SK500572019U1 - Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo výveva - Google Patents

Abstract

Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo výveva obsahujúce skriňu (1), v ktorej je valcová diera (11) na valcový rotor (4), kde rotor (4) obsahuje axiálny otvor (41) na hriadeľ (7) čerpadla, kompresora alebo vývevy a priečne na os rotora (4) aspoň dve proti sebe uhlovo posunuté komory (42), kde v každej komore (42) je posuvne vratne uložený piest (5), ktorý je vytvorený s otvorom (53) na kruhovú vačku (8) na hriadeli (7) čerpadla, kompresora alebo vývevy, kde aspoň jedna vačka (8) je na hriadeli (7) uložená rozoberateľne pevne. Hriadeľ (7) je uložený excentricky proti rotoru (4), skriňa (1) je vybavená odnímateľnými čelami (2) s uloženiami (21) na hriadeľ (7) a na tesné uzatvorenie valcovej diery (11) na rotor (4), a skriňa (1) ďalej obsahuje aspoň jeden vstupný otvor (12) na prívod média do komory (42) piesta (5) a aspoň jeden výstupný otvor (13) na výstup média z komory (42) piesta (5).

Description

SK 50057-2019 U1

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka piestového rotačného čerpadla, kompresoru alebo vývevy, všeobecne čerpadiel na kvapaliny alebo stlačiteľné tekutiny.

Doterajší stav techniky

Čerpadlá alebo kompresory uvedeného typu sú opísané napríklad v dokumentoch US 1 853 394, US 1 910 876 aUS4 723 895.

Dokumenty US 1 853 394, US 1 910 876 pochádzajú od rovnakého autora. Dokument US 1 853 394, prihlasovateľa D. Appel, opisuje rotačný stroj alebo čerpadlo obsahujúce skriňu, s kruhovou komorou v tejto skrini, kde vstup a výstup sú na protiľahlých stranách skrine. V komore je otočné uložený valec, ktoiý obsahuje axiálny otvor, pár vzájomne na seba kolmých pracovných komôr prechádzajúcich priečne v smere priemeru tohto valca a na opačných stranách axiálneho otvoru valca. Piesty v pracovných komorách majú kruhové otvory, ktoiými prechádza hriadeľ s párom opačných excentrov vytvorených v jednom kuse s hriadeľom. Excentre sa pohybujú v otvoroch piestov. Hriadeľ je vzhľadom na os kruhovej komory uložený excentrický. Príslušné priemery excentrov, otvorov v piestoch a axiálneho otvoru vo valci sú pritom v podstate rovnaké a priemery otočného valca a excentrov sú pritom obmedzené na veľkosti, pri ktoiých je axiálny otvor valca zakrytý každým z vratne pohyblivých piestov počas ich celého pracovného obehu. Cieľom riešenia podľa tohto dokumentu je poskytnúť mimoriadne účinný rotačný stroj na vytláčame, prenos, alebo stláčame tekutín alebo plynov.

Následný dokument US 1 910 867, rovnakého prihlasovateľa, ktoiý sa odvoláva na uvedený dokument US 1 853 394, potom podrobnejšie rozoberá vlastnosti opísaného rotačného čerpadla. Pri čerpadlách opísaných v uvedených dokumentoch je nevyhnutné, aby centrálny, axiálny otvor vo valci bol nepretržite prekrytý piestami, a aby nikdy nedošlo k jeho odkrytiu a teda týmto nemôže dôjsť k prietoku tekutiny z jednej komory valca do druhej. Táto podmienka znemožňuje skonštruovať čerpadlo s jednoliatym valcom s pomerom priemeru rotora čerpadla a zdvihu piesta menším ako 5 ku 1. Toto je z toho dôvodu, že zloženie rotora s piestami je možné dosiahnuť len axiálnym posúvaním hnacieho hriadeľa cez centrálny otvor rotora a kruhové otvory v piestoch. Aby bol takýto postup skladania možný musí mať centrálny otvor taký prierez, že hnací hriadeľ s excentrami sa v ňom môže ľahko otáčať. Navyše, stranová vzdialenosť medzi komorami piestov musí byť približne rovnaká ako priemer piestu, aby sa umožnilo otáčame hnacieho hriadeľa do správneho zarovnania jeho excentrov vzhľadom na kruhové otvory piestov po tom, ako bol jeden z excentrov posunutý cez kruhový otvor jedného z piestov. Následne, čerpadlá s pomerom menším ako 5 ku 1 budú vytvorené s otvorom s takou veľkosťou že vratne pohyblivé piesty nebudú nepretržite prekiývať tento otvor a tieto čerpadlá budú týmto nepoužiteľné. Konštrukcia čerpadla podľa obrázkov 5 až 10 z dokumentu U S 1 910 867 má pomer približne 6 ku 1. Aby bolo možné zostaviť čerpadlá tohto typu s pomerom menším ako 5 ku 1, musí byť rotor delený, aby umožňoval zloženie s menším centrálnym otvorom.

Delený rotor však musí vykazovať rovnaké charakteristiky ako jednoliaty rotor, a teda spojenie jednotlivých častí deleného rotora musí byť vyhotovené veľmi presne s minimálnymi odchýlkami a tiež dostatočne pevne. Takéto vyhotovenie zvyšuje výrobnú náročnosť a teda aj výrobné náklady.

