Насос для создания потока текучей среды в систему

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(51) Г 04 С 2 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН ПАТЕНТУ ЪйьМб 1 М л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Гильберт Генри Дратчас (США). кл. 417-53; опублик, 1974,2,. Патент США Р 4014630,кл, 417-283, опублик, 1977,(54)(57) 1. НАСОС ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОТО" КА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В СИСТЕМУ, содержащий корпус, имеющий вход и выход, .перекачивающие средства, расположенные в корпусе с образованием камеры перекачивания и приводимые в действие для перекачивания текучей среды от входа к выходу, устройство укрепления для поддержания, по существу, постоянного потока текучей среды в систему при частотах вращения насоса выше заданной частоты в виде боко вой пластины, управляющей потоком текучей среды от выхода обратно на вход, размещенной в корпусе с образованием камеры управления и с возможностью перемещения после разбалансировки действующих на нее сил, включающих в себя первую и вторую силы давления текучей среды, действующие на первую и вторую поверхности боковой пластины соответственно, и эсилу пружины, причем первая сила дав ления текучей среды, создаваемая давлением текучей среды в камере управления, направлена вместе с силой пружины в сторону отжима боковой пластины в положение блокирования потока текучей среды от выхода обратно на вход, а вторая сила давления текучей среды направлена на боко. вую пластину в сторону, противоположную действню силы пружины и .первой силы давления текучей среды, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции, он содержит .средства для поддержания непрерывного потока текучей среды из системы в камеру управления и из камеры управления на вход для уравновешивания сил при достижении насосом заданной частоты вращения, выполненные в виде первого отверстия, сообщающего камеру управления с входом насоса, второго отверстия, сообщающего систему с камерой управления, и третьего отверстия, сообщающего выход насоса с системой; причем отношение площадей второй и первой поверхностей боковой пластины р-.вно отношению давления текучей среды в камере управления к давлению теку- чей среды в системе.2. Насос по п. 1, о т л и ч а ю" щ и й с я тем, что он содержит предохранительный клапан, имеющий запор. ный элемент, реагирующий на давление в камере управления.Изобретение относится к .насосам,в частности к насосам усилителей рулевого управления, предназначеннымдля использования в системах рулевого управления транспортными средствами.5Известен насос для создания потока текучей среды в систему, содержащий корпус, имеющий вход и выход,перекачивающие средства, расположенные в корпусе с образованием камерыперекачивания и приводимые в действие для перекачивания текучей средыот входа к выходу, устройство управления для поддержания, .по существу,постоянного потока текучей среды в 15систему при частотах вращения насоса выше заданной частоты в виде боковой пластины, управЛяющей потокомтекучей среды от выхода обратно навход, размещенной в корпусе с обра- щзованием камеры управления и с возможностью перемещения после разбалансировки действующих на нее сиц, включающих в себя первую и вторую силыдавления текучей среды, действующие 25соответственно на первую и вторуюповерхности боковой пластины, и силу пружины, причем первая сила давления текучей среды, создаваемаядавлением текучей среды в камере уп- ЗОравления, направлена вместе с силойпружины в сторону отжима боковойпластины в положение блокированияпотока текучей среды от выхода обратно на вход, а вторая сила давле- фния текучей среды - на боковую пластину .в сторону, противоположную действию силы пружины и первой силыдавления текучей среды, 1,Недостатком указанного насоса 4 Оявляется наличие сложного по конст"рукции сервоклапана и то, что сервоклапан не имеет стабилизации.Известен насос для создания пото-ка текучей среды в систему, содержащий корпус, имеющий вход и выход,перекачивающие средства, расположенные в корпусе с образованием камерыперекачивания и приводимые в действие для перекачивания текучей средыот входа к выходу, устройство управ" 5 Оления для поддержания, по существу,постоянного потока текучей среды в.системупри частотах вращения насо-са выше заданной частоты в виде бо-ковой пластины, управляющей потоком 55текучей среды от выхода обратно навход, размещенной.в корпусе с образованием камеры управления и с воэ,можностью перемещения после разбалансировки действующих на нее сил, 60включающий в себя. первую и вторуюсоилы давления текучей среды, действующие соответственно на первую ивторую поверхности .боковой пластины,.