Гидромотор

 

Изобретение относится к гидромашинам с вихревым принципом действия, преобразующим энергию давления потока рабочего тела с примесью специальных гранул во вращательное движение рабочего колеса, и наоборот. Гидромашина с вихревым принципом действия содержит корпус с входным и выходным патрубками и вал с рабочим колесом. Патрубки разделены затвором. Рабочее колесо выполнено в виде закрепленных на валу плоскостенных дисков равного диаметра. Диски отделены друг от друга щелеобразными проточными каналами и имеют равномерно распределенные по окружности радиальные выступы и впадины. Между дисками с образованием щелевых проточных каналов установлены диски меньшего диаметра. Затвор выполнен с несколькими выступами и впадинами, размещенными так, что выступы затвора входят в проточные каналы колеса, а диски последнего - во впадины затвора. Глубина впадин, выполненных на дисках, меньше глубины проточных каналов для устранения возможной вибрации. При использовании гидромашины в качестве гидромотора в рабочее тело добавлены гранулированные примеси. Использование изобретения позволяет повысить КПД гидромашины. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидромашинам с вихревым принципом действия, преобразующим механическое движение рабочего тела во вращательное движение рабочего колеса и, обратно, преобразующим вращательное движение рабочего колеса в поступательное движение рабочего тела.

Приспособленный использовать вместе с рабочим телом гранулированные примеси определенного размера гидромотор может найти широкое применение в технике различных отраслей, а главным образом в машиностроении. Гидромотор может быть использован в качестве гидропередачи и т. п.

Известна гидромашина (см. пат. США 4280791 А, кл. F 01 D 1/36, 28.07.1981 г. ), содержащая корпус с входным и выходным патрубками, разделенными затвором, и вал с рабочим колесом, выполненным в виде закрепленных на валу плоскостенных дисков равного диаметра, отделенных друг от друга щелеобразными проточными каналами и имеющих равномерно распределенные по окружности радиальные выступы и впадины.

Недостатками известной гидромашины является то, что при использовании известного рабочего тела гидромашина имеет малый КПД, мала его эффективность. Эти недостатки проявляются во всех известных механизмах с вихревым принципом действия при использовании механизмов как в качестве гидромоторов, так и в качестве насосов. Отсутствие выступов у затвора в проточных каналах рабочего колеса не позволяет создать достаточное завихрение у входного окна, а также высокий напор жидкости на выходе.

Для повышения эффективности и работоспособности гидромашин с вихревым принципом действия, повышения КПД, между дисками с образованием щелевых проточных каналов установлены диски меньшего диаметра, затвор выполнен с несколькими выступами и впадинами, размещенными так, что выступы затвора входят в проточные каналы колеса, а диски последнего - во впадины затвора. Глубина впадин, выполненных на дисках, меньше глубины проточных каналов. При использовании гидромашины в качестве гидромотора в рабочее тело добавляются гранулированные примеси.

На фиг. 1 показан разрез корпуса гидромотора в плоскости ротора. На фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1. На фиг. 3 - специальное устройство для отбора гранул и перегона их из области низкого давления в область высокого давления. На фиг. 4 - разрез корпуса в плоскости ротора в рабочем положении при использовании рабочего тела с примесью гранул.

Гидромашина устроена следующим образом.

Гидромотор (насос) включает в себя разъемный корпус 1 с крышкой 2 и 3, в котором установлено рабочее колесо 4 (блок дисков) с втулкой 5, жестко закрепленной на валу 6 (в предлагаемом устройстве дисков нет, они выполнены заодно с втулкой). Съемный затвор 7 жестко закреплен на корпусе 1 клиновидными выступами 6. Рабочее колесо 4 содержит несколько проточных каналов 9 (показано 4 шт. ) прямоугольного сечения с определенным интервалом по ширине колеса. В результате образуются диски 10, на которых выполнены радиальные впадины 11 и выступы 12, равномерно распределенные по окружности дисков (12 шт. ).

Затвор выполнен также с выступами пластин и впадинами между ними в плоскости дисков колеса, но в обратной конфигурации. Выступы 7 затвора расположены между входным патрубком (торец 15) и выходным патрубком (торец 16). Выступы дисков рабочего колеса входят во впадины затвора, а выступы (пластины) затвора входят в проточные гидравлические каналы рабочего колеса. Глубина впадин, выполненных на дисках рабочего колеса, меньше глубины проточного гидравлического канала (см. на фиг. 2 разницу уровней, обозначенных буквой Н). В образовавшиеся канавки с уровнем Н входят пластины 7 затвора 17 и 18. Углубления канавок Н служат для гашения вибрации у пластин 7 во время работы при сопротивлении жидкости.

При использовании жидкости с примесями гранул углы торцов 17 и 18 у пластин затвора будут играть роль в качестве выталкивателей гранул из щелеобразных гидравлических каналов 9 и подачи их в патрубок 14. Гранулы подбираются по размерам из расчета размеров щелеобразных каналов 9 и впадин 11 и используются такого размера, чтобы они могли свободно проходить в полости патрубков 13 и 14 и не проваливаться в щели 9. Гранулы должны обладать достаточной прочностью, твердостью и легкостью, а при использовании пара и газа и т. п. должны выдерживать высокую температуру.

