186013. lajstromszámú szabadalom • Dugattyús gép
186013 A találmány tárgya dugattyús gép legalább egy dugattyúval és ezt befogadó hengeres térrel rendelkező dugattyúházzal, továbbá a hengeres térhez csatlakozó beömlőnyílással és kiömlőnyílással, amelyek záróeszközzel vannak ellátva, és amely gépnél a dugattyúnak egymást részben átfedő véghelyzetei vannak. Az ilyen dugattyús (térfogatkiszorításos) gépeknek számtalan fajtája ismeretes. Ezek általában mind szivattyúként, mind motorként működtethetők. A dugattyús gépek egy speciális fajtáját képezik a térfogatkiszorításos átfolyásmérők (más néven kobozó szerkezetek). Ezek az átáramló közeget meghatározott térfogatú részekre tagolják, és ezeket a részeket egymástól elzárva továbbítják. A mérés lényegében a meghatározott térfogatú részek számlálását jelenti. Megfelelő kialakítás esetén ezek a gépek is üzemeltethetők szivattyúként (általában kis teljesítményű adagolószivattyúk készülnek ilyen megoldással). Ezeknél a gépeknél (mint általában minden dugattyús gépnél) az átáramló közegnek a dugattyút befogadó térbe való bevezetése, illetve onnan történő kivezetése a beömlő- és kiömlőnyíláshoz tartozó záróeszközök megfelelő ütemben való vezérlésével automatikusan váltakozva történik. Ehhez olyan automatizmus szükséges, amely a dugattyú véghelyzeteiben olyan értelemben zárja, illetve nyitja a beömlő- és kiömlőnyílást, hogy a behatoló közeg a dugattyút a mindenkori másik véghelyzet felé kényszeríti. (Szivattyú estében azt kell biztosítani, hogy a dugattyú által addig beszívott közeg ki tudjon ürülni, és a következő közegrész beszívható legyen). Az ismert megoldásoknál különféle helyzetérzékelő és irányváltó eszközöket alkalmaznak a fenti célra. Ismeretesek különféle elektronikus megoldások (lásd pl. a 146 035 sz. magyar szabadalmi leírást), ezek azonban segédenergiát igényelnek, amelynek kimaradása adott esetben nemcsak a mérés leállását, hanem a közegáramlás megszűnését is okozhatja. Az egyes alkalmazásoknál teljesen megengedhetetlen. A mechanikus rendszerű megoldásoknál ez a probléma gyakorlatilag kiküszöbölhető. A mechanikus helyzetérzékelés és átváltás esetében a dugattyú a véghelyzetekben pl. karos mechanizmust működtet, amely közvetlenül vagy közvetve váltja át a záróeszközöket. Ilyen megoldást ismertet a 171 771 sz. magyar szabadalmi leírás. Ennél a megoldásnál a dugattyú holtponti helyzeten való átsegítését rugós energiatárolás biztosítja. Hiányossága ennek a megoldásnak, hogy az átváltó impulzusszerű működtetéséhez felhalmozott energia a mérendő közeg nyomási energiájából származik, ami megnöveli az átáramláshoz szükséges nyomást. Hiányosságot jelent a mechanizmus bonyolult, összetett volta is, továbbá az, hogy az átváltó szerkezet egymással érintkező vagy ütköző elemei az impulzusszerű működtetés miatt intenzív kopásnak vannak kitéve. Hiányosság az is, hogy a mechanikus kimenetet szolgáltató elem mozgásának egy periódusa (ugyancsak az impulzusszerű működtetés miatt) nem osztható fel az egy perióduson belüli részáramlással arányos részekre, tehát a dugattyú lökethossza (illetve -térfogata) határt szab a felbontóképességnek. A Fluidyne Instrumentation cég (Oakland, California) újabban kifejlesztett 210 sorozatszámú átfolyásmérői részben kiküszöbölik ezeket a hiányosságokat. Ezek az átfolyásmérők négy db, egymástól 90° térbeli szögtávolságra elrendezett, sugárirányban mozgó kettősműködésű dugattyúval rendelkeznek. A dugattyúk csuklós karokon át középen elhelyezett közös forgattyús tengelyhez vannak kapcsolva (a tengely által megtett fordulatok száma adja a mért értéket). Ennél az ismert megoldásnál már maguk a dugattyúk végzik el nemcsak a helyzetérzékelést, hanem az átváltást is, mivel a dugattyútereket körülvevő testben olyan járatok vannak kialakítva, amelyek egy tetszőleges dugattyú egyik véghelyzetében ennek belső terét a forgásirány szerint következő dugattyú külső terével, míg a forgásirány szerint megelőző dugattyú külső terét a kiömlőnyílással kötik össze a fennmaradó negyedik dugattyú palástfelületében kialakított összekötő hornyon át. A négy dugattyú belső tere közös. Ebbe a közös térbe lép be a mérendő közeg. Ez az ismert dugattyús gép kétségtelenül kiküszöböli a korábbi mechanikus átváltású szerkezetek említett problémáit, felépítése azonban bonyolult, és igen precíz gyártást igényel. A dugattyúkat a forgattyús tengellyel összekötő csuklós karokat mindkét végükön csapágyazni kell, és a házban összetett járatrendszert kell kialakítani. Hiányossága még ennek a megoldásnak, hogy átfolyásmérőként alkalmazva legalább három, szivattyúként alkalmazva legalább két (egyenletes járás érdekében azonban inkább három vagy több) dugattyút igényel. A találmány célja a fenti hiányosságok kiküszöbölése. A találmány feladata olyan dugattyús gép létrehozása, amely szivattyúként egyetlen, átfolyásmérőként két dugattyúval működőképes, megtartja a külön helyzetérzékelő és irányváltó mechanizmus nélküli ismert megoldás előnyeit, de nem igényel különleges forgattyús szerkezetet és összetett járatrendszert a dugattyúházban, egyszerű felépítésű, könnyen gyártható, szerelhető és üzembiztos. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha a dugattyút axiális irányú mozgása közben tengelye körüli elfordulásra is kényszerítjük, akkor a dugattyúban ill. annak felületén kialakított egyszerű járatok (pl. hornyok) segítségével mind a helyzetérzékelés, mind az irányváltás megoldható. Ehhez az szükséges, hogy a dugattyú két véghelyzete közötti mozgása során a dugattyú palástfelületének egy pontja önmagába visszatérő pálya mentén mozogjon, amikor is a járatok a dugattyú meghatározott axiális, illetve szöghelyzeteiben megfelelő összeköttetéseket hozhatnak létre, illetve szüntethetnek meg. A fenti felismerés alapján a kitűzött feladat megoldása olyan dugattyús gép legalább egy dugattyúval és ezt befogadó hengeres térrel rendelkező dugattyúházzal, továbbá a hengeres térhez csatlakozó beömlőnyílással és kiömlőnyílással, amelyek záróeszközzel vannak ellátva, amely gépnél a dugattyúnak egymást részben átfedő véghelyzetei vannak, és a találmány értelmében a beömlőnyílás és a kiömlőnyílás a hengeres tér palástfelületének a dugattyú palástfelületével a dugattyú minden helyzetében érintkező szakaszán van kialakítva, a dugattyúnak legalább két — célszerűen négy — a hengeres tér palástfelületével legalább egyegy részen érintkező járata van, amelyek közül legalább egynek — célszerűen kettőnek — a dugattyú egyik homlokoldala felőli térrészhez, legalább további egynek — célszerűen kettőnek — pedig a dugattyú 2