и силу пружины, причем первая сила давления текучей среды, создаваемая давлением текучей среды в камере управления, направлена вместе с силой пружины в сторону отжима боковой пластины в положение блокирования потока текучей среды от выхода обратно на вход, а вторая сила давле ния текучей среды - на боковую пластину в сторону, противоположную действию силы пружины и первой силы, давления текучей среды 12 .Недостатком указанного насоса является наличие сложного сервоклапана с системой его стабилизации .Цель изобретения. - упрощение конструкции насоса.Указанная цель достигается тем, что насос для создания потока текучей среды в систему, содержащий корпус имеющий вход и выход, перекачивающие средства, расположенные в корпусе с образованием камеры перекачивания и приводимые в действие для перекачивания текучей среды от вхо" да к выходу, устройство управления для поддержания, по существу, постоянного потока текучей. среды в систему нри частотах вращения насоса выше заданной частоты в .виде боковой пластины, управляющей потоком текучей среды от выхода обратно на вход, размещенной в корпусе с образованием камеры управления и с возможностью перемещения после. разбалансировки действующих на нее сил,.включающих в себя первую .и вторую силы давления текучей среды, действующие,соответственно на первую и вторую поверхности боковой пластины, и силу пружины, причем первая сила давления текучей среды создаваемая давлением текучей среды в камере управления, направлена вместе с силой пружины в сторону отжима боковой пластины в положение блокирования потока текучей среды от выхода обратно на вход, а вторая сила давления текучей среды - на боковую пластину в сторону, противоположную действию силы пружины и первой силы давления текучей среды, содержит средства для поддержания непрерывного потока текучей среды из системы в камеру управления и из камеры управления на вход для уравновешивания,сил при достижении насосом заданной частоты вращения, . выполненные в виде первого отверстия, сообщающего камеру управления с входом насоса, второго отверстия, сообщающего систему с камерой управления, и третьего, отверстия, сообщающего выход насоса с системой, причем отношение площадей второй и первой поверхностей боковой пластины равно отношению давления текучей среды в камере управления к давлению текучей среды в системе.еды у 3 и Насос может содержать предохра-,нительный клапан, имеющий запорныйэлемент, реагирующий на давление вкамере управления.На фиг. 1 изображен насос, продольный разрез; на фиг. 2 - разрезА-А на фиг. 1; на фиг, 3 - разрезБ-Б на фиг, 1; на фиг, 4 - схематическое изображение систеды управления потоком текучей среды при нахож-,дении боковой пластины в положении 10перекрытия; на фиг. 5 - то же, в положении перепуска; на фиг. Ь - гра.фик рабочей характеристики насоса,Насос содержит корпус 1 с кожу"хом 2, в котором находятся вход и 15выход (не показаны), перекачивающие средства, выполненные в виде кулачковой шайбы 3, установленной радиаль.но относительнО корпуса 1 с помощьюштифтов (не показаны), кольцевого 20ротора 4, соединенного с помощьюшлицевого .соединения 5 с входным ва-. . лом б, расположенные в корпусе 1 собразованием камеры перекачивания 7.В пазах 8 ротора 4 установлены . 75скользящие башмаки 9. Каждый башмак9 отжимается пружиной 10 радиальнонаружу к кулачковой шайбе 3, Соседние башмаки 9 образуют перекачивающие карманы 11, Пластина 12 снабжена 30впускными окнами (не показаны), сообщенными с перекачивающими карманами11 и с входом насоса, и выпускнымиокнами (не показаны), сообщенными сперекачивающиды карманами 11 и с выходом насоса. Насос содержит устройство управления для поддержания, , по существу, постоянного потока текучей среды в систему при частотахвращения насоса выше заданной частоты в виде боковой пластины 13 с уп" :4 Олотнительным кольцом 14, расположенной в кожухе 2 корпуса 1 с образованием камеры управления 15, В камере управления 15 расположена пружина 16,отжимающая боковую пластину 13 45в сторону контакта с перекачивающимисредствами. Боковая пластина 13 имеет первую. поверхность 17 и вторуюповерхность 18, состоящую из двухучастков 19 и 20, на которые действует давление текучей среды в перекачивающих карманах, сообщенных свыходом насоса. Площадь второй поверхности 18 меньше площади первой поверхности 17. 55 1Насос содержит также средства для поддержания непрерывного потока текучей среды из сйстемю (не показана) в камеру. управления 15 и из камеры управления 15 на вход для уравнове- Щ шивания сил при достижении насосом заданной частоты вращения, выполненные в виде первого отверстия 21, сооб щающего камеру управления 15 с вхо.