CZ10195U1 - Universální rotační hydromotor - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká universálního rotačního hydromotorů, použitelného také jako hydročerpadlo, který sestává ze statoru s kruhovým pracovním prostorem, opatřeném vtokem a výtokem, a z rotoru uloženého v tělese statoru.

Dosavadní stav techniky

Současné typy rotačních hydročerpadel představují zejména tzv. křídlová čerpadla, která se vyznačují excentricky uloženým rotorem ve statoru, takže rotor se v jednom bodě dotýká statoru, opatřeného vtokem a výtokem. Vtok a výtok lze u těchto čerpadel zaměňovat změnou otáček rotoru, tzn. že tyto systémy jsou reverzibilní, pokud se týká fiinkce čerpadla. Jejich nevýhoda spočívá v tom, že taková čerpadla nelze použít jako hydromotory, tzn. pro přeměnu energie tlakové na energii kinetickou.

Dále jsou známy různé druhy hydromotorů, např. pístové hydromotory, zubová čerpadla apod., jejichž konstrukce jsou výrobně náročné, např. s použitím ozubení, jsou složité a nákladné, přičemž jejich použití je ve většině případů jednoúčelové, neboť jsou konstruovány pro tlakové a otáčkové poměry v konkrétním zařízení.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje universální rotační hydromotor, sestávající ze statoru s kruhovým pracovním prostorem, opatřeného vlokem a výtokem, a z rotoru uloženého v tělese statoru, podle technického řešení. Jeho podstata spočívá v tom, že vtok i výtok jsou uspořádány na tělese statoru vedle sebe, a jsou odděleny přepážkou s těsnící lištou. Ve statoru je uspořádán kruhový rotor, vykazující obvodové osazení, které přiléhá k těsnící liště, středovou část a hřídel, ležící ve středové ose statoru. Rotor je opatřen alespoň dvěma radiálními lopatkami, které procházejí jedním koncem obvodovým osazením do pracovního prostoru statoru, a druhým koncem jsou uloženy ve středové části rotoru, s možností posuvného pohybu v radiálním směru. Lopatky jsou spojeny s vodícími táhly, která jsou jedním koncem otočně upevněna na čepech, uložena ve vybráních v obvodovém osazení rotoru, a dosedají na pružiny upevněné k rotoru. Druhé konce vodících táhel jsou suvně spojeny s lopatkami a jsou opatřeny vodícími kladkami, které zabírají s vačkovým segmentem spojeným se statorem a uspořádaným mezi obvodovým osazením a středovou částí rotoru proti přepážce statoru. Hlavní výhoda tohoto uspořádání spočívá vtom, že universální rotační hydromotor je plně reverzibilní, a může pracovat se stále stejnou účinností nezávisle na směru otáček, a to jako hydročerpadlo, tak jako hydromotor. Účinnost ani výkon universálního rotačního hydromotorů nejsou na rozdíl od odstředivých strojů, např. turbín, závislé na otáčkách. Charakteristika průtoku je zcela lineární, účinnost je snížena pouze o ztráty třením v mechanickém systému a v kapalině, přičemž tyto ztráty jsou menší než u dosud známých čerpadel či hydromotorů. Další výhoda spočívá v tom, že universální rotační hydromotor podle technického řešení může pracovat s extrémními tlaky.

Ve výhodném provedení technického řešení je vačkový segment upevněn na přírubě statoru, která je upevněna k mezikruží s těsnícím kroužkem. Těsnící kroužek přiléhá k vnitřnímu osazení rotoru, přičemž mezikruží je upevněno k tělesu statoru. Příruba je dále opatřena ložiskem pro náboj středové části rotoru. Uspořádání s vloženým mezikružím s těsnícím kroužkem je výhodné z hlediska oddělení řídícího systému ve středové části rotoru, který je mazán olejem, od pracovního prostoru s kapalinou. Další výhodou je snadná montáž a demontáž rotoru po odšroubování příruby.

-1 CZ 10195 Ul

Lopatky jsou s výhodou tvořeny hlavou a válcovým dříkem. Hlava je uspořádána v drážce obvodového osazení, a válcový dřík prochází vnitřním osazením rotoru a jeho konec je uložen ve válci, který je uspořádán nad středové části rotoru. Průchozí otvory ve vnitřním osazení i ve válci jsou opatřeny těsněním. Výhoda tohoto řešení spočívá v tom, že při zasouvání lopatky do rotoru je vytlačen do pracovního prostoru statoru stejný objem kapaliny jaký zaujímala lopatka v pracovním prostoru. Tím je dosaženo lineárního průtoku kapaliny čerpadlem. Konce válcových dříků ve válcích působí jako písty, a umožňují tak snadnější řízení chodu lopatek v případě, že universální rotační hydromotor je používán jako vysokootáčkové čerpadlo.

