!HU000007753T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 007 753
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 2003108246 2003. 03. 25.
(73) Jogosult: Obschestvo s Ogranichennoi Otvetstvennostyu Firma Radius-Servis, Perm, 614022 (RU)
RU
(72) Feltalálók: ANDOSKIN, Vladimir Nikolaevich, Perm, 614097 (RU); ASTAFIEV, Sergei Petrovich, Perm, 614022 (RU); PUSHKAREV, Maksim Anatolievich, Perm, 614031 (RU); GLINKIN, Aleksei Sergeevich, Perm, 614000 (RU); FADEEV, Mikhail Valerievich, Perm, 614109 (RU) (54)
HU 007 753 T2
F01C 1/107
(21) Magyar ügyszám: E 04 707700 (22) A bejelentés napja: 2004. 02. 03. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20040707700 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1612370 A1 2006. 01. 04. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1612370 B1 2009. 12. 30.
(2006.01) F04C 2/08 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 04085798 PCT/RU 04/000031
(74) Képviselõ: Kovács Gábor, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Gerotorszerkezet hidraulikus csavargéphez
A leírás terjedelme 16 oldal (ezen belül 8 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 007 753 T2
A találmány szakterülete A találmány olaj és gázkutak fúrásához, olaj kitermeléséhez és fluidumok szivattyúzásához használt fúrólyuk csavarszivattyúk gerotorszerkezetére vonatkozik, továbbá általános célú csavaros hidraulikus motorokra is vonatkozik. A találmány háttere Ismert egy több bekezdésû, csavaros gerotorszerkezet fúrólyuk csavarmotorhoz, amely tartalmaz: egy állórészt – amelynek belsõ csavarvonal alakú és rugalmas-elasztikus anyagból, például gumiból készített belsõ fogai vannak –, és egy forgórészt – amelynek külsõ csavarvonal alakú fogai vannak, amely külsõ fogak száma egy foggal kevesebb mint az állórész fogainak száma; és a forgórész tengelye az állórész tengelyéhez képest egy excentricitási értékkel el van csúsztatva, amely excentricitás értéke a fele a fogak sugárirányú magasságának; továbbá a forgórész külsõ fogainak és az állórész belsõ fogainak a profilja egymást kölcsönösen burkolja, ha a vég felõli keresztmetszetét nézzük, továbbá a forgórész és az állórész fogainak menetemelkedése arányos fogaik számával (lásd a RU 2165531 jelû szabadalmat, IPC F01C 1/16, 5/04, E21B4/02, 2000). A korábbról ismert kialakítások esetében az állórész és a forgórész fogainak profilja vég felõli keresztmetszetben tekintve úgy van megvalósítva, mint egy rövidített egyentávközû ciklois által meghatározott ciklois alakú fogasléc közös indulókörvonalának a burkológörbéi. Ezen vég felõli metszetben az állórész fogainak Ct vastagsága a fogak Dm középátmérõje mentén és ezen fogak kör menti St osztása közötti viszonyt a következõ arány határozza meg: Ct/St=0,45 … 0,65; és az állórész fogainak a Dm középátmérõnél vett CN vastagsága az állórész fogainak a csavarvonal irányára merõleges keresztmetszetében tekintve, továbbá az állórész fogainak sugárirányú h magassága közötti összefüggést a következõ arány adja meg: CN/h³1,75. Ezen ismert gerotorszerkezet hátránya abban van, hogy a szerkezetben a teljes átmérõ irányú fedés eloszlik az állórész fogai között oly módon, hogy az állórész fogainak kiemelkedése sokkal jobban deformálódik, mint annak távolsága és ezáltal a rotor tengelye az excentricitás csökkenésének irányában el tud mozdulni és következésképpen a gerotorszerkezet kinematikájától eltérés képzõdik és ezáltal a forgórész és az állórész fogainak egyenkénti kopása erõsebbé válhat, továbbá a fõpont tartományában a fedés elgyöngülhet, valamint a gerotorszerkezet élettartama megrövidülhet. Az említett hátrány részben enyhíthetõ egy olyan gerotorszerkezet segítségével, amely tartalmaz: egy rugalmas-elasztikus anyagból, például gumiból készített csavarvonal alakú belsõ fogakkal ellátott állórészt, egy külsõ csavarvonal alakú fogakkal ellátott forgórészt, ahol az említett külsõ fogak száma egy foggal kevesebb mint az állórész fogainak száma; továbbá a forgórész tengelye az állórész tengelyéhez képest egy olyan excentricitási értékkel el van csúsztatva, amely a fogak sugárirányú magasságának a fele; továbbá a for-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
