CS249106B2 - Multipurpose current-device with axial through flow - Google Patents

Description

Vynález se týká víceúčelového proudového zařízení s axiá ním průtokem, provozovaného na principu vytlačování objemu, kterého může být použito jako motoru, jako pracovního stroje nebo jako přístroje pro měření proudění.

Zařízení podle vynálezu může být energie proudící kapaliny proměňována v mechanickou práci nebo může být schopnost proudícího prostřecií pracovat zvyšována mechanickou prací použitou к pohonu. V důsledku statického a dynamického vyvážení otáčejících se součástí a důsledného dodržování volumetrického principu jsou otáčky, popřípadě úhlová rychlost, otáčejících se součástí vždy úměrné rychlosti proudícího prostředí. Zařízení je proto obzvláště vhodné pro vysoce přesné měření rychlosti proudění plynů a kapalin. Známá zařízení stejného určení pracují jako stroje provozované na principu vytlačování objemu s poměrně vysokými ztrátami třením, přičemž protékající prostředí jsou donucována к víření* ke změně směru a jsou urychlována. Vymezení objemu je u nich komplikované a volumetrický princip může být realizován jen s kompromisy a nedokonale. Zařízení provozovaná na principu techniky proudění mohou být hospodárně provozována jen za příslušných provozních poomínek. Jejich účinnost je závislá na rychlosti proudění, popřípadě na otáčkách. Tyto vlastnosti zařízení provozovaných na principu vytlačování objemu a techniky proudění jsou tudíž zatíženy značnými mechanickými, hydraulickými a volumetrickými ztrátami.

Cílem vynálezu je vytvoření zařízení, jímž se vyloučí nevýhody známých zařízení stejného určení, to jest, má být dosaženo zvýšení účinnosti při přeměrování kinetické energie a potenciální energie proudících plynů a kapalin na práci, popřípadě při přeměňování mechanické práce na kinetickou energii nebo energii potenciální.

Dalším cílem vynálezu je zachování vztahu mezi objemem proudícího prostředí a otáčkami zařízení v celém funkčím rozsahu. Zařízení podle vynálezu spočívá v trubkovité komoře, uspořádané v tlakuvzdorném pouzdru, uložené na hřídeli rovnoběžném se směrem proudění, jejíž vnitřní povrch má šroubovilé závity. Ve vnitřku komory je uspořádáno vřeteno spojené s vnitřními šroubovými závity komory. Zprostředkování mechanické práce se děje pomocí prostředku přenášejícího otáčivý pohyb, s výhodou ozubenými koly. Zařízení obsahuje dále přístroj snímající otáčivý pohyb (s výhodou vysílač impulsových signálů), v případě potřeby může být ale nucené spojení mezi komorou a vřetenem realizováno pohonem přenášejícím otáčivý pohyb, s výhodou ozubeným pohonem. Vnitřní profil průřezu komory je vytvořen epicykloidou fz_k) nebo dvěma kruhovými úsečkami spojenými dvěma rovnoběžnými čarami. Vnější profil téhož průřezu je tvořen krycí křivkou dotýkaného povrchu během relativního pohybu příslušejícího průřezu komory. Pohlížíme-li na počet oblouků cykloidy jako na výběhy závitu, přilícuje se komoře, která má šroubový povrch s plynulými nebo, proměnnými výběhy, vřeteno, jehož závitové chody jsou tvořeny ve stejném směru, jehož zátvitový výběh je z₀ = z_k4-l a jehož závitové stoupání je h_a= [z₀/z_k) . lh_k plynulé nebo proměnné.

Komoře, jejíž průřez sestává ze dvou kruhových úsečí spojených dvěma rovnoběžnými přímkami a jejíž vnitřní šroubový povrch má dva výběhy a plynulé nebo proměnné stoupání h_k ve stejném směru, je přilícováno vřeteno, které má kruhový průřez, jeden výběh závitu a plynulé nebo proměnné stoupání h_o = 0,5h_k.