Dokument US 7 423 895 opisuje spôsob a zariadenie na zabezpečenie regulácie objemu kompresora na stláčame stlačiteľných tekutín, ako je chladivo pre chladiaci cyklus. V tomto dokumente je opísaný kompresor s princípom na akom pracujú zariadenie podľa US 1 853 394, US 1 910 876. Príslušné rotačné časti kompresora sú v tomto riešení uložené na valivých ložiskách. Hriadeľ kompresora je vytvorený v jednom celku s kruhovými vačkami. Každá vačka má takú konštrukciu, že priemer vačky je zmenšený bez toho aby zmenil excentricitu vačky tým, že časť vačky opačnej výstupku vačky sa umiestni do polohy bližšie k stredu hriadeľa ako je jej vonkajší kruhový povrch a na vonkajšom kruhovom povrchu hriadeľa v pri časti vačky opačnej výstupku vačky sú vytvorené odľahčenia na zloženie piestov s hriadeľom.

Uvedené odľahčenia hriadeľa sú dôležité na to, aby sa mohol zmenšiť priemer otvorov vytvorených v piestoch, do ktoiých je vložená vačka, a aby bolo možné v opísanom usporiadam zložiť hriadeľ, piesty a rotor. Nevýhodou konštrukcie kompresora podľa dokumentu US 7 423 895 je jeho konštrukčná zložitosť vyplývajúca predovšetkým z použitia valivých ložísk.

Cieľom tohto technického riešenia je navrhnúť konštrukciu čerpadla, kompresora alebo vývevy uvedeného typu, ktorá sa vyznačuje výrobnou nenáročnosťou, pričom prakticky odstraňuje všetky nevýhody a obmedzenia vyplývajúce z konštrukcií v opísaných dokumentoch. Takáto konštrukcia čerpadla, kompresora, alebo vývevy by pritom umožňovala výrobu čerpadiel alebo kompresorov pre širokú škálu aplikácií a tlakových rozsahov so zachovaním rovnakého konštrukčného usporiadania.

SK 50057-2019 U1

Podstata technického riešenia

Uvedený cieľ sa dosiahne piestovým rotačným čerpadlom, kompresorom alebo vývevou podľa tohto technického riešenia obsahujúcim skriňu, v ktorej je valcová diera pre valcový rotor, kde rotor obsahuje axiálny otvor pre hriadeľ čerpadla, kompresora alebo vývevy a priečne na os rotora aspoň dve voči sebe uhlovo posunuté komory, kde v každej komore je posuvne vratne uložený piest, ktoiý je vytvorený s otvorom pre kruhovú vačku na hriadeli čerpadla, kompresora alebo vývevy, pričom hriadeľ je uložený excentrický voči rotoru, skriňa je vybavená odnímateľnými čelami s uloženiami pre hriadeľ a na tesné uzatvorenie valovej diery pre rotor, a skriňa ďalej obsahuje aspoň jeden vstupný otvor na prívod média do komory piestu a aspoň jeden výstupný otvor na výstup média z komory piestu, pričom excentricita osi otáčania hriadeľa od osi valcového rotora je rovná excentricite osi kruhovej vačky od osi otáčania hriadeľa. Podstata čerpadla, kompresora alebo vývevy podľa tohto technického riešenia spočíva v tom, že aspoň jedna vačka je na hriadeli uložená rozoberateľné pevne.

Výhodne je rozoberateľné pevné uloženie vačky na hriadeli tvorené rozoberateľným spojením a axiálna poloha vačiek a hriadeľa je zabezpečená dorazom vačky na hriadeli a vymedzovacím prvkom usporiadaným medzi vačkou a čelom skrine rotačného piestového čerpadla, kompresora alebo vývevy. Ako najvýhodnejšie rozoberateľné hriadeľové uloženie vačky je perodrážkovým spojom. Doraz vačky na hriadeli môže byť výhodne tvorený osadením hriadeľa.

Výhodné je ak, vymedzovací prvok je vytvorený v jednom celku s čelom. Vymedzovací prvok tiež môže výhodne obsahovať aj ložisko pre rotor.

Hlavnou výhodou technického riešenia je to, že axiálny otvor v jednoliatom valcovom rotore môže mať minimálny možný priemer, teda je postačujúci len taký priemer aby umožňoval bezproblémové otáčanie hriadeľa excentrický uloženého voči rotoru, a tiež taký, aby bolo možné pri skladaní čerpadla, kompresora alebo vývevy cez tento otvor nasadiť vačky na hriadeľ. Nie je potrebné aby priemer axiálneho otvoru v rotore medzi komorami piestov mal priemer minimálne taký, aby mohli cezeň ľahko prejsť hriadeľ vytvorený s vačkami, ako je to v konštrukcii opísanej v doterajšom stave techniky. Tento otvor v čerpadlách podľa doterajšieho stavu techniky má minimálny priemer taký ako je priemer kružnice opísanej vačkou pri otáčam hriadeľa, z čoho potom vyplývajú nevýhody opísané v doterajšom stave techniky. Čerpadlo, kompresor alebo výveva podľa tohto technického môže byť týmto vytvorené v rôznych pomeroch priemeru rotora a zdvihu piesta bez tohto aby bolo nutné pre určité hodnoty týchto pomerov napríklad zostavovať rotor z viaceíých častí ako je uvedené v doterajšom stave techniky a rotor môže byť vždy vytvorený ako jednoliate teleso. Toto potom zabezpečuje konštrukčnú jednoduchosť rotora a tiež pevnosť telesa rotora.

Ak je vymedzovací prvok axiálnej polohy vačky a hriadeľa usporiadaný medzi vačkou a čelom uzatvárajúcim skriňu čerpadla alebo kompresora vytvorený v jednom kuse s čelom uzatvárajúcim skriňu čerpadla alebo kompresora, tvorí tento vymedzovací prvok ložisko hriadeľa, ktoré nesie hriadeľ na dĺžke v podstate od vonkajšieho okraja čela skrine prechádza až do vnútornej časti rotora až po vačku na hriadeli. Takéto ložisko potom poskytuje veľmi dobrú oporu hriadeľa najmä pre vysokotlakové použitie čerpadla alebo kompresora, kedy tieto ložiská zabezpečujú zachovanie geometrie kruhového excentrického mechanizmu potrebnej pre chod čerpadla alebo kompresora.