Устройство для перегона гранул из области низкого давления в область высокого давления показан на фиг. 3 и включает в себя корпус 19 с цилиндрической полостью 20, вал 21 с зубчатым колесом 22 и фланцами 23 и 24. Между фланцами и зубчатым колесом выполнены кольцевые дорожки для гранул 25 и 26, входящая и выходящая. На боковых сторонах фланцев 23 и 24 выполнены заборные шипы 27. На поверхности зубчатого колеса 22 выполнены переходные дорожки 28 для перекатывания гранул. Дорожки, образованные зубьями колеса, выполнены под углом к оси вала для обеспечения свободного перекатывания гранул с одной дорожки на другую. Входная дорожка 25 имеет на корпусе угловой скос 29 для выталкивания гранул с дорожки 25 на переходную дорожку 28. На корпусе гидромотора (фиг. 4) выполнены углубления 30, которые предусмотрены для перекатывания гранул в случае попадания их между торцами выступов колеса и стенкой корпуса (см. положение 31 на фиг. 4).

Работа гидромашины в роли гидромотора.

При подачи напора жидкости в патрубок 13 жидкость примет направление движения по направляющим стенкам патрубка и торцевой поверхности затвора 15. Жидкость своим движением будет воздействовать на торцевые площади выступов 12. Поскольку проход в сторону выходного патрубка свободен через щелеобразные проточные гидравлические каналы, то напор жидкости устремится по этим каналам. Поскольку сумма площадей у всех торцевых выступов по окружности колеса будет составлять много больше той суммы площадей у торцевых выступов, выходящих из полостей затвора 15 (всего 4 торцевых площадок против 36), и отталкиваясь от неподвижных пластин 7 затвора 15, жидкость вовлекет своим движением рабочее колесо во вращательное движение. (На фиг. 1 показано стрелками воздействие жидкости на площадки торцевых поверхностей выступов 12). Поток жидкости, дойдя до торца 16 затвора, будет вытесняться пластинами 7 из каналов 9 и направляться к выходному патрубку 14, а жидкость, находящаяся во впадинах 2 между выступами 12, будет продолжать вращаться вместе с рабочим колесом.

Работа гидромашины в роли насоса.

При вращении рабочего колеса 4 и 5 с валом 6 по часовой стрелке жидкость будет действовать в обратном направлении (см. стрелки обратного действия). Выступы 12 своими торцевыми поверхностями будут воздействовать на жидкость и принуждать ее к движению по часовой стрелке. Выходя, выступы 12 из полостей между пластинами 7 будут выталкивать порции жидкости, оказавшиеся между выступами 12, и создавать в полости входного патрубка разрежение. Разрежение будет еще создаваться за счет выхода проточных каналов из затвора 15, увеличивая объем полости патрубка. Жидкость разгоняется выступами 12 и у выходного патрубка 14 создается избыточное давление жидкости. Кроме того, у торца 16 затвора будет происходить принудительное вытеснение жидкости из проточных каналов 9 пластинами 7 затвора. Жидкость в полости выходного патрубка не сможет двигаться против вращения выступов с жидкостью, и она под давлением напора жидкости от вращения рабочего колеса будет подаваться в патрубок 14.

Работа гидромашины в роли гидромотора от воздействия рабочего тела с примесью гранул (см. фиг. 3 и 4).

Гранулы вместе с жидкостью подаются на вход патрубка 13 под давлением. Гранулы с жидкостью по направляющим стенкам корпуса и торцевой поверхности 15 затвора будут воздействовать на выступы 12, т. к. гранулы пройти в щелевые проточные каналы 9 не могут (размер гранул больше ширины щели), то они будут скопляться в полости патрубка 13 и закрывать своим телом все щелевые каналы 9 и этим самым будут преграждать движению жидкости. Весь напор жидкости будет передаваться на гранулы, а гранулы будут воздействовать на выступы 12 и движение передастся рабочему колесу.

На выходе гранулы будут вытесняться торцевыми поверхностями 16 пластин 7 затвора из проточных каналов 9 и подаваться на выход в патрубок 14. Далее жидкость пойдет к насосу, а гранулы, отфильтровываясь сеткой (не показано), будут подаваться на вход 25 (фиг. 3) специального устройства для перегона гранул из области низкого давления в область высокого давления. Гранулы шипами 27 будут двигаться до выступа 29, который сдвинет гранулы на переходные дорожки 28, по которым они скатятся на выходящую дорожку 26, и гранулы снова поступят в канал жидкости высокого давления 13. Далее весь процесс повторится.

Таким образом, при использовании перегонного устройства можно использовать небольшое количество гранул и добиться повышения работоспособности гидромашины и повысить ее КПД.

Предлагаемый механизм с использованием гранул может также работать в роли гидропередачи. Добавляя в поток жидкости гранулы или, наоборот, уменьшая количество гранул, можно регулировать число оборотов у рабочего колеса.

Формула изобретения

1. Гидромашина с вихревым принципом действия, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, разделенными затвором, и вал с рабочим колесом, выполненным в виде закрепленных на валу плоскостенных дисков равного диаметра, отделенных друг от друга щелеобразными проточными каналами и имеющих равномерно распределенные по окружности радиальные выступы и впадины, отличающаяся тем, что между дисками с образованием щелевых проточных каналов установлены диски меньшего диаметра, затвор выполнен с несколькими выступами и впадинами, размещенными так, что выступы затвора входят в проточные каналы колеса, а диски последнего - во впадины затвора.

2. Гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что глубина впадин, выполненных на дисках, меньше глубины проточных каналов.

3. Гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что при использовании ее в качестве гидромотора в рабочее тело добавлены гранулированные примеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4