Пневмонасос

Реферат: Пневмонасос включає в себе два пневмогідроциліндри, кожен з яких містить двосторонній пневмопоршень і два двосторонніх гідропоршні, кінцеві пневмоклапани і зворотні гідроклапани, два пневморозподільники, у кожному з яких виконано по дві керуючі камери, по дві міжсідельні камери і підпружинений поршень, який за допомогою штока зв'язаний з двома двосторонніми затворами. Міжсідельні камери кожного з пневморозподільників сполучені з відповідними пневмокамерами одного пневмогідроциліндра, а керуючі камери через кінцеві пневмоклапани сполучені з пневмокамерами іншого пневмогідроциліндра. Також насос містить всмоктуючу та нагнітаючу гідролінії, пневмолінії. Для підвищення стійкості робочих процесів двигуна на гідропоршнях виконано додаткові штоки, які за своїм зовнішнім діаметром відповідають основним гідравлічним штокам. Кожний з двопозиційних пневморозподільників виконано з двома консольно розташованими односторонніми поршнями, що зв'язані між собою штоком, на якому розміщено два двосторонні затвори, з спільною центрально розташованою вхідною камерою, причому один з поршнів виконано підпружиненим. UA 116172 C2 (12) UA 116172 C2 UA 116172 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується насособудування, а саме пневмонасоса, і може бути використаний у різних галузях ракетобудування, машинобудування і народного господарства. Відомий пневмонасос (SU 1765510, 30.09.1992, F04B9/12), що містить пнемогідроциліндр з двостороннім пневмопоршнем і гідропоршнем, кінцевими пневмоклапанами і зворотними гідроклапанами, пневморозподільник з двома керуючими камерами, двома міжсідельними камерами і з підпружиненим поршнем, який за допомогою штока пов'язаний з двома двосторонніми затворами, всмоктуючу і нагнітаючу гідролінії та пневмолінії. Основними недоліками цього насоса є можливість перекачки тільки однієї робочої рідини і наявність деяких провалів тиску в нагнітаючій гідролінії, що спричиняє зміну зусилля на керуючому органі, і як наслідок - можливу зміну траєкторії польоту. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним як найближчий аналог, є пневмонасос за патентом UA 57095, 16.06.2003, F04B9/12. Пневмонасос, що включає в себе два пневмогідроциліндри, у кожному з яких розміщено двосторонній пневмопоршень і два двосторонні гідропоршні, кінцеві пневмоклапани і зворотні гідроклапани, два пневморозподільники, кожен з яких, в свою чергу, складається з двох керуючих та двох міжсідельних камер, підпружиненого поршня, що за допомогою штока зв'язаний з двома двосторонніми затворами, міжсідельні камери кожного з пневморозподільників сполучені з відповідними пневмокамерами одного пневмогідроциліндра, а керуючі камери через кінцеві клапани сполучені з пневмокамерами іншого пневмогідроциліндра, всмоктуючу і нагнітаючу гідро- та пневмолінії. Основними недоліками такої конструкції є неспроможність підтримувати постійним значення об'ємного співвідношення витрат двох різних робочих рідин, величина похибки якої коливається в межах 15 % відносно номінального значення. Цей фактор створює постійні коливання витрат рідин в гідравлічній системі двигуна, що викликає пульсації, які згубно впливають на стабільність роботи двигуна і знижують точність виведення на орбіту, а також характеристики гідравлічної системи в цілому. В основу винаходу поставлено задачу підвищення стійкості робочих процесів двигуна, забезпечення постійного співвідношення об'ємних витрат обох робочих рідин протягом всього часу роботи пневмонасоса, а також розширення діапазону робочих тисків всієї пневмогідравлічної системи шляхом виконання додаткових штоків, розміщених на двосторонніх гідропоршнях, а двопозиційні пневморозподільники - з двома консольно розташованими односторонніми поршнями, що зв'язані між собою штоком, на якому розміщено два двосторонні затвори, з спільною центрально розташованою вхідною камерою, один з поршнів виконано підпружиненим. Таким чином суттєвими відмінними ознаками є додаткові штоки на гідропоршнях і модифікована конструкція пневморозподільників. Сукупність таких нових відмінних