ПЛАСТИНЧАТЫЙ НАСОС Российский патент 1999 года по МПК F04C2/344 

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения с вращающимися рабочими органами с лопастями, перемещающимися возвратно-поступательно относительно внутреннего элемента, в частности к роторным пластинчатым насосам, и может применяться в различных отраслях промышленности в составе подвижных и стационарных насосных агрегатов для перекачивания жидкостей при выполнении сливно-наливных операций.

Как показала практика эксплуатации пластинчатых насосов, наибольшие трудности в обеспечении их надежной эксплуатации связаны с износом пластин.

Известен роторный пластинчатый насос для перекачивания различных жидкостей, имеющий корпус с профилированной внутренней поверхностью, участки замыкателей которой в поперечном сечении описаны дугами окружностей с центрами, совпадающими с центром ротора, а профили участков между замыкателями описаны лекальными кривыми. В роторе насоса выполнены радиальные пазы, в которых установлены пластины [1].

В известном насосе положение кромки нагнетательного окна совпадает с точкой сопряжения дуги окружности, описывающей нижний замыкатель, с лекальной кривой профиля корпуса со стороны напорного патрубка насоса. На каждую пластину, движущуюся по нижнему замыкателю, после прохода предшествующей пластиной кромки нагнетательного окна действует давление из напорной полости насоса. Под действием этого давления пластина подвержена осевому нагружению на неработающий торец пластины, что положительно усиливает прижим пластины к замыканию корпуса, и изгибающему нагружению, приводящему к износу "лицевой" боковой стороны пластины. Однако при перемещении пластины по замыкателю осевого перемещения пластины нет, износа от огибающего усилия и осевого перемещения пластины практически не происходит. Разгрузка пластины от давления нагнетания происходит лишь в момент ее прохода кромки нагнетательного окна.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и взятым за прототип является роторный пластинчатый насос, содержащий торцевые крышки, корпус с окнами всасывания и нагнетания, внутренняя полость корпуса которого выполнена с верхним и нижним замыкателем, соединенными между собой участками с криволинейным профилем - лекальными кривыми. Внутри корпуса установлен ротор с пазами, в которых размещены подвижные в радиальном направлении пластины. Окна всасывания нагнетания разделены между собой по дуге замыкателями [2].

Недостатком известного насоса является неравномерный ступенчатый износ по длине пластин и износ-выработка на их задних нерабочих гранях пластин, образующийся при перемещении пластины с нижнего замыкателя на лекальную кривую-кромку окна нагнетателя корпуса и одновременного движения пластины по пазу ротора. При этом пластина подвергается изгибающим усилиям от разности давлений в напорном патрубке насоса и "открывающейся" межпластинной камере насоса.

Это положение объясняется тем, что кромка нагнетательного окна совпадает с точкой сопряжения замыкателя и лекальной кривой, и процесс разгрузки пластины теоретически происходит мгновенно в момент прохождения пластиной этой кромки, однако вследствие относительно больших скоростей вращения имеется все же временной интервал, оцениваемый долями секунды, когда пластина еще не разгружена полностью, а имеет уже радиальное перемещение, т.е. "мгновенный" удар, результатом чего является линейное "намятие" нерабочей боковой стороны пластины.

На фиг. 1 показаны пластины, выполненные из различных материалов после 100 ч. работы с износом ("а") нерабочей боковой стороны пластин (насос ПН-30/4).

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение надежности и долговечности работы насоса за счет обеспечения процесса "разгрузки" пластины до начала радиального ее перемещения в пазу ротора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном пластинчатом насосе, содержащем корпус, внутри которого жестко закреплена гильза с окнами всасывания и нагнетания, а во внутренней полости гильзы установлен ротор с радиальными пазами и размещенными в них подвижными пластинами, взаимодействующими с верхним и нижним замыкателями, выполненными по дуге радиуса R между кромками всасывающих и нагнетательных окон и соединенными между собой криволинейными поверхностями, описываемыми лекальными кривыми, согласно предлагаемому изобретению за нижним замыкателем от кромки окна нагнетания по направлению вращения ротора по дуге радиуса R выполнен разгрузочный участок, центральный угол α которого определяют по следующему соотношению:
α = (1,1÷1,5)b/R,
где α - центральный угол разгрузочного участка за нижним замыкателем;
b - ширина рабочей части пластины (см. фиг. 4);
R - радиус дуги нижнего замыкателя.

На фиг. 1 приведены фото пластин из различных материалов после 100 ч. работы насоса ПН-30/4;
на фиг. 2 представлен пластинчатый насос (поперечный разрез);
на фиг. 3 изображена гильза корпуса пластинчатого насоса (поперечный разрез);
на фиг. 4 показана пластина насоса ПН-30/4 (поперечный разрез).

