Патент на изобретение №2295062

(54) ГИДРОДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к водяному приводу горных машин при гидравлической технологии добычи угля. Гидродвигатель содержит корпус с расточкой и ротор с закрепленными на нем шарнирно и отклоняемыми центробежно шиберами, сливной канал низкого и входной канал высокого давления, отклонитель шиберов, жестко соединенный с корпусом. Сливной канал низкого давления выполнен в отклонителе, а два смежные шибера образуют замкнутую полость с высоким давлением жидкости. Каждый шибер со стороны ротора утолщен в поперечном сечении в форме гантели и введен в осевое цилиндрическое отверстие с прорезью, выполненное в роторе. Прорезь соответствует охвату отверстием ротора гантельной части шибера на угол >180°, образуя шарнирное соединение шибер-ротор, и подпружинен тангенциально с возможностью его принудительного поворота в осевом цилиндрическом отверстии до контакта с расточкой корпуса. Входной канал высокого давления выполнен в отклонителе и расположен оппозитно сливному каналу низкого давления. Замкнутая полость гидравлически сообщена со сливным каналом низкого давления в отклонителе с помощью дополнительного канала – байпаса, который выполнен на поверхности расточки корпуса в форме продольного паза и размещен непосредственно перед отклонителем. Благодаря такому решению гидродвигатель упрощен, повышены его надежность и КПД. 4 ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в водяном приводе горных машин при гидродобыче.

Известен объемный гидродвигатель, содержащий пластины (шиберы) в качестве вытеснителей. Пластины плоские, перемещаются центробежно в радиальных пазах ротора, радиально подпружинены для гарантии выхода из пазов (Ковалевский В.Ф. и др. Справочник по гидроприводам горных машин. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М., «Недра», 1973, 504 с – С.181, рис.72). Гидродвигатель надежен при работе на минеральных маслах. Использование такого гидродвигателя на воде и тем более на воде с твердыми примесями невозможно из-за заштыбовки посадочных зазоров в соединении паз-пластина.

Известен высокомоментный лопастной объемный гидродвигатель (там же, стр.183, рис.75) с выдвигаемыми центробежно и радиально подпружиненными сдвоенными плоскими лопастями. Здесь под лопасти для гарантии их выдвижения из ротора радиусом R_p до корпуса радиусом R_к подводится давление рабочей жидкости, а задвигание их в ротор осуществляется за счет их взаимодействия с «копирами» радиальной высотой h=R_к-R_р, разделяющими активную часть на несколько рабочих камер и жестко соединенными с корпусом гидродвигателя. Здесь использована разгрузка замкнутого сжимаемого пространства под лопастями от давления при задвигании их в ротор (для снижения механических потерь энергии). Этот аналог также не может быть использован для работы на воде по тем же причинам, что и первый аналог.

Известен объемный гидродвигатель по а.с. SU №1190075 (07.11.85, Бюл. №41, авт. Медведков В.И. и Клемешева Т.М.) – прототип. 3десь применены качающиеся на шарнирах в роторе (или в корпусе) лопасти (далее – шибера); это позволило уйти от опасности заштыбовок узких щелей, имеющихся в аналогах, т.е. повысить надежность гидродвигателя. Шарнирное соединение шибера с ротором осуществлено с помощью торцевых шипов на шибере, введенных в соответствующие отверстия боковых втулок, жестко связанных с ротором. Это плохо сказалось на объемном КПД гидродвигателя, т.к. осевая щель между шибером и ротором гарантированно существует изначально, а по мере ее расширения от износа утечки возрастают. Для гарантии центробежного отклонения шиберов до контакта с расточкой корпуса радиусом R_к и подачи в рабочую камеру в нужный момент жидкости под давлением использован поршеньковый распределитель – это может снизить надежность гидродвигателя из-за заштыбовки зазоров в соединении поршень-ротор (см. фиг.4 прототипа). И наконец, отклонение шиберов «копирами» (далее – отклонителями) корпуса (см. фиг.3 прототипа) сопряжено с ростом механических потерь энергии из-за необходимости сжатия замкнутого между смежными шиберами объема жидкости. В прототипе отвод жидкости производится через каналы в отклонителях, а подвод – через осевой канал ротора и радиальный поршеньковый распределитель; это усложняет изделие.

Таким образом, прототип имеет повышенные объемные и механические потери при работе на любой жидкости, а также сложную и недостаточно надежную конструкцию распределителя для работы на воде – недостатки.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение КПД и надежности гидродвигателя, а также упрощение его конструкции.

