SE453317B - Sjelvreglerande hydrostatiskt blocklager - Google Patents

Description

05 10 15 20 25 30 35 N 453 317 blocket medför att ventilen 4 öppnas av en stötstâng 5 för att släppa in vätska i lagret från tryckinloppet 6. Dennaï vätska överförs till blockets inåtvända yta 7 och dess ut- âtvända fördjupning 8 genom kanalen 9. Fördjupningen be- gränsar en tätningskant 10 som ligger an mot den rörliga delen 11 som har en effektiv hydrostatisk area som är vä- sentligen lika med det cylindriska urtagets 2. I praktiken kräver detta att urtagets 2 diameter är ungefär lika med medelvärdet av tätningskantens ytterdiameter och innerdia- meter. Detta grundkrav nödvändiggör den visade trappstegs- formen hos blocket.

Pilen 12 visar den rörliga delens rörelseriktning, och det finns en liten friktionskraft vid blockytan som tvingar blocket i denna riktning. Utan urtaget 3 skulle friktions- kraften ge upphov till en reaktionskraft såsom antyds av pilen 13. Eftersom reaktionskraften verkar på avstånd från blockytan uppstår ett kraftpar som medför att blockets 14 framkant hugger in i ytan hos den rörliga delen. För att förhindra detta anordnas i allmänhet urtaget 3 för att ge en reaktionskraft vid pilen 15. Eftersom blocket kräver en mycket noggrann passning i urtaget 2 för att förhindra ut- pressning av tätningen, måste emellertid urtagen 2 och 3 samt blocket tillverkas med mycket snäva toleranser med hö- ga kostnader som följd. Även dâ tas reaktionsbelastningen delvis upp av tätningen 16, som medför att blockets fram- kant har en tendens att hugga in. Resultatet är att den här typen av konstruktion har visat sig vara allmänt opålitlig och oberäknelig.

Det bör också noteras att matartrycket i kanalen 6 som ver- kar på kulventilen 4 också verkar på blockenheten, något som stör blockets hydrostatiska balans. På grund av detta kan endast en mycket liten kulventil användas. Detta re- sulterar i otillräckligt stödtryck under snabbt varierande belastningar och känslighet för läckage.

Kända blocklagerkonstruktioner såsom den ovan beskrivna är 05 10 15 20 25 30 35 3 453 317 begränsade till användningen av antingen mycket små kägel- ventiler om man inte vill försämra blockets hydrostatiska balans (varmed lagrets användbarhet minskas p g a den då- liga följsamhet till snabbt varierande belastningar och känsligheten för läckage), eller slidventiler som har in- byggd balans men som av vätskor med låg viskositet vid högre tryck utsättes för läckage och erosion och lätt kan kärva om det finns fasta partiklar i den tillförda väts- kan. För vissa tillämpningar är en slidventil dock godtag- bar.

Ett ytterligare krav på hydrostatiska blocklager av den typ som uppfinningen avser är att kopplingen mellan blocket och den lägesavkännande ventilen måste vara glappfri, dvs en rörelse hos blocket bör orsaka en omedelbar motsvarande rö- relse hos ventilen.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett hydrostatiskt blocklager i vilket blocket uppbärs i ett i huset upptaget urtag med endast en diameter på så sätt att alla tendenser hos blocket att hugga in i den rörliga delen reduceras till ett minimum utan att ett trappstegs- format block behöver användas. Såsom förklarats ovan med hänvisning till Pig 1, måste blocklager stödjas diametralt mycket nära intill den rörliga delen för att inte tippa och föra fram en skarp framkant mot den rörliga delens yta.

