде давлений воды на входе и выходе из насоса делают насос также неработоспособным. Поэтому для работоспособности насоса угловые размеры поршней, окон, расположение окон, угол излома универсальных шарниров карданных валов для заданной подачи, прокачиваемой за один оборот ведущего вала, выполняют в соответствии необходимыми зависимостями между ними. Иначе такой водяной насос неработоспособен.The disadvantage of such pumps is that the pump is inoperative if the cavity filled with water between the pistons does not communicate with the windows until the pistons have reached the maximum approximation, since the water is almost not compressible. And if the angular size of the windows is larger than the angular size of the pistons, then four times in one revolution of the drive shaft the suction and pressure windows and the corresponding channels communicate with each other past the pistons. With a significant difference in pressure of water at the inlet and outlet of the pump, this makes the pump also inoperative. Therefore, for the pump to operate, the angular dimensions of the pistons, windows, the location of the windows, the angle of fracture of the universal joints of the cardan shafts for a given supply, pumped for one revolution of the drive shaft, are performed in accordance with the necessary relationships between them. Otherwise, such a water pump is inoperative.

Задачей и техническим результатом изобретения является объемный насос для воды, у которого угловые размеры поршней, окон, расположение окон, угол излома осей валов универсальных шарниров карданных валов для возможности работы насоса при заданной подаче воды за один оборот ведущего вала выполнены соответственно необходимым для этого зависимостям между ними.The objective and technical result of the invention is a volumetric pump for water, in which the angular dimensions of the pistons, windows, the location of the windows, the angle of fracture of the axes of the shafts of the universal joints of the cardan shafts for the pump to operate at a given water supply per revolution of the drive shaft are made according to the necessary relationships between them.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

1. Объемный насос для воды, содержащий кольцевой канал постоянного сечения с окнами в стенке для входа-выхода воды и в нем две пары поршней, каждый из которых расположен между поршнями другой пары, причем пары поршней жестко соединены с отдельными для каждой пары соосными полувалами, связанными кинематически с ведущим валом посредством карданных валов, с возможностью вращать поршни в кольцевом канале циклически неравномерно при равномерном вращении ведущего вала, причем в соответствии с изобретением максимально возможный угловой размер поршня βmax определяют соответственно формуле:1. A volumetric pump for water, comprising an annular channel of constant cross section with windows in the wall for water inlet and outlet and two pairs of pistons in it, each of which is located between the pistons of the other pair, the pairs of pistons being rigidly connected to the coaxial axles separate for each pair, kinematically connected to the drive shaft by means of cardan shafts, with the ability to rotate the pistons in the annular channel cyclically unevenly with uniform rotation of the drive shaft, and in accordance with the invention the maximum possible angular size βmax piston is determined according to the formula:

βmax=90°-m·22,5°,βmax = 90 ° -m22.5 °

где m - заданный объем воды, выраженный в безразмерной доле от полного объема кольцевого канала, прокачиваемый за один оборот ведущего вала, при этом угловой размер β поршня не больше углового размера α впускного-выпускного окна, причем угол γ излома осей валов универсальных шарниров карданных валов устанавливают соответственно формуле:where m is a given volume of water, expressed in a dimensionless fraction of the total volume of the annular channel, pumped per revolution of the drive shaft, while the angular dimension β of the piston is not greater than the angular size α of the inlet-outlet window, and the angle γ of the axis of the shafts of the universal joints of cardan shafts set accordingly to the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

2. Насос по п.1 в соответствии с изобретением сообщен со всасываюшим-напорным каналами через гидрозамок.2. The pump according to claim 1 in accordance with the invention is in communication with a suction-pressure channel through a hydraulic lock.

Благодаря этому насос объемного вытеснения работоспособен при перекачке воды и обладает заданной подачей за один оборот ведущего вала.Thanks to this, the volume displacement pump is efficient at pumping water and has a predetermined supply per revolution of the drive shaft.

Устроен объемный насос для воды (далее насос), например, следующим образом.A volumetric pump for water (hereinafter pump) is installed, for example, as follows.

На фиг.1 изображена схема насоса.Figure 1 shows a diagram of a pump.