V prípade čerpadiel, kompresorov alebo vývev pre veľké zaťaženia je tiež výhodné pohybovo spojiť hriadeľ a rotor, teda aby rotor bol otáčaný zároveň piestami aj hriadeľom čerpadla alebo kompresora.

Pre piestový rotačný kompresor je výhodné, ak hriadeľ obsahuje vedenia a/alebo otvory pre mazivo na rozvádzame maziva pod tlakom k trecím plochám pohyblivých častí kompresora, kde vedenia a/alebo otvory pre mazivo na hriadeli sú spojené s vedeniami a/alebo otvormi pre mazivo v pohyblivých a/alebo pevných častiach kompresora, so vstupom maziva do kompresora a výstupom maziva z kompresora. Tiež je výhodné mazanie piestového rotačného kompresora tak, že výstup maziva je len do priestoru medzi stenou piestu a stenou komory piestu.

Tiež je výhodné mazanie piestového rotačného kompresora tak, že k hriadeľu je pripojené čerpadlo maziva pripojené k vstupu maziva a vedeniam a/alebo otvorom pre mazivo.

Výhodné je, ak čerpadlo maziva je lamelové čerpadlo, ktoré má aspoň jednu lamelu, pričom lamela je uložená v drážke na konci hriadeľa. Koniec hriadeľa s lamelou je vložený v komore čerpadla maziva vytvorenej v domčeku čerpadla maziva upevnenom na čele skrine kompresora.

Pre piestovú rotačnú vývevu je výhodné, ak hriadeľ obsahuje vedenia a/alebo otvory pre mazivo na rozvádzanie maziva pod tlakom k trecím plochám pohyblivých častí vývevy, kde vedenia a/alebo otvory pre mazivo na hriadeli sú spojené s vedeniami a/alebo otvormi pre mazivo v pohyblivých a/alebo pevných častiach vývevy, vstupom maziva do vývevy a výstupom maziva z vývevy. K hriadeľu vývevy je potom pripojené čerpadlo maziva pripojené k vstupu maziva a vedeniam a/alebo otvorom maziva.

Výhodné je, ak čerpadlo maziva pre piestovú rotačnú vývevu je lamelové čerpadlo, ktoré má aspoň jednu lamelu pričom lamela je uložená v drážke na konci hriadeľa. Koniec hriadeľa s lamelou je vložený v komore čerpadla maziva vytvorenej v domčeku čerpadla maziva upevnenom na čele skrine vývevy.

SK 50057-2019 U1

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie je pre lepšie pochopenie znázornené na pripojených výkresoch, na ktoiých:

Obr. 1 znázorňuje axonometrický rozložený pohľad na čerpadlo, kompresor alebo vývevu podľa tohto technického riešenia;

Obr. 2 znázorňuje čerpadlo, kompresor alebo vývevu podľa tohto technického riešenia v zloženom stave v reze v pohľade zboku;

Obr. 3 schematicky znázorňuje pracovné fázy čerpadla, kompresora alebo vývevy podľa tohto technického riešenia;

Obr. 4 znázorňuje axonometrický rozložený pohľad na kompresor alebo vývevu podľa tohto technického riešenia s mazacou sústavou;

Obr. 5 znázorňuje kompresor alebo vývevu podľa tohto technického riešenia v zloženom stave s mazacou sústavou v reze v pohľade zboku;

Obr. 6 znázorňuje rez čerpadlom maziva pre mazaciu sústavu kompresora alebo vývevy z obr. 4 a obr. 5.

Príklady uskutočnenia

Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo výveva podľa tohto technického riešenia je ďalej opísané a vysvetlené na príkladoch uskutočnenia s odkazom na obrázky. Čerpadlo, kompresor alebo výveva je podľa obrázkov vyhotovené ako dvojvalcové, teda s dvoma komorami 42 pre piesty 5.

Čerpadlo, kompresor alebo výveva obsahuje skriňu 1 čerpadla, kompresora alebo vývevy so vstupnými otvormi 12 na prívod média do komory 42 piestu 5 a výstupnými otvormi 13 na výstup média z komory 42 piestu 5. V skrini 1 je valcová diera 11 pre valcový rotor 4. Skriňa 1 je vybavená odnímateľnými čelami 2 s uloženiami 21 pre hriadeľ 7 a na tesné uzatvorenie valcovej diery 11.

Rotor 4 obsahuje axiálny otvor 41 pre hriadeľ 7 čerpadla, kompresora alebo vývevy. V rotore 4 sú priečne na os rotora 4 vytvorené dve komory 42 pre piesty 5. Komory 42 sú v znázornenom príklade vzájomne voči sebe pod uhlom 90°. V každej komore 42 je posuvne vratne uložený jeden piest 5.

Piest 5 je vytvorený ako symetrické teleso s dvoma koncami 51, 52, kde plochy koncov 51, 52 piesta 5 sú zaoblené s vonkajšou valcovou plochou rotora 4. Piest 5 je v znázornenom príklade valcového tvaru a komory 42 sú potom príslušne valcové. Tvar piestov 5 však môže byť aj iný ako valcový. Piest 5 môže mať tiež prierez napr. obdĺžnikový, štvorcový, mnohouholníkový, eliptický, a pod. Piest 5 je v strede vytvorený s otvorom 53 pre kruhovú vačku 8, ktorá zabezpečuje vratný pohyb piesta 5.

