RU2059895C1 - Two-stage pressure booster - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: case with end face lid houses hollow piston of the first stage mounted to form working chamber. Piston of the second stage has through duct and is placed into space of the first piston to form working chamber of the second stage. Non-return valves are located in lid, hollow piston and through duct. Pistons are kinematically interconnected and coupled to drive. Kinematic coupling of pistons is manufactured in the form of closed curvilinear groove in outer surface of piston of the second stage interacting with ball installed in oval-spherical recession made in inner surface of hollow piston to form closed space filled with lubricant. Hollow piston is fixed against turning relative to case. EFFECT: increased operational efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве устройства для повышения давления. The invention relates to mechanical engineering and can be used as a device for increasing pressure.

Из патентной литературы известна поршневая машина [1] в которой передача механической энергии двигателя передающей давление рабочей среде осуществляется за счет наличия между приводным элементом и поршнем кинематической связи, выполненной в виде взаимодействующих между собой замкнутого криволинейного паза и по меньшей мере одного шарика, размещенных во взаимодействующих элементах устройства. Однако данное устройство является сложным из-за большого количества взаимодействующих элементов, а, кроме того, не обеспечивает достаточной степени повышения давления рабочей среды. A piston machine [1] is known from the patent literature in which the mechanical energy of the engine is transmitted by a pressure-transmitting working medium due to the presence of a kinematic connection between the drive element and the piston in the form of a closed curved groove interacting with each other and at least one ball placed in the interacting elements of the device. However, this device is complex due to the large number of interacting elements, and, in addition, does not provide a sufficient degree of pressure increase of the working environment.

Наиболее близким к изобретению является поршневой многоступенчатый агрегат [2] содержащий корпус с торцевой крышкой, установленный в корпусе с образованием рабочей камеры первой ступени полый поршень, поршень второй ступени, размещенный в полом поршне первой ступени с образованием рабочей камеры второй ступени, причем поршни первой и второй ступеней кинематически связаны между собой и с приводным устройством, в поршне второй ступени выполнен сквозной осевой канал, а в торцевой крышке корпуса, поршне первой ступени и осевом канале установлены обратные клапаны. К недостаткам данного технического решения следует отнести сложность и нетехнологичность конструкции, обусловленную большим количеством деталей и необходимостью соблюдения соосности их изготовления. Closest to the invention is a multi-stage piston unit [2] comprising a housing with an end cap mounted in the housing to form a working chamber of the first stage, a hollow piston, a piston of the second stage located in the hollow piston of the first stage to form the working chamber of the second stage, the pistons of the first and of the second stage are kinematically connected with each other and with the drive device, in the piston of the second stage there is a through axial channel, and in the end cover of the housing, the piston of the first stage and the axial channel claimed the check valves. The disadvantages of this technical solution include the complexity and low-tech design, due to the large number of parts and the need to comply with the alignment of their manufacture.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков, что обеспечивается за счет совмещения функций приводного устройства и поршня второй ступени одним элементом конструкции, при этом выполнение кинематической связи между элементами конструкции, в виде взаимодействующих между собой шарика и замкнутого криволинейного паза снижает требования к точности изготовления (соосности) элементов конструкции. The invention is aimed at eliminating these drawbacks, which is achieved by combining the functions of the drive device and the piston of the second stage with one structural element, while the kinematic connection between the structural elements, in the form of a interacting ball and a closed curved groove, reduces the requirements for manufacturing accuracy (alignment) structural elements.

На фиг. 1 представлен двухступенчатый мультипликатор давления; на фиг.2 то же, с дополнительным поршнем первой ступени. In FIG. 1 shows a two-stage pressure multiplier; figure 2 is the same with an additional piston of the first stage.

