Гидромотор Зайцева. Новые механизмы

25.10.07.

 

ШАРИКОПОДШИПНИК – ГИДРОМОТОР

 

Тема шариковых синусных механизмов родилась у Александра Павловича ЗАЙЦЕВА из Чернигова ещё в 60-е годы, вероятно тогда, когда он начал  работать в НИИ промышленности синтетических волокон. Уже в то время механизм (не шариковый) с математическим принципом (как я его себе формулирую)

SIN x = SIN nx

(вероятно, без упоминания такой краткой формулы),  был известен, хотя и мало кому (судя по присланному мне отзыву Тарабарина с Кафедры теории машин и механизмов знаменитого бывшего МВТУ !).

Синусный механизм непонятного мне назначения, заявленный лишь в 1973 году, и тоже не шариковый, могу назвать и я (Патент США №…).

 

Синтетическое волокно скручивают из пучка нитей, которые получают продавливанием жидкой пластмассы через мельчайшие фильеры. Пластическая масса, даже в жидком состоянии – вещество довольно вязкое. Необходим  насос  очень высокого давления, чтобы процедить такую жидкость через мельчайшие отверстия. В производстве синтетических волокон для этой цели используют шестеренчатые насосы. Их возможности создавать высокое давление ниже того, что было бы желательно. Значительно более высокое давление создают плунжерные насосы в системах гидропривода механизмов, например, в авиационной технике. Однако с жидкой пластмассой такие насосы неработоспособны. Слишком вязкая жидкость не успевает заполнять полости гидроцилиндров. Эту проблему А. Зайцев попытался решить за счёт увеличения входных отверстий в рабочие полости гидроцилиндров. В аксиально-плунжерном насосе его блок цилиндров похож на барабан стрелкового револьвера. Зайцев предложил расточить центральное отверстие этого барабана,  подрезав  гидроцилиндры. Таким образом, он как бы вспорол  стенки гидроцилиндров. В поверхности вала, которая, вращаясь, скользит  в центральном отверстии блока подрезанных так цилиндров, предложено было выполнить широкие отверстия для поступления через них рабочей жидкости непосредственно в рабочие полости гидроцилиндров. Плунжеры в блоке цилиндров подрезаны на этом же диаметре, равном диаметру скользящей по ним поверхности вала. Окна поступления рабочей жидкости из полого вала в рабочие полости гидроцилиндров оказались, таким образом, достаточно большими, чтобы даже весьма вязкая жидкость заполняла рабочие цилиндры достаточно быстро. При необходимости обеспечивается поступление вязкой жидкость в рабочие полости гидроцилиндров под предварительным давлением, не очень высоким, путём применения, например, обычных шестеренчатых насосов.

Значительно больший диаметр вала подсказал мысль (вовсе не новую) об упрощении привода такого насоса. Вместо косой шайбы и системы шатунов с их сферическими шарнирами оказалось достаточным использование косой канавки на валу под катящиеся по ним шарики, которые сидят в сферических лунках, выполненных, в предлагаемой конструкции на цилиндрической поверхности подреза плунжеров.

Вязкость жидкой пластмассы позволила использовать в качестве поршней сами шарики. Затем сама собой напросилась мысль о двустороннем действии таких шаровых поршней. Поступление жидкости в рабочие цилиндры осуществлялось, как изложено выше, непосредственно через периодически открывающиеся на самой поверхности вала достаточно  широкие отверстия. Эти окна в должной последовательности действия такого насоса поочерёдно раздвигаются и задвигаются. Это осуществляется при скольжении   поверхности вала по поверхности соосного с ним центрального отверстия в блоке цилиндров.

Из рабочих полостей блока цилиндров в насосе Зайцева нагнетаемая жидкость вытеснялась через всё сечение гидроцилиндра в аналогичную систему окон, периодически открывающихся при скольжении торцов блока

Герметичность закрытия окон на торцах в той конструкции была проблематична. У Зайцева на моё скептическое замечание о торцевых окнах уже мелькнула мысль о том, чтобы в очередной заявке на изобретение заменить скользящие окна, выполненные на торцах блока цилиндров просто подпружиненными шариковыми клапанами. («Они работают надежно»). Не успел. Скоропостижно умер. 

Он, конечно же, догадался бы сделать и следующий шаг – выполнить в гидроцилиндре выход для жидкости таким же, как и вход.

Однако, это – уже мое продолжение. Надо использовать такие же самые окна вала – уже по обе стороны от шарика, на той же самой поверхности скольжения вала в центральном отверстии блока цилиндров –  попеременно, и для входа, и для выхода рабочей жидкости.

 

Механизм подобного насоса «со вспоротыми цилиндрами» подсказал А.П.Зайцеву развитие не только всей темы его шариковых механизмов, которую я называю по формуле её основного математического принципа: SIN x = SIN nx.

 

 

Под рубрикой «Отгадай-ка! Отгадай-ка! – интересная игра» я опубликовал в Интернете занятную статейку «Что бы это такое могло быть?». К моему изумлению, она не осталась никем не замеченной. Кое-кто из специалистов назвал это «Редукторной фантастикой».