суттєвих елементів разом з вже відомими характерними ознаками пневмонасоса дозволила знайти вирішення поставленої задачі і отримати новий технічний результат - підвищення стійкості робочих процесів двигуна, розширення діапазону робочих тисків, забезпечення постійного співвідношення об'ємних витрат обох робочих рідин протягом всього часу роботи пневмонасоса і додатково знизити масу всієї пневмогідравлічної системи двигуна. Для пояснення будови і роботи пневмонасоса наведена його пневмогідравлічна схема та принцип дії. Пневмонасос містить два окремих пневмогідроциліндри 1 і 2 з пневмокамерами 3, 4 і 5, 6 і робочими гідрокамерами 7, 8, 9, 10 і 11, 12, 13, 14. Пневмокамери розділені двосторонніми пневмопоршнями 15 і 16, а робочі гідрокамери - двосторонніми гідропоршнями 17, 18 і 19, 20. Кожен з пневмогідроциліндрів забезпечений двома кінцевими пневмоклапанами 21, 22, 23, 24 і з'єднаний з відповідними камерами пневморозподільників 25, 26. Робочі гідрокамери сполучені з всмоктуючими 41, 42 і нагнітаючими 43, 44 гідролініями через зворотні гідроклапани 35. Початкове положення штоків пневморозподільника забезпечується пружинами, при цьому пневмокамери 4 і 6 пневмогідроциліндрів 1 і 2 через підвід 40 сполучені з джерелом стисненого газу, а пневмокамери 3 і 5 - з атмосферою через дренажі 36 і 39 відповідно. При подачі від джерела стиснений газ потрапляє в пневмокамеру 4 пневмоциліндра 1. При появі витрат робочих рідин на споживачі двосторонній пневмопоршень 15 переміщується в напрямі кінцевого пневмоклапана21, при цьому у нагнітаючу гідролінію 43 з гідрокамери 7 і у нагнітаючу гідролінію 44 гідрокамери 9 витісняються робочі рідини, а гідрокамери 8 і 10 відповідним чином заповнюються зі всмоктуючих гідроліній 41 і 42. У момент контакту двостороннього пневмопоршня 15 з кінцевим пневмоклапаном 21, клапан починає відкриватись, тим самим подаючи тиск з пневмокамери 4 в керуючу камеру 30 пневморозподільника 26. Під дією цього тиску односторонній поршень 34 пневморозподільника 1 UA 116172 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 26 переміщується, при цьому пневмокамера 5 пневмогідроциліндра 2 через підвід 40 з'єднується з джерелом стисненого газу, а пневмокамера 6 через дренаж 38 з'єднується з атмосферою. Двосторонній пневмопоршень 16 переміщується в напрямі кінцевого пневмоклапана 24 і робочі рідини витісняються з гідрокамер 12 і 14 у нагнітаючі гідролінії43 і 44 відповідно, а гідрокамери 11 і 13 відповідним чином заповнюються з всмоктуючих гідроліній 41 і 42. У момент контакту двостороннього пневмопоршня 16 з кінцевим пневмоклапаном 24 тиск з пневмокамери 5 подається в керуючу камеру 29 пневморозподільника 25. Під дією цього тиску односторонній поршень 33 пневморозподільника 25 переміщується, і пневмокамера 3 пневмогідроцилінда 1 через підвід 40 з'єднується з джерелом стисненого газу, а пневмокамера 4 через дренаж 37 з'єднується з атмосферою. Двосторонній пневмопоршень 15 переміщується в напрямку кінцевого пневмоклапана 22 і з гідрокамер 8 і 10 робочі рідини витісняються у нагнітаючі гідролінії 43 і 44 відповідно, а гідрокамери 7 і 9 відповідним чином заповнюються з всмоктуючих гідроліній 41 і 42. У момент контакту двостороннього пневмопоршня 15 з кінцевим пневмоклапаном 22, клапан починає відкриватись, тим самим подаючи тиск з пневмокамери 3 в керуючу камеру 28 пневморозподільника 26. Односторонній пневмопоршень 32 переміщується, тим самим з'єднуючи пневмокамеру 5 через дренаж 39 з атмосферою, а пневмокамеру 6 через підвід 40 з джерелом стисненого газу. Двосторонній пневмопоршень 16 переміщується у напрямку кінцевого пневмоклапана 23 і робочі рідини з гідрокамер 11 і 13 витісняються у нагнітаючі гідролінії43 і 44 відповідно, а гідрокамери 12 і 14 відповідним чином заповнюються з всмоктуючих гідроліній 41 і 42. У момент контакту двостороннього пневмопоршня 16 з кінцевим пневмоклапаном 23, клапан починає відкриватись, тим самим подаючи тиск з пневмокамери 6 в керуючу камеру 27 пневморозподільника 25. Під дією цього тиску односторонній поршень 31 пневморозподільника 25 переміщується, тим