дом насоса, второго отверстия 22, 65,сообщающего систему с камерой управления 15, и третьего отверстия 23, сообщающего выход с системой.Первое отверстие 21 очень мало и обеспечивает очень малый поток утечек на вход насоса. Второе отверстие 22 обеспечивает перепад между давлением в системе и давлением в камере управления 15. Третье отверстие 23 обеспечивает перепад между давлением на выходе насоса и давлением в системе. Размеры первого, второго и третьего отверстий 21-23 важны для уравновешивания сил., действующих на боковуюпластину 13.Для расходов через первое отверстие 21 и второе отверстие 22 можно написать два уравнения: постоянная;- расходы через первое.и второе отверстия 21и 22 .соответственно;А, и Ау - площади первого и второго отверстий 21 и 22соответственногдрг и дРг " перепады давления пообе стороны первого ивторого отверстий 21и 22 соответственно.После деления уравнений получим021 с АгЙРг 1гг с А 22 ЧдРггтак как О 14 22,1 поЯчимАггфф .м+)гР камера ч яра в де и ия А ЬТаким образом, отношение давления в системе к давлениюв камере управления равно отношению квадратов площадей второго и первого отверстий 22 и 21 соответственно плюс ещтница. Когда площади отверстий 21, 22 определены, отношение квадратов площа-, дей величина постояннаяСледовательно, отношение Рсистема /Ркамеро управиния величина постоянная и остается постоянной даже при изменении давления в системе. Силу давления текучей ср действующую на боковую пластину 1 отодвигающую ее от перекачивающих средств, можно рассматривать как слстоящую из двух составляющих А и В(фиг, 5) . Одна срставляющая А второйсилы создается давлением в системеЮ.а другая В - в результате перепададавлений по обе стороны третьегОотверстия 23. С другой стороны, давление, действующее на вторую поверхность 18 боковой пластины 13, включает в себя давление в системе (давление в системе равно давлению втрубопроводе 24) плюс перепад давленийпо обе стороны третьего отверстия 23.Таким образом, составляющая А второйсилы равна давлению в системе, умноженному на площадь второй поверхности 18 боковой пластины 13. Составля ющая В второй силы равна перепадудавлений по обе стороны третьего отверстия 23, умноженному на плоцадьвторой поверхности 18 (фиг. 5),Так как отношение давления в системе к давлению в камере управленияопределяется относительными размерами отверстий 21,22, то этазависимость может быть использована дляуравновешивания сил, действующих на 25боковую пластину 13. При этом составляющая А второй силы, создаваемая давлением в системе, действующем на боковуюпластину 13, уравновесит первую силу,. создаваемую давлением в камере управления 15. Однакосоставляющая А не уравновешиваетсилы пружины.Составляющая В второй силы действует на боковую пластину 13 навстречу действию силы пружины 16. Третье35отверстие. 23 обеспечивает перепадмежду давлением на выходе насоса идавлением в системе, Размер этогоотверстия 23 таков, что при достижении требуемого постоянного расхода в 401систему перепад давлений по обе стороны отверстия 23 имеет величину,обеспечивающую создание действующейна боковую пластину 13 составляюцейВ второй силы, равной силе пружины 4516. Для безопасности в боковой пластине 13 предусмотрен предохранительный клапан 25 с запорным элементом 26,При увеличении расхода в системусверх требуемого расхода перепаддавлений по обе стороны третьего отверстия 23 увеличивается и получаемое в результате этого увеличениесоставляющей В второй силы вызовет 55перемещение боковой пластины 13, Приперемещении боковой пластины 13пружина 16 все больше сжимается. Хотя величина перемецения боковой пластины 13 относительно мала, все же 60сила действия пружины 16 немногоувеличится, В результате потребуется большой перепад давлений по обестороны отверстия 23, необходимыйдля уравновешивания силы пружины 16, 65 На графике (фиг. 6) показано небольшое увеличение расхода на выходепри повышении частоты вращения насо- .са. Это увеличение говорит о потребности в большем перепаде давленийпо обе стороны отверстия 23, необхо-димом для уравновешивания силы пружины 16 при ее сжатии.Во время работы насоса производительность его обеспечивается в соответствии с кривой, показанной нафиг. б. Кривая показывает, что причастоте вращения насоса равной нулюпроизводительность насоса равна нулю. При возрастании частоты вращения выше нуля производительность.насоса линейно увеличивается до точки Х на кривой. В этом интерваледавление, действующее на площадьвторой поверхности 18 боковой пластины 13, постепенно увеличивается, давление, действующее на поверхность17, также постепенно увеличиваетсяв заданной зависимости от давленияв системе, обусловлейной величинойотверстий 21 и 22, перепад давленийпо обе стороны отверстия 23 увеличивается, но недостаточно для того,чтобы обеспечить создание действующей на боковую пластину. 