SE437544B - Generator for alstring av trycksatt fluidum - Google Patents

Description

78-05445-9 dåligt utnyttjande av den energi, som frigörs av förbränningen.

Den mekaniska trnasmissionen från vevaxeln medför ännu en förlust av mekanisk kraft som kan vara betydande.

.Ett annat resultat av kopplingen genom vevaxeln är att dess rota- tion framkallar mekaniska sidokrafter på kolvarna, vilka ger upp- hov till förslitning av cylindrarna, å ena sidan, och, å andra sidan, framkallar kolvslag eller buller när kompressionsförhållan- det blir högt.

Dessutom kräver regleringen av driftsändringar (hastighetsändringar och omvändning av rörelseriktningen) komplicerade kuggväxelmeka- nismer, som är dyrbara och skrymmande, vilka mekanismer till och med kan vara mer skrymmande och tyngre än själva motorn.

Med föreliggande uppfinning åstadkoms en generator av inlednings- vis angivet slag med i krav l angivna kännetecken.

Med uppfinningen åstadkoms en generator vid vilken ovannämnda olägenheter eliminerats eller avsevärt reducerats. Den kan efter behov utföras som extremt kompakta eller företrädesvis fördelade motorer, i vilka problemen med de traditionella, skrymmande kopp- lingsanordningarna eliminerats, som orsakar avsevärda mekaniska förluster.

Generatorn enligt uppfinningen kan även anordnas så att drifts- villkoren kan direkt regleras på flexibelt och jämnt sätt, obe- roende av transport- eller arbetsanordning.

Generatorn enligt uppfinningen har även höga prestanda och minskat utrymmesbehov. Én särskilt värdefull fördel som vinns med generatorn enligt upp- finningen är att drivfunktioner kan utföras under gynnsamma för- hållanden beträffande utrymmesbehov och decentralisering, med ett så gynnsamt förhållande mellan vikt och effekt, även i diesel- version, att den med fördel kan konkurrera med den konventionella bensinmotorn. 7805445-9 Bland de anmärkningsvärda fördelar, som kan uppnås med generatorn enligt uppfinningen kan särskilt nämnas: Den mycket låga buller- nivån, mycket låg vibrationsnivå, eliminering av problemen med cylinderförslitning, eliminering av effektförluster på grund av traditionella kopplings- och transmissionsmekanismer samt avsevärd minskning av de inneboende olägenheterna med användning av de klassiska organen för effektöverföring.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen åtskiljs de meka- niska och termiska partierna, vilket avsevärt förenklar problemen med smörjning och ökar systemets mekaniska pålitlighet till nivåer, som vanligtvis är reserverade för motorer med stor effekt.

Dessutom tack vare de minimala, mekaniska förlusterna säkerställer generatorn enligt uppfinningen god bränsleekonomi och i den före-_ dragna utföringsformen till följd av åtskiljandet av de mekaniska och termiska partierna kan den arbeta vid högre temperaturer och därigenom säkerställa fullständigare förbränning i förbränninge- kammaren och därmed garantera mindre föroreningar än olika tradi- tionella motorer.

Uppfinningen beskrivs i form av exempel i det följande i detalj med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l schema- tiskt visar uppbyggnaden av generatorn enligt uppfinningen, fig. 2 en sektion av en utföringsform av högtryckspumpkolven i fig. 1, fig. 3 en afiæmatisk bild av generatorn enligt uppfinningen i för- bindelse med en hydraulkrets för automatisk reglering, fig. 4 ett första exempel på en utföringsform av generatorn enligt uppfinningen, fig. 5 ett andra exempel på en utföringsform av generatorn enligt uppfinningen, fig. 6 och 7 två utföringsformer av skarvarna eller lederna i fig. 5, fig. 8 ett tredje exempel på en utföringsform av generatorn enligt uppfinningen, fig. 9 en variant av utförings- formen enligt fig. 8 för användning såsom kompakt motorkompressor, och fig. 10 en sektion längs X~X i fig. 9, utvisande en detalj av anordningen för tillförsel och evakuering av luft.