V dalším výhodném provedení lopatky jsou v hlavě vytvořeny dva krajní otvory a jeden středový otvor, který prochází osou válcového dříku po celé jeho délce. Otvory umožňují vyrovnání tlaků nad i pod lopatkou což zaručuje, že k řízení chodu lopatek postačí i při velkých tlacích pracovní kapaliny pouze síla pružin.

Přehled obrázků na výkresech

Universální rotační hydromotor podle technického řešení bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1 řez tělesem statoru s pohledem na vložený rotor s lopatkami, obr. 2 boční pohled na rotor bez středové části a lopatek, obr. 3 řez mezikružím, obr. 4 řez přírubou statoru, obr. 5 půdorys rotoru, obr. 6 pohled na lopatku.

Příklad provedení technického řešení

Universální rotační hydromotor podle technického řešení sestává ze statoru 3 s kruhovým pracovním prostorem 11 a z kruhového rotoru 6, jehož osa otáčení leží na ose pracovního prostoru JT statoru 3. Těleso statoru 3 je opatřeno nálitky se vtokem I a výtokem 2, které jsou odděleny přepážkou 4, v níž je uložena odpružená těsnící lišta 5, Pojmenování vtoku I a výtoku 2 je relativní, a odpovídá smyslu otáčení rotoru 6 ve směru hodinových ručiček. Při opačném smyslu otáčení se funkce obou částí zamění. Těleso rotoru 6 je spojeno s hřídelí 9, a vykazuje obvodové osazení 7 a středovou část 8 přičemž obvodové osazení 7 přiléhá na těsnící lištu 5.

V rotoru 6 jsou radiálně uloženy dvě posuvné lopatky 10, 10'. Hlava 22 lopatky 10 je uložena v drážce 24 v obvodovém osazení 7 rotoru 6, a vysunuje se do pracovního prostoru 11 statoru 3. Na hlavu 22 navazuje válcový dřík 23, který prochází vnitřním osazením 21 rotoru 6 ajeho konec je posuvně uložen ve válci 26 na středové části 8 rotoru 6. Ve vnitřním osazení 21 i ve válci 26 je válcový dřík 23 utěsněn pomocí těsnění 25 a 27. V hlavě 22 lopatky 10 jsou vytvořeny dva krajní otvory 28 a mezi nimi jeden středový otvor 29, který prochází osou válcového dříku 23 po celé jeho délce. Druhá lopatka 10' je uložena a vytvořena obdobně jako první lopatka 10 s opačnou orientací. Mezi hlavou 22 a středovou částí 8 jsou k lopatkám 10, 10' upevněna druhým koncem vodící táhla 12, 12' o průřezu ve tvaru ’’U tak, že jsou nasazena na tmu 31, a mohou se na něm suvně pohybovat. První konce vodících táhel 12, 12' jsou otočně upevněny na čepech 13, 13' obvodovém osazení 7 rotoru 6. Výkyvný pohyb vodících táhel 12, 12' je omezen rozměry vybrání 30, 30', v nichž jsou vodící táhla 12, 12' uložena. Přibližně v polovině své délky dosedají vodící táhla 12, 12' na tlačné pružiny 18,18', upevněné k rotoru 6. Na druhých koncích vodících táhel 12, 12', spojených s lopatkami 10,10' jsou otočně upevněny vodící kladky 14, 14'. Vodící kladky 14, M' při otáčení rotoru 6 dosedají na vačkový segment 17 uspořádaný mezi obvodovým osazením 7 a středovou částí 8 rotoru 6 proti přepážce 4 statoru 3. Váčkový segment Γ7 je upevněn na přírubě 15 statoru 3, která je zároveň opatřena ložiskem 16 pro náboj 32 středové části 8 rotoru 6. Příruba 15 je upevněna k tělesu statoru 3 přes mezikruží 19 s těsnícím kroužkem 20, který přiléhá k vnitřnímu osazení 21 rotoru 6.

Universální rotační hydromotor podle technického řešení může pracovat jako čerpadlo. V tom případě vtokem 1 nasává kapalinu, která se dostává do pracovního prostoru 11 statoru 3.

V rotoru 6 pružina 18 tlačí na vodící táhlo 12 a vysouvá lopatku 10 do pracovního prostoru H,

-2CZ 10195 Ul kde lopatka 10 uzavře pracovní prostor 11 a tlačí kapalinu ven výtokem 2. Při vysouvání lopatky 10 se dostává kapalina otvory 28 pod lopatku 10 a otvorem 29 do válce 26.