13 составляющей В второй силы равной предварительной нагрузке пружины 16, приэтом на боковую пластину 13 действует пружина 16.Таким образом, при увеличениичастоты вращения насоса от нуля дочастоты, соответствуюцей точке.Х накривой,показанной на фиг. 6, боковая пластина 13 остается в положенииперекрытия, показанном на фиг. 4,Когда частота вращения насосадостигает частоты соответствующейточкеХ на кривой (фиг. 6), составляющая В второй силы уравновесит предварительную нагрузку пружины 16.Кроме того, давление в камере управления 15, умноженное на площадь поверхности 17, равно давлению в системе, умноженному на площадь второйповерхности 18 боковой пластины 13(составляющая А второй силы) . Следовательно, когда насос достигнет частоты врацения, соответствующей точке Х на кривой, показанной на фиг б,боковая пластина 13 прилегает к перекачивающим средствам, причем действующие на боковую пластину 13 силы давления текучей среды и силапружины 16 уравновешены,При повышении частоты вращения насоса выше частоты, соответствующей точке Х на кривой (фиг. 6), моментально увеличивается расход через отверстие 23, что вызывает ограниченное увеличение перепада давлений по обе стороны отверстия 23. Следовательно, моментально повышаетсядавление, действующее на вторую по- влево, уменьшая перепуск текучей верхность 1 В боковой пластины 13, . среды и тем самым поддерживая посточто вызывает одновременное. наруше- янный требуемый расход в систему, ние равновесия сил, действующих на При уменьшении давления в системе боковую пластину 13. В частности, в . расход в систему увеличивается и результате увеличения перепада дав увеличивается перепад давлений по лений по обе стороны отверстия 23 . обе стороны отверстия 23, Действую- увеличивается составляющая В второй щая на боковую пластину 13 состав- силы, Боковая пластина перемещается ляющая В второй силы также увеличи- вправо, отходя от перекачивающих вается. В результате боковая пластисредств из положения, показанного 10 на 13. переместится. вправо, увеличина фиг, 1 и 4, что обеспечивает пе- вая перепуск текучей среды и тем сарепуск текучей среды, Последнее при- ьвм поддерживая расход в системуУ водит к снижению производительности о существу, постоянным. насоса до величины равной производи-Силы, действующие на боковую плательности (расходу) в точке Х на 15 стину 13, уравновешиваются, когда кривой, показанной на фиг. 6. производительность насоса достигаетПосле стабилизации переходных .требуемого постоянного расхода, т.е. давлений и расходов боковая пласти- в точке Х на кривой, показанной на на 13 уравновешивается в одном из фиг, б.положений перепуска. В этот момент 20 Уравновешивание сил обеспечивают частота вращения насоса и давление посредством отверстий 21-23, Отверна выходе насоса больше, чем часто- . стия 21, 22 обеспечивают непрерывноета вращения и давление на. выходе в течение текучей среды из системы . точке Х на кривой фиг. б. 1 ем не ме- от выхода насоса через камеру управнее, поскольку боковая пластина 13 25 ления. 15 к входу насоса, не нужен находится на небольшом расстоянии сервоклапан для сброса давления из от перекачивающих средств в положе- камеры управления 15 для управления нии перепуска,обеспечивающем: пере- положением боковой пластины 13. пуск текучей среды от выпускных, окон Для безопасности в боковой планасоса к впускным, текучая среда вы- стине 13 предусмотрен предохранитель- ходит из насоса в систему, по суще- ный клапан 25 с запорным элементом ству, с таким же расходом, как в 26, открывающийся при достижении заочке Х фиг. б. Помимо реагирования данного давления в камере управлена изменение частоты вращения насо- ния 15 . При достижении заданного .са устройство управления реагирует давления и открытииклапана 25 прона изменение давления в системе, исходит сброс давления из камеры уп 35При увеличении давления в систе- равления 15 на вход насоса. При этом ме уменьшается расход,в систему и немедленно происходит максимальный происходит ограниченное уменьшение перепуск текучей среды, поскольку перепада давлений по обе стороны , боковая пластина 13 отходит от переотверстия 23. Это вызовет уменьше .качивающих элементов насоса вправо ,ние составляющей В второй силы и в крайнее положение. мгновенную разбалансировку сил, дей- Выполнение насоса указанным обраствующих на боковую пластину 13. Бо- зом позволит упростить его конструкковая пластина 13 .переместиться ,цию.1074415 Уб Корректор И.МУ одписное б- Вираж 624 ПВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Раушская наб. д. 4/5 Заказ иал ППП фПатентф , г.ужгород, ул.Проектная,Составитель А.,Гуд актор О.Колесникова Техред Т.Маточка