 

Пожалуй, наиболее фантастично в тех декларациях то, что на неподвижном валу (к изумлению и удивлению наблюдающих такое волшебство), в принципе, колесо может вращаться без видимых деталей привода (добавлю: и даже с управляемой переменной угловой скоростью). И это притом, что нет и места, где  можно было бы поместить какой-либо привод к самому обычному (не только на вид) колесу, например, зубчатому стандартному покупному.

 

 Похоже, пока никто не разгадал большинства упомянутых там загадок. Одну из них можно назвать ШАРИКОПОДШИПНИК - ГИДРОМОТОР.

В этом механизме кроме шариков и уплотнений имеется, по сути, всего лишь две (!) основные детали: ВАЛ и ВТУЛКА на нём. Из них, кроме шариков, подвижна лишь одна деталь – или втулка на валу, или вал во втулке. Незнающего секрет конструкции, это может удивлять, как волшебство: детали машины вращаются без видимого привода, для расположения которого даже никакого места не видно!

 

В таком гидравлическом двигателе имеется меньше кинематических звеньев, чем в обычном шарикоподшипнике.

Сколько деталей в подшипнике? Посчитаем.

·        кольцо неподвижное

·        кольцо подвижное 

·        шарики

·        две половинки сепаратора

·        заклёпки 

·        пара кольцевых щитков

·        пара запорных колец

·        сальники (в некоторых типах закрытых подшипников) и

·        соответственно, пара внутренних щитков,


 

В качестве насоса для более или менее вязких жидкостей этот механизм, даже пока с несовершенными уплотнениями, вполне применим там, где плохо работают,  неработоспособны  или недостаточно компактны насосы других типов.

 

Первый пример применения – работа с жидкой пластмассой в производстве синтетических волокон, где и родилась идея таких насосов.

 

Второй пример – работа с вязкими фракциями нефти. В частности,  - удаление таких вязких осадков, накапливающихся у днища нефтехранилищ и ёмкостей в танкерах, в цистернах, в узлах нефтепроводов, и в прочих системах перекачки и переработки нефти.

 

Для очистки труднодоступных мест с механическим воздействием на вязкие осадки применением лопастного миксера (например, на днище нефтехранилища) может быть применён погружной гидравлический двигатель такого типа. Рабочей жидкостью его может служить менее вязкая фракция нефти из верхнего уровня нефти в этом же хранилище. Проблема утечек в такой конструкции не очень серьёзна.

Подобные проблемы возникают и в химической, и в пищевой промышленности.

 

Загустевший осадок, например, производимой краски в какой-либо ёмкости технологического оборудования требует разжижжения его какой-то жидкостью, подводимой внутрь сгустка. При этом необходимо перемешивание вязкой массы. Затем требуется удаление в другое место этого застоявшегося материала. И то, и другое, и третье воздействие удобно выполнить одним и тем же столь компактным механизмом предлагаемой конструкции. Это исключительно простое устройство, расположенное на конце полой штанги с валом, проходящем внутри неё, предназначено для работы в разных режимах:

·        как насос, нагнетающий вглубь сгустка, подаваемую туда жидкость, разжижающую этот сгусток.

·        как гидромотор лопастей миксера, который перемешивает там эту вязкую жидкость

·        как насос, откачивающий эту вязкую жидкость.

 

 

В погружных насосах проблема утечек почти отпадает.

Погружной насос такой компактной конструкции может быть применён для откачивания вязких веществ из труднодоступных мест, например, с днища нефтехранилища или из ёмкостей на танкере.

 

Масштабы нефтяных хозяйств столь огромны, что хотя бы одно лишь только это применение таких гидромеханизмов можно назвать делом исключительной важности.

Всерьёз занявшись сначала грубой техникой, можно будет со временем постепенно достигнуть результатов и в том, что пока ещё кажется фантастикой.

Кроме тяжёлых фракций нефти найдутся ещё и другие вязкие жидкости, например, в химической и пищевой промышленности, где нужны столь компактные насосы, способные справиться с той работой, где прочие насосы непригодны или недостаточно хороши.

 

Останется ли всего лишь фантастикой предложенное устройство в качестве  особо компактного гидравлического двигателя в приводах всевозможных машин, зависит от того, насколько хорошо удастся решить проблему утечек при работе с маслом обычных гидроприводов.

Надеюсь, проблемы уплотнений при работе с маслом  гидроприводов удастся преодолеть, и тогда предлагаемый подшипник-мотор найдёт применение в самых разных машинах.

 

С целью уменьшения утечек рабочей жидкости меньшей вязкости предлагается следующее техническое решения.

·        Аналогично масляным кольцам поршней в двигателях внутреннего сгорания  применяем косые кольца, расположенные около краёв косой канавки качения по ней шариков. В этих косых (элиптических) кольцах, выполненных из пружинной проволоки, сошлифована почти половина их круглого сечения, так что они имеют цилиндрическую поверхность скольжения по цилиндру центрального отверстия блока цилиндров, коим является втулка, вращаясь, скользящая по валу этого шарикового механизма.

·        На цилиндрической поверхности вала, по двум прямым линиям, разделяющим окна высокого и низкого давления, расположены упругие уплотнения.