Fig. l illustrerar schematiskt uppbyggnaden av fluidtrycksgene- ratorn enligt uppfinningen. Generatorn innefattar en drivmotor l0 och en högtryckspump 20 med direkt, konematisk förbindelse med 1, h m vAl " ~ fb' ilj; Gíhhzfzl. 7805445- 9 IP varandra. Drivmotorn är typiskt en kolvmotor, schematiskt repre- senterad av en cylinder l, i vilken en kolv 2 förflyttas med en fram- och återgående translationsbana, varvid en lämplig hjälp- anordning (ej visad på ritningen för tydlighetens skull) säker- ställer kolvens 2 returrörelse. Denna kolv driver högtryckspumpen 20. Denna representeras, såsom exempel, av en enda cylinder, i vilken är anordnad en kolv 24 ( beskriven senare under hänvisning till fig. 2), som är kopplad i direkt förbindelse med motorcylin- derns kolv 2. Pumpens 20 cylinder har en tilloppsöppning 21 för fluid och en utloppsöppning 22 för fluid. Tilloppsöppningen 21 för fluid är förbunden med en källa för fluid (exempelvis olja), repre- senterad av behållaren 4 genom en reglerventil 5 för flödet. Ut- loppsöppningen för fluid 22 är försedd med en klaffventil 23. Ut- loppsledningen 6 matar med fluid under tryck ett valfritt manöver- organ, vilket kan vara ett roterbart organ 7, såsom visas som exempel, avsett att omvandla den effekt som är ackumulerad i fluiden under tryck till rotationseffekt. Manöverorganet kan uppenbarligen vara ett organ med linjär translationsrörelse, såsom en domkraft, som driver ett verktyg. ventilen 5 är anordnad att alltid tillåta passage av en restström: denna symboliseras av förbiledningen 31 i fig. 1. Ändamålet är att alltid säkerställa tillräcklig smörjning. Då ventilen 5 sålunda tillåter passage av en restström, kommer en ventil 9 att säkerställa retur av fluiden mot behållaren 4. En matarpump 13 ger regelbunden funktion i tomgång och en god fyllning vid hög hastighet.

Omvändning av manöver- eller drivorganets 7 rörelseriktning styrs genom verkan av en växelventil 8. Frikopplingen av drivorganet 7 styrs av magnetventilen 9, som förbileder fluiden direkt mot be- hållaren 4 genom ledningen 12.

Fig. 2 visar i en längdsektion en utföringsform av kolven 24. Denna består av en ring, försedd med klackar 26 och 27, mellan vilka med spelrum är anbragt ett huvud 28, som är fäst vid änden av spindeln 29 på sådant sätt, att detta huvud 28 kan spela rollen av en klaff- ventil under den fram- och återgående förflyttningen av spindeln 29, såsom beskrivs senare. ?805445~9 För att förklara funktionssättet hos denna anordning antas med hänvisning till fig. l, att ventilen 5 är öppen och att kolven 24 som drivs av spindeln 29 under impulser från kolven 2 är för- flyttad i pilens A riktning. Klaffventilen 23 är då stängd. Fluid fyller sålunda cylindern genom öppningen 30 i kolven 24, som då frigör huvudet 28, såsom visas i fig. 1. Fluiden införs med rela- tivt lågt tryck genom matarpumpen 13.

Under explosions- eller förbränningsfasen och trycksänkning i cylindern l, driver kolven 2 spindeln 29 i pilens B riktning.

Huvudet 28 kommer sålunda att spärra öppningen 30 i kolven 24 och medbringar denna i pilens B riktning. Kolven 24 komprimerar så- lunda den fluid, som upptar cylinderns volym uppströms utloppsven- tilen 23, och den komprimerade fluiden drivs tillbaka genom ventilen 23 mot drivorganet 7. När all fluiden är tillbakadriven är kolven 24 återförd i pilens A riktning, varvid sålunda matningsfluiden tillåts fylla hela den fria volymen i cylindern, såsom beskrivits ovan. Cykeln upprepas därefter till svar på den fram- och återgående driften av kolven 2. Vid utloppet från pumpen 20 är en hydraulisk ackumulator ll inrättad, vilken anordning är i och för sig känd och har till ändamål att dämpa stötarna.