На фиг.2 изображены обе крестовины универсальных шарниров карданного вала, каждая из которых содержит две разъемные половинки, вид на плоскость разъема; крестиками обозначены соединяющие их болты.Figure 2 shows both crosses universal joints of the driveshaft, each of which contains two split halves, a view of the plane of the connector; crosses indicate the bolts connecting them.

На фиг.3 схематично изображен пустотелый в виде кольца вал карданного вала с парой соосных шипов универсальных шарниров внутри кольца. Оси обеих пар шипов лежат в общей плоскости и взаимно перпендикулярны.Figure 3 schematically shows a hollow in the form of a ring shaft propeller shaft with a pair of coaxial spikes of universal joints inside the ring. The axes of both pairs of spikes lie in a common plane and are mutually perpendicular.

На фиг.4 схематично изображен ведущий вал, соединенный шлицами с двумя ступицами, имеющими по два соосных шипа универсальных шарниров от левого и правого карданного вала.Figure 4 schematically shows the drive shaft connected by splines with two hubs having two coaxial spikes of universal joints from the left and right driveshaft.

На фиг.5 схематично изображено соединение двустороннего гидрозамка с насосом.Figure 5 schematically shows the connection of a two-way valve with a pump.

На фиг.6 схематично изображены поршни насоса при их предельном сближении и расположение окон в стенке насоса.Figure 6 schematically shows the pistons of the pump at their extreme rapprochement and the location of the windows in the wall of the pump.

На фиг.7 изображена позиция поршней при наибольшей разнице их мгновенных угловых скоростей.Figure 7 shows the position of the pistons at the greatest difference in their instantaneous angular velocities.

На фиг.8 изображены: пунктиром - график углового отклонения поршня от ведущего вала, штрих-пунктиром - график относительных мгновенных угловых скоростей, сплошной линией - график мгновенных угловых ускорений поршней на текущем угле поворота ведущего вала, а прямой штрих-пунктирной линией - график угловой скорости стационарного вращения ведущего вала.Fig. 8 shows: a dotted line is a graph of the angular deviation of the piston from the drive shaft, a dashed line is a graph of the relative instantaneous angular velocities, a solid line is a graph of the instantaneous angular accelerations of the pistons at the current angle of rotation of the drive shaft, and a straight dotted line is a graph of the angular stationary rotation speed of the drive shaft.

Условные обозначения на фиг.1…8 и в формулах (1)…(10):Symbols in figure 1 ... 8 and in the formulas (1) ... (10):

1 - корпус насоса с впускными-выпускными окнами (далее корпус),1 - pump housing with inlet-outlet windows (hereinafter referred to as the housing),

2 - кольцевой канал постоянного сечения (далее канал),2 - annular channel of constant cross-section (hereinafter channel),

3 - пустотелый полувал (далее полувал),3 - hollow half shaft (further half shaft),

4 - четный поршень; его угловой размер не больше, чем у впускного-выпускного окна, (далее поршень),4 - an even piston; its angular size is not larger than that of the inlet-outlet window, (hereinafter the piston),

5 - нечетный поршень; его угловой размер не больше, чем у впускного-выпускного окна, (далее поршень),5 - an odd piston; its angular size is not larger than that of the inlet-outlet window, (hereinafter the piston),

6 - с пустотелой ступицей чашка-вилка с отверстиями для неподвижной посадки пары шипов (далее чашка-вилка),6 - with a hollow hub, the cup-fork with holes for a stationary landing of a pair of spikes (hereinafter the cup-fork),

7 - большая крестовина с отверстием по оси вокруг точки пересечения осей отверстий для шипов (далее крестовина),7 - a large cross with a hole along the axis around the point of intersection of the axes of the holes for the spikes (hereinafter cross),

8 - пустотелый вал с внутренними и наружными парами шипов универсальных шарниров карданного вала, причем оси пар шипов взаимно перпендикулярны и пересекаются на оси вращения вала 8 (далее вал),8 - hollow shaft with inner and outer pairs of spikes of universal joints of the driveshaft, and the axis of the pairs of spikes are mutually perpendicular and intersect on the axis of rotation of the shaft 8 (hereinafter the shaft),

9 - меньшая крестовина с отверстием по оси вокруг точки пересечения осей отверстий для шипов (далее крестовина),9 - a smaller cross with a hole along the axis around the point of intersection of the axes of the holes for the spikes (hereinafter the cross),