Detta är svårt att uppnå i kända blockkonstruktioner efter- som diametern hos den utåtvända ytan måste vara större än tätningsdiametern (såsom är fallet i den ovan beskrivna konstruktionen) för att åstadkomma lika stora hydrostatiska areor. För att åstadkomma ett nära stöd måste den yttre di- ametern ha en noggrann passning i huset, något som också gäller för tätningsdiametern för att undvika utträngning av tätningen, men den större diametern måste ha den snävaste passningen vid alla toleransförhållanden, och detta leder till mycket snäva tillverkningstoleranser och höga produk- tionskostnader. 05 10 15 20 25 30 35 453 317 4 Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en konstruktion i vilken antingen en slidventil eller en ventil av kägeltyp med stor diameter, företrädes- vis den senare, kan användas, varvid ventilen kopplas till blocket på ett sätt som eliminerar glapp. I begreppet kä- gelventil ligger också det som beskrives som en plattsätes- ventil 18 i samband med Fig 2.

Föreliggande uppfinning avser ett hydrostatiskt blocklager enligt ingressen till patentkravet 1.

Ovannämnda ändamål hos ett sådant hydrostatiskt blocklager uppnås genom att lagret uppvisar de i patentkravet 1 angiv- na kännetecknen.

Föredragna utföringsformer beskrives som exempel med hänvis- ning till de övriga ritningarna, där: Fig 2 visar ett blocklager med en lägesavkännande ventil enligt uppfinningen och Fig 3 visar en kolvpump med variabelt deplacement, vari ingår blocklager enligt uppfinningen.

Fig 2 visar ett blocklager enligt uppfinningen. Blocket 17 passar in i ett urtag 17a och ventilen tätas vid sin cylin- deromkrets 19 av en tätningsanordning 20. Ventilen 18 är och är låst 21 ytterände flexibel utåtvända fixerad vid det gängade partiet på en stång 21 i justerbart läge av en låsmutter 22. Stångens är utformad delvis sfärisk för att upprätta en kulledsförbindelse 23 med blocket 17. Stângens yta 24 är anordnad att ligga nära intill men icke i kontakt med den rörliga delens yta 25. Tätningskanten 31 hos platt- sätesventilen 18 ligger an mot ett ventilsäte 26 som i sin tur passar in i en delvis konisk fördjupning 27 i huset.

Ett antal lätta fjädrar 28 passar in i motsvarande borr- ningar i huset och belastar blocket utåt, som medför att kulleden 23 inkopplas och tätningskanten 31 ligger an mot ventilsätet 26 för att förhindra vätskan i kanal 29, som är 05 10 15 20 25 30 35 5 453 317 under matartryck, från att komma in i blocklagret. Venti- lens 18 inåtvända yta är i förbindelse med det lägre tryck- et i huset genom kanalen 30.

Medeldiametern hos plattsätesventilens 18 tätningskant 31 och diametern hos kontaktlinjen 32 mellan ventilsätet 26 och huset är väsentligen lika med diametern 19 hos platt- sätesventilen, för att därmed förhindra reaktion från ma- tartrycket mot plattsätesventilen eller ventilsätet 26. Ven- tilenheten är i sig själv i hydrostatisk balans vad beträf- far matartrycket. Ventilmanövreringskrafterna är därmed vä- sentligen oberoende av matartrycket. När belastningen påfö- res trycker ytan 25 hos den rörliga delen blocket 17 inåt och kommer i kontakt med stångens 21 utåtvända yta 24 för att öppna ventilen 18 och släppa in vätska i lagret. Så fort det finns tryck i lagret verkar detsamma mot ventilens 18 tätningskant 31 för att förflytta ventilen 18 och stång- en 21 inåt och inkoppla kulleden 23. Kulleden 23 förblir in- kopplad närhelst det finns tryck i lagret för att därmed upprätta en flexibel glappfri förbindelse mellan ventilen 18 och blocket 17. Kontakt mellan den rörliga delens yta 25 och stången 24 sker endast i frånvaron av detta tryck.

Alltefter att trycket ökar inuti lagret bär den hydrosta- tiska kraften upp belastningen och förflyttar den rörliga delens yta 25 bort för att tillåta ventilen 18 att stänga.

Under förhållanden med konstant belastning kommer ventilen 18 att vara väsentligen stängd, möjligen med ett litet väts- keflöde som kompensation för blockläckage. Vid ytterligare belastningsökning kommer ventilen 18 att öppna igen tills trycket inuti lagret återigen når ett värde tillräckligt för att uppbära belastningen.

Om belastningen minskar stänger först ventilen 18 helt var- efter trycket inom lagret verkar mot ytan 25 hos den rörli- ga delen och förflyttar den något ifrån blocket 17 för att tillåta det nu rådande övertrycket att läcka ut över block- 05 10 15 20 25 30 35 453 317 6 ets tätningskant 33 tills det rätta jämviktstrycket har uppnåtts.

Under normal användning med en ständigt varierande dynamisk belastning sker en upprepad matning av vätska till block- lagret för att balansera en ökande belastning, följd av en tryckminskning över blockets tätningskant 33 när belast- ningen minskar. På grund av den förhållandevis låga kom- pressibiliteten hos de flesta vätskor är dock detta inter- mittenta flöde mycket litet och svarar inte för någon ener- giförlust av betydelse.

Friktionskraften på blocket, orsakad av den av pilen 34 an- tydda rörelsen, tas upp nära intill den rörliga ytan 25 så- som antyds av pilen 35 för att därmed, till ett minimum, reducera risken att blockets framkant skall "hugga in". Det är lämpligt att konstruera tätningshållarkanten (36) med generöst spelrum (som visas i Fig 2) för att förhindra att_ friktionens reaktionskraft under några förhållanden tas upp av kanten.

I den beskrivna konstruktionen har blocket 17 en enda yt- terdiameter och urtaget 17a en enda innerdiameter för att undvika trappstegskonstruktionen enligt Pig 1. Med detta arrangemang är dock inte nödvändigtvis blocket självt i hydrostatisk balans eftersom blockets utátvända ytas effek- tiva hydrostatiska area är mindre än den inåtvända ytans effektiva hydrostatiska area. Balans uppnås emellertid tack vare att ventilens 18 inåtvända yta genom kanalen 30 står under samma låga tryck som annars råder inuti huset. Genom att välja en lämplig area för ventilens inåtvända yta ba- lanseras det hydrostatiska trycket över blocket utan att det behövs ett trappstegsformat urtag i huset. Med andra ord är dimensionerna hos blocket, blockets tätningskant och ventilen så valda att den utåtriktade kraften på blocket balanseras av den inåtriktade kraften på ventilen, varmed blocket och ventilanordningen är i hydrostatisk balans.

Den mekaniska belastningen mellan blocket och den rörliga 7 45: 317 f O delen är försumbar, och det är huvudsakligen endast hydro- statisk kraft som verkar på den rörliga delen. Den inåt- riktade kraften på ventilen påtvingar också inkopplingen av kulledsförbindelsen mellan blocket 17 och stången 21 05 och förhindrar därmed glapp.

En kägelventil som tätar direkt mot huset kan ersätta platt- sätesventilen 18 och ventilsätet 26. Alternativt kan en slidventil användas. Även om den har fördelen att ha in- 10 byggd hydrostatisk balans, medför den ändå ovannämnda nack-4//”//\) delar, men kan dock användas i vissa tillämpningar.

Med hänvisning till Fig 3, som visar två tillämpningar av blocklager enligt uppfinningen, har en kolvpump med varia- 15 belt deplacement en roterande axelenhet 37 som driver en cy- linderrotor 38 som löper mot en justerbart lutande yta 39, varmed ett antal kolvar 40 bibringas en fram- och âtergâende rörelse i cylindrar 41, som får vätska att sugas in och tryckas ut genom icke visade öppningar i ytan 39. Förflytt- ning av öppningsstycket 42 längs en omgivande bana 43 ändrar lutningsvinkeln hos ytan 39 för att därmed ändra kolvens slaglängd och pumpens volymflöde. Öppningarna i ytan 39 är förbundna med rör 44 för vätskans insugning i och utmatning från koivpußpên eller Havtorn, Trycket som verkar på kolvarna 40 ger upphov till en avse- värd reaktionskraft på ett flertal axialstödlager 45, och p g a lutningen hos ytan 39 verkar en mindre reaktionskraft mot radialstödlagret 46. Båda dessa stödlager är utförda en- ligt uppfinningen för att därmed uppnå pålitlig drift med mycket hög verkningsgrad. Ä Blocklagren 45 utnyttjar en plan yta på den rörliga delen för axiellt stöd, medan lagret 46 utnyttjar en sfärisk yta på den rörliga delen tillsammans med en motsvarande delvis sfärisk yta på blocket, för radiellt stöd.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 453 317 Patentkrav