Техническое решение достигается тем, что

в гидродвигателе, содержащем корпус с расточкой радиусом R_к и ротор радиусом R_pк с закрепленными на нем шарнирно и отклоняемыми центробежно шиберами, имеющими ширину В на дуге радиуса R_к и длину L, сливной канал низкого и входной канал высокого давления, отклонитель шиберов радиальной высотой h=R_к-R_p, жестко соединенный с корпусом, при этом сливной канал низкого давления выполнен в отклонителе, а два смежных шибера, отклоненных до контакта с корпусом на радиусе расточки R_к, образуют замкнутую полость с высоким давлением жидкости,

согласно изобретению каждый шибер со стороны ротора утолщен в поперечном сечении в форме гантели и введен в осевое цилиндрическое отверстие с прорезью, выполненное в роторе, причем прорезь соответствует охвату отверстием ротора гантельной части шибера на угол >180°, образуя шарнирное соединение шибер-ротор, и подпружинен тангенциально с возможностью его принудительного поворота в осевом цилиндрическом отверстии до контакта с расточкой корпуса, при этом входной канал высокого давления выполнен в отклонителе и расположен оппозитно сливному каналу низкого давления, а замкнутая полость гидравлически сообщена со сливным каналом низкого давления в отклонителе с помощью дополнительного канала – байпаса, который выполнен на поверхности расточки корпуса в форме продольного паза шириной В_п>В и длиной L_п

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дано поперечное сечение гидродвигателя, на фиг.2 показан узел М на фиг.1, на фиг.3 представлен вид А на фиг.2 в момент контакта шибера с отклонителем и на фиг.4 показаны укрупненно элементы шарнирного соединения шибера с ротором.

На фигурах изображены:

1 – отклонитель,

2 – входной канал высокого давления,

3 – корпус,

4 – ротор,

5 – пружина,

6 – шибер,

7 – байпас (обводной канал),

8 – сливной канал низкого давления,

9 – углубление под пружину,

10 – крепление пружины,

11 – гантельная часть шибера,

12 – точка контакта шибера с отклонителем.

Дополнительно обозначены:

В_п – ширина паза (фиг.2),

R_к – радиус расточки корпуса (фиг.3),

R_р – радиус ротора (фиг.4),

В – ширина шибера на радиусе R_к (фиг.4),

L – длина шибера (фиг.3),

L_п – длина паза (фиг.3),

h=R_к-R_р – радиальная высота отклонителя (фиг.4),

>180° – угол охвата гантельной части шибера в его поперечном сечении расточкой ротора (фиг.4),

a-b-c-d – контур замкнутой полости (фиг.1),

r – радиус гантели 11 и расточки в роторе 4 под шибер 6.

Гидродвигатель имеет корпус 3 с расточкой радиусом R_к и ротор 4 радиусом R_pк. На роторе закреплены шарнирно пять шиберов 6 (может быть иное количество). На уровне дуги радиуса R_к каждый шибер имеет ширину В, длина шибера L в осевом направлении равна длине ротора 4.

В состав гидродвигателя входят также два отклонителя 1, разделяющие рабочую часть на две рабочие камеры (может быть иное количество). Каждый отклонитель имеет сливной канал низкого давления 8; радиальная высота отклонителя h=R_к-R_p. Отклонители жестко соединены с корпусом 3.

Между двумя смежными шиберами 6, находящимися в контакте с расточкой корпуса радиуса R_к, имеет место замкнутая полость a-b-c-d с высоким давлением жидкости.

Каждый шибер 6 со стороны ротора 4 утолщен в своем поперечном сечении по форме гантели 11 радиусом r; в роторе выполнены осевые сверления того же радиуса (с учетом технологического зазора). Каждое из этих отверстий вскрыто в сторону рабочей камеры прорезью с оставлением тела ротора на дуге окружности радиуса r, соответствующей углу >180°. Шибер введен в указанное сверление ротора.

Каждый шибер 6 подперт пружиной 5 тангенциально, т.е. может быть повернут в шарнире 11 до контакта с расточкой корпуса 3. Плоские пружины крепятся в углублениях 9 винтами 10 от выпадения (пружины могут быть иными).

Замкнутая полость a-b-c-d гидравлически сообщена со сливным каналом низкого давления 8 в отклонителе 1 с помощью дополнительного канала 7 – байпаса. Байпас выполнен на поверхности расточки корпуса радиусом R_к в форме продольного паза шириной В_n>В, имеет длину L_n

Канал высокого давления 2 выполнен также в отклонителе 1 и расположен оппозитно каналу низкого давления 8 (зеркально).

Работа гидродвигателя.

Подвод и отвод жидкости осуществляется через каналы неподвижного корпуса 3 и, соответственно, каналы 2 высокого давления и каналы 8 низкого давления в отклонителях 1, соединенных с корпусом жестко. Отсутствие поршенькового (прототип) или иного механического распределителя повышает надежность изделия и упрощает его конструкцию; расположение канала 2 в отклонителе 1 зеркально каналу 8 позволяет выполнить пружину 5 менее жесткой и соответственно снизить механические потери при повороте шибера отклонителем. Вода, выходящая из канала 2, поступает под шибер, помогая пружине отклонить последний до контакта с расточкой корпуса.