górész és az állórész csavarvonal alakú fogainak emelkedése arányos a vonatkozó fogak számával (RU 2166603 szabadalom, IPC E21B 4/02, 2000). Az állórész fogainak profilja – vég felõli metszetben tekintve – úgy van megvalósítva, mint egy ciklois alakú fogasléc indulókörvonala, amelyet a rövidített ciklois RC1 sugarú egyentávolsága határoz meg; és a forgórész fogainak profilját – vég felõli metszetben tekintve – RC2 egyentávköz sugarú ciklois alakú fogasléc másik indulókörvonalának burkológörbéjeként van megvalósítva, amely sugár nagyobb, mint RC1, vagy teljesíti a következõ arányt: RC2=RC1+(0,1…0,5)E, ahol is E a generáló kör sugara, amely megegyezik az excentricitás értékével (lásd a 2166603 szabadalmat). Az említett gerotorszerkezet ismert kialakításának egy másik változata esetében az állórész fogainak profilja – vég felõli metszetben tekintve – egy ciklois alakú fogasléc indulókörvonala, amelyet a rövidített ciklois RC1 sugarú egyentávolsága határoz meg; és a forgórész fogainak profilját – vég felõli metszetben tekintve – a konjugált körívek határozzák meg, ahol is a forgórész fog vetületének profilját egy olyan RB sugarú ív határozza meg, és amely sugár nagyobb mint az állórész egyentávolsága, vagy összefügg a következõ összefüggés szerinti aránnyal: RC2=RC1+(0,1…0,5)E, ahol is a forgórész fog terének profilját egy olyan ív határozza meg, amelynek sugara Rv, és amely sugár a forgórész fogainak számától, az említett forgórész belsõ átmérõjétõl és excentricitásától függ (lásd a 2166603 szabadalmat). A fent hivatkozott kialakítás hátránya a következõ: mivel az oldal- és átmérõirányú átfedések elosztása egyenletesen történik, nagy érintkezési feszültség lép fel, és maximális értékét minimális nyomási szög esetében éri el, aminek eredményeképpen a fogak egyirányú súrlódási kopása (a forgórész fogainak bal oldalán, amennyiben a munkafluidum szállítási oldala felõl nézzük) és az illeszkedés során fellépõ súrlódási erõk ellenállási nyomatékot hoznak létre, amely megakadályozza a forgórésznek tengelye körüli forgását, továbbá bolygómozgását, amely körülmények hátrányosan befolyásolják egy adott szerkezet energiajellemzõit. Az oltalmazni kívánt találmányhoz a legközelebb egy hidraulikus csavarmotor több bekezdésû gerotorszerkezete áll, amely a következõ összetevõket tartalmazza: egy állórészt – amelynek rugalmas-elasztikus anyagból, például gumiból készített csavarvonal alakú belsõ fogai vannak –; és egy forgórészt, amelynek csavarvonal alakú külsõ fogai vannak, amely fogak száma egy foggal kevesebb mint az állórész fogainak száma; a forgórész tengelye az állórész tengelyéhez képest egy excentricitási értékkel el van csúsztatva, amely excentricitási érték megegyezik a fogak sugárirányú magasságának a felével, valamint az összetevõk egyikének fogai homlokoldali profilja úgy van megvalósítva, mint egy rövidített ciklois egyentávolság által meghatározott fogasléc indulókörvonalának burkológörbéje egy elcsúsztatással és a másik alkatrész fogainak homlokfelületi profilja úgy van kialakítva, mint az elsõ összetevõ burkológörbéjének egyentávolsága, amikor súly-
1
HU 007 753 T2