10 - шлицевая ступица с парой соосных шипов универсального шарнира (далее ступица),10 - slotted hub with a pair of coaxial spikes of the universal joint (hereinafter the hub),

11 - карданный вал, содержащий вал 8, крестовины 7 и 9, ступицу 10, чашку-вилку 6, (далее кардан),11 - a cardan shaft containing a shaft 8, crosses 7 and 9, the hub 10, the cup-fork 6, (hereinafter cardan),

12 - ведущий вал машины (далее вал),12 - drive shaft of the machine (hereinafter the shaft),

13 - упорный подшипник, например по ГОСТ 8995-75, (далее подшипник),13 - thrust bearing, for example according to GOST 8995-75, (hereinafter bearing),

14 - насос,14 - pump

15 - двусторонний гидрозамок (далее замок),15 - bilateral hydraulic lock (hereinafter referred to as the lock),

γ - угол излома (наклона оси вала 8 к оси вала 12, полувала 3) осей валов универсального шарнира (далее угол у),γ is the angle of fracture (tilt of the axis of the shaft 8 to the axis of the shaft 12, half shaft 3) of the axes of the shafts of the universal joint (hereinafter the angle y),

βmax - угол предельного сближения поршней 4, 5; угол между биссектрисами их угловых размеров, максимально возможный угловой размер поршней 4, 5, (далее угол βmax),βmax is the angle of maximum proximity of the pistons 4, 5; the angle between the bisectors of their angular dimensions, the maximum possible angular size of the pistons 4, 5, (hereinafter the angle βmax),

β - угловой размер поршня 4, 5, причем β<βmax, (далее угол β),β is the angular size of the piston 4, 5, and β <βmax, (hereinafter the angle β),

α - угловой размер окна, причем α≥β, (далее угол α),α is the angular size of the window, and α≥β, (hereinafter the angle α),

φ - угол поворота вала 12 от начальной позиции, принятой за нуль (далее угол φ),φ is the angle of rotation of the shaft 12 from the initial position taken as zero (hereinafter the angle φ),

ψ - угол поворота вала 8 (далее угол ψ),ψ is the angle of rotation of the shaft 8 (hereinafter the angle ψ),

φ' - угол поворота поршня 4, 5 (далее угол φ'),φ 'is the angle of rotation of the piston 4, 5 (hereinafter the angle φ'),

Δφ - угол опережения-отставания поршня 4, 5 от вала 12: Δφ=φ'-φ (далее угол Δφ),Δφ is the angle of advance-lag of the piston 4, 5 from the shaft 12: Δφ = φ'-φ (hereinafter the angle Δφ),

ω - угловая скорость вала 12 при его равномерном (стационарном) вращении (далее скорость ω),ω is the angular velocity of the shaft 12 during its uniform (stationary) rotation (hereinafter the speed ω),

ω' - мгновенная угловая скорость поршня 4, 5 совместно с его полувалом (далее скорость ω'),ω 'is the instantaneous angular velocity of the piston 4, 5 together with its half shaft (hereinafter the speed ω'),

n - показатель степени, равный 4 (далее экспонента n),n - exponent equal to 4 (hereinafter exponent n),

t - текущее время стационарного вращения вала 12 от начальной позиции (далее время t),t is the current time of stationary rotation of the shaft 12 from the initial position (hereinafter time t),

ε - мгновенное приращение относительной скорости ω'/ω на угле φ поворота вала 12 (далее ускорение ε).ε is the instantaneous increment of the relative velocity ω '/ ω at the angle φ of rotation of the shaft 12 (hereinafter the acceleration ε).