Komora a vřeteno jsou v první řadě spolu spojeny profilem průřezů spadajících do jedné roviny. Pro zvýšení přenášeného momentu může být vytvořen orgán zprostředkující otáčení stejného směru, s výhodou dvojice ozubených kol, jejichž převod je i= ——· ,popřípadě i = 0,5, z_k jako zvláštní nucené spojení» Jak hřídelový čep, nesoucí komoru nebo ložisko hřídele, jakož i čep, nesoucí vřeteno nebo hřídelové ložisko, jsou pevně připojeny к tlakuvzdornému pouzdru.

Vytvoření komory, jejíž vnitřní závit má jednoduchý výběh z_k=l, a vřetena, které má jednoduchý výběh z₀ = z_k + l = 2, mají průřezy, jejichž slícování se provádí způsobem známým z maďarského patentu 152 615 s tou odchylkou, že podle uvedeného patentu v důsledku tangenciálního proudění epicykloida obklopující zvnitřku průřez komory je přerušena.

Dalším cílem vynálezu je odstranění nevýhod známých zařízení, přičemž přeměnou kinetické a potenciální energie proudících kapalin a plynů na mechanickou práci, popřípadě přeměnou mechanické práce na kinetickou a potenciální energii, může být zajištěno zvýšení účinnosti a zachování vztahu mezi protékajícím objemem a otáčkami zařízení v celém funkčním rozsahu.

Zařízení podle vynálezu sestává tudíž z trubkovité komory v tlakuvzdorném pouzdru, uloženém na hřídeli rovnoběžném se směrem proudění, mající vnitřní šroubový povrch, jakož i z vřetena uloženého na· dalším hřídeli, rovnoběžném s uvedeným hřídelem, uspořádaného v komoře a s ní spojeného, majícího vnější šroubový závit, z orgánu přenášejícího rotační pohyb, vhodného pro přenos mechanické práce (s výhodou ozubené kolo), z přístroje snímajícího rotační pohyb (s výhodou vysílač impulsových signálů) a z orgánu přenášejícího rotační pohyb, realizujícího v případě potřeby nucené spojení mezi komorou a vřetenem (s výhodou ozubený pohon).

0

U jiného příkladu provedení podle vynálezu jsou průřezy komory a vřetena jsoucí v jedné rovině spojeny tak, jako tytéž součásti obyčejného, známého čerpadla. Průřez vřetena je kruh, průřez komory je však kruhová úseč spojená dvěma rovnoběžnými přímkami, přičemž vztah délky rovnoběžných přímek k relativnímu pohybu kruhu vřetena je stejný.

V důsledku takového vytvoření šroubových povrchů, kcmory a vřetena liší se průřezy komory mezi rovinami v odstupu dl o úhel dp, průřezy vřetena o úhel (z_k/z₀). dy. Průřez komory a průřez vřetena se tudíž otočí na délce dl vůči sobě o úhel (1 — z_kZzJ da Ježto průřezy jsou vůči sobě relativně natočeny, vznikají podle plynulého nebo proměnného stoupání závitů mezi komorou a vřetenem dutiny stejné nebo odlišné délky pro dopravovaná kapalná nebo plynná prostředí. Tyto dutiny se podle natočení komory a vřetena. opakují plynule, ale navzájem odděleně se stejnou fází.

Aby se vtoková a výtoková strana zařízení podle vynálezu spolehlivě oddělily, mají jak komora, tak i vřeteno být delší než nahoře uvedená dutina. V tomto případě nemůže teoreticky v klidovém stavu komory a vřetena protékat žádné prostředí.

Během provozu otáčí se komora n_k a vřeteno otáčkami n₀ — (z_k/zj . nk v důsledku nuceného spojení, popřípadě převodu, orgánu přenášejícího rotační pohyb, zatímco objemový element prostředí dopravovaného ve směru osy se pohybuje dopředu bez rotačního pohybu, bez změny tvaru a objemu. Jeho rychlost v = nk . h_k = n₀. h₀ je buď konstantní, nebo proměnná.