Двухступенчатый мультипликатор давления содержит корпус 1 с торцевой крышкой 2, установленный в нем с образованием рабочей камеры 3 первой ступени полый поршень 4, в котором размещен поршень 5 второй ступени, образующий с поршнем 4 рабочую камеру 6 второй ступени. Поршень 4 зафиксирован от проворота относительно корпуса 1. Поршень 5 выполнен со сквозным осевым отверстием 7, а на его наружной цилиндрической поверхности выполнен замкнутый криволинейный паз 8, взаимодействующий с шариком 9, установленным в овальносферическом углублении 10, выполненном на внутренней поверхности полого поршня 4 и образующим с шариком 9 замкнутую полость 11, заполненную смазкой. Максимальная глубина полости 11 в сечении, проходящем через оси симметрии шарика 9 и овально-сферического углубления 10, составляет 15 60 мк, а поверхность углубления 10 выполнена с микрошероховатостью, что обеспечивает удержание смазки в полости 10. В торцевой крышке 2, поршне 4 и сквозном осевом канале 7 поршня 5 установлены обратные клапаны 12, 13, 14 соответственно, обеспечивающие всасывание газообразной рабочей среды в рабочую камеру 3, последующее ее вытеснение в рабочую камеру 6 и далее в сквозной осевой канал 7. В варианте выполнения, представленном на фиг.2, мультипликатор снабжен дополнительным поршнем 15 первой ступени, выполненным аналогично поршню 4 и установленным в корпусе 1 оппозитно последнему с образованием дополнительных рабочих камер 16, 17 первой и второй ступеней соответственно. При этом в дополнительной торцевой крышке 18, поршне 15 и канале 7 установлены дополнительные обратные клапаны 19, 20, 21, ориентированные встречно клапанам 12, 13, 14, а поршни 4 и 15 жестко связаны. The two-stage pressure multiplier comprises a housing 1 with an end cap 2 installed in it with the formation of the working chamber 3 of the first stage, a hollow piston 4, in which the piston 5 of the second stage is placed, which forms the working chamber 6 of the second stage with the piston 4. The piston 4 is fixed from turning relative to the housing 1. The piston 5 is made with a through axial hole 7, and on its outer cylindrical surface a closed curved groove 8 is made, interacting with a ball 9 installed in an oval-spherical recess 10 made on the inner surface of the hollow piston 4 and forming with ball 9 a closed cavity 11 filled with grease. The maximum depth of the cavity 11 in the section passing through the axis of symmetry of the ball 9 and the oval-spherical recess 10 is 15-60 microns, and the surface of the recess 10 is made with micro-roughness, which ensures that the grease is retained in the cavity 10. In the end cap 2, piston 4 and through check valves 12, 13, 14 are installed in the axial channel 7 of the piston 5, respectively, providing suction of the gaseous working medium into the working chamber 3, its subsequent displacement into the working chamber 6 and then into the through axial channel 7. In an embodiment, SG 2, the multiplier piston 15 is provided with an additional first step, performed similarly to the piston 4 and mounted in the housing 1 opposite to the latter to form additional working chambers 16, 17 of the first and second stages, respectively. Moreover, in the additional end cap 18, piston 15 and channel 7, additional check valves 19, 20, 21 are installed, oriented opposite to valves 12, 13, 14, and pistons 4 and 15 are rigidly connected.

Двухступенчатый мультипликатор давления работает следующим образом. A two-stage pressure multiplier works as follows.

При вращении поршня 5 второй ступени, являющегося одновременно и приводным элементом, шарик 9, перекатываясь по замкнутому криволинейному пазу 8, вызывает возвратно-поступательное перемещение полого поршня 4 первой ступени. При перемещении поршня 4 влево происходит увеличение объема рабочей камеры 3 первой ступени, в ней создается разряжение, что вызывает открытие обратного клапана 12, т.е. происходит всасывание газа в камеру 3. Одновременно с этим происходит уменьшение объема рабочей камеры 6 второй ступени, сжатие находящегося в ней газа и его последующее нагнетание через клапан 14 потребителю (клапан 13 в это время закрыт). При обратном ходе полого поршня 4 происходит одновременное уменьшение объема камеры 4 и увеличение объема камеры 6, клапаны 12, 14 закрываются, а клапан 13 открывается, обеспечивая перетекание рабочего тела, сжатого в рабочей камере 3, в рабочую камеру 6 второй ступени. Далее цикл повторяется. When the piston 5 of the second stage rotates, which is also the driving element, the ball 9, rolling along a closed curved groove 8, causes a reciprocating movement of the hollow piston 4 of the first stage. When the piston 4 is moved to the left, the volume of the working chamber 3 of the first stage increases, a vacuum is created in it, which causes the check valve 12 to open, i.e. the gas is sucked into the chamber 3. At the same time, the volume of the working chamber 6 of the second stage decreases, the gas in it is compressed and subsequently pumped through the valve 14 to the consumer (valve 13 is closed at this time). With the reverse stroke of the hollow piston 4, a simultaneous decrease in the volume of the chamber 4 and an increase in the volume of the chamber 6 occur, the valves 12, 14 are closed, and the valve 13 opens, allowing the working fluid compressed in the working chamber 3 to flow into the working chamber 6 of the second stage. Next, the cycle repeats.

При выполнении устройства по варианту, представленному на фиг.2, в дополнительных рабочих камерах 16, 17 происходят процессы, аналогичные вышеописанным, но в противофазе, т.е. во время всасывания рабочей среды в камеру 3 рабочая среда с давлением первой ступени из камеры 16 нагнетается в камеру 17 и т.д. Таким образом обеспечивается непрерывная подача рабочей среды под давлением, определяемым настройкой обратных клапанов и соотношением рабочих площадей поршней 4 и 5. When performing the device according to the embodiment shown in FIG. 2, processes similar to those described above, but in antiphase, i.e. during the suction of the working medium into the chamber 3, the working medium with the pressure of the first stage from the chamber 16 is pumped into the chamber 17, etc. This ensures a continuous supply of the working medium under pressure, determined by the setting of check valves and the ratio of the working areas of the pistons 4 and 5.

Claims (2)

1. ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ МУЛЬТИПЛИКАТОР ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус с торцевой крышкой, установленный в нем с образованием рабочей камеры первой ступени полый поршень, размещенный в его полости с образованием рабочей камеры второй ступени поршень второй ступени, выполненный со сквозным каналом, размещенные в торцевой крышке, полом поршне и сквозном канале обратные клапаны и приводное устройство, причем поршни кинематически связаны между собой и с приводным устройством, отличающийся тем, что кинематическая связь полого поршня и поршня второй ступени выполнена в виде замкнутого криволинейного паза на наружной поверхности поршня второй ступени, взаимодействующего с шариком, установленным в овально-сферическом углублении, выполненном на внутренней поверхности полого поршня с образованием замкнутой полости, заполненной смазкой, а полый поршень зафиксирован от проворота относительного корпуса. 1. TWO-STAGE PRESSURE MULTIPLICATOR, comprising a housing with an end cap installed in it with the formation of a working chamber of the first stage, a hollow piston placed in its cavity with the formation of a working chamber of the second stage, a piston of the second stage, made with a through channel, placed in the end cap, hollow piston and a through channel, check valves and a drive device, the pistons being kinematically connected to each other and to the drive device, characterized in that the kinematic connection of the hollow piston and the piston is second The stage is made in the form of a closed curved groove on the outer surface of the piston of the second stage, interacting with a ball mounted in an oval-spherical recess made on the inner surface of the hollow piston with the formation of a closed cavity filled with lubricant, and the hollow piston is fixed from rotation of the relative housing. 2. Мультипликатор давления по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным полым поршнем, жестко связанным с основным и установленным оппозитно последнему с образованием с корпусом и поршнем второй ступени дополнительных рабочих камер первой и второй ступеней, при этом в дополнительных торцевой крышке и полом поршне, а также в сквозном канале поршня второй ступени установлены дополнительные обратные клапаны, ориентированные встречно относительно основных обратных клапанов. 2. The pressure multiplier according to claim 1, characterized in that it is provided with an additional hollow piston rigidly connected to the main and installed opposite to the latter with the formation of additional working chambers of the first and second stages with the body and piston of the second stage, while in the additional end cover and hollow piston, as well as in the through channel of the second stage piston, additional check valves are installed, oriented opposite to the main check valves.

Images