Ротор 4 с шиберами 6 вращается (согласно чертежу – по часовой стрелке) за счет движущего момента от силы давления жидкости на шиберы на радиусе R=0,5(R_к+R_p). Часть шиберов («рабочие») отклонена пружинами 5 и давлением жидкости до контакта с расточкой корпуса 3 радиуса R_к, а часть находится под этими отклонителями. При этом «рабочий» шибер находится в силовом контакте с одной стороны с корпусом на дуге длиной В, примерно равной ширине шибера на радиусе R_к, и с другой стороны – с ротором по образующей гантельной части 11 шибера, т.е. по продольной линии. Выпадению шибера из расточки ротора радиусом r препятствует угол >180° охвата ротором гантельной части шибера. Здесь не требуются шипы на торцах шиберов, втулки, жестко соединенные с ротором, и отверстия в этих втулках для крепления шиберов, как в прототипе. Т.е. заявляемая конструкция гидродвигателя в этой части упрощена по сравнению с прототипом.

Упомянутые поверхность шибера шириной В и область контакта гантельной части шибера с ротором в процессе работы гидродвигателя притираются и утечки по этим соединениям не возрастают в противоположность прототипу (в части соединения шибера с ротором), т.е. объемный КПД гидродвигателя повышен.

Согласно чертежу крутящий момент в данном гидродвигателе создается одновременно двумя шиберами. В каждой рабочей камере (их на чертеже две) образуется пара смежных шиберов, ограничивающих полость a-b-c-d с жидкостью, находящейся под давлением. Когда шибер, идущий впереди, касается точки 12 контакта с отклонителем 1, последний должен повернуть этот шибер против часовой стрелки (по чертежу), т.е. сжать объем жидкости в контуре а-b-c-d. Сжатия, конечно, не происходит, но тратится момент двигателя на продавливание части жидкости через зазоры, например, по торцам шиберов, т.е. механические потери возрастают. Для исключения этого вредного эффекта в заявляемом гидродвигателе перед отклонителем 1 выполнен продольный (вдоль оси двигателя) паз 7 шириной В_n>В. Теперь, когда очередной шибер подходит к точке 12, полость высокого давления в контуре а-b-c-d сообщается через паз (байпас) 7 со сливным каналом низкого давления 8 и шибер почти свободно отклоняется в шарнире 11, утапливаясь отклонителем 1 в ротор 4. Этой мерой предотвращено снижение механического КПД гидродвигателя, что не было предусмотрено в прототипе.

Находясь в пределах ширины В_n паза 7, шибер 6 может отклониться под действием пружин 5 вплоть до “дна” паза, т.е. провалиться в паз, что повысит механические потери при выводе шибера из паза. Чтобы этот отрицательный эффект не проявился, в заявляемом гидродвигателе осевая длина паза L_n сделана меньше длины шибера (ротора) – шибер не проваливается в паз.

Таким образом, сделанными усовершенствованиями известный гидродвигатель упрощен, его надежность возросла и снизились объемные и механические потери энергии.

Формула изобретения

Гидродвигатель, содержащий корпус с расточкой радиусом R_к и ротор радиусом R_рk с закрепленными на нем шарнирно и отклоняемыми центробежно шиберами, имеющими ширину В на дуге радиуса R_k и длину L, сливной канал низкого и входной канал высокого давления, отклонитель шиберов радиальной высотой h=R_k-R_p, жестко соединенный с корпусом, при этом сливной канал низкого давления выполнен в отклонителе, а два смежных шибера, отклоненных до контакта с корпусом на радиусе расточки R_k, образуют замкнутую полость с высоким давлением жидкости, отличающийся тем, что каждый шибер со стороны ротора утолщен в поперечном сечении в форме гантели и введен в осевое цилиндрическое отверстие с прорезью, выполненное в роторе, причем прорезь соответствует охвату отверстием ротора гантельной части шибера на угол >180°, образуя шарнирное соединение шибер – ротор, и подпружинен тангенциально с возможностью его принудительного поворота в осевом цилиндрическом отверстии до контакта с расточкой корпуса, при этом входной канал высокого давления выполнен в отклонителе и расположен оппозитно сливному каналу низкого давления, а замкнутая полость гидравлически сообщена со сливным каналом низкого давления в отклонителе с помощью дополнительного канала – байпаса, который выполнен на поверхности расточки корпуса в форме продольного паза шириной В_п>В и длиной L_п

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.10.2007

Извещение опубликовано: 27.06.2009 БИ: 18/2009