För att reglera drivorganets 7 rotationshastighet, är det tillräck- ligt att reglera matningshastigheten för fluid medelst ventilen S.

När denna är helt öppen, är flödet maximalt, ävensom rotations- hastigheten hos drivorganet 7, medan trycket av fluiden och rota- tionsmomentet är minimala. När ventilen 5 är delvis stängd, är fluidflödet som införs i pumpens 20 cylinder reducerat i propor- tion till ventilens stängningsgrad. Fluiden upptar då i cylindern en volym, som är reducerad proportionellt mot reduktionen av flödet, och på grund av denna reduktion av den volym, som upptas av fluiden, alstras ett vakuum i pumpens 20 cylinder. När kolven 24 förflyttas i pilens B riktning och kolven påverkas med samma energi som tidi- gare och under den första delen av dess slaglängd ackumuleras ener- gin i form av tröghet i de rörliga delarna, innan kolven börjar att uttömma fluiden genom utloppet 22. När kolven når fluiden,för- flyttar den denna med en kraft, som resulterar av den energi, som ackumulerats under den första delen av dess slag, och av den rest- energi som uppkommer genom expansion av gaserna i cylindern 1. vwm,~~ rain, : .m - "ln _ ll, _ __-.. -T **' ~» T -\. llnsrarl; ' u.."\”-- 7805445-9 Trycket av fluiden vid utloppet 22 från pumpen 20 ökas sålunda av denna tröghetsverkan. vilket på detta sätt möjliggör ökning av drivmomentet hos drivorganet 7. Vad beträffar rotationshastig- heten minskas den såsom funktion av tryckökningen. Med enheten enligt uppfinningen uppnår man sålunda en smidig och noggrann reglering av hastigheten och vridmomentet helt enkelt genom reg- lering av strömmen av fluid, utan inverkan av någon transmissions- mekanism och utan nämnvärda mekaniska förluster.

Variationer i drivmomentet och hastigheten, som bibringas driv- organet 7, kan likaledes utföras automatiskt på mycket enkelt sätt.

Principen för en hydraulisk krets för detta ändamål visas schema- tiskt i princip i fig. 3. Vid pumpens 20 utloppsledning 6 är en anordning 31 förbunden som liknar en hydraulisk ackumulator, vars högre tryck är förinställbart. Denna anordning 31 innefattar ett membran 32, vilket kan avböjas såsom funktion av skillnaden mellan de tryck, som råder vid dess två sidor. I den, såsom exempel visade utföringsformen är mottrycket förinställt med hjälp av en skruv 31A, som spänner ett andra membran 32A. På fluidinloppsledningen är en ventil 33 inkopplad, vilken styrs av motorns hastighet för att tillåta start av generatorn. Ventilen 33 är förinställd till delvis stängt läge. När generatorn uppnår ett driftstillstånd i vilket den kan uppbära belastningen från drivorganet 7 med en uteffekt av något reducerat tryck öppnas ventilen 33 för att tillåta anordningen 31 att överta styrningen av hastighet och drivmoment hos organet 7.