Пластинчатый насос состоит из корпуса 1 с всасывающим 2 и напорным 3 патрубками. Внутри корпуса 1 размещена гильза 4, имеющая верхний и нижний замыкатель 5, 6 соответственно, всасывающие и нагнетательные окна 7, 8. В верхней части корпуса 1 установлен предохранительно-перепускной клапан 9. Внутри гильзы 4 установлен ротор 10 с радиальными пазами 11, в которых размещены пластины 12 с разгрузочными канавками 13. Нижний замыкатель 6 от начала (точка A) до конца (точка B) описан дугой AB окружности из центра ротора 10 радиусом R с центральным углом β.
Для пояснения работы насоса введены следующие условные обозначения:
R - радиус нижнего замыкателя дуги AB из центра ротора (точка O) от начала (точка A) до конца (точка B).

β = AOB - центральный угол, соответствующий длине замыкателя-дуге AB радиуса R между кромкой конца всасывающего окна (точка A) и кромкой начала нагнетательного окна (точка B).

α = BOC - центральный угол разгрузочного участка-дуги BC радиуса R.

b - ширина рабочей части пластины.

Пластинчатый насос работает следующим образом. При вращении ротора 10 в направлении, указанном стрелкой, происходит изменение объемов полостей, ограниченных внутренней поверхностью гильзы 4 корпуса 1, двумя соседними пластинами 12 и торцевыми крышками (не показаны) насоса, в результате чего создается разряжение в полости всасывания и происходит перемещение жидкости к полости нагнетания (к напорному патрубку 3). Верхний замыкатель 5 и нижний замыкатель 6, по которым скользят рабочие торцы пластин 12, разделяют полость насоса на всасывающую и нагнетательные полости. До перехода пластины 12 конца нижнего замыкателя 6 (точки "B") на пластину 12 воздействует перепад давления. Пластина 12 после точки "B" скользит по разгрузочному участку BC после нижнего замыкателя 6 того же радиуса R, как и дуга AB замыкателя 6, что на некоторое время задерживает радиальное перемещение пластины 12 по пазу 11 ротора 10. Этого промежутка времени достаточно для того, чтобы давление жидкости на пластину 12 сравнялось с давлением, поступающим в последующую межпластинную камеру через щель между рабочим торцом пластины 12 и кромкой нагнетательного окна 8 (точка B).

Таким образом, техническая сущность заявляемого пластинчатого насоса заключается в создании условий, снижающих износ пластин, т.е. обеспечивается процесс "разгрузки" пластины до начала ее радиального перемещения в пазу 11 ротора 10 за счет наличия разгрузочного участка BC.

Применение изобретения повышает надежность и долговечность работы пластинчатого насоса без снижения эксплуатационных показателей насоса (см. таблицу в конце описания).

Как видно из таблицы, наличие на выходе нижнего замыкателя 6 (AB) разгрузочных участков (BC) такого же радиуса R величиной, равной (1,11,5) ширины рабочей части торца пластины 12, позволяет повысить долговечность и надежность насоса. Увеличение этого участка на величину свыше 1,5 сопровождается изменением акустико-вибрационных показателей насоса.

Следовательно, новым относительно прототипа (насос фирмы "Blackmer" XL(S)3), является выполнение на выходе нижнего замыкателя радиуса R разгрузочного участка, определяемого по следующему соотношению:
α = (1,1÷1,5)b/R.
Введение разгрузочного участка на нижнем замыкателе 6 практически не требует каких-либо дополнительных технологических операций, их внедрение ожидается при освоении серийного производства новых пластинчатых насосов ПН-60/8 и ПН-90/8 в 1998-1999 г.

Таким образом, предложенное техническое решение отвечает критериям изобретения: новизне, изобретательскому уровню и промышленному применению.

Источники информации
1. Бюллетень фирмы "Blackmer" США, Bulletin 100, октябрь, 1983 г., с. 14-15;
2. Там же с. 10-11, насос XL(S)3 (прототип).

Пластинчатый насос может быть использован в различных отраслях промышленности для перекачивания жидкостей при выполнении сливно-наливных операций. Насос содержит корпус (или корпус с закрепленной в нем гильзой) с замыкателями - верхним и нижним, расположенными между кромками всасывающего и нагнетательного окон и описанными радиусом R из центра ротора, ротор с плавающими радиальными пластинами. За нижним замыкателем от кромки окна нагнетания по направлению вращения ротора по дуге радиуса R выполнен разгрузочный участок, центральный угол которого определяется по cоотношению α = (1,1÷1,5)b/R, где b - ширина рабочей части пластины. Повышается надежность и долговечность насоса. 4 ил., 1 табл.

Пластинчатый насос, содержащий корпус, внутри которого жестко закреплена гильза с окнами всасывания и нагнетания, а во внутренней полости гильзы установлен ротор с радиальными пазами и размещенными в них подвижными пластинами, взаимодействующими с верхним и нижним замыкателями, выполненными по дуге радиуса R между кромками всасывающих и нагнетательных окон и соединенными между собой криволинейными поверхностями, описываемыми лекальными кривыми, отличающийся тем, что за нижним замыкателем от кромки окна нагнетания по направлению вращения ротора по дуге радиуса R выполнен разгрузочный участок, центральный угол α которого определяют по соотношению
α = (1,1-1,5)b/R,
где α - центральный угол разгрузочного участка за нижним замыкателем;
b - ширина рабочей части пластины, мм;
R - радиус дуги нижнего замыкателя, мм.