1. l. Hydrostatiskt blocklager för att stödja en rörlig del, innefattande dels ett stationärt hus med ett cylindriskt urtag (l7a) i sin yta, dels ett lagerblock (17) som passar noggrant i urtaget och är axiellt rörligt däri, dels vätsketätnings- organ mellan blockets omkrets och urtaget. varvid blockets yttre yta är utformad att ligga an mot den rörliga del som skall stödjas, en fördjupning i blockets yttre yta begränsas av en tätningskant (33), förbinder blockets inre yta med fördjupningen, dels en cylind- risk hålighet i huset innanför blocket, dels en inom hålig- heten anordnad ventilenhet, som öppnar genom att röra sig inåt och är förbunden på glappfritt sätt med blocket för förflytt- ning av dess ventil (18) därmed, dels en första kanal (29) i huset för tillförsel av vätska under tryck till ventilenhetn, samt dels en andra kanal (30) som förbinder hålighetens inre del med ett område där det råder lägre tryck, varvid ventilen och genom blocket går en kanal som är anordnad att vid en inåtgående rörelse hos blocket röra sig inåt och öppna för att släppa in vätska under tryck till den genom blocket löpande kanalen, k ä n n e t e c k n a t av att ventilenheten är med avseende på trycket i den första kanalen (29) en hydrostatiskt balanserad ventil (18): att den effektiva hydrostatiska arean hos blockets inåtvända yta är huvudsakligen lika med summan av den effektiva hydrostatiska arean hos blockets utåtvända yta och ventilens effektiva hydrostatiska area som utsätts för det tryck som verkar på blockgtslinåtvända yta, varigenom blocket och ventilenheten är hydrostätiskt balanserade; och att det cylindriska urtaget (l7a) och blocket har huvudsakligen oförändrad diameter utmed hela sin längd, varigenom blocket stöds mot sidoförflyttning av urtagets vägg vid punkter nära den rörliga delen,

2. Hydrostatiskt blocklager enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att ventilen är en kägelventil eller en plattsätesventil. 10 15 20 25 453 317

3. Hydrostatiskt blocklager enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a t av att blocket är förbundet med ventilen genom en spindel (21) som passerar genom blocket (17), vilken spin- del vid sin ytterände har ett huvud med en inom fördjupningen belägen ytteryta (24) och därinnanför en delvis sfärisk, kon- vex yta som ligger an mot en liknande konkav yta hos blocket (17) för att bilda en kulled (23), vilken kulled hålls i intim glappfri kontakt genom det tryck som verkar på ventilytan.

4. Hydrostatiskt blocklager enligt krav 3, k ä n n e - t e c k n a t av att ventilen är en plattsätesventll (18) bestående av en cylindrisk del (l9) som är justerbart fäst vid spindeln (21) och vid sin utâtvända ände har en platt ring- formig ventilyta (31) anordnad att ligga an mot en liknande yta förbunden med huset, varvid ventilen reglerar vätskeflödet från den första kanalen till den genom blocket löpande kana- len, och den cylindriska delen omges av tätningsorgan (20) som tätar mot hålighetens vägg och åtskiljer nämnda delar hos hâligheten.

5. Hydrostatiskt blocklager enligt krav 4, k ä n n e - t e c k n a t av att nämnda liknande yta är utformad på inre änden hos en ringformig del (26) vars yttre ände har en delvis sfärisk yta som ansättes mot en stympat konisk yta (32) hos huset.