pontjaik csúszás nélkül körülfordulnak, és az egyenköz értéke fele az átmérõirányú átfedés értékének kapaszkodása során (RU 2194880 szabadalom, IPC F04C 2/16, F04C 5/00, 20. 12. 2002.). Ezen említett szerkezeti kialakítás hátránya abban van, hogy nem veszi figyelembe a forgórész csavarvonal alakú fogainak az állórész fogain való csúszásának körülményeit, vagyis a forgás valóságos középpontjától legtávolabb lévõ tartományban (a fogazás fõpontjától számítva), ahol a csúszás sebessége a legnagyobb; továbbá az egyenletesen elosztott átfedés következtében az állórész rugalmas-elasztikus fogainak, valamint az állórész fogainak és a forgórész fogainak kopásálló borításának súlyosabb a kopása. Egy további hátrány abban van, hogy a gerotorszerkezet mûködési körülményeit nem veszi figyelembe (hõmérsékletet, a különbözõ keménységû és összetételû kõzet fúrása során fellépõ terhelés természetét); például a forró kutak esetében az üzemi hõmérséklet több, mint 100 °C és olyan gerotorszerkezet használatára van szükség, amelyben a forgórész és állórész illeszkedésénél játékra van szükség. A kapcsolódási átfedéssel kialakított gerotorszerkezeteknek ilyen kutakban történõ használata azt eredményezheti, hogy sokkal súlyosabb a kopás, hirtelen leesik a hatásfok, és a szerkezet megszorulhat. Az ismert eszköz másik hátránya abban van, hogy nincs lehetõség a fedés változtatására, valamint a forgórész és az állórész fogainak alakja közötti korreláció nem állítható a forgórész és/vagy állórész külsõ átmérõjének változtatása nélkül, ami nem teszi lehetõvé egy megbízható tömörség megvalósítását a gerotorszerkezet érintkezési vonalai mentén az illeszkedés nulla értékû fedésével. A találmány összefoglalása Az oltalmazni kívánt találmány egy hidraulikus motorban a gerotorszerkezet energetikai jellemzõit javítja, amennyiben hidraulikus energiát bocsátunk rá, és amikor az eredményül kapott nyomáskülönbség fellép annak mûködõ elemeiben, akkor egy hosszabb élettartam és csökkent hidromechanikai veszteség lép fel azáltal, hogy az illeszkedésben oldalirányú fedést valósítunk meg, továbbá javított tömörség keletkezik az érintkezési vonalak mentén, és kisebb érintkezési feszültség lép fel a legnagyobb csúszási sebességû tartományban azáltal, hogy a kapcsolódás közbeni fedés újra el van osztva, továbbá az említett fedés optimalizációja függ a forgás pillanatnyi középpontja (fogazás fõpontja) és a profilok érintkezési tartománya közötti távolságtól. Egy további mûszaki problémát jelent a jobb gyárthatóság és a gerotorszerkezet alacsonyabb költsége azáltal, hogy sugárirányú fedésüknek megfelelõen a mûködõ párok kiválasztása egyszerûbb például meleg üzemû kutakhoz azáltal, hogy lecsökkentjük az oldalirányú fedést, vagy azáltal, hogy oldalirányú játékot valósítunk meg az állandó sugárirányú fedéssel együttesen. A fenti mûszaki problémákat azáltal oldottuk meg, hogy egy gerotorszerkezetet dolgoztunk ki csavaros
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
hidraulikus géphez, amely szerkezet egy elasztoplasztikus anyagból, például gumiból készített csavarvonal alakú belsõ fogakkal ellátott állórészt és egy csavarvonal alakú külsõ fogakkal ellátott forgórészt tartalmaz, amelyen a fogak száma eggyel kisebb, mint az állórész fogainak száma, és a csavarvonalak emelkedése az állórészben és a forgórészben arányos fogaik számával, továbbá a forgórész tengelye az állórész tengelyéhez képest olyan excentricitással van elcsúsztatva, amelynek értéke a fogak sugárirányú magasságának a felével egyezik meg, és amelyre jellemzõ, hogy a forgórész és/vagy az állórész profiljait azok vég felõli keresztmetszetében egy fogasléc típusú szerszám indulókörvonalának burkológörbéjét jellemzõ alak határolja, amely körvonalat körívek konjugációja képezi, amikor a fogasléc típusú szerszám említett indulókörvonala a vonatkozó szerszám körei mentén csúszás nélkül fut, és az indulókörvonal köríveinek sugarai a következõ kifejezések szerint vannak kiszámolva: ri=K[(p2rw12/4Ez12)+E]/(K+1) vagy ri=K[(p2rw22/4Ez22)+E]/(K+1), rc=ri/K, ahol ri a fogasléc típusú szerszám profiljának induló sugara, K=0,5 … 2 (az indulókörvonal alaktényezõje, rw1, rw2 a forgórész, illetve állórész szerszámok köreinek sugarai, E a kapcsolódási excentricitás, z1, z2 rendre az állórész és a forgórész fogainak száma; rc a fogasléc