Корпус 1 состоит из двух симметричных половин, скрепленных по плоскости разъема болтами. Каждая половина корпуса содержит свою часть кольцевого канала 2 с окнами в его стенке для входа и выхода воды. В корпусе по его оси установлен левый полувал 3, соединенный с парой поршней 4, и правый полувал 3, соединенный с парой поршней 5 так, что поршни делят канал на четыре камеры. Зазоры между поршнями 4, 5 и стенкой канала 2 перекрыты уплотнительными кольцами. Внешний торец полувала 3 выполнен в виде зубчатой полумуфты. В стенке чашки-вилки 6 имеется пара отверстий, в которые консолями к оси полувала соосно посажена неподвижно пара шипов шарнирного соединения с крестовиной 7. Другие соосные отверстия крестовины 7 охватывают наружные шипы вала 8. Внутренние шипы этого вала охвачены парой соосных отверстий крестовины 9, у которой другая пара соосных отверстий охватывает шипы ступицы 10. Чашка-вилка 6, крестовина 1, вал 8 образуют наружный универсальный шарнир; вал 8, крестовина 9, ступица 10 образуют внутренний универсальный шарнир, а все вместе образуют левый (правый) карданный вал 11, у которого полюса обоих универсальных шарниров совпадают. Ступицы 10 соединены шлицами с валом 12 и зафиксированы от осевого смещения упорными кольцами. При этом ступицы 10 установлены на валу 12 так, что оси их шипов расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и пересекаются на оси вращения вала 12. Вал 8 своим торцом опирается на упорный подшипник 13, установленный в корпусе 1 под углом у к оси вала 12. Насос 14 (фиг.5) сообщен окнами в его стенке со всасывающим-напорным каналами через замок 15. Размеры βmax, β, α, γ насоса в зависимости от заданной величины m определяют по следующему алгоритму.Case 1 consists of two symmetrical halves, bolted together along the plane of the connector. Each half of the housing contains its own part of the annular channel 2 with windows in its wall for water inlet and outlet. A left half shaft 3 connected to a pair of pistons 4 and a right half shaft 3 connected to a pair of pistons 5 so that the pistons divide the channel into four chambers are installed in the housing along its axis. The gaps between the pistons 4, 5 and the wall of the channel 2 are blocked by o-rings. The outer end of the half-shaft 3 is made in the form of a gear half-coupling. In the wall of the cup-fork 6 there is a pair of holes in which a pair of pivots of the swivel joint with the spider 7. are fixed coaxially to the axis of the half shaft 7. Other coaxial holes of the spider 7 cover the outer spikes of the shaft 8. The inner spikes of this shaft are covered by a pair of coaxial holes of the spider 9, which another pair of coaxial holes covers the spikes of the hub 10. Cup-fork 6, cross 1, shaft 8 form an external universal joint; the shaft 8, the spider 9, the hub 10 form an internal universal joint, and all together form a left (right) universal joint shaft 11, in which the poles of both universal joints coincide. The hubs 10 are connected by splines to the shaft 12 and are fixed from axial displacement by thrust rings. In this case, the hubs 10 are mounted on the shaft 12 so that the axes of their spikes are located in mutually perpendicular planes and intersect on the axis of rotation of the shaft 12. The shaft 8 rests on its end against the thrust bearing 13 mounted in the housing 1 at an angle y from the axis of the shaft 12. The pump 14 (Fig. 5) is communicated by windows in its wall with suction-pressure channels through the lock 15. The dimensions βmax, β, α, γ of the pump, depending on the given value of m, are determined by the following algorithm.

1. Находят функциональную связь между m и βmax.1. Find a functional relationship between m and βmax.

Объем кольцевого канала в 360° принимают за единицу. Так как сечение кольцевого канала постоянно, то объем кольцевого сектора пропорционален его угловому размеру в градусах (далее упомянутый объем измеряют в градусах кольцевого канала). Пусть поршни 4, 5 с размером βmax (теоретически) находятся в позиции максимального сближения (фиг.6), касаются один другого и занимают объем βmax·4, поскольку в кольцевом канале таких поршней четыре. Поэтому объем канала, в котором может находиться вода: 360° - 4·βmax. Этот объем воды за один оборот вала 12 прокачивают четырежды. Поэтому объем воды прокачиваемой за один оборот вала 12 (без учета объемного коэффициента полезного действия) определяют так: (360° - 4·βmax)·4=m·360°. Отсюда:The volume of the annular channel of 360 ° is taken per unit. Since the cross section of the annular channel is constant, the volume of the annular sector is proportional to its angular size in degrees (hereinafter, the said volume is measured in degrees of the annular channel). Let the pistons 4, 5 with size βmax (theoretically) be in the position of maximum approximation (Fig.6), touch each other and occupy the volume βmax · 4, since there are four such pistons in the annular channel. Therefore, the volume of the channel in which water can be located: 360 ° - 4 · βmax. This volume of water for one revolution of the shaft 12 is pumped four times. Therefore, the volume of water pumped in one revolution of the shaft 12 (excluding the volumetric efficiency) is determined as follows: (360 ° - 4 · βmax) · 4 = m · 360 °. From here:

Figure 00000002
Figure 00000002

Например, если m=0,5, то βmax=78,75°; если m=1,0, то βmax=67,50°; если m=2,0, то βmax=45°. При этом принимают конструктивный размер поршня β<βmax. Размер α окна выполняют чуть больше размера β или равным β при выполнении кромок окон с разгружающими фасками, то есть α≥β.For example, if m = 0.5, then βmax = 78.75 °; if m = 1.0, then βmax = 67.50 °; if m = 2.0, then βmax = 45 °. In this case, the structural piston size β <βmax is assumed. The size α of the window is slightly larger than the size β or equal to β when performing the edges of the windows with unloading chamfers, that is, α≥β.

2. Находят функциональную связь между γ и βmax.2. Find a functional relationship between γ and βmax.

2.1. Окружность кольцевого канала (далее ОК) (фиг.6 и 7) делят на четыре четверти двумя взаимно перпендикулярными осями OXY соответственно §15 книги М.Я.Выгодский Справочник по элементарной математике. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1958, с.348-350, фиг.227, 229 [1]. Пусть угол γ лежит в плоскости, перпендикулярной к плоскости осей OXY. За положительное направление вращения вала 12 и поршней 4 5 принимают вращение против часовой стрелки. За φ=0° принимают позицию шипов ступицы 10 на валу 12, при которой проекции осей шипов лежат на оси ОХ. Пусть при этом поршни 4 связаны с валом 12 так, что биссектрисы их угловых размеров и соответствующие оси шипов ступиц 10, с которыми связаны поршни 4, лежат в одной и той же плоскости. То же относится и к поршням 5, но они лежат в иной плоскости, чем поршни 4. (Далее позицию поршня определяют по позиции соответствующей биссектрисы). В позиции φ'=0° поршень 5 находится на границе начала первой четверти ОК (фиг 7), а поршень 4 повернут на 90° по ходу вращения относительно поршня 5 и находится на угле φ' - 90°, то есть на границе начала второй четверти ОК (фиг.6).2.1. The circumference of the annular channel (hereinafter OK) (Figs. 6 and 7) is divided into four quarters by two mutually perpendicular axes OXY, respectively §15 of the book by M.Ya. Vygodsky Handbook of elementary mathematics. M .: State publishing house of physical and mathematical literature, 1958, p.348-350, Fig.227, 229 [1]. Let the angle γ lie in a plane perpendicular to the plane of the OXY axes. For the positive direction of rotation of the shaft 12 and the pistons 4 5 take the counterclockwise rotation. For φ = 0 °, the position of the spikes of the hub 10 on the shaft 12 is taken, at which the projections of the axes of the spikes lie on the axis OX. Suppose that the pistons 4 are connected with the shaft 12 so that the bisectors of their angular dimensions and the corresponding axis of the spikes of the hubs 10 to which the pistons 4 are connected lie in the same plane. The same applies to pistons 5, but they lie in a different plane than pistons 4. (Next, the position of the piston is determined by the position of the corresponding bisector). In the position φ '= 0 °, the piston 5 is at the boundary of the beginning of the first quarter of OK (Fig. 7), and the piston 4 is rotated 90 ° in the direction of rotation of the piston 5 and is at an angle of φ' - 90 °, that is, at the boundary of the beginning of the second quarters OK (Fig.6).

