ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1996 года по МПК F04C7/00 F04C19/00 

Изобретение относится к насосостроению.

Существующие в настоящее время жидкостно-кольцевые машины в основном как вакуумные насосы широко используются в самых различных областях производства (металлургии, производстве бумаги, сахара, пива и т.д.).

Одним из основных недостатков этих машин является трение вращающейся жидкости о неподвижный корпус.

В качестве прототипа выбрана жидкостно-кольцевая машина, в которой неподвижный распределительный полый вал с перегородкой расположены так, что с одного торца вала образуется входной патрубок, с другого выходной патрубок машины. Эта машина состоит из вращающегося корпуса и приводного барабана, образованного из плоских лопастей, шарнирно закрепленных в корпусе, и стержней, скользящих по торцовым пазам неподвижных стенок, закрепленных на неподвижном валу. При этом неподвижный вал и пазы в стенках размещены эксцентрично относительно оси вращения корпуса.

К недостаткам прототипа следует отнести относительную сложность конструкции, особенно образование барабана из отдельных подвижных пластин, механические потери на трение в шарнирах лопастей и особенно в пазах неподвижных стенок, где организовать какую-либо смазку весьма проблематично. Кроме того, между торцами лопастей и неподвижными стенками необходим хотя бы минимальный, но зазор, по которому газ будет перетекать из ячейки с повышенным давлением в соседнюю, где давление ниже. Сохраняется ограничение по увеличению оборотов корпуса, так как в этом случае резко возрастают центробежные силы и трение стержней в пазах будет недопустимым.

Технической задачей является повышение КПД машины, повышение степени сжатия и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что рабочее колесо с внешней стороны неподвижного вала установлено на подшипниках свободно и выполнено из двух торцовых дисков и жестко соединенных с ними радиальных плоских лопаток, снабженных уплотнительными элементами, расположенными со стороны вала. При этом неподвижный полый вал имеет перегородку и является распределительным по длине рабочего колеса с образованием с одного торца вала входного, а с другого выходного патрубка жидкостно-кольцевой машины. На этом же валу с эксцентриситетом размещены неподвижные части подшипников с каналами подвода и отвода жидкости, а подвижные части подшипников закреплены в корпусе, который приводится во вращение от электродвигателя с образованием жидкостного кольца.

На фиг. 1 изображена машина, продольный разрез; на фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1 (электродвигатель не показан); на фиг. 3 узел I на фиг. 2; на фиг. 4 изображена часть волнистой пружины в продольной плоскости (на фиг. 3 она показана в сечении).

Корпус 1 жидкостно-кольцевой машины закреплен на подшипниках 2 и имеет шкив 3 (или звездочку) для привода его во вращение. Неподвижный распределительный полый вал 4 закреплен с эксцентриситетом в неподвижных частях 5 подшипников 2. В корпусе 1 на неподвижном полом валу 4 при помощи подшипников 6 закреплено рабочее колесо 7 так, что оно может свободно вращаться. Неподвижный полый вал 4 имеет всасывающий канал 8 и нагнетательный канал 9, между которыми на длине рабочего колеса 7 установлена герметичная перегородка 10. На этой же длине на поверхности неподвижного полого вала 4 имеются впускные окна 11, соединяющие всасывающий канал 8 с рабочими камерами 12, и выпускные окна 13, соединяющие рабочие камеры 12 с нагнетательным каналом 9. Рабочие камеры 12 образуются цилиндрической поверхностью неподвижного полого вала 4, лопатками 14 рабочего колеса 7 и свободной поверхностью 15 жидкостного кольца 16. Рабочее колесо 7 состоит из лопаток 14, скрепленных с двумя дисками 17, в которых размещены подвижные части подшипников 6. Лопатки 14 скреплены с дисками 17 жестко и герметично. Для уплотнения зазора между лопатками 14 и неподвижным полым валом 4 (фиг. 3) у каждой лопатки 14 имеется вставка 18 из антифрикционного материала, например фторопласта, которая поджата к неподвижному полому валу 4 волнистой пружиной 19 на всей длине лопатки 14. Вставка 18 может свободно перемещаться в радиальном направлении в пазу лопатки 14 под действием пружины 19. Электродвигатель 20 через клиноременную или цепную передачу передает вращение шкиву 3 корпуса 1. Для предотвращения попадания жидкости в подшипники 2 установлено уплотнение 21. Если в качестве подшипников используются резиновые подшипники скольжения, работающие на воде, и рабочей жидкостью машины является вода, то устанавливаются уплотнения 22. Неподвижные части 5 имеют канал 23 и 24 для подвода жидкости и контроля за ее количеством. Неподвижные части 5 жестко закреплены на стойках 25, которые, в свою очередь, прикреплены к основанию 26 и верхней пластине 27, создающих жесткую раму всей машины. На цилиндрической внутренней поверхности корпуса жестко закреплены радиальные лопатки на длине от торца корпуса до торцов диска 17. Между ними и торцами дисков 17 имеется зазор.

Жидкостно-кольцевая машина работает следующим образом.

От электродвигателя 20 вращение через шкив 3 передается корпусу 1. Например, это вращение направлено по стрелке, показанной на фиг. 2. Постоянно поступающая жидкость по каналу 23 создает внутри корпуса 1 жидкостное кольцо 16 со свободной поверхностью 15. За счет эксцентриситета между осью вращения корпуса 1 и положением оси неподвижного полого вала 4 свободная поверхность 15 жидкости подходит до соприкосновения с внешней поверхностью неподвижного полого вала 4 в верхней части, как это показано на фиг. 2. Вращающееся жидкостное кольцо заставляет рабочее колесо 7 вращаться в ту же сторону, что и корпус 1. Проскальзыванию жидкостного кольца относительно корпуса препятствуют радиальные лопатки. При вращении рабочего колеса 7 на правой половине фиг. 2 между лопатками 14 рабочего колеса 7, внешней поверхностью неподвижного полого вала 4 и свободной поверхностью 15 жидкостного кольца образуются рабочие камеры 12, обьем которых непрерывно растет от нуля до максимума при повороте рабочего колеса на 180^о. Вследствие того, что камеры 12 через окно 11 связаны с всасывающим каналом 8, происходит непрерывное их заполнение газом, поступающим по каналу 8. Начиная с нижней точки, объем рабочих камер 12 начинает непрерывно уменьшаться, так что сжимаемый газ из рабочих камер 12 через окна 13 поступает в нагнетательный канал 9. Через окна 13 поступает не только газ, но частично и жидкость, вследствие чего газ из канала 9 поступает в узел отделения жидкости (не показан).

В силу того, что жидкость вращается вместе с корпусом машины, значительно сокращаются потери на трение жидкости.

Сущность изобретения: в корпусе эксцентрично размещено с зазором и возможностью вращения полое рабочее колесо с лопатками, образующими рабочие камеры. Перегородка распределительного полого вала образует с одного торца вала входной, с другого выходной патрубки. На валу с эксцентриситетом размещены неподвижные части подшипников, в которых выполнены каналы подвода и отвода жидкости. Корпус установлен с возможностью вращения от электродвигателя и с образованием жидкостного кольца. Рабочее колесо с внешней стороны вала установлено на подшипниках свободно и выполнено из двух торцовых дисков и жестко соединенных с ними радиальных плоских лопаток, снабженных уплотнительными элементами, расположенными со стороны вала. 4 ил.

ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВАЯ МАШИНА, содержащая корпус, эксцентрично размещенное в нем с зазором и с возможностью вращения полое рабочее колесо с лопатками, образующими рабочие камеры, и неподвижный распределительный полый вал с перегородкой, образующей с одного торца вала входной, а с другого - выходной патрубки, на валу с эксцентриситетом размещены неподвижные части подшипников, в которых выполнены каналы подвода и отвода жидкости, при этом корпус установлен с возможностью вращения от электродвигателя и с образованием жидкостного кольца, отличающаяся тем, что рабочее колесо с внешней стороны вала установлено на подшипниках свободно и выполнено из двух торцевых дисков и жестко соединенных с ними радиальных плоских лопаток, снабженных уплотнительными элементами, расположенными со стороны вала.