típusú szerszám profiljának konjugált sugara. Elõnyösen minden egyes fog felének a profilja a forgórész és/vagy az állórész vég felõli keresztmetszetében a fogasléc típusú szerszám rövidített ciklois azonos távköz által képzett indulókörvonalának burkológörbéjeként van meghatározva, amikor a fogasléc típusú szerszám indulókörvonala a vonatkozó szerszám köre mentén csúszás nélkül fut. A fogasléc típusú szerszám indulókörvonalának említett arányait követjük, és a különbözõ változatú profilokkal kialakított gerotorszerkezet összeszerelése során: biztosítjuk a lehetõségét a kapcsolódás közbeni oldalirányú fedés megvalósításának. Ezáltal egy megbízható tömörség érhetõ el az érintkezési vonalak mentén, amikor a hidraulikus hajtó fluidum áramlik és betápláljuk a hidraulikus motorba; és lehetõséget adunk arra, hogy csökkentsük a kapcsolódás közbeni sugárirányú fedést, továbbá lehetõséget adunk a mûködõ párok összeállítására azok kiválasztása nélkül. Az ellenálló erõk nyomatéka csökken a gyengébb sugárirányú fedésnek köszönhetõen és enyhébb érintkezési feszültségek alapulnak ki a pillanatnyi forgási középponttól (a fogazás fõpontjától) legtávolabb esõ területeken, vagyis a legnagyobb csúszási sebességek tartományában. A forgórész csavarvonal alakú fogainak az állórész csavarvonal alakú fogain való csúszásának körülményeit elviselhetõvé teszi a kapcsolódás közbeni
1
HU 007 753 T2
fenésnek a minimális csúszási sebességek tartományaiból a maximális csúszási sebességek felé való csökkenése irányába történõ újraelosztása révén. Eltekintve ettõl, a K együttható kiválasztása lehetõvé teszi – a kapcsolódás közbeni oldalirányú fedések módosítását az állandó sugárirányú fedéssel; – kapcsolódás közben oldalsó játék megvalósítását, amikor sugárirányú fedés van jelen; – sugárirányú játék megvalósítását kapcsolódáskor, mikor az oldalirányú fedés jelen van. Amikor minden egyes fog egyik felének a profilja a forgórész és/vagy állórész vég felõli metszetében a fogasléc típusú szerszám rövidített ciklois egyentávköz által elõállított indulókörvonalának burkológörbéjeként van megvalósítva, és amikor a forgórész és/vagy állórész fogának másik fele fogasléc típusú szerszám körívek konjugációja által generált indulókörvonalának burkológörbéjeként van megvalósítva: ezek az elrendezések egyúttal lehetõvé teszik a szerkezet üzemelési körülményeinek figyelembevételét és a fogak egyoldalú kopásának csökkentését. Az indulókörvonal alakjának K együtthatóját a gerotorszerkezet üzemelési körülményeitõl függõen és annak szerelési változatát figyelembe véve választjuk ki, például kapcsolódáskor a forgórész oldalsó fedésének megvalósítása útján, mikor is a forgórész az oltalmazni kívánt találmány szerint kialakított csavarvonal alakú fogprofillal van kialakítva, mikor is az állórésznek a ciklois fogasléc által meghatározott profilja van: az említett K együtthatót úgy választjuk meg, hogy értéke nagyobb vagy egyenlõ legyen, mint 1. A sugárirányú fedés értéke a fogasléc típusú szerszám induló keresztmetszetének a konjugált profilok alakításakor alkalmazott elcsúszásának kiválasztott értékeitõl függ. Ha a K együttható kisebb, mint 0,5, akkor a forgórész fogának vastagsága túlzottan lecsökken, és a forgórész fogának vastagsága ennek megfelelõen növekszik; ha K értéke nagyobb, mint 2, akkor a forgórész fogának vastagsága túlzottan megnövekszik, és az állórész fogának vastagsága ennek megfelelõen lecsökken, és ez a körülmény kizár minden lehetõséget arra, hogy az oltalmazott forgórészek és/vagy állórészek használhatók legyenek az Oroszországban üzemelõ gerotorszerkezetekhez. A rajzok rövid ismertetése Az 1. ábra egy csavaros típusú fúrólyuk hidraulikus motorhoz társított gerotorszerkezet hosszirányú metszete. A 2. ábra a gerotorszerkezet keresztmetszete az A–A vonal mentén felvéve. A 3. ábra a fogasléc típusú szerszám indulókörvonalának ri és rc sugarakkal kiképzett körívek konjugálása útján történõ generálásának vázlata. A 4. ábra a fogasléc típusú szerszámkörívek konjugálása útján elõállított indulókontúrján alapuló forgórészprofil elõállításának vázlata.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