2.2. Угол ψ вала 8, как функцию от угла φ поворота вала 12 от позиции φ=0°, определяют по формуле 11.4 из книги Артоболевский И.И. Теория механизмов. М.: Наука, 1967, с.249 [2], но записанной в условных обозначениях, приведенных выше:2.2. The angle ψ of the shaft 8, as a function of the angle φ of rotation of the shaft 12 from the position φ = 0 °, is determined by the formula 11.4 from the book I. Artobolevsky Theory of mechanisms. M .: Nauka, 1967, p.249 [2], but recorded in the conventions above:

Figure 00000003
Figure 00000003

а для определения угла φ' поршня в формуле 11.4 вместо φ подставляют значение ψ из формулы (2) и после корректных преобразований получают:and to determine the angle φ 'of the piston in formula 11.4, instead of φ, substitute the value ψ from formula (2) and after the correct transformations get:

Figure 00000004
Figure 00000004

Чтобы по формуле (3) получить правильное значение угла φ' учитывают знак (±) тангенса четверти ОК в которой движется поршень 4,5.In order to obtain the correct value of the angle φ 'according to formula (3), the sign (±) of the tangent of the quarter of the OK in which the piston 4,5 moves is taken into account.

2.3. Угол Δφ, соответствующий углу φ поворота вала 12 от позиции φ=0°, определяют по формуле:2.3. The angle Δφ corresponding to the angle φ of rotation of the shaft 12 from the position φ = 0 ° is determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

Например, максимальный угол опережения-отставания поршня от вала 12: Δφmax=±11,3° при γ=35,17°.For example, the maximum lead-lag angle of the piston from the shaft 12: Δφmax = ± 11.3 ° at γ = 35.17 °.

2.4. Принимают (интуитивные допущения, гипотезу), что:2.4. Accept (intuitive assumptions, hypothesis) that:

а) поршни 4, 5 в позиции предельного сближения (фиг.6) имеют равные скорости ω',a) the pistons 4, 5 in the position of ultimate rapprochement (Fig.6) have equal speeds ω ',

б) ускорения е поршней 4, 5 в позиции предельного сближения (фиг.6) равны по модулю и противоположны по знаку,b) the acceleration e of the pistons 4, 5 in the position of ultimate rapprochement (Fig.6) are equal in magnitude and opposite in sign,

г) поршни 4, 5 из позиции при φ=0° (фиг.7) в позицию их предельного сближения (фиг.6) передвигают поворотом вала 12 на угол φ=45° и переписывают формулу (3) для вычисления φ' так:d) the pistons 4, 5 from the position at φ = 0 ° (Fig. 7) to the position of their maximum rapprochement (Fig. 6) is moved by turning the shaft 12 by an angle of φ = 45 ° and rewrite the formula (3) to calculate φ 'as follows:

Figure 00000006
Figure 00000006

Учитывают, что φ=45°, tg 45°=1, φ'=90°-0,5·βmax, и после подстановки в формулу (5) и преобразований получают:Take into account that φ = 45 °, tg 45 ° = 1, φ '= 90 ° -0.5 · βmax, and after substituting into the formula (5) and transformations, we obtain:

Figure 00000007
Figure 00000007

βmax, γ вычисляют по формулам (1), (5); если m=1, то βmax=67,5°, γ=35,17°; если m=2, то βmax=45,0°, γ=49,9°;βmax, γ is calculated by the formulas (1), (5); if m = 1, then βmax = 67.5 °, γ = 35.17 °; if m = 2, then βmax = 45.0 °, γ = 49.9 °;

3. Проверяют корректность интуитивных допущений в п.2.4. Для этого:3. Check the correctness of the intuitive assumptions in 2.4. For this:

3.1. Определяют скорость ω' как первую производную φ' по φ, используя формулу (3):3.1. The speed ω 'is determined as the first derivative of φ' with respect to φ using formula (3):

Figure 00000008
Figure 00000008

Подставляют φ=45° - вычисляют скорость ω' поршня 5 (фиг.6). Подставляют φ=45°+90° - вычисляют скорость ω' поршня 4. Эти скорости равны через каждые 90°, то есть четырежды за один оборот вала 12, см. (фиг.8).Substitute φ = 45 ° - calculate the speed ω 'of the piston 5 (Fig.6). Substitute φ = 45 ° + 90 ° - calculate the speed ω 'of the piston 4. These speeds are equal every 90 °, that is, four times in one revolution of the shaft 12, see (Fig. 8).

3.2. График относительной скорости ω'/ω выполняют по формуле:3.2. The graph of the relative velocity ω '/ ω is performed according to the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

Экстремальные значения при γ=35,17°; ω'max/ω=1,5, ω'min/ω=0,67.Extreme values at γ = 35.17 °; ω'max / ω = 1.5, ω'min / ω = 0.67.

3.2. Определяют ускорение е как производную от скорости ω'/ω по углу φ, используя формулу (8):3.2. The acceleration e is determined as the derivative of the velocity ω '/ ω with respect to the angle φ using formula (8):

Figure 00000010
Figure 00000010

Подставляют φ=45° - вычисляют ускорение е поршня 5 (фиг.6). Подставляют φ=45°+90° - вычисляют ускорение поршня 4. Эти ускорения равны по модулю и противоположны по знаку через каждые 90°, а ε max=0,93 [1/рад].Substitute φ = 45 ° - calculate the acceleration e of the piston 5 (Fig.6). Substitute φ = 45 ° + 90 ° - calculate the acceleration of the piston 4. These accelerations are equal in magnitude and opposite in sign every 90 °, and ε max = 0.93 [1 / rad].

3.3. На основании вычислений по формулам (8). (9) и (10) принимают, что допущения а), б), в) п.2.4 корректны.3.3. Based on calculations by formulas (8). (9) and (10) assume that assumptions a), b), c) of clause 2.4 are correct.

4. Скорость ω' поршня 4, 5 в зависимости от скорости ω вала 12 и от угла φ=ωt его поворота от нулевой позиции (от границы в начале первой четверти ОК) определяют по формуле:4. The speed ω 'of the piston 4, 5 depending on the speed ω of the shaft 12 and the angle φ = ωt of its rotation from the zero position (from the border at the beginning of the first quarter of OK) is determined by the formula:

Figure 00000011
Figure 00000011

Приведенные формулы используют при проектировании объемного насоса для воды.The above formulas are used in the design of a volumetric water pump.

Работа. Пусть вал 12 вращают с постоянной угловой скоростью ω. Благодаря указанному выше взаимному расположению шипов универсальных шарниров кардана 11 поршни 4 и 5 вращают циклически неравномерно в противоположных фазах с двумя максимумами ω'max и двумя минимумами ω'min скоростей на каждом обороте вала 12. Этим объем камер между поршнями циклически увеличивают-уменьшают, а воду через окна перекачивают между входным и выходным каналами. Для реверсирования подачи воды вращение вала 12 реверсируют.Work. Let the shaft 12 rotate with a constant angular velocity ω. Due to the above mutual arrangement of the spikes of universal joints of the universal joint 11, the pistons 4 and 5 rotate cyclically unevenly in opposite phases with two maxima ω'max and two minima ω'min of speeds at each revolution of the shaft 12. This increases the volume of the chambers between the pistons cyclically increase-decrease, and water is pumped through the windows between the inlet and outlet channels. To reverse the water supply, the rotation of the shaft 12 is reversed.

Claims (2)

1. Объемный насос для воды, содержащий кольцевой канал постоянного сечения в стенке для входа-выхода воды и в нем две пары поршней, каждый из которых расположен между поршнями другой пары, причем пары поршней жестко соединены с отдельными для каждой пары соосными полувалами, связанными кинематически с ведущим валом посредством карданных валов с возможностью вращать полувалы с поршнями в кольцевом канале циклически неравномерно при равномерном вращении ведущего вала, отличающийся тем, что максимально возможный угловой размер поршня βmax определяют соответственно формуле
βmах=90°-m·22,5°,
где m - заданный объем воды, выраженный в безразмерной доле от полного объема кольцевого канала, прокачиваемый за один оборот ведущего вала, при этом угловой размер β поршня не больше углового размера α впускного-выпускного окна, причем угол γ излома осей валов универсальных шарниров карданных валов устанавливают соответственно формуле
Figure 00000012
1. A volumetric pump for water, containing an annular channel of constant cross section in the wall for water inlet and outlet and there are two pairs of pistons, each of which is located between the pistons of the other pair, and the pairs of pistons are rigidly connected to separate for each pair of coaxial axles connected kinematically connected with a drive shaft by means of cardan shafts with the ability to rotate half shafts with pistons in the annular channel cyclically non-uniformly with uniform rotation of the drive shaft, characterized in that the maximum possible angular piston size βmax o limit according to the formula
βmax = 90 ° -m22.5 °
where m is a given volume of water, expressed in a dimensionless fraction of the total volume of the annular channel, pumped per revolution of the drive shaft, while the angular dimension β of the piston is not greater than the angular size α of the inlet-outlet window, and the angle γ of the axis of the shafts of the universal joints of cardan shafts set according to the formula
Figure 00000012
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что сообщен с всасывающим-напорным каналами через гидрозамок. 2. The pump according to claim 1, characterized in that it is in communication with the suction-pressure channels through a hydraulic lock.
RU2010130620/06A 2010-07-21 2010-07-21 Water displacement pump RU2451185C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130620/06A RU2451185C2 (en) 2010-07-21 2010-07-21 Water displacement pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130620/06A RU2451185C2 (en) 2010-07-21 2010-07-21 Water displacement pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010130620A RU2010130620A (en) 2012-01-27
RU2451185C2 true RU2451185C2 (en) 2012-05-20