Kruhová vačka 8 je uložená na hriadeli 7. Hriadeľ 7 je uložený excentrický voči rotoru 4. Excentricita osi otáčania hriadeľa 7 od osi valcového rotora 4 je rovná excentricite osi kruhovej vačky 8 od osi otáčania hriadeľa 7.

Kruhová vačka 8 je na hriadeli 7 uložená rozoberateľné pevne. To znamená, že medzi vačkou 8 a hriadeľom je spojenie, ktoré umožňuje nasadiť, alebo stiahnuť vačku 8 z hriadeľa a zároveň vačka 8, nasadená na hriadeli v požadovanej polohe sa voči hriadeľu 7 nepohybuje, teda sa na hriadeli 7 nemôže voľne otáčať, ani sa po hriadeli 7 posúvať. Pohyb vačky 8 na hriadeli 7 v rámci výrobných tolerancií nie je považovaný za voľný pohyb vačky 8 po hriadeli.

V opísaných a na obrázkoch znázornených príkladných vyhotoveniach na hriadeli 7 sú rozoberateľné pevne uložené obe vačky 8. Ako bude uvedené ďalej v texte pri opise skladanie čerpadla alebo kompresora podľa tohto technického riešenia, je možné tiež vytvoriť hriadeľ 7 tak, že už bude obsahovať jednu vačku 8 vytvorenú spolu s hriadeľom 7, teda nie rozoberateľné pevne, ale len pevne na hriadeli 7. Takto však môže byť vytvorený hriadeľ 7 len s jednou vačkou 8, pričom táto pevná vačka 8 musí byť v prípade viac ako dvojvalcového usporiadaná v polohe na hriadeli 7 najbližšie k stredu rotora 4.

V znázornenom príklade uskutočnenia je rozoberateľné spojenie vačky 8 a hriadeľa 7 tvorené perodrážkovým hriadeľovým uložením. V hriadeli 7 je na mieste uloženia vačky 8 vytvorená bežným spôsobom drážka 71 pre pero 6, a vo vačke 8 je potom vytvorený bežným spôsobom diera 81 pre hriadeľ 7 s drážkou pre pero 6. Toto rozoberateľné spojenie je možné vytvoriť aj inými známymi hriadeľovými uloženiami pre uvedený účel, ako je napr. drážkovanie, kolíkový spoj, a pod. Použité pero- drážkové spojenie sa z hľadiska výroby a skladania čerpadla, kompresora alebo vývevy javí ako najvýhodnejšie.

Hriadeľ 7 a vačky 8 musia byť v rámci čerpadla, kompresora vývevy tiež zabezpečené proti axiálnemu pohybu, teda proti axiálnemu pohybu voči skrini 1 čerpadla, kompresora alebo vývevy.

Túto axiálnu polohu hriadeľa 7 a vačiek 8 zabezpečuje v znázornenom uskutočnení doraz 72 vačky 8 n hriadeli 7 a vymedzovací prvok 3 usporiadaný medzi vačkou 8 a čelom 2 skrine 1.

V znázornenom uskutočnení je doraz 72 na hriadeli 7 vo forme osadenia hriadeľa 7. Tento doraz 72 tiež môže byť vytvorený aj v inej forme, napr. hriadeľový poistný krúžok a pod. Znázornené vyhotovenie dorazu 72 je však z hľadiska výroby najvýhodnejšie a prakticky najjednoduchšie.

SK 50057-2019 U1

Vymedzovací prvok 3 je v znázornenom výhodnom uskutočnení vytvorený v jednom kuse s čelom 2 , teda čelo 2 je prakticky vyformované do predĺženia zasahujúceho do vnútra rotora 4 až k príslušnej vačke 8.

Takto vyhotovené čelo 2 vytvára ložisko pre hriadeľ 7, ktoré nesie hriadeľ 7 na dĺžke v podstate od vonkajšieho okraja čela 2 skrine 1 až po vačku 8 na hriadeli 7. Takéto ložisko vytvára veľmi dobrú opora hriadeľa 7 najmä pre vysokotlakové použitie čerpadla alebo kompresora, v prípade vývevy pri vytváram vysokého vákua, kedy tieto ložiská zabezpečujú zachovanie geometrie kruhového excentrického mechanizmu. Geometria kruhového excentrického mechanizmu by mohla byť pri vysokých tlakoch narušená prehnutím hriadeľa 7, čím by došlo k zablokovaniu rotačného pohybu a prerušeniu práce čerpadla, kompresora alebo vývevy. Vymedzovací prvok 3 tiež môže byť v prípade potreby vytvorený aj ako samostatný prvok, napr. vo forme krúžku alebo puzdra a pod. nasunutého na hriadeľ 7 medzi vačkou 8 a čelom 2 skrine 1. V takomto prípade sa však obmedzí nosnosť uloženia hriadeľa 7 v čele 2. Toto môže byť výhodné pri menších pracovných zaťaženiach, a čelo 2 potom môže byť jednoduchý obrobok.

Aj keď v uvedenom opise, sú prostriedky na zabezpečenie vačky 8 a hriadeľa 7 proti axiálnemu pohybu, t. j. doraz 72 a vymedzovací prvok 3, opisované pri jednej vačke na jednom konci skrine 1, sú tieto prostriedky analogické aj pri drahej vačke 8, teda na drahom konci skrine 1.

V prípade potreby, výhodne napríklad pre čerpadlá, kompresory alebo vývevy pre veľké zaťaženia, je tiež možné vyhotovenie, kde na vymedzovacom prvku 3 je vytvorené aj ložisko pre rotor 4. Teda na vnútornej strane konca rotora 4 je vytvorená ložisková plocha a zodpovedajúca ložisková plocha je potom vytvorená na vymedzovacom prvku 3. Vymedzovací prvok 3 môže byť pritom vytvorený v jednom celku s čelom 2, ale tiež môže byť vytvorený samostatne napr. vo forme krúžku alebo puzdra a pod. nasunutého na hriadeľ 7 medzi vačkou 8 a čelom 2, ako je opísané.