När ventilen 33 är öppen, är pumpens 20 cylinder helt fylld med fluid, varvid strömmen av fluid är maximal och dess tryck är mini- malt. Membranet 32 i anordningen 31 är då belastat för att inta det läge, som betecknas med 5 på ritningen. Motorns hastighet är då maximal och dess rotationsmoment är så litet som möjligt. När rotorn är påverkad avtar dess hastighet och dess moment ökar, medan fluidens tryfl<ökar. Membranet 32 är då belastat för att inta läget, som betecknas Q på ritningen. När hålrummet i anordningen 31 sålunda ökas, kommer den slutna krets som bildar det hydrauliska systemet icke längre att innehålla tillräckligt med fluid för att fylla pumpens 20 cylinderkamare och cylindern är alltså delvis fylld med fluid. Emedan samma kraft alltid utövas på kolven 24 i pumpen, ökas den energi som ackumuleras genom tröghet i de delar, 7805445~9 som är i rörelse, och den komprimerade fluidens tryck vid utloppet 22 från pumpens cylinder ökar. Variationerna i fluidens tryck följer sålunda kontinuerligt och jämnt variationerna i drivorga- nets hastighet och den förinställda anordningen 31 verkar som en automatisk variator för organet 7. Uppströms ventilen 33 är en ackumulator med membran 34 inkopplad, vilken har till ändamål att neutrlisera fluidens tryckstötar vid drift i tomgång eller vid överbelastning.

I händelse av blockering fortsätter den hydrauliska kretsen att fungera genom avledningen 81, som är försedd med en ställbar ven- til 82.

En intressant egenskap, som bör understrykas, är att genom fluid- tekniken sker ändringar i funktionshastighet med utomordentlig smidighet, utan stötar och mycket tyst.

Fig. 4 illustrerar ett första exempel på en utföringsform som är lämplig såsom förbränningsmotor. Utföringsformen innefattar fyra drivcylindrar med tvåtaktsexplosion, varvid varje cylinder inne- håller två motställda kolvar. Cylindrarna l är anbragta parallellt med varandra såsom en revolvertrumma. En av dessa cylindrar visas i sektion. Man observerar de två kolvarna 2A och 2B, av vilka den första visas i sektion. Kolvarna driver svängplattor. Kolven ZA och de motsvarande kolvarna i de andra cylindrarna driver sväng- plattan 35. Kolven 2B och motsvarande kolvarna i de andra cylind- rarna driver svängplattan 36. En fördelaktig sida av driften med svängplattor är att variationen av kolvarnas hastighet i närheten av slagets slut sker på särskilt fördelaktigt sätt, både för för- bränningen och för utblåsningen. På detta sätt anslås längre tid, dels för förbränningen, och dels för utblåsningen. Fullständigare förbränning säkerställs sålunda och härav uppkommer på fördel- aktigt sätt mindre förbrukning.

Till varje drivkolv 2 är genom kinematisk stel förbindelse kopplad en högtryckspump 20. I den visade utföringsformen enligt fig. 4 består såsom exempel varje pump av en konventionell sug- och tryck- pump. Fluiden för matning införs genom reglerventilen 5 för flödet.

I fig. 4 visas likaledes schematiskt anslutningen av matarpumpen 13. 7805445-9 En särskilt fördelaktig egenskap hos denna utföringsform av upp- finningen är att den har ett montage i en kinematisk stel linje, som säkerställer en låg buller- och vibrationsnivå och medför en stor förenkling av konstruktionen.

I det i fig. 4 visade exemplet är varje drivcylinder hermetiskt sluten vid sina två ändar av skiljeväggar 41 och 42, som uppdelar stommen i tre kammare för att åstadkomma ett separat vevhus, gemen- samt för alla cylindrar och beläget vid varje sida av cylinder- blocket. Det framgår tydligt av fig. 4 att cylindern l är till- sluten vid sina ändar av mellanväggen 41 till vänster och av mellan- väggen 42 till höger. Det framgår likaledes att huset 43, som inne- håller den svängbara plattan 35, är skild från drivcylindrarna 1.

Likaledes innehåller huset 44 (till höger i fig. 4) den svängbara plattan 36.

Utförandet med vevhuset åtskilt från cylindrarna har den väsent- liga fördelen att ett oberoende och effektivt smörjsystem kan _åstadkommas för delarna i vevhusen. Fördelen med adekvat smörj- ning av element, som är termiskt belastade och element vid låg termperatur, är uppenbar.

