объемная пульсирующая машина

Формула изобретения

Объемная машина, например гидропневмопривод, содержащая установленные оппозитно два мягких баллона-цилиндра в виде двух гибких сильфонных рабочих камер переменного объема, связанных с приводным устройством, которые сообщаются с входными и выходными магистралями машины, отличающаяся тем, что приводное устройство выполнено в виде рычага кулисы, подвижный конец которого связан с подвижным торцом каждой из оппозитных и автономных рабочих камер, снабженных на этих подвижных торцах входными и выходными магистралями, установленными вдоль оси этих камер, расположенными оппозитно друг к другу и выполненными из отрезков упругого мягкого трубопровода, каждый из которых связан одним концом с подвижным торцом своей рабочей камеры, а другим концом закреплен в неподвижном корпусе машины, выполняя при этом роль как запорных клапанов при их перегибе, так и регулируемых за счет изменения длины этих отрезков распределительных запорных устройств, настраиваемых в соответствии с рабочими тактами объемной машины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения в особенности к конструкциям объемных машин с мягкими баллонами - цилиндрами и может быть использовано в различных машинах в качестве пневмо-гидропривода, насоса в механизмах приводов часов, станков, игрушек, а также в качестве искусственного сердца. Известно, что для работы различных объемных машин необходимо, чтобы в их конструкции создавались или имелись камеры переменного объема, сообщаемые в процессе ее работы с входными и выходными магистралями машины через распределительные каналы. Известна также объемная машина, например гидропневмопривод, содержащая установленные оппозитно и действующее (расширяющиеся) попеременно навстречу друг другу два мягких баллона-цилиндра в виде двух гибких соединенных вместе подвижными концами сильфонных камер переменного объема, которые сообщаются через распределительные каналы (в виде приводных золотника или управляемых запорных клапанов) со своими входными и выходными магистралями, в результате чего создается по оси пневмогидроцилиндров возвратно-поступательное движение, преобразуемое затем каким-либо механизмом во вращательное или возвратно-вращательное рабочего вала. (1) Недостатком таких машин является большое количество сложных ненадежных элементов - запорных клапанов, трубопроводной арматуры, гидропневмораспределителей (золотников), пережимных роликов, распределительного вала и др., кроме того через золотниковую и клапанную аппаратуру в процессе их работы теряется и травмируется проходящее через них рабочее тело. Технической задачей, поставленной в изобретении является упрощение конструкции машины, повышение надежности и герметичности ее системы, создание автоматического распределения потока, устранение отмеченных выше недостатков этих машин. В предложенной объемной двухцилиндровой (двухсифонной) машине это достигается во-первых, тем, что входные и выходные магистрали предлагаемой машины выполнены из мягкого упругого трубопровода, в которых находит свое применение известное свойство закрепленного по концам отрезка упругого мягкого трубопровода (в виде шланга из материала например типа ниппельной резины) иметь либо плавный дугообразный изгиб, при котором рабочее тело свободно циркулирует по проходному сечению этого трубопровода, либо - при достаточном сближении концов отрезка этого упругого мягкого трубопровода - образовывать перегиб его (перелом шланга), в результате чего образуется складка во внутренней полости шланга, закупоривается его проходное сечение и это свойство использовать в качестве запорного клапана (или в качестве двухходового крана типа "открыт - закрыт"); во-вторых, в предложенной объемной машине камеры переменного объема и их входные и выходные магистрали становятся неотъемлемой частью их совместного функционирования, а именно: входные и выходные магистрали (в виде отрезков гибких трубопроводов) закреплены с возможностью взаимодействия в процессе работы с изменяемыми при расширении и сжатии линейными размерами соответствующих камер (сильфонов) переменного объема, в результате чего при расширении и сжатии сильфоновых камер в их входных и выходных гибких отрезках трубопроводов образуются или их перегиб (перелом), что как бы соответствует закрытому положению запорного клапана, или их плавный изгиб, что как бы соответствует открытому положению запорного клапана, т.е. через них как через распределительные каналы (золотниковое распределительное устройство или управляемые запорные клапаны) происходит автоматическое саморегулирующееся распределение рабочего тела к камерам переменного объема, соответствующее пульсирующим тактам работы объемной машины с собственной частотой колебаний и собственной амплитудой. В-третьих, создаваемое по оси пневмогидроцилиндров (сильфонов) возвратно-поступательное (колебательное, пульсирующее) движение преобразуется во вращательное или возвратно-вращательное на рабочем валу применением кривошипно-кулисного механизма в качестве механизма этого преобразования, содержащем рычаг кулисы, к концу которого прикреплены оппозитно подвижные концы двух сильфонных камер, прорезь вдоль оси кулисы, в которую входит палец кривошипа, сидящего на рабочем валу, в результате чего на маховик - противовес, установленный на этом же рабочем валу поступает (через кривошип) большой крутящий момент (из-за большого плеча рычага кулисы) при малых оборотах рабочего вала. На чертеже показана предлагаемая объемная пульсирующая машина, общий вид. На жесткой раме 1 к