V prípade čerpadiel alebo kompresorov pre veľké zaťaženia je tiež výhodné pohybovo spojiť hriadeľ 7 a rotor 4, teda aby poháňaný hriadeľ 7 zároveň otáčal aj rotor 4, ktoiý je inak otáčaný len piestami 5 poháňanými hriadeľom 7. Toto spojenie hriadeľa 7 a rotora 4 môže byť vytvorené akýmkoľvek známym prevodom, napr. ozubenými kolesami, ozubeným remeňom, reťazovým prevodom, a pod. v takom pomere aby na dve otáčky hriadeľa 7 vykonal rotor 4 jednu otáčku.

Spôsob činnosti rotačného piestového čerpadla alebo kompresora podľa tohto technického riešenia je opísaný ďalej s odkazom na obr. 3. Čerpadlo, kompresor alebo výveva je na obr. 3 znázornené v priečnom reze, v pohľade od výstupného konca hriadeľa 7, ku ktorému je pripojený pohon čerpadla, kompresora alebo vývevy. V prípade vývevy je zrejmé, že vstupný otvor 12 média je pripojený k priestoru, v ktorom je potrebné vytvoriť podtlak alebo vákuum.

Hriadeľ 7 je otáčaný v smere znázornenom šípkou R, v smere hodinových ručičiek. Na obrázku sú postupne znázornené polohy rotačných častí po otočení hriadeľa o 90°, pričom pre jednoduchšie znázornenie je ako východisková poloha určená jedna krajná poloha jedného z piestov 5, t. j. poloha na konci dráhy piestu 5 v komore 42. Táto východisková poloha je v hornom rade na pozícii 0°. Dolný rad sú potom korešpondujúce polohy drahého piestu 5 pri kolmom usporiadam dvoch piestov. Vo východiskovej polohe podľa obr. 3 je vačka 8 v krajnej polohe najväčšej excentricity, piest 5 je týmto v krajnej polohe na konci dráhy piestu 5. Jeden koniec 51 piestu 5 je najbližšie k stene valcovej diery 11 pre rotor 4. Plocha konca 51, 52 piestu 5 tvarovo kopíruje vnútornú plochu valcovej diery 11 pre rotor 4 a pri tejto krajnej polohe je plocha konca 51 piestu 5 zalícovaná s vnútornou plochou diery 11 pre rotor 4 a takmer sa jej dotýka. Ku skutočnému dotyku týchto plôch však nesmie dôjsť. Drahý koniec 52 piestu 5 je potom najďalej od steny valcovej diery 11 pre rotor 4. Teleso rotora 4 v tejto polohe, výhodne s presahom, uzatvára vstupný otvor 12 na prívod média, kvapaliny alebo plynu, a výstupný otvor 13 na výstup tohto média. Rovnako potom je komora 42 tiež s presahom uzatvorená telesom skrine 1 čerpadla alebo kompresora. Tieto presahy zabezpečujú dostatočne tesné uzatvárame komory 42 a otvorov 12, 13 v tejto krajnej polohe pred nežiaducim spätným tokom média cez čerpadlo, kompresor alebo vývevu, teda nahrádzajú spätné ventily. V uvedenej fáze je na jednej strane konca 51 piestu 5 médium z komory 42 v podstate úplne vytlačené a na strane opačného konca 52 piestu 5 nasaté do maximálneho pracovného objemu komory 42 definovaného stenou komory 42 plochou konca 52 piestu 5 a plochou valcovej diery 11 pre rotor 4.

Otáčaním hriadeľa 7, znázorneným polohou 90°, na jednej strane teleso rotora 4 prejde za hranu vstupného otvoru 12 pričom otvorí komora 42 do vstupného otvoru 12 a zároveň na drahej strane teleso rotora 4 prejde za hranu výstupného otvoru 13 pričom otvorí komora 42 do výstupného otvoru 13. Pri čerpadle, teda pri čerpaní kvapalín, z dôvodu ich nestlačiteľnosti, musí otvorenie komory 42 do otvorov 12, 13 prebehnúť súčasne. Pri kompresoroch, môže navyše podľa potreby výstupného tlaku, byť hrana výstupného otvoru 13 posunutá tak, aby teleso rotora 4 otvorilo výstupný otvor 13 neskôr, čím dôjde ku stláčaniu plynu pri zmenšovaním pracovného objemu komory 42 takto uzatvoreného voči výstupnému otvoru 13 telesom rotora 4. Ďalším otáčaním hriadeľa 7 dochádza na jednom konci 52 piestu 5 k zmenšovaniu objemu komory 42 nad piestom 5 a na drahom konci 51 piestu 5 k zväčšovaniu objemu komory 42 nad piestom 5, čím je na jednej strane médium vytláčané do výstupného otvoru 13 a na drahej strane nasávané cez vstupný otvor 12.

V polohe 180° na obr. 3 je piest 5 v strednej polohe. V znázornenom príklade dochádza k úplnému otvo

SK 50057-2019 U1 reniu komory 42 na oboch koncoch 51, 52 piestu 5 príslušne do vstupného otvoru 12 a výstupného otvoru 13, teda teleso rotora 4 v znázornenom príklade nijakou časťou nezasahuje do otvorov 12, 13.

Ďalším otáčaním hriadeľa 7, ktoré je znázornené polohou 270°, sa objem komory 42 na jednom konci 52 piestu zmenšuje, čím pokračuje vytláčanie média z komory 42 piestu a objem komory 42 na druhom konci 51 piestu 5 sa zväčšuje, čím pokračuje nasávame média do komory 42.