самим з'єднуючи пневмокамеру 3 через дренаж 36 з атмосферою, а пневмокамеру 4 через підвід 40 з джерелом стисненого газу. Пневмопоршень 15 починає рух і процес повторюється. При роботі пневмонасоса, взятого за найближчий аналог, неможливо підтримувати постійним сумарне співвідношення об'ємних витрат двох різних робочих рідин через неоднакову ефективну площу гідравлічної камери при зворотно-поступальному русі. Причиною для цього служить шток гідравлічного двостороннього поршня, що з'єднує пневмопоршень і гідропоршень та займає частину ефективної площі гідравлічної камери, в той час як на звороті гідравлічного поршня такий елемент відсутній. Для вирішення даного завдання на двосторонньому гідропоршні виконано додатковий шток (що за своїм зовнішнім діаметром ідентичний основному гідравлічному штоку), який компенсує різницю в площах з обох сторін поршня. Це дозволило усунути коливання витрат рідин, які виникали в гідравлічній системі, що покращило стабільність робочих процесів двигуна, а також підвищило точність виведення на орбіту і знизило масу гідравлічної системи за рахунок зменшення необхідного запасу робочих рідин. Для розширення діапазону робочих тисків кожний з двопозиційних пневморозподільників виконано з двома консольно розташованими односторонніми поршнями, один з яких підпружинений, що зв'язані між собою штоком, на якому розміщено два двосторонні затвори, двома міжсідельними камерами та центрально розташованою спільною вхідною камерою. Така конструкція дозволила зменшити кількість ущільнень в пневморозподільниках і знизити рівень тиску керуючого газу, необхідного для їх спрацювання на ~ 10 %. Зниження рівня керуючого тиску також дозволило зменшити товщину стінки ємності в якій він зберігається, а отже і її вагу, що також позитивно відобразилось на масі пневмогідравлічної системи двигуна. Таким чином, завдяки наявності додаткових штоків на двосторонніх гідропоршнях, корисна площа гідравлічних камер при зворотно-поступальному русі залишається незмінною, що, в свою чергу, надало змогу підтримувати постійним співвідношення об'ємних витрат обох робочих рідин протягом всього часу роботи пневмонасоса, тим самим дозволило уникнути шкідливих пульсацій, які виникали в гідравлічній системі двигуна, підвищити стабільність її роботи, що в свою чергу дозволило знизити вагу конструкції пневмогідравлічної системи двигуна шляхом зменшення кількості необхідного запасу робочих рідин. Використання однієї загальної центрально розташованої спільної вхідної камери призвело до зменшення кількості необхідних ущільнень в пневморозподільниках, що знизило сили тертя в їх рухомих елементах і, як наслідок, знизило рівень тиску керуючого газу необхідного для подолання цих сил та вагу ємності, в якій він зберігається, за рахунок зменшення товщини стінки, що також позитивно вплинуло на вагу конструкції пневмогідравлічної системи двигуна. 2 UA 116172 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Пневмонасос, що включає в себе два пневмогідроциліндри, кожен з яких містить двосторонній пневмопоршень і два двосторонніх гідропоршні, кінцеві пневмоклапани і зворотні гідроклапани, два пневморозподільники, у кожному з яких виконано по дві керуючі камери, по дві міжсідельні камери і підпружинений поршень, який за допомогою штока зв'язаний з двома двосторонніми затворами, міжсідельні камери кожного з пневморозподільників сполучені з відповідними пневмокамерами одного пневмогідроциліндра, а керуючі камери через кінцеві пневмоклапани сполучені з пневмокамерами іншого пневмогідроциліндра, всмоктуючу та нагнітаючу гідролінії, пневмолінії, який відрізняється тим, що на гідропоршнях виконано додаткові штоки, які за своїм зовнішнім діаметром відповідають основним гідравлічним штокам, кожний з двопозиційних пневморозподільників виконано з двома консольно розташованими односторонніми поршнями, що зв'язані між собою штоком, на якому розміщено два двосторонні затвори, з спільною центрально розташованою вхідною камерою, причому один з поршнів виконано підпружиненим. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3