På grund av tillslutningen av cylindrarna l vid deras ändar, inne- fattar var och en av dem utanför sin mantel en överföringskanal för att leda luften från ett lågtrycksutrymme till det andra och in i cylinderns explosionskammare. Vid 39 i fig. 4 visas förbindel- sehål till överföringskanalen för en nedre cylinder.

I denna utföringsform visas montaget av kopplingskulleder för kolv- stängerna vid de svängbara plattorna i gejder 38.

Fig. 5 visar en andra utföringsform av uppfinningen. På ritningen betecknar samma hänvisningssiffror som i fig. 4 likartade eller ekvivalenta organ. I denna utföringsform är en enda högtrycks- pump 20 inrättad, som drivs av den svängbara plattan 36. Denna är kopplad till den svängbara plattan 35 genom axeln 37 för att hos plattan 36 samla hela effekten från drivcylindrarna l för att påverka pumpen 20. 7805445-9 I det i fig. 5 visade exemplet innefattar högtryckspumpen med fördel ett flertal parallella cylindrar, som matas av matarpumpen 13. Man förbättrar på så sätt verkningsgraden hos den hydrosta- tiska anordningen genom att tillåta högre hastighet hos motorn, medan volymen i varje pumpcylinder reduceras och sålunda minskas på fördelaktigt sätt påkänningsnivåerna i de delar, som är i rörelse.

Matningsfluiden, som kommer från behållaren 4 (fig. l) genom ven- tilen 5 för reglering av flödet, införs genom rörledningen 21.

Pumpens utlopp 22 är förbundet med den hydrauliska krets, som matar drivorganet 7.

Husen 43 och 44 innefattar urholkningar 45 och 46, i vilka kam- rullar 47 och 48 hos de svängbara plattorna är glidbara för att hålla dessa och säkerställa de fram- och återgående rörelserna av kolvarna 2A och 2B, ävensom axelns 37 rotation. För att åstadkomma täthet till höger om väggarna 41 och 42, medan passage och rörelse av kolvstängerna tillåts, vilka ingriper med de svängbara plattorna 35 och 36, sträcker sig kolvstängerna genom väggarna 41 och 42 i mjuka och täta packningar.

Ett utföringsexempel visas i sektion i fig. 6. Det innefattar en kropp 51 med ett väsentligen sfäriskt mittparti med en passage för kolvstången 52 och en krage 53, som omger kroppens 51 sfäriska parti på sådant sätt, att detta sfäriska parti kan förflyttas i hålrummet i kragen 53. Denna uppvisar två par parallella flänsar 54 och 55, som är praktiskt taget vinkelräta mot kroppens 51 längd- axel, vilka par flänsar tjänar att ingripa med väggen 56 med ett radiellt spelrum. Fig. 7 visar en annan utföringsform. I denna har kroppen 61 av böjligt och fluidtätt material minst en passage försedd med en hylsa av friktionsbeständigt material och har ytter- flänsar som ingriper med väggen 66 med radiellt spelrum mellan hylsa och skiljevägg.

Fig. 8 illustrerar ett exempel på en utföringsform av en drivanord- ning enligt uppfinningen för gasformig fluid.

I denna utföringsform finns en tvåtaktsmotorcylinder 1, som inne- ' "°°'*'*""""' “"""”""_'__'_""""' ' P 7805445-9 10 håller tvâ motställda kolvar, samt en luftkompressor, vilken mot- svarar högtryckspumpen 20 i fig. 5, men endast har en cylinder med stor volym. Luftkompressorn innefattar två motställda kolvar 71 och 72, som är kopplade till de svängbara plattorna 35 resp. 36. Utloppsöppningen för luft 22 är försedd med en klaffventil 23. Kolvarna 71 och 72 består av en kropp, som är genomborrad av axiella öppningar 73 och försedd med en bricka 74, monterad med ett axiellt spelrum på sådant sätt, att den fungerar såsom en klaff- ventil. öppningarna 73 är tillslutna av brickan 74, när kolvarna förflyttas mot varandra. Den luft som innehålls mellan de två kolvar- na komprimeras sålunda och drivs genom ventilen 23. När kolvarna 7l och 72 avlägsnas från varandra passerar den luft som tillförs i cylindern genom öppningarna 73, som vid denna tidpunkt frigör brickan 74, varvid denna luft fyller kammaren mellan de två kolvarna.

Med denna utföringsform är den hydrostatiska kretsen enligt fig. l anpassad till att bilda en pneumatisk krets.

Smörjningen av de mekaniska organen säkerställas i denna utförings- form på kontinuerligt sätt genom finfördelning av en adekvat mängd olja i den insläppta luften. Denna speciella egenskap har fördelen att ge bekväm smörjning och överlägsen täthet hos drivorganet.

Fig. 9 och 10 visar en modifikation av utföringsformen enligt fig. 8. Denna utföringsvariant skiljer sig väsentligt från den i fig. 8 visade utföringsformen endast genom att luftkompressorns kolvar 71 och 72 icke är genombrutna av axiella öppningar. Denna utförings- form är med fördel lämpad såsom kompakt motorkompressor, vilken drar fördel av alla generatoregenskaperna enligt uppfinningen.

I fig. 5, 8 och 9 visas den fördelaktiga utföringsformen av kul- lederna för kolvstängerna, såsom kulleden 75. Denna innefattar tvâ delar. Den första delen 76 är förbunden med kolvstången, och den andra delen 77 uppvisar en kontakt- och tryckyta med större krök- ningsradie än radien hos delen 76 på vilken en svagare dragkraft utövas.

Claims (4)

7805445-9 11

1. Patentkrav. lr Generator för alstríng av trycksatt fluídum innefattande en kammarförsedd stomme, k ä n n e t e c k n a d av att stomen är utformad med tre kamrat, åt- skilda från varandra i en central och två sidobelägna kamrar med fasta, fluidtäta skiljeväggar (41,42), samt med ett centralt lopp, i vilket en axel- anordning är roterbart monterad, varvid åtminstone en ände av axelanordningen sträcker sig från stommen, samt att minst tvâ cylindrar (1) är anordnade i den centrala kammaren, varvid var och en av cylindrarna innefattar två glidbart och motställt monterade kolvar (2A,2B;7l,72), vilka var och en uppvisar två motstå- ende arbetsytor, varjämte de vid de två kolvarna hos varje cylinder fästa kolv~ stängerna sträcker sig genom var sin skiljevägg genom en fast, fluidtät tätning (5l,61), samt att två svängplattor (35,36) är belägna i var sin sidobelägen kammare (43,44), varvid vardera svängplattan är fäst vid axelanordningen samt innefattar organ (75) för mekanisk fastsättning av kolvstängerna som sträcker sig genom skiljeväggarna in i tillhörande sidobelägna kammare.

2. - Generator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda tätning innefattar en kropp (51), med ett väsentligen sfäriskt, centralt parti med en passage för kolvstången (52) samt en krage (SQ, som omger det sfäriska mittpartiet för att tillåta detta att röra sig i kragens hšlrum, varvid kragen uppvisar parallella flänspartier (54,55), vilka tjänar till att med ett radiellt spelrum ingripa med den tillhörande skiljeväggen (56).

3. Generator enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att tärningen innefattar en kropp (61) av böjligt och fluidtätt material, som har åtminstone en passage, försedd med en hylsa av friktionsbeständigt material, och med en hylsa av flänsar, som tjänar till att ingripa med den tillhörande skilje- väggen (66).

4. - Generator enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k ~ n a d av att nämnda organ för mekanisk fastsättning av varje kolvstång vid en motsvarande svängplatta (35,36) innefattar vardera en kulled (75) med två kontakt- och tryckytor av olika krökningsradie. S. Generator enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att åtminstone en av svängplattorna (35,36) uppvisar organ för mekanisk fastsättning av kolvstângen hos en pump (20) för högtrycksfluidum. ”un-www” i” 'Éï3 i