Po dokončení celého cyklu pri jednom otočení hriadeľa 7, znázornené polohou 360°, je piest 5 na jednom konci 52 najbližšie k stene valcovej diery 11 pre rotor 4 a na druhom konci 51 najďalej od steny valcovej diery 11 pre rotor 4. Teleso rotora 4 v tejto polohe opäť uzatvára vstupný otvor 12 na prívod média, kvapaliny alebo plynu, a výstupný otvor 13 na výstup tohto média, tak aby nemohlo dôjsť k spätnému prúdeniu média.

Pri uskutočnení rotačného piestového kompresora alebo vývevy podľa tohto technického riešenia je výhodné tiež vytvoriť mazanie pohyblivých častí. Príklad uskutočnenia kompresora alebo vývevy podľa tohto technického riešenia s mazaním je znázornený na obr. 4 až obr. 6.

Usporiadame jednotlivých častí kompresora alebo vývevy je rovnaké ako v príklade opísanom vyššie s odkazom na obr. 1 a 2. Pri kompresore alebo výveve sú čelá 2 skrine 1 výhodne vybavené tesneniami 14, napr. známymi tesniacimi krúžkami. Pre zabezpečenie mazania je potom ku kompresoru alebo výveve pripojené čerpadlo 10 maziva, bežne oleja, a jednotlivé časti kompresora alebo vývevy, teda hriadeľ 7, vačky 8, piesty 5, čelá 2, skriňa 1, prípadne rotor 4 obsahujú vedenia a/alebo otvory 9 maziva na rozvádzame maziva pod tlakom k trecím plochám pohyblivých častí kompresora alebo vývevy, a tiež potom odvádzame maziva od uvedených častí. Čerpadlo 10 maziva je v príklade uskutočnenia znázornenom na obr. 4 až 6, jednoduché lamelové čerpadlo poháňané priamo hriadeľom 7 kompresora alebo vývevy podľa tohto technického riešenia. Čerpadlo 10 maziva je tvorené domčekom 101 s komorou 102, v ktorej sa pohybujú lamely 103. Domček 101 je vybavený vstupom 91 maziva do kompresora alebo vývevy, ktoiý v tomto prípade ústi do komory 102, a vedeniami a/alebo otvormi 9 maziva k príslušným trecím plochám častí kompresora alebo vývevy. Domček 101 je v znázornenom príklade upevnený pomocou skrutiek 106 na jednom čele 2 skrine 1 kompresora alebo vývevy. Cez čelo 2 prechádza hriadeľ 7 do komory 102 čerpadla 10 maziva. Hriadeľ 7 je na tomto konci vybavený drážkou 105 pre lamely 103 čerpadla 10 maziva. Medzi lamelami 103 je usporiadaná pružina 104, ktorá pritláča lamely 103 ku stene komory 102. V závislosti od potrebného tlaku maziva, napr. pri požadovanom malom výtlačnom objeme maziva, môže mať čerpadlo 10 maziva v drážke 105 hriadeľa 7 len jednu lamelu 103. Samozrejme je tiež možné vytvorenie takéhoto lamelového čerpadla aj s iným počtom lamiel, ako sú známe z konštrukcií lamelových čerpadiel.

Mazivo je z čerpadla 10 vedené vedeniami a/alebo otvormi 9 pre mazivo vytvorenými v hriadeli 7 a tiež v ďalších pohyblivých a/alebo pevných častiach kompresora alebo vývevy k príslušným trecím plochám častí kompresora alebo vývevy, a to najmä ku klznému uloženiu piesta 5 a kruhovej vačky 8, klzným plochým piestu 5 a komory 42 pre piest, klzným uloženiam hriadeľa 7 v čelách 2, a klznému uloženiu rotora 4 vo valcovej diere 11 v skrini 1. Mazivo po prejdem mazacou sústavou potom vychádza výstupom 92 maziva, v znázornenom príklade výstupom 92 maziva na čelách 2. Všeobecne je možné vstup 91 maziva ako aj výstup 92 maziva vytvoriť aj na iných častiach kompresora alebo vývevy ako sú opísané v znázornených príkladoch. Sú to prakticky všetky zvonku prístupné časti kompresora alebo vývevy, ako sú napríklad skriňa 1, ktorékoľvek z čiel 2, hriadeľ 7 a pod. Rozumie sa, že vstup 91 maziva a výstup 92 maziva môže byť tvorený ako jedným vstupom 91a výstupom 92 maziva, tak aj viacerými vstupmi 91a výstupmi 92 maziva v závislosti od daných potrieb mazania, konštrukcie, uloženia kompresora alebo vývevy, a pod. Tiež je možné vyhotovenie kompresora , kde výstup 92 maziva nie je vyvedený na vonkajších stranách skrine 1, čiel 2, hriadeľa 7 a pod, ale mazivo je v skutočnosti pretláčané do výstupného otvoru 13 média okolo piestov 5. Mazivo sa potom odlučuje z plynného média známym spôsobom a privádza do vstupu 91 maziva. Pre účinné mazanie je v tomto prípade potrebné zachovať podmienku, aby výstupný tlak čerpadla 10 maziva bol rovný alebo väčší ako výstupný tlak kompresora, čím nebude dochádzať k pretláčaniu stláčaného plynu do maziva.