боковым кронштейнам 2 и 3 закреплены с одного неподвижного конца мягкие сильфоны 4 и 5. С другого подвижного (расширяющегося) конца в каждом из сильфонов 4 и 5 герметично заделаны (закреплены) твердые изогнутые патрубки 6 (например, из металлической трубки), которые переходят в такие же жесткие тройники 7 и 8. Патрубки 6 (а через них подвижные стороны сильфонов 4 и 5) прижаты хомутом 9 к рычагу кулисы 10 с осью вращения 11. В продольной прорези 12 кулисы 10 движется палец кривошипа 13 (со втулкой или сухарем), через который вращательно-возвратное движение кулисы передается на вращательное (или вращательно-возвратное) рабочего вала 14 машины, инерцию всей системе кривошипно-кулисного механизма придает маховик 15. Сверху боковых кронштейнов закреплены концы жестких трубопроводов (например из металлической трубки) - входной жесткий трубопровод 16 и выходной жесткий трубопровод 17 (для левой сильфонной рабочей камеры 4), а также входной жесткий трубопровод 18 и выходной жесткий трубопровод 19 (для сильфонной рабочей камеры 5). На конец входного трубопровода 16 и на один из концов тройника 7 надет отрезок эластичного шлага 20 (например из материала типа ниппельной резины), а на другой конец тройника 7 и на конец выходного трубопровода 17 надет отрезок эластичного шланга 21. Длина отрезков этих эластичных шлангов (20 и 21) подбирается (или рассчитывается) таким образом, чтобы, например, при крайнем левом положении кулисы 10 в левом сильфоне 4 начинался процесс расширения (эластичный отрезок шланга 20 имел бы "перегиб" т.е. закрыт для выхода рабочего тела, а отрезок 21 имел бы плавный изгиб, т.е. открыт для входа рабочего тела в левый сильфон 4). Соответственно также подбирается длина эластичных отрезков шлангов 22 и 23. Объемная пульсирующая машина работает следующим образом. Рабочее давление подается по жестким трубопроводам 17 ("вход 4") и 19 ("вход 5") (чтобы запустить систему необходимо разбалансировать ее, например путем поворота рабочего вала 14 - через кривошип 13 и прорезь 12 кулисы 10 отводится в крайнее левое положение - что соответствует так называемой "Нижней мертвой точке - НМТ" - механизма - как показано на фиг. 1). Тогда по плавному изгибу отрезка эластичного трубопровода 21 (что соответствует открытому положению запорного клапана) рабочее давление через тройник 7 и патрубок 6 поступает в левую сильфонную камеру 4, в которой выход закрыт "переломленным" эластичным отрезком трубопровода 20 (что соответствует закрытому положению клапана). В результате этого сильфонная камера 4 расширяется вправо и через патрубок 6 и хомут 9 линейное ее движение вправо передается на рычаг кулисы 10, который сжимает оппозитную сильфонную камеру 5 и через прорезь 12 поворачивает палец кривошипа 13 и рабочий вал 14 (при этом в сильфонной камере 5 выход через плавный изгиб отрезка эластичного трубопровода 23 открыт, а вход давления в "переломленном" отрезке эластичного трубопровода 22 закрыт). Вся подвижная система сильфонов 4 и 5 вместе с патрубками 6 и тройниками 7 и 8 смещается в крайнее правое положение (что соответствует "ВМТ" кривошипно-кулисного механизма), увлекая за собой подвижные концы эластичных трубопроводов 20 - 22, 23 - 21. При этом они занимают положение при котором (справа от оси по фиг. 1) поз. 21 - происходит перегиб (перелом шланга) - вход в сильфонную камеру 4 закрыт; поз. 23 - происходит перегиб шланга - выход из сильфонной камеры 5 закрыт. А в это же время (слева от оси по фиг. 1) - поз. 20 - плавный изгиб шланга - выход из сильфона 4 - открыт; поз. 22 - плавный изгиб шланга - вход в сильфонную камеру 5 открыт. Сильфонная камера 5 расширяется влево от приложенного по открытому шлангу 22 давления, своим движением через патрубок 6 и хомут 9 увлекает рычаг кулисы 10 и сжимает оппозитную сильфонную камеру 4. Рабочий ход повторяется влево. Дальше описанный пульсирующий процесс происходит самостоятельно как в автогенераторе с собственной частотой колебаний и собственной амплитудой. Цепь обратной связи замкнулась, поэтому объемная машина будет работать (пульсировать) пока сохранятся давление рабочего тела в ее магистралях и с этой точки зрения она подобно пульсирующему сердцу, разделенному на левую и правую половину (допустим сильфон 4 с трубопроводом "вход 4" - "выход 4" образуют малый круг кровообращения, а сильфон 5 с трубопроводами "вход 5" - "выход 5" - большой круг кровообращения, а упругие отрезки трубопроводов 20 - 21 и 22 - 23 работают как створчатые клапаны, не травмирующие рабочее тело). Таким образом, простота конструкции машины (ее можно собрать буквально из подручных материалов и деталей), надежность и абсолютно полная герметичность всей системы, использование предлагаемой объемной машины в качестве пневмогидроавтогенератора, насоса низкого давления и др. дают возможность создавать оригинальные машины и аппараты с замкнутым циклом движения рабочего тела (например, аппараты искусственного сердца, холодильники, так называемые тепловые насосы и даже "длительно-работающие двигатели"). Освоение ее в промышленности путем создания единой отливки (штамповки) из синтетических упругих материалов всей пульсирующей системы открывает перспективное направление изготовления и применения различных простых и надежных двигателей нового типа, работающих на низком давлении - от водопроводной или газовой сети, на паре низкого давления, на отходящих технологических газах и жидкостях, а также на сжатом газе (воздухе, жидком азоте, углекислоте и др.).

Литература

(1) Авторское свидетельство SU, 678196, F 04 B 43/00, 1979.