Při dalším otáčení ve směru hodinových ručiček vodící kladka JA najede na vačkový segment 17, a pohybem vodící kladky J4 po povrchu vačkového segmentu 17 dochází k zasouvání lopatky 10 do drážky 24 v obvodovém osazení 7 rotoru 6, a tím zároveň dochází k vytlačení kapaliny z prostoru pod lopatkou 10 otvory 28 a z prostoru ve válci 26 otvorem 29. V okamžiku, kdy lopatka 10 dorazí k přepážce 4, je již zcela zasunuta v drážce 24 a prochází pod přepážkou 4. Zatím již lopatka 10' tlačí sloupec kapaliny pracovním prostorem 11 k výtoku 2 a celý proces se dále opakuje. Při reverzaci otáček hřídele 9 dojde k okamžité záměně vtoku I a výtoku 2 bez ío dalších úprav. Pokud je universální rotační hydromotor určen pro použití jako vysokootáčkové čerpadlo, potom je možno uzavřít otvory 29 v lopatkách 10, JO'. Při zasouvání lopatek 10, 10' ve výtlačné části tak vznikne přetlak, který odlehčuje namáhání vodících kladek 14, 14' a vodících táhel 12, 12' v rotoru 6.

Universální rotační hydromotor podle technického řešení může pracovat také jako hydromotor.

V tomto případě je výhodné, že válcové dříky 23 lopatek JO, JO' působí ve válcích 26, 26' jako písty, a snižují celkové namáhání systému. Vyvrtané otvory 28, 29 v lopatkách JO, JO' umožňují vyrovnávání tlaků nad apod lopatkami JO, 10' tak, aby křížení chodu lopatek 10, JO' postačovala síla pružin 18,18'.

Průmyslová využitelnost

Universální rotační hydromotor podle technického řešení je možno využít např. pro samonasávací nízkootáčková vysokotlaká vodní čerpadla, např. pro hasičské stříkačky, nebo ruční čerpadla na kapaliny, dále pro vodní turbíny pracující s velkými tlaky, pro klasické turbíny v přečerpávacích elektrárnách, či pro jednoduché a vysoce účinné hydromotory pro pohony různých strojních systémů, kde může s vyšší účinností nahradit klasická zubová čerpadla.

Claims (4)

1. 25 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Universální rotační hydromotor, sestávající ze statoru s kruhovým pracovním prostorem, opatřeného vtokem a výtokem, a z rotoru uloženého v tělese statoru, vyznačující se tím, že vtok (1) i výtok (2) jsou uspořádány na tělese statoru (3) vedle sebe, a jsou odděleny přepážkou (4) s těsnící lištou (5), kníž přiléhá obvod kruhového rotoru (6) vykazujícího

   30 obvodové osazení (7), středovou část (8) a hřídel (9) ležící ve středové ose statoru (3), rotor (6) je opatřen alespoň dvěma radiálními lopatkami (10, 10'), procházejícími jedním koncem obvodovým osazením (7) do pracovního prostoru (11) statoru (3), uloženými druhým koncem ve středové části (8) s možností posuvného pohybu v radiálním směru, a spojenými s vodícími táhly (12, 12'), která jsou jedním koncem otočně upevněna na čepech (13, 13') a uložena ve vybráních

   35 (30, 30') v obvodovém osazení (7) rotoru (6), dosedají na pružiny (18, 18') upevněné k rotoru (6), a jejich druhé konce suvně spojené s lopatkami (10, 10') jsou opatřeny vodícími kladkami (14, 14'), které zabírají s vačkovým segmentem (17) spojeným se statorem (3) a uspořádaným mezi obvodovým osazením (7) a středovou částí (8) rotoru (6) proti přepážce (4) statoru (3).
2. 2. Universální rotační hydromotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že vačko40 vý segment (17) je upevněn na přírubě (15) statoru (3), která je opatřena ložiskem (16) pro náboj (32) středové části (8) rotoru (6), aje upevněna k mezikruží (19) s těsnícím kroužkem (20), který přiléhá k vnitřnímu osazení (21) rotoru (6), přičemž mezikruží (19) je upevněno k tělesu statoru (3).

   -3 CZ 10195 Ul
3. 3. Universální rotační hydromotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá z lopatek (10, 10,) sestává z hlavy (22) a z válcového dříku (23), hlava (22) je uspořádána v drážce (24) obvodového osazení (7), a válcový dřík (23) prochází vnitřním osazením (21) rotoru (6) otvorem s prvním těsněním (25), a jeho konec je uložen ve válci (26) s druhým

   5 těsněním (27), který je uspořádán na středové části (8) rotoru (6).
4. 4. Universální rotační hydromotor podle nároků 1 a3, vyznačující se tím, že v hlavě (22) jsou vytvořeny dva krajní otvory (28) a jeden středový otvor (29), který prochází osou válcového dříku (23) po celé jeho délce.