Zařízení podle vynálezu nemá žádnou součást provádějící kmitavý pohyb. Jak komora s více výběhy, tak i vřeteno se otáčejí v důsledku souměrnosti jejich průřezů kolem jejich osy, přičemž komora s jedním výběhem a vřeteno musí být dynamicky vyváženy podle jejich těžiště, popřípadě vybrání.

Příklady provedení víceúčelového proudového zařízení podle vynálezu jsou zobrazeny na připojených, výkresech, na nichž na obr. 1 je znázorněno zařízení s komorou s jedním výběhem závitu a s vřetenem s dvojitým závitem v podélném řezu, na obr. 2 je řez podle čáry A—A na obr. 1, na obr. 3 je znázorněn řez podle čáry B—B na obr. 1, přičemž druhý řez C—C je vytažen slabě, obr. 4 znázorňuje zařízení s vysílačem impulsových signálů v podélném řezu, na obr. 5 je znázorněno zařízení s komorou se dvěma výběhy závitu a s vřetenem s jednoduchým závitem v podélném řezu s, na obr. 6 je znázorněno zařízení podle vynálezu v podélném řezu bez ozubených kol otáčejících komorou.

Na obr. 1 je znázorněn příklad provedení zařízení podle vynálezu, které může být požito s výhodou jako čerpadlo, tak také jako hydromotor nebo kompresor či plynový motor.

K pouzdru 1, dimenzovanému na provozní tlak, jsou prostřednictvím vodícího kužele 6 a příaržné tyče 7 proudnicového tvaru připojeny hřídelové ložisko 3, nesoucí komoru 2, a hřídelové ložisko 5, nesoucí vřeteno 4 [přičemž vřeteno má eliptický průřez]. Ozubený věnec 8, otáčející se společně s komorou 2 a ozubený věnec 9, otáčející se společně s vřetenem 4, zajišťují otáčivý pohyb pomocí dvojice ozubených kol, naklínované na předlohovém hřídeli 10. S komorou 2 společně se otáčí i mezikus 11, čímž jsou zajištěny příznivé poměry proudění mezi kruhovitým redukčním otvorem 12 a epicykloidním otvorem komory 2.

Pro týž účel slouží krček 13 vřetena 4, otáčející se společně s vřetenem 4, čímž mohou být zajištěny rovněž tak příznivé poměry proudění mezi vodicím kuželem 6 a elipsoidním průřezem vřetena 4. Krček 13 vřetena 4 (čep vřetena 4] a ozubený věnec 9 jsou spojeny křídlovými lopatkami 14. Křídlové lopatky 14 jsou vytvořeny se závitovým stoupáním, jehož je zapotřebí ke zmenšení proudění prostředí proudícího ve směru osy a vířícího mezi křídlovými lopatkami 14. Předlohový hřídel 10 má hřídelový čep 15, který podle poslání zařízení slouží jak k přejímání, tak také k přenosu mechanické práce.

Na obr. 4 je znázorněn příklad provedení zařízení podle vynálezu jako přístroje pro měření proudění. Je zde spojení mezi komorou 2, která má jednoduchý výběh a vřetenem 4, realizované ozubeným kolem 16 (které má počet zubů z) a dalším ozubeným kolem 17 s vnitřním ozubením (které má počet zubů 2z). Ozubené kolo 16, uložené na hřídeli 19 a mezikus 11 jsou spolu spojeny křídlovými lopatkami 18. Vřeteno 4 je spolu s ozubeným kolem 17 s vnitřním ozubením uloženo na hřídelovém čepu 20. Vysílač impulsových signálů, který sestává z kotouče 21 namontovaného na mezikusu 11 a z čidla 22, slouží k dálkové indikaci otočení úměrného objemu proudícího' prostředku se správným znaménkem.