Taktiež je možné vyhotovenie kompresora s mazaním bez čerpadla 10 maziva. Výstup 92 maziva rovnako nie je vyvedený na vonkajších stranách skrine 1, čiel 2, hriadeľa 7 a pod, ale mazivo je pretláčané do výstupného otvoru 13 média okolo piestov 5. Výstupný otvor 13 je potom pripojený na separátor maziva, v ktorom je vytvorená zásoba maziva dopĺňaná mazivom odlúčeným zo stláčaného plynu. Zo separátom potom vychádza po odlúčení stlačený plyn, a zároveň na hladinu zásoby maziva pôsobí výstupný tlak kompresora. Mazivo je potom zo separátom privedené do vstupu 91 maziva, do ktorého je tlačené tlakom plynu v separátore. Uvedené mazanie je možné tiež uskutočniť aj tak, že celý kompresor je v uzatvorenej tlakovej nádobe, v ktorej je zároveň separátor maziva a zásoba maziva. Časť kompresora so vstupom 91 maziva je potom výhodne ponorená do uvedenej zásoby maziva. Zvonka uvedenej tlakovej nádoby je potom len prívod plynného média a výstup stlačeného média.

Mazivo okrem mazania tiež plní tesniacu funkciu, pri tesnení pracovného priestoru definovaného koncom 51, 52 piesta 5, stenou komory 42 pre piest stenou skrine 1. Vzhľadom na skutočnosť, že mazivo je do mazacej sústavy kompresora alebo vývevy dodávané pod dostatočným tlakom, plní mazivo tiež vystreďovaciu funkciu otočných častí ako je hriadeľ 7 v uloženiach 21, a kruhová vačka 8 v otvore 53 pre vačku. Toto do

SK 50057-2019 U1 pomáha k zachovaniu presného geometrického usporiadania častí, ktoré je dôležité pre plynulú prácu kompresora alebo vývevy podľa tohto technického riešenia.

V prípade kompresorov alebo vývev veľkých rozmerov je výhodné pripojiť ku vstupu 91 maziva externé čerpadlo maziva, a pred samotným rozbehom kompresora alebo vývevy natlačiť mazivo do mazacej sústavy kompresora alebo vývevy. Týmto sa predíde rozbehu „na sucho“, a taktiež vplyvom tlaku maziva sú príslušné časti kompresora alebo vývevy vystredené, čo zabezpečí hladký rozbeh kompresora alebo vývevy. Po rozbehu kompresora alebo vývevy sa externé čerpadlo odpojí a ďalšie mazanie je zabezpečované buď vlastným čerpadlom maziva 10 alebo tiež spôsobmi mazania uvedenými vyššie, t. j. tlakom cez výstupný otvor 13 média. Externé čerpadlo pritom môže výhodne využívať priamo vlastnú zásobu maziva kompresora alebo vývevy.

Kompresor alebo výveva s opísaným mazacím systémom pracuje rovnako ako bolo opísané vyššie s odkazom na obr. 3.

V prípade čerpadla, bez mazacieho systému, mazanie a uvedené funkcie zvyčajne zabezpečuje priamo čerpané médium.

Kompresor podľa tohto technického riešenia je tiež možné vytvoriť bez opísaného mazacieho systému, teda ako je opísaný s odkazom na obr. 1 a 2. Pre príslušné trecie časti potom môžu byť použité materiály, ktoré nevyžadujú mazanie, prípadne môže byť mazivo v malom množstve vstrekované alebo nasávané do stláčaného plynného média. Pri bezolejových kompresoroch môže byť ako mazivo výhodne použitá aj voda.

Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo vývevu podľa tohto technického riešenia ako je opísané v uvedených príkladoch uskutočnenia a znázornené na obrázkoch, a tiež aj v iných vyhotoveniach v súlade s podstatou tohto technického riešenia je možné zložiť ďalej opísaným spôsobom.

V prvom kroku sa do rotora 4 vložia všetky, v znázornenom príklade oba, piesty 5 bez kruhových vačiek 8, tak aby otvory 53 v piestoch 5 boli priechodné pre hriadeľ 7. V ďalšom kroku sa do rotora 4, z jednej strany, vloží hriadeľ 7 s jednou uloženou vačkou 8, uloženou rozoberateľné pevne alebo len pevne, pričom do rotora 4 sa vkladá hriadeľ 7 koncom bez vačky 8. Hriadeľ 7 sa týmto spôsobom zasunie až do otvoru 53 ďalšieho piestu 5.

V prípade počtu piestov viac ako dva sa najskôr osadí na hriadeľ 7 vačka 8, ktorá bude v strede, resp. najbližšie k stredu rotora 4. Táto vačka 8 môže byť prípadne pevná, t. j. vytvorená ako súčasť hriadeľa 7. Ďalšie vačky 8 sa potom vkladajú zo strany príslušných koncov hriadeľa 7.

V ďalšom kroku sa piest 5 v ktorom je už uložená vačka 8 sa posunie do krajnej polohy. Piest 5, kde nie je osadená vačka 8 sa posunie do stredovej polohy, teda tak, aby vonkajší priemer vačky 8 a vnútorný priemer rotora 4 boli súosové, na jednej osi. V ďalšom kroku sa z druhej strany rotora 4, vloží, teda osadí na hriadeľ 7 a do otvoru 53, druhá, resp. ďalšia vačka 8 v rade.

Takto zložená zostava rotora 4 s piestami 5, vačkami 8 a hriadeľom 7 sa vloží do valcovej diery 11 do skrine 1. Na hriadeľ 7 sa potom z každej strany nasunú čelá 2, ktoiými sa uzavrie skriňa 1 čerpadla alebo kompresora.

K zloženému čerpadlu, kompresoru alebo výveve je potom na použitie možné pripájať pohon (neznázornený) k hriadeľu 7, k vstupnému otvoru/otvorom 12 na prívod média a ku výstupnému otvoru/otvorom 13 na výstup média napr. potrubia, rúrky, porty, a pod. na prívod a výstup čerpaného alebo stláčaného média, v prípade kompresora alebo vývevy s mazaním potom ku vstupu 91 maziva a výstupu 92 maziva napr. potrubia, rúrky, porty, a pod. na prívod a výstup maziva do a z kompresoru alebo vývevy.