Az 5. ábra az állórész profiljának a fogasléc típusú szerszámkörívek konjugálása útján elõállított indulókontúrján alapuló elõállításának vázlata. A 6. ábra példát szemléltet az állórész és a forgórész kapcsolódására, ahol 0 értékû a sugárirányú fedés, amikor oldalirányú fedések vannak jelen (nagyítva van feltüntetve). A 7. ábra forró kutakban történõ használatra szolgáló egy állórész és forgórész kapcsolódásának példáját mutatja, amikor oldalirányú játékok vannak jelen (nagyítva van feltüntetve). A 8. ábra olyan állórész és forgórész kapcsolódásának a példáját mutatja, ahol minden egyes fog profiljának az egyik fele ciklois fogasléc burkológörbéjeként van meghatározva (a játékok és a fedések kinagyítottan vannak ábrázolva). A találmány megvalósításának legjobb módja Egy hidraulikus csavarmotor gerotorszerkezete – amint azt az 1. és 2. ábra mutatja – 1 állórészt tartalmaz, amelynek csavarvonal alakú belsõ 2 fogai vannak, továbbá egy 3 forgórészt tartalmaz, amelynek csavarvonal alakú külsõ 4 fogai vannak, és ezen fogak száma eggyel kevesebb mint az 1 állórész csavarvonal alakú belsõ 2 fogainak a száma. Az 1 állórész csavarvonal alakú belsõ 2 fogai rugalmas-elasztikus anyagból, például gumiból vannak kialakítva, amely rá van keményítve az 1 állórész 5 testének belsõ felületére. Az 1 állórész 6 tengelye a 3 forgórész 7 tengelyéhez képest 8 excentricitással el van csúsztatva, amelynek E értéke a 2 és 4 fogak sugárirányú magasságának a felével egyezik meg. Az 1 állórész dolgozó 9 tömegközéppontjának (az indulókerületnek) a sugara c=Ez1 érintkezésben van a forgórész (indulókerületének) dolgozó 10 tömegközéppontjával, amelynek P fõpontban b=Ez2 sugara van, amint azt a 2. ábra mutatja. Az 1 állórész és 3 forgórész vonatkozó 2 és 4 fogainak az 1. ábrán bemutatott T1 és T2 csavarvonalainak emelkedése arányos fogaiknak z1 és z2 számával. A találmány szerinti gerotorszerkezet lényeges jellemzõje a fogasléc típusú szerszám indulókörvonala, amely szerint ezt a körvonalat a 2. ábra szerinti körívek konjugációja generálja, és az említett ívek egyikének induló sugarát a következõ kifejezések határozzák meg: ri=K[(p2rw12/4Ez12)+E]/(K+1), vagy ri=K[(p2rw22/4Ez22)+E]/(K+1), és a másik ív konjugált sugara rc=ri/K értékben van meghatározva; és az indulókörvonal érvényes m és n pontjainak koordinátáit a következõ kifejezések határozzák meg: Xm=ri(cos(Ym)–1)+2E, Ym=risinYm, Xn=rc(1–cosYn), Yn=(prw1(2)/z(1)2))–rcsinYn,
1
HU 007 753 T2
ahol Ym=(0 … Ya), Yn=(0 … Ya) azok a központi szögek, amelyeknek a ri és rc sugarú indulókörvonal területein kiválasztott diszkrét jellege van; Ya=arcsin [(prw1(2)/z(1)2))/(ri+rc)] jelenti az indulókörvonal központi szögét a körívek konjugációs pontjánál. A körívek által alkotott körvonal magassága 2E és hosszúsága 2prw1(2)/Z(1)2). Itt a körívek által konjugált indulókörvonal profiljának szögét a következõ kifejezések határozzák meg: apt=(p/2)–Ym, vagy apt=(p/2)–Yn : lásd a 3. ábrát. A gerotorszerkezet vég felõli metszetében tekintve a 3 forgórész és/vagy 1 állórész fogaira jellemzõ profilok lényeges jellemzõje a abban áll, hogy az említett profilok az ri és rc sugarú 12 és 13 körök konjugációja által generált fogasléc típusú szerszám 11 indulókontúrjának burkológörbéiként vannak meghatározva (lásd a 4. és 5. ábrát). A 4 és 2 fogak profilja akkor keletkezik, amikor a szerszám egyenes 14 vonala és a hozzátársított 11 indulókörvonal csúszás nélkül fordul el a vonatkozó szerszám kerületei körül. Amikor ez megtörténik, a ri sugarú ív túlnyomórészt alakítja a 3 forgórész 4 fogát jellemzõ csúcs profilját a 4. ábrának megfelelõen, továbbá az 