Na obr. 5 je znázorněn příklad provedení zařízení podle vynálezu, které je zkonstruováno s vřetenem 4 s jednoduchým výběhem a s komorou 2 s dvojitým, výběhem, a kterého může být použito jako čerpadla, kompresoru nebo jako vytlačovacího lisu. Převod i=m/ /n₀ = 0,5 mezi komorou 2 a vřetenem 4 je zajištěn také ozubenými koly naklínovanými na předlohové hřídeli 18, pohánějícími komoru 2 a vřeteno 4. Pohon popsaného zařízení vyplývá z jeho uspořádání.

Když komorou 2 protéká prostředí s kinetickou nebo statickou energií, může být výstupním hřídelem, spojeným s vřetenem 4 ozubenými koly, poháněn pracovní stroj nebo opačně, když hřídelový čep je poháněn převodem a odpovídajícím motorem, může být pracovní schopnost protékajícího prostředí zvýšena. Zařízení podle vynálezu při

249102 zvolení vhodného provedení a vhodně dimenzovaného, popřípadě doplněné jinými o sobě známými stavebními prvky, může být použito jako čerpadla kapaliny, jako vytlačovacího lisu pro umělé hmoty, jako proudové převodovky, jako kompresoru nebo větracího zařízení, jako hydromotoru, odsávače plynů nebo jako měřicího přístroje pro proudící prostředí.

Claims (5)

1. Víceúčelové proudové zařízení s axiálním průtokem, provozované na principu vytlacovacího objemu a použitelné jako motor, pracovní stroj nebo přístroj pro měření proudění, vyznačující se tím, že v komoře (2) se šroubovým vnitřním povrchem o konstantním nebo proměnném stoupání závitu, otáčivé kolem její podélné osy, je uspořádáno vřeteno (4) přehrazující šroubový vnitřní povrch komory (2) s mezerami nebo bez nich, otáčivé kolem jeho podélné osy, totožné s osou otáčení komory (2), a mající šroubový vnější povrch o stoupání závitu odlišném od stoupání závitu šroubového vnitřního povrchu komory (2), přičemž příčný průřez vřetena [4] je vymezen krycí křivkou vnitřního povrchu komory ' (2) a vřeteno (4) a komora (2) jsou v nuceném spájení a otáčivé ve stejném, smyslu různou rychlostí.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že u komory (2) je vnitřní branou jejího příčného průřezu jeden oblouk obyčejné epicykOidy a hrana příčného průřezu obalové plochy obvodu vřetena (4) je jeden oblouk obyčejné epicykloidy.

3. Zařízení podle bodu 1, ' vyznačující se tím, že u komory (2) je vnitřní hranou jejího průřezu jeden oblouk obyčejné nebo prodloužené epicykloidy a ‘ hrana příčného průřezu obalové plochy obvodu vřetena (4) je jeden oblouk epicykloidy, přičemžž stoupání závitu šroubového vnějšího povrchu vřetena (4) je násobkem stoupání závitu šroubového vnitřního povrchu komory (2).

4. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že u komory (2j je vnitřní hranou jejího příčného průřezu křivka tvořená dvěma kruhovými oblouky spojenými dvěma rovnoběžkami, šroubový vnitřní povrch komory (2) je opatřen dvouchodým závitem, vřeteno (4) má kruhový příčný průřez a závitové stoupání šroubového vnějšího povrchu vřetene [4] je poloviční proti závitovému stoupání šroubového vnitřního povrchu komory (2).

5. Zařízení podle bodu 4, vyznačující se tím, že komora (2) a vřeteno (4) jsou spolu spojeny převodovým ústrojím, s výhodou ozubeným soukolím, s převodem i = z₀/z_k, kdo z, je pcčet závitových chodů vřetena (4) a z_k je počet závitových chodů komory (2).