Opísané príklady uskutočnenia s odkazom na pripojené výkresy slúžia len na vysvetlenie podstaty technického riešenia, pričom sú to príklady konkrétnych uskutočnení čerpadla, kompresora alebo vývevy podľa tohto technického riešenia, ktoré nijakým spôsobom neobmedzujú toto technické riešenie len na uvedené konkrétne príklady znázornené na výkresoch.

Sú tiež možné aj iné uskutočnenia čerpadiel, kompresorov alebo vývev, ktoré môžu mať iný počet piestov 5, iné uhlové posunutie piestov 5, iný tvar koncov 51, 52 piestov 5, iný tvar komôr 42 pre piesty 5 ako valcový, iné typy použitých spojovacích prostriedkov ako skrutiek a pod. Taktiež sú možné uskutočnenia, s rôznymi veľkosťami piestov 5 a príslušne komôr 42 pre piesty. Takéto usporiadame je napríklad výhodné pri konštrukcii viac stupňového kompresora, kde sa veľkosť piestov 5 a teda aj komôr 42 postupne zmenšuje, napr. k vysokotlakovému výstupu, a teda výstupný otvor 13 média z jednej komory 42 je potom pripojený na vstupný otvor 12 média do ďalšej komory 42 v príslušnom rade komôr 42 s piestami 5.

Z hľadiska tesnosti čerpadla, kompresora alebo vývevy podľa tohto technického riešenia je tiež možné použiť aj iné tesniace prostriedky príslušných častí ako sú opísané, napr. známe hriadeľové tesnenia, tesniace krúžky a pod. Je však potrebné poznamenať, že aj v opísaných a znázornených príkladoch uskutočnenia je čerpadlo, kompresor alebo výveva veľmi účinným rotačným strojom s hladkým vyváženým a tichým chodom, s jednoduchou konštrukciou s nízkymi výrobnými a prevádzkovými nákladmi.

Čerpadlo, kompresor alebo vývevu podľa tohto technického riešenia je možné vyrobiť bežne dostupnými a používanými technologickými postupmi a s bežnými materiálmi. Použitie špeciálnych materiálov sa pred

SK 50057-2019 U1 pokladá len pri špeciálnom použití ako sú napríklad bezolejové kompresory, čerpadlá alebo kompresory pre extrémne zaťaženie a pod.

Nie je tiež vylúčené použitie aj valivých ložísk, s ktorými by sa mohlo uvažovať pri čerpadlách alebo kompresoroch väčších rozmerov, ale klzné ložiská sú pre najširšie praktické použitie úplne postačujúce.

Priemyselná využiteľnosť

Piestové rotačné čerpadlo podľa tohto technického riešenia je možné použiť prakticky pre všetky známe 10 použitia čerpadiel.

Piestový rotačný kompresor podľa tohto technického riešenia je možné použiť pre širokú škálu aplikácií v širokom rozsahu tlakov a prietokov, teda napríklad ako dúchadlá, nízkotlakové, stredotlakové alebo vysokotlakové kompresory.

Piestová rotačná výveva podľa tohto technického riešenia môže byť použitá ako účinná výveva na vytvo15 reaie podtlaku, ako aj viacstupňová výveva na dosiahnutie vysokého vákua. Výveva je pritom jednoducho vytvorená len pripojením vstupného otvoru 12 ako vstupu vývevy bez akýchkoľvek ďalších konštrukčných úprav.

Claims (6)

SK 50057-2019 U1 NÁROKY NA OCHRANU

1. Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo výveva obsahujúce skriňu, v ktorej je valcová diera pre valcový rotor, kde rotor obsahuje axiálny otvor pre hriadeľ čerpadla, kompresora alebo vývevy a priečne na os rotora aspoň dve voči sebe uhlovo posunuté komory, kde v každej komore je posuvne vratne uložený piest, ktoiý je vytvorený s otvorom pre kruhovú vačku na hriadeli čerpadla, kompresora alebo vývevy, pričom hriadeľ je uložený excentrický voči rotoru, skriňa je vybavená odnímateľnými čelami s uloženiami pre hriadeľ a rotor a na tesné uzatvorenie valcovej diery pre rotor, a skriňa ďalej obsahuje aspoň jeden vstupný otvor na prívod média do komory piestu a aspoň jeden výstupný otvor na výstup média z komory piestu, pričom excentricita osi otáčania hriadeľa od osi valcového rotora je rovná excentricite osi kruhovej vačky od osi otáčania hriadeľa, vyznačujúce sa tým, že aspoň jedna vačka (8) je na hriadeli (7) uložená rozoberateľné pevne.

2. Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo výveva podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že rozoberateľné pevné uloženie vačky (8) na hriadeli (7) je tvorené rozoberateľným hriadeľovým spojením a axiálna poloha vačiek (8) a hriadeľa (7) je zabezpečená dorazom (72) vačky (8) na hriadeli (7) a vymedzovacím prvkom (3) usporiadaným medzi vačkou (8) a čelom (2) skrine (1) čerpadla, kompresora alebo vývevy.

3. Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo výveva podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že rozoberateľné hriadeľové spojenie je perodrážkový spoj a doraz (72) vačky (8) na hriadeli (7) je tvorený osadením hriadeľa (7).

4. Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo výveva podľa nárokov 2 alebo 3, vyznačujúce sa tým, že vy medzovací prvok (3) je vytvorený v jednom celku s čelom (2).

5. Piestové rotačné čerpadlo, kompresor alebo výveva podľa ktoréhokoľvek z nárokov 2 až 4, vyznačujúce sa tým, že, vymedzovací prvok (3) obsahuje ložisko pre rotor (4).

6 výkresov