1 állórész 2 fogát jellemzõ tér profilját az 5. ábra szerint, továbbá a rc sugarú ív képzi túlnyomórészt a 4. ábra szerint a 3 forgórész 4 fogát jellemzõ tér profilját és az 5. ábra szerint az 1 állórész 2 fogát jellemzõ csúcs profilját. A 3 forgórész 15 kerületeinek és az 1 állórész 16 kerületeinek szerszámát jellemzõ sugarak a 4. és 5. ábrának megfelelõen a fogak száma és az excentricitás értéke alapján vannak kiválasztva. A 3 forgórésznek a 4 fogak kiemelkedéseihez képesti, valamint az 1 állórésznek a 2 fogak tereihez képesti elõre meghatározott átmérõinek megvalósításához: a forgórész és az állórész indulókörvonalainak x2 és x1 elcsúszási értékeit rendre a 4. és 5. ábra határozza meg. Itt a 3 forgórész profiljait vég felõli metszetben tekintve a következõ összefüggések határozzák meg: Xd2=(Xn(m)+rw2+x2)cosj d2 (Yn(m) rw2j d2)sinj d2, Xd2=(Xn(m)+rw2+x2)sinj d2+(Yn(m) rw2j d2)cosj d2, és az állórész profilját vég felõli metszetben a következõ kifejezések határozzák meg: Xd1=(Xn(m)+rw1+x1)cosj d1 (Yn(m) rw1j d1) sinj d1, Xd1=(Xn(m)+rw1+x1)sinj d1+(Yn(m) rw1 jd1)cosj d1, ahol jd2=2 [(Yn(m) (x2+Xn(m)) ctgapt)/dw2], jd1=2 [(Yn(m)–(x1+Xn(m)) ctgapt)/dw1] jelenti a fogasléc típusú szerszámhoz erõsített XtOtYt mozgó koordinátarendszer elfordulási szögét a vonatkozó szerszám 4. és 5. ábra szerinti kerületének középpontjához erõsített nyugvó XdOdYd nyugvó koordináta-rendszerhez képest. A találmány szerinti gerotorszerkezet egyik példakénti kiviteli alakja szerint: az 1 állórész a 3 forgórész kapcsolódásánál – a sugárirányú D0 fedés nincs jelen, mivel nincsenek oldalsó D1, D2, D3 fedések – 6. ábra. A példa a 3 forgórész profiljának kapcsolódását szem-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
lélteti, amely 1¹nél nagyobb K együtthatójú körívek konjugációja által generált fogasléc típusú szerszám 11 indulókörvonalának burkológörbéjeként van meghatározva; továbbá az 1 állórész profiljának kapcsolódását, amely rövidített ciklois egyentávolság útján elõállított indulógörbéjû fogasléc típusú szerszám burkológörbéjeként van meghatározva. Ezen példa esetében az oldalirányú fedés olyan módon van elosztva, amely szerint az említett fedés a minimális csúszási sebességektõl azon zónák felé csökken, ahol a csúszási sebesség maximális, vagyis a P fõponttól (D1>D2>D3) legtávolabbi tartományok felé, 6. ábra, amely jellemzõ nagy energiajellemzõket kölcsönöz a szerkezetnek és csökkenti az 1 állórész 2 fogainak rugalmas-elasztikus darabjainak, valamint a 3 forgórész 4 fogaihoz tartozó darabok kopását. A találmány szerinti gerotorszerkezet egy további példakénti kiviteli alakja szerint: az 1 állórész és a 3 forgórész kapcsolódása esetén – nincs jelen a D0 sugárirányú fedés, amikor vannak oldalsó l játékok – 7. ábra. A példa szemlélteti a 3 forgórész kisebb, mint 1 értékû K együtthatójú körívek konjugációja útján generált fogasléc típusú szerszám 11 indulógörbéjének burkológörbéjeként meghatározott profiljának a kapcsolódását; valamint az 1 állórész rövidített ciklois egyentávolság útján elõállított indulókörvonallal kiképzett fogasléc típusú szerszám burkológörbéjeként meghatározott 1 profiljának a kapcsolódását. Ezen példa szerint: az oldalsó X játékok úgy vannak elosztva, hogy összehasonlítva egy olyan szerkezettel, amelynél kapcsolódáskor egyenletes játék van, akkor nagyobb energiajellemzõk jönnek létre a gerotorszerkezetben forró kutakban (100 °C hõmérsékletnél melegebb kutakban) való mûködés során és a kitérõnyomaték gyengül annak köszönhetõen, hogy érintkezés jön létre a L és M pontoknál a 7. ábra szerint, továbbá ugyanez vonatkozik valószínûleg a gerotorszerkezet megakadására, amely forró kútban megtörténne. A találmány szerinti gerotorszerkezet egy további példakénti kiviteli alak esetében: amikor az 1 állórész és a 3 forgórész kapcsolódásakor nincs jelen D0 sugárirányú fedés, továbbá l1, l2, l3 oldalsó