Family

ID=45786271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010130620/06A RU2451185C2 (en) 2010-07-21 2010-07-21 Water displacement pump

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451185C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2527806C1 (en) * 2013-05-23 2014-09-10 Юрий Феликсович Черняков Pump (versions)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB454350A (en) * 1935-02-23 1936-09-29 Cie Des Machines Pneumatiques Improvements in rotary compressors or pumps
US3712081A (en) * 1971-01-11 1973-01-23 G Philipp Universal joint for coupling a plurality of shafts
RU2011894C1 (en) * 1991-07-15 1994-04-30 Челябинский государственный технический университет Two-way hydraulic lock
RU2016239C1 (en) * 1992-03-11 1994-07-15 Георгий Алексеевич Савин Positive displacement engine
RU2181845C2 (en) * 2000-06-02 2002-04-27 Ямилев Марат Мунаварович Positive displacement rotary machine
UA75431C2 (en) * 2004-02-13 2006-04-17 Feliks Aronovych Cherniakov Mechanism of piston interconnection

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB454350A (en) * 1935-02-23 1936-09-29 Cie Des Machines Pneumatiques Improvements in rotary compressors or pumps
US3712081A (en) * 1971-01-11 1973-01-23 G Philipp Universal joint for coupling a plurality of shafts
RU2011894C1 (en) * 1991-07-15 1994-04-30 Челябинский государственный технический университет Two-way hydraulic lock
RU2016239C1 (en) * 1992-03-11 1994-07-15 Георгий Алексеевич Савин Positive displacement engine
RU2181845C2 (en) * 2000-06-02 2002-04-27 Ямилев Марат Мунаварович Positive displacement rotary machine
UA75431C2 (en) * 2004-02-13 2006-04-17 Feliks Aronovych Cherniakov Mechanism of piston interconnection

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2527806C1 (en) * 2013-05-23 2014-09-10 Юрий Феликсович Черняков Pump (versions)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010130620A (en) 2012-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3512904A (en) Progressing cavity helical pump
US4844708A (en) Elliptical-drive oscillating compressor and pump
NO332496B1 (en) Helical fluid displacement rotor structures
RU2451185C2 (en) Water displacement pump
CN104454514B (en) Vane pump
US2891482A (en) Rotary machine adapted to operate as a pump or as a fluid motor
JP2007198219A (en) Magnetic pole type power transmission structure and pump device
TW201405011A (en) Rotary piston pump with optimised inlets and outlets
US2446194A (en) Pump construction
CN102301140B (en) Positive displacement pump with impeller and method of manufacturing
CN1105224C (en) Positive-displacement piston mechanism of rotary piston structure
US10584747B1 (en) Fuel pump bearing with non-concentric inner diameters
US2836125A (en) Rotary pump with interacting tri-lobed impellers
KR101873158B1 (en) A pump
CN105179242A (en) Double-stage and double-acting liquid ring pump
US10273946B2 (en) Rotary fluid device with bent cylinder sleeves
CN204984891U (en) Two effect liquid rotary pumps of doublestage
US9863408B2 (en) Slipper retainer for hydraulic unit
US9435378B1 (en) Roller bearing outer race for hydraulic unit
US3680444A (en) Rotary kinetic device with coplaner tandem pistons
CN208330718U (en) High leakproofness gear oil pump
US2590751A (en) Flat rotary pump
JP2012087772A (en) Rotary pump
EP3045720B1 (en) Slipper retainer ball for hydraulic unit
US1545849A (en) Pump or motor