ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАГНЕТАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F04D13/06 F04D25/06 

Изобретение относится к насосостроению и вентиляторостроению, а именно к центробежным нагнетателям (насосам и вентиляторам), используемым при перекачивании жидкости или газа из одной емкости в другую, а также при встраивании в трубопроводы, вентиляционные каналы, системы водяного отопления и т.п.

Известны центробежные герметичные электронасосы [1, 2] в которых вращение рабочему колесу от электропривода передается через герметичную перегородку с помощью магнитных полумуфт. Недостатком таких устройств является сложность передачи в них вращения рабочему колесу, протяженный ротор, а отсюда сложность и громоздкость конструкции, особенно приводного отделения, что не позволяет применять насосы в условиях ограниченного объема.

Известен центробежный вентилятор [3] который для снижения трудоемкости и уменьшения габаритов снабжен закрепленным в корпусе диском, выполняющим роль перегородки, с установленными на нем по обе стороны статорами электродвигателя, в диске закреплен вал, на концах которого установлены несущие диски двустороннего рабочего колеса с закрепленными внутри них роторами электродвигателя. Недостатком этого вентилятора является неоптимальное соотношение объемов проточной и приводной части из-за использования протяженного ротора.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является центробежный насос [4] содержащий корпус с перегородкой, разделяющей насос на проточное и приводное отделения. В приводном отделении расположен статор и магнитопровод. В проточном цилиндрическом отделении дисковый ротор с постоянными магнитами. Насос снабжен входным и нагнетательными патрубками.

Вместе с тем объем проточной части насоса в прототипе существенно меньше объема его приводной части из-за неоптимального соотношения высот и диаметров катушек статорной обмотки. Кроме того, наружная граница активных пучков проводников статорной обмотки расположена на окружности, диаметр которой меньше диаметра рабочего колеса. Все это вместе взятое снижает КПД и компактность насоса при заданных его производительности и напоре.

Задачей изобретения является создание компактной плоскостной конструкции нагнетателя одновременно с увеличением его КПД за счет уменьшения объема приводного отделения по отношению к объему проточного отделения нагнетателя.

Для решения этой задачи предложен центробежный нагнетатель, содержащий корпус с перегородкой, делящий его на приводное отделение, в котором размещен статор электродвигателя и магнитопровод, и проточное отделение, имеющее входной и нагнетательный патрубки, в котором на оси размещено рабочее колесо, жестко связанное с кольцевым дисковым ротором электродвигателя, выполненным с многополюсным намагничиванием и магнитопроводом, при этом ротор и статор расположены между двумя магнитопроводами, отличающийся тем, что магнитопроводы выполнены в форме дисков, наружная граница расположения активных пучков проводников статорной обмотки выполнена в виде окружности, диаметр которой, как и диаметры ротора и магнитопроводов, равен диаметру рабочего колеса, а ее ось и оси ротора и магнитопроводов соосны оси рабочего колеса. Кроме того нагнетатель может отличаться тем, что электродвигатель снабжен дополнительным ротором, идентичным имеющемуся, причем ось дополнительного ротора соосна оси рабочего колеса.

Сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что мощность плоскостного электропривода пропорциональна диаметру дискового ротора [5] также как и производительность, одновременно пропорциональная диаметру рабочего колеса нагнетателя [6] Данная конструкция учитывает эти факторы, то есть конструктивные элементы привода (ротор, магнитопроводы, статор) по форме и размерам согласованы с формой и размерами рабочего колеса, что позволяет получить максимальную производительность нагнетателя при заданных размерах рабочего колеса и одновременно уменьшить габаритные размеры нагнетателя по высоте, что делает конструкцию компактной. С другой стороны, в предлагаемом нагнетателе соотношение объема его проточного отделения к объему приводного отделения больше, чем в аналогах и прототипе, что приводит к повышению КПД насоса при заданных габаритах нагнетателя или к уменьшению его габаритов при заданной величине рабочей полости (проточной части). Следует отметить, что оптимальными характеристиками обладает нагнетатель, у которого диаметры дисков роторов, магнитопроводов и диаметр окружности, ограничивающей наружную границу расположения активных пучков проводников статорной обмотки, равны диаметру рабочего колеса. Однако, как показала экспериментальная проверка, выполнение размеров диаметров роторов, магнитопроводов и статора возможно в пределах от 0,8 до 1,2 от диаметра рабочего колеса, так как такие отклонения не оказывают существенного влияния на параметры устройства и его КПД.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид нагнетателя, выполняющего функцию насоса, на фиг. 2 вид сверху фиг. 1 при снятом входном патрубке, на фиг. 3 конструкция статора, на фиг. 4 общий вид нагнетателя с дополнительным ротором.

Центробежный нагнетатель содержит корпус 1 (фиг. 1), снабженный немагнитной перегородкой 2, разделяющей нагнетатель на проточное 3 и приводное 4 отделения. Внутренняя поверхность проточного отделения представляет собой спиральную полость (улитку), которая соединяется с нагнетательным патрубком 5. Входной патрубок 6 крепится к торцу корпуса 1, с другого торца которого расположена крышка 7. В перегородке 2 закреплена ось 8, на которой установлен подшипник 9 с ротором 10, имеющим форму диска. С ротором 10, выполненным с многополюсным аксиальным намагничиванием, жестко связан дисковый магнитопровод 11 и рабочее колесо 12. В приводном отделении 4 расположен статор 13, с нижней стороны которого установлен дополнительный магнитопровод 14, выполненный в форме диска. Статор 13 представляет собой 4 плоские катушки 15, расположенные на плате 16 (фиг. 3) из изоляционного материала, которая крепится к перегородке 2. Натужная граница расположения активных пучков проводников 17 статорной обмотки 17, представляет собой окружность (окружность А), диаметр которой, как и диаметры дисков ротора 10 и магнитопроводов 11, 14, равен диаметру рабочего колеса 12, а ось, как и оси ротора и магнитопроводов, соосны оси рабочего колеса. Если нагнетатель используется в качестве насоса, то статор должен быть герметизирован, например, залит компаундом, рабочее колесо может иметь вид, представленный на фиг. 2.

Для увеличения мощности нагнетателя соосно ротору 10 между статором 13 и магнитопроводом 14 в приводном отделении 4 устанавливается дополнительный ротор 18 (фиг. 4), идентичный имеющемуся. Установка дополнительного ротора обеспечивает его надежное сцепление за счет многополюсного намагничивания с основным ротором 10 и силовое замыкание с торцами оси 8. Наличие дополнительного ротора 18 приводит к увеличению магнитной индукции и соответственно мощности привода. Кроме того, на дополнительный ротор 18 может быть установлен дополнительный рабочий орган, например, рабочее колесо, что позволяет при минимальном увеличении размеров нагнетателя значительно увеличить его производительность. В качестве рабочего органа может быть использован патрон для установки рабочего инструмента (шлифовальной головки, сверла, отвертки). В этом случае нагнетатель может выполнять дополнительные функции.

Нагнетатель работает следующим образом.

На статор через электронный коммутатор 19 (фиг. 3) подается напряжение питания, при этом вокруг активных пучков проводников формируется магнитное поле, которое взаимодействует с соответствующими магнитными полюсами ротора (или роторами в случае выполнения нагнетателя в форме, представленной на фиг. 4) и приводит его во вращение. Ротор 10, будучи жестко связанным с рабочим колесом, передает последнему вращение, при этом жидкость или газ поступает через входной патрубок в спиралевидную полость проточного отделения, а оттуда выталкивается через нагнетательный патрубок.

По сравнению с аналогами и прототипом предлагаемый нагнетатель позволяет получить максимальную производительность при заданных размерах рабочего колеса. Кроме того есть габаритные размеры уменьшены по высоте, что позволило создать плоскостную и компактную конструкцию и расширить сферы применения устройства.

Литература
1. авт. свид. N 687259, F 04 D 13/00, заявл. 04.08.77, опубл. БИ N 35, 1979.

Авт. свид. N 918534, F 04 D 13/06, заявл. 05.08.80, опубл. БИ N 13, 1982.

3. Авт. свид. N 1603063, F 04 D 17/08, заявл. 11.08.88, опубл. БИ N 40, 1990.

4. Патент ЕПВ N 0240674, F 04 D 13/06, приоритет Японии 08.04.86, опубл. 13.02.87.

5. Г.В. Левитин, А.И. Слуцкий, Б.Я. Смирнов. Механизмы фрикционного транспортирования носителей изображения и звука киноаппаратуры. Л. Изд. ЛИКИ, 1985.

6. Э.Э. Струве, И.П. Дик, Г.С. Старцев. Вентиляторы и насосы. М. С. Машгиз 1955.

Использование: в насосостроении и вентиляторостроении, а именно, в центробежных нагнетателях, используемых при перекачивании жидкости и газа из одной емкости в другую, а также при встраивании в вентиляционные каналы, системы водяного отопления и т.п. Сущность изобретения: центробежный нагнетатель содержит корпус с перегородкой, разделяющей нагнетатель на приводное отделение и проточное отделение с входным и нагнетательным патрубками. В приводном отделении расположены статор и магнитопровод. В проточном отделении размещено рабочее колесо, жестко связанное с кольцевым дисковым ротором, выполненным с многополюсным намагничиванием, и магнитопроводом. Ротор и статор расположены между двумя магнитопроводами. Ротор и магниотопроводы выполнены в форме дисков. Диаметры дисков ротора, магнитопроводов и диаметр наружной границы расположения активных пучков проводников статорной обмотки, представляющей собой окружность, равны диаметру рабочего колеса. Оси всех дисков соосны оси рабочего колеса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Центробежный нагнетатель, содержащий корпус с перегородкой, делящей его на приводное отделение, в котором размещен статор электродвигателя и магнитопровод, и проточное отделение, имеющее входной и нагнетательный патрубки, в котором на оси размещено рабочее колесо, жестко связанное с кольцевым дисковым ротором электродвигателя, выполненным с многополюсным намагничиванием, и магнитопроводом, при этом ротор и статор расположены между двумя магнитопроводами, отличающийся тем, что магнитопроводы выполнены в форме дисков, наружная граница расположения активных пучков проводников статорной обмотки выполнена в виде окружности, диаметр которой, как и диаметры ротора и магнитопроводов, равен диаметру рабочего колеса, а ее ось и оси ротора и магнитопроводов соосны оси рабочего колеса. 2. Нагнетатель по п. 1, отличающийся тем, что электродвигатель снабжен дополнительным ротором, идентичным имеющемуся, причем ось дополнительного ротора соосна оси рабочего колеса.