játékok, valamint oldalsó D1, D2, D3 fedések vannak jelen – 8. ábra. Ez a példa mutatja a 3 forgórész és 1 állórész kapcsolódását, mikor is mindegyik fog profiljának az egyik fele 1¹nél kisebb értékû K együtthatójú körívek konjugációja révén generált indulókörvonallal kialakított fogasléc típusú szerszám burkológörbéjeként van meghatározva, továbbá a fog profiljának másik fele rövidített ciklois egyentávolság útján elõállított kezdõkörvonallal kiképzett fogasléc típusú szerszám burkológörbéjeként van meghatározva. A 3 forgórész és az 1 állórész úgy van összeszerelve, hogy a profilok – körívek konjugációja által elõállított 11 indulókörvonallal kialakított fogasléc típusú szerszám burkológörbéiként vannak meghatározva – érintkezésben vannak és kapcsolódáskor érintkeznek egy rövidített ciklois egyentávolság révén elõállított indulókörvonallal kialakított fogasléc típusú szerszám burkológörbéiként meghatározott profilokkal. Ezen példa esetében vannak oldalsó l1, l2, l3 játékok
1
HU 007 753 T2
és oldalsó D1, D2, D3 fedések a 8. ábra szerint, amely körülmény lehetõvé teszi a fogak egyoldalú kopásának csökkentését azáltal, hogy lecsökken az érintkezési feszültség, amely a maximális csúszási sebességû tartományokban és a minimális nyomási szögû tartományokban lép fel. Ezen túlmenõen azon nyomáskülönbségnek a következtében, ami az oldalsó játékkal rendelkezõ mélyedések és az oldalsó fedésekkel kiképzett mélyedések között lép fel: csökken a ferde nyomadék negatív behatása, mivel ezen mélyedések vonatkozásában egyenletesen eloszlik a gerotorszerkezet teljes hossza mentén. A gerotorszerkezetekben a kapcsolódás további változatai is lehetségesek, mikor is a fog alakjának korrelációs beállítása és a fedés értékének a módosítása a K együttható, valamint a fogasléc típusú szerszám kezdõkörvonalainak x1 és x2 elcsúszásainak optimális értékre történõ megválasztása útján, amikor a szerkezetet megtervezzük. A találmány szerinti fúrólyukba való hidraulikus motor gerotorszerkezete a következõ módon mûködik. Amikor egy gerotorszerkezetet alkalmaznak fúrólyukba való csavarmotorhoz: mosófolyadékot juttatnak egy (nem ábrázolt) fúró fúrócsõoszlopon át a gerotorszerkezet felsõ részébe. A mosófolyadék nyomáskülönbségének a hatására a 3 forgórész bolygómozgást hajt végre az 1 állórészben, amely forgórész az 1. ábrának megfelelõen az 1 állórész csavarvonal alakú 2 fogai mentén forog el csavarvonal alakú 4 fogainak segítségével. Ennek során a 3 forgórész 7 tengelye elforog az 1 állórész 6 tengelye körül egy olyan kör mentén, amelynek a sugara E, és maga a 3 forgórész is forog a saját 7 tengelye körül abban az irányban, amely ellentétes a 2. ábra szerinti bolygómozgás irányával. Kinematikai szempontból tekintve, a 3 forgórésznek az 1 állórészhez képesti mozgását a 3 forgórésznek b=Ez2 sugárral kialakított 10 tömegközéppontjának az 1 állórész c=Ez1 sugárral kialakított 9 tömegközéppontja mentén való csúszás nélküli gördülése határozza meg, és a 3 forgórész forgásának pillanatnyi középpontját P fõpontnál a tömegközéppontok érintkezési pontjánál helyezkedik el. Amikor a kapcsolódás megtörténik, a nagy és alacsony nyomású mélyedések eloszlanak az érintkezési vonalak mentén, és ilyen esetben, ha vannak oldalirányú fedések, akkor megbízható töménység van a magas és alacsony nyomású mélyedések között, amely körülmény elõsegíti a munkafolyadék szivárgásának a csökkentését, következésképpen javítja a találmány szerinti gerotorszerkezet energiajellemzõit (kapacitását és hatásfokát). Azon okból továbbá, hogy nincs sugárirányú fedés és érintkezési feszültség csökkenés a fõponttól legtávolabb esõ tartományban – ahol a csúszási sebesség a legnagyobb – a 6. ábra szerint és ezáltal az ellenállási erõk nyomatéka csökken, továbbá az 1 állórész 2 fogainak darabjai, továbbá a 3 forgórész 4 fogainak darabjai kevésbé kopnak, ami ugyancsak elõsegíti a gerotorszerkezet energetikai jellemzõinek javítását és kopással szembeni ellenállását. Amikor kapcsolódáskor oldalsó játékok vannak (forró kútban üzemeltetendõ szerkezet), akkor a
