РАБОЧИЙ ОРГАН ЛОПАСТНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F04D3/00 F04D7/00 F04D29/18 F04D29/32 

Изобретение относится к насосам и компрессорам необъемного вытеснения, а именно к насосам необъемного вытеснения с вращательным движением, и может быть использовано в насосах с осевым потоком, особенно при работе с вязкой или неоднородной средой, а также в осевых компрессорах, вентиляторах и др.

Известен осевой (пропеллерный) насос, содержащий рабочее колесо по типу гребного винта, которое состоит из нескольких лопастей, прикрепленных к втулке, соединенной с вертикальным валом ("Гидравлика и гидравлические машины", учебник для Вузов, А.А. Угинчус, изд. Харьковского университета, Харьков, 1966, стр. 276, рис. 173).

Недостатком подобного насоса является низкий напор, не превышающий даже для водной среды 6 м.

Известна осевая турбомашина (авторское свидетельство СССР N 1574835, F 01 D 1/04, F 04 D 19/00), содержащая корпус с расположенным на нем ротором с рабочими лопатками, которые установлены на роторе, по крайней мере, по одной винтовой линии, закрученной в направлении вращения ротора.

Недостатком осевой турбомашины является низкий напор или давление, а также сложность в изготовлении (содержит множество лопаток), вследствие чего она может быть использована только в качестве турбины или компрессора и не может быть использована в качестве насоса, особенно при работе с вязкой или неоднородной средой.

В основу изобретения поставлена задача создания рабочего органа лопастной машины, в которой путем изменения конструкции лопастей и их установки на валу обеспечивается повышение напора или давления, а также надежности при работе с различной, в том числе с вязкой или неоднородной средой, и упрощение конструкции машины.

Поставленная задача решается тем, что в рабочем органе лопастной машины, преимущественно для напорного перемещения вязкой жидкой или неоднородной сред, содержащем пустотелый корпус, внутренняя поверхность которого выполнена осесимметричной, с противоположных сторон корпус имеет входное и выходное отверстия, а внутри корпуса соосно ему размещен вал с радиальными лопастями, которые установлены на нем по винтовой линии, закрученной в направлении вращения вала, причем входная сторона каждой лопасти расположена к входному отверстию корпуса ближе выходной стороны предыдущей лопасти, а выходная сторона каждой лопасти расположена к входному отверстию корпуса дальше выходной стороны предыдущей лопасти, согласно изобретению: лопасти расположены по винтовой линии, которая закручена в направлении, противоположном направлению вращения вала, с шагом витков 0,40 0,75 их размаха, что позволяет перемещаемую под напором среду разделить на участки и производить увеличение напора или давления отдельно на этих участках, по длине вала, увеличивая от входного к выходному отверстию, шаг которых экспериментальным путем установлен 0,40 0,75 размаха лопастей и зависит от вязкости перемещаемой среды, скорости вращения вала и т.д.

Лопасти выполнены плавно изогнутыми поперек их высоты и выгнутым местом направлены в сторону входного отверстия корпуса, закреплены на валу между собой на расстоянии 0,40 0,80 ширины лопасти в месте крепления к валу. Установлено опытным путем и позволяет уменьшить потери напора или давления при переходе от лопасти к лопасти, вдоль вала.

Входные и выходные стороны лопастей скруглены и входная сторона каждой лопасти установлена под постоянным на высоте лопасти углом к оси вращения вала, составляющим 80 100^o, а выходная сторона каждой лопасти установлена под переменным по высоте лопасти углом к оси вращения вала, который в месте ее крепления к валу меньше угла наклона к ней винтовой линии, выполнен изменяющимся по высоте лопасти и на конце лопасти равен углу наклона к оси вращения вала винтовой линии, что позволяет повысить КПД машины и улучшить захват перемещаемой среды, обеспечивая повышение напора, давления и надежности при работе с различной, в том числе и с вязкой или неоднородной средой.

Шаг витков винтовой линии выполнен уменьшающимся в сторону выходного отверстия корпуса, что позволяет сжимать перемещаемую под напором среду между витками винтовой линии и тем дополнительно способствует повышению напора или давления, также надежности при работе с различной, в том числе с вязкой или неоднородной средой.

Вдоль поверхности вала в лопастях выполнены вырезы, равные 0,10 0,15 высоты лопасти. Наличие таких вырезов, величина которых установлена опытным путем, позволяет уменьшить налипание вязкой среды на вал и лопасти в месте соединения с ним, уменьшить возможность появления кавитации при увеличении скорости вращения вала, а также увеличить производительность рабочего органа в момент его пуска, что позволяет повысить напор или давление, а также надежность при работе с различной, в том числе с вязкой или неоднородной средой.

Весь рабочий орган отличается простотой конструкции.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг. 1 и 2, где: на фиг. 1 показан рабочий орган лопастной машины, продольный разрез; на фиг. 2 то же, вид спереди, со стороны выходного отверстия.

Рабочий орган лопастной машины состоит из пустотелого корпуса 1, внутренняя поверхность которого выполнена осесимметричной. С противоположных его сторон имеются входное 2 и выходное 3 отверстия. Внутри корпуса 1 соосно с ним размещен вал 4 с радиальными лопастями 5, которые имеют скругленные входные 6 и выходные 7 стороны. Лопасти 5 на валу 4 расположены по винтовой линии 8, которая закручена в направлении, противоположном направлению вращения вала, и между собой, в месте крепления к валу 4, они находятся на расстоянии 0,40 0,80 ширины лопасти в этом месте. Лопасти 5 возле вала 4 внутри имеют вырезы 9, равные 0,10 0,15 высоты каждой из них, которые расположены вдоль поверхности вала 4. Лопасти 5 на винтовой линии 8 выполнены плавно изогнутыми поперек их высоты и выгнутым местом направлены в сторону входного отверстия 2 корпуса 1, причем входная сторона 6 каждой из них расположена к входному отверстию 2 корпуса 1 ближе выходной стороны 7 предыдущей лопасти и составляет с осью вращения вала 4 постоянный по высоте лопасти 5 угол 80 100^o. Кроме того, лопасти 5 на винтовой линии 8 повернуты и плавно изогнуты так, что выходная сторона 7 каждой из них расположена к входному отверстию 2 корпуса 1 дальше выходной стороны 7 предыдущей лопасти и составляет с осью вращения вала 4 угол α Этот угол увеличивается по высоте лопасти 5. В месте крепления лопасти 5 к валу 4 он меньше угла b наклона к оси вращения вала 4 винтовой линии 8. Угол a наклона выходной стороны 7 лопасти 5 изменяется по высоте лопасти и на ее конце переходит в угол g который соответствует углу b наклона к оси вращения вала 4 винтовой линии 8. Шаг витков винтовой линии 8 уменьшается, и, следовательно, угол b наклона винтовой линии 8 увеличивается в сторону выходного отверстия 3 корпуса 1.

Рабочий орган лопастной машины работает следующим образом. Входное отверстие 2 корпуса 1 соединяется с всасывающей трубой или емкостью, а выходное отверстие 3 с нагнетательной трубой или емкостью, вал 4 соединяется с двигателем, который вращает вал 4 рабочего органа против направления закрутки винтовой линии 8 (по часовой стрелке при виде на рабочий орган со стороны выходного отверстия 3, см. фиг. 2). Так как лопасти 5 соединены с валом, то вращаются вместе с ним. Первой в работу вступает ближайшая от входного отверстия 2 лопасть 5. Частицы среды захватываются расположенной почти перпендикулярно к оси вращения вала 4 (чтобы не создавать помех движению) входной стороной 6 лопасти, скользят по передней поверхности лопасти, перемещаясь к выходной стороне 7, и уже с некоторым напором или давлением сходят с нее. При этом, для того чтобы, в основном, обеспечить одинаковую скорость движения среды, выходная сторона 7 лопасти 5 выполнена с переменным по ее высоте углом установки на валу 4. При вращении ближайшей от входного отверстия 2 лопасти 5 с тыльной ее стороны образуется разрежение, в которое устремляются частицы среды из входного отверстия. Они стремятся заполнить образующуюся пустоту, и так как среда неразрывна, то заполняют пространство за задней поверхностью лопасти 5, скользят по ее тыльной стороне и захватываются следующей, находящейся за ней по винтовой линии лопастью, которая для улучшения захвата расположена так, что ее входная сторона 6 находится к входному отверстию 2 корпуса 1 ближе выходной стороны 7 предыдущей ей по винтовой линии 8 лопасти. При этом она также под напором перемещает часть среды в сторону выходного отверстия 3. А в образовавшееся за ней пространство из входного отверстия поступают другие частицы среды, которые также захватываются следующей за ней по винтовой линии 8 лопастью 5. Так повторяется от лопасти к лопасти и создается непрерывный поток среды через рабочий орган от входного 2 к выходному 3 отверстию, а также далее, под напором. Кроме такого перемещения среды за счет действия каждой лопасти в отдельности, происходит также перемещение за счет расположения лопастей по винтовой линии, то есть за счет проскальзывания по ним всем, как в шнеке (винтовом контейнере). Увеличение напора или давления в лопастной машине происходит также за счет того, что находящиеся на винтовой линии 8 и определенным образом изогнутые лопасти 5 захватывают частицы среды из предыдущих витков винтовой линии, в которых они уже приобрели некоторую энергию, а также за счет уменьшения шага витков винтовой линии 8 в сторону выходного отверстия 3, в которых происходит дополнительное сжатие среды.

Следовательно, в рабочем органе лопастной машины за счет такого способа напорного перемещения происходит повышение напора или давления, а также надежности при работе с различной, в том числе с вязкой или неоднородной средой. Такой рабочий орган прост в изготовлении и не требует никакого обслуживания.

При подведении обладающей определенной энергией среды к рабочему органу со стороны выходного отверстия 3 он способен работать также в качестве турбины или гидродвигателя.

Использование: в насосо- и компрессоростроении. Сущность изобретения: лопасти рабочего органа лопастной машины расположены по винтовой линии, закрученной в направлении, противоположном направлению вращения вала, с шагом витков 0,40 - 0,75 их размаха. Лопасти выполнены плавно изогнутыми поперек их высоты и выгнутым местом направлены в сторону входного отверстия корпуса и закреплены на валу между собой на расстоянии 0,40 - 0,80 ширины лопасти в месте крепления к валу. Входные и выходные стороны лопастей скруглены. Входная сторона каждой лопасти установлена под постоянным по высоте лопасти углом к оси вращения вала, составляющем 80 - 100^o. Выходная сторона каждой лопасти установлена под переменным по высоте лопасти углом к оси вращения вала, который в месте ее крепления к валу меньше угла наклона к ней винтовой линии. Данный переменный угол выполнен изменяющимся по высоте лопасти и на конце лопасти равен углу наклона к оси вращения вала винтовой линии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Рабочий орган лопастной машины, преимущественно для напорного перемещения вязкой, жидкой или газообразной сред, содержащий пустотелый корпус, внутренняя поверхность которого выполнена осесимметричной, с противоположных сторон корпус имеет входное и выходное отверстия, а внутри корпуса соосно ему размещен вал с радиальными лопастями, которые установлены на нем по винтовой линии, причем входная сторона каждой лопасти расположена к входному отверстию корпуса ближе выходной стороны предыдущей лопасти, а выходная сторона каждой лопасти расположена к входному отверстию корпуса дальше выходной стороны предыдущей лопасти, отличающийся тем, что винтовая линия, по которой установлены лопасти, закручена в направлении, противоположном направлению вращения вала, с шагом витков 0,40 0,75 их размаха, лопасти выполнены плавно изогнутыми поперек их высоты и выгнутым местом направлены в сторону входного отверстия корпуса, закреплены на валу между собой на расстоянии 0,40 0,80 ширины лопасти в месте крепления к валу, входные и выходные стороны лопастей скруглены и входная сторона каждой лопасти установлена под постоянным по высоте лопасти углом к оси вращения вала, составляющим 80 100^o, а выходная сторона каждой лопасти установлена под переменным по высоте лопасти углом к оси вращения вала, который в месте ее крепления к валу меньше угла наклона к ней винтовой линии, выполнен изменяющимся по высоте лопасти и на конце лопасти равен углу наклона к оси вращения вала винтовой линии. 2. Рабочий орган по п. 1, отличающийся тем, что шаг витков винтовой линии выполнен уменьшающимся в сторону выходного отверстия корпуса. 3. Рабочий орган по п. 1, отличающийся тем, что вдоль поверхности вала в лопастях выполнены вырезы, равные 0,10 0,15 высоты лопасти.