2
szerkezet mûködési elve a fent tárgyalthoz hasonló, és a tömörséget az 1 állórész rugalmas-elasztikus 2 fogainak és a 3 forgórész 4 fogainak rugalmas-elasztikus tágulása biztosítja; ezáltal az érintkezési feszültségek, és 5 ennek megfelelõen a szerkezetben lévõ súrlódó erõk optimálisan biztosítják annak jó energetikai jellemzõit és kopással szembeni jó ellenálló képességét. A 3 forgórész bolygómozgását átvisszük a támasztószerkezet tengelyére és egy kõzetromboló szerkezet10 re, amely ehhez van társítva. Amikor a találmány szerinti gerotorszerkezetet csavarszivattyúban alkalmazzuk: a 3 forgórészt forgásba hozzuk, mikor is az 1 állórész 2 fogai körül forog, akkor a forgás mechanikai energiáját a folyadék áramlásának 15 hidraulikus energiájává alakítja át. A 3 forgórész csavarszivattyúként való mozgásának a kinematikája és a találmány szerinti gerotorszerkezet használata révén elérhetõ elõnyök hasonlóak ahhoz, mint amit a csavarmotorral kapcsolatban ismertettünk. 20 Ipari alkalmazhatóság A találmány megfelelõen használható az olajtermelõ iparban azon mûveletek során, amikor kitermelik az olajat, továbbá fluidumokat szivattyúznak, valamint 25 más iparágakban is, ahol különbözõ fluidumokat szivattyúznak.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 30
35
40
45
50
55
60 6
1. Gerotorszerkezet hidraulikus csavargéphez, amely szerkezet tartalmaz egy állórészt (1), aminek csavarvonal alakú és elasztoplasztikus anyagból készített belsõ fogai (2) vannak –, és egy forgórészt (3) – amelynek külsõ csavarvonal alakú fogai (4) vannak, amely fogak száma eggyel kevesebb, mint az állórész (1) fogainak száma, ahol az állórészben (1) és a forgórészben (3) révül csavarvonalak emelkedése (T1, T2) arányos a vonatkozó fogak számával, a forgórész tengelye (7) el van csúsztatva az állórész tengelyéhez (6) képest egy excentricitási értékkel (E), amely a fogak sugárirányú magasságának felével egyezik meg, azzal jellemezve, hogy a forgórész (3) és/vagy állórész (1) profiljának vég felõli keresztmetszetét fogasléc típusú szerszám indulókörvonalának burkológörbéje alakjának megfelelõ körvonal határolja, amely körvonalat körívek konjugációja képezi, amikor a fogasléc típusú szerszám említett indulókörvonala a megfelelõ szerszámkörök mentén elcsúszás nélkül fut, az indulókörvonal köríveinek sugarai a következõ kifejezéseknek megfelelõen vannak kiszámítva: ri=K[(p2rw12/4Ez12)+E]/(K+1) vagy ri=K[(p2rw22/4Ez22)+E]/(K+1), ahol rc=ri/K, ahol ri a fogasléc típusú szerszám profiljának induló sugara, K=(0,5 … 2) az indulókörvonal alaktényezõje,
1
HU 007 753 T2
rw1, rw2 a forgórész és állórész szerszámok köreinek sugarai, E a kapcsolódási excentricitás, z1, z2 rendre az állórész és a forgórész fogainak száma; rc a fogasléc típusú szerszám profiljának konjugált sugara. 2. Az 1. igénypont szerinti gerotorszerkezet hidraulikus csavargéphez, amelynél a forgórész (3) és/vagy
5
7
2
az állórész (1) vég felõli keresztmetszetében minden egyes fog felének a profilja a fogasléc típusú szerszámnak a rövidített ciklois egyentávolsága által képzett indulókörvonala határoz meg, amikor a fogasléc típusú szerszám indulókörvonala csúszás nélkül végigfut a megfelelõ szerszámkörön. 3. Az 1. igénypont szerinti gerotorszerkezet hidraulikus csavargéphez, amelynél az állórész (1) belsõ csavarvonal alakú fogai gumiból vannak kialakítva.
HU 007 753 T2 Int. Cl.: F01C 1/107
8
HU 007 753 T2 Int. Cl.: F01C 1/107
9
HU 007 753 T2 Int. Cl.: F01C 1/107
10
HU 007 753 T2 Int. Cl.: F01C 1/107
11
HU 007 753 T2 Int. Cl.: F01C 1/107
12
HU 007 753 T2 Int. Cl.: F01C 1/107
13
HU 007 753 T2 Int. Cl.: F01C 1/107
14
HU 007 753 T2 Int. Cl.: F01C 1/107
15
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest
