ПЛАСТИНЧАТЫЙ НАСОС Российский патент 1999 года по МПК F04C2/344 

Предлагаемое 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 с механическими примесями, размер которых колеблется в пределах 1-3 мм и которые не могут быть задержаны всасывающим фильтром насоса.

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 с всасывающими и нагнетательными окнами, крышки корпуса и ротор, установленный внутри корпуса. В роторе насоса выполнены радиальные пазы, в которых установлены с возможностью радиального перемещения пластины [1 - бюллетень фирмы "Blackmer" США, Bulletin 100, октябрь 1983 г. - с. 14-15].

Основным недостатком этого насоса является низкая надежность при перекачивании жидкостей с механическими примесями. Так, в процессе перекачивания жидкость перемещается внутри насоса от всасывающих к напорным окнам корпуса, при этом содержащиеся в жидкости механические частицы оседают как на внутренней поверхности корпуса, так и на цилиндрической поверхности ротора. Механические частицы, переносятся в объеме каждой элементарной камеры, которая ограничена соседними пластинами, частью цилиндрической поверхности ротора, частью внутренней поверхности корпуса и частями внутренней поверхности крышек корпуса. При наличии в перекачиваемой жидкости механических частиц с размерами, превышающими минимальную величину зазора (0,2 мм) между ротором и корпусом, возможно повреждение внутренней поверхности корпуса и цилиндрической поверхности ротора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и взятым за прототип является пластинчатый насос, содержащий корпус с окнами всасывания и нагнетания на профилированной внутренней полости, крышки корпуса. Внутри корпуса установлен ротор с пазами, в которых размещены подвижные в радиальном направлении пластины [2 - каталог фирмы "Blackmer" США, Bulletin 100, октябрь 1983 г., насос XS(F)1 1/2 - прототип].

Недостатком прототипа является неравномерный износ кромок пластин, профилированной внутренней поверхности корпуса, цилиндрической поверхности ротора, а также торцевых поверхностей ротора и внутренних поверхностей крышек корпуса. Неравномерный износ кромок по длине и на задних нерабочих гранях в основном связан с перепадом давления в напорном патрубке насоса и "открывающейся" элементарной камеры насоса при перемещении пластины на лекальную часть профилированной поверхности корпуса. Кроме износа указанных поверхностей добавляется износ за счет попадания в зазоры между неподвижными и подвижными деталями наcоса механических частиц размером более 0,2 мм (как правило величиной 1-3 мм), не задержанных всасывающим фильтром насоса, имеющего тонкость фильтрования 2-3 мм.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение надежности насоса за счет создания возможности локализации механических частиц примесей перекачиваемой жидкости с последующим их выводом из полости наcоса через нагнетательные окна.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном пластинчатом насосе, содержащем корпус с окнами всасывания и нагнетания, внутренняя полость которого выполнена с верхним и нижним замыкателями, соединенными между собой участками с лекальными кривыми, ротор, установленный внутри корпуса и выполненный с радиальными пазами, в которых размещены подвижные в радиальном направлении пластины, согласно предлагаемому изобретению перед каждым пазом ротора по направлению вращения на его цилиндрической поверхности параллельно пазам выполнены выемки глубиной h не менее 5 мм с разновеликими углами наклона граней выемки к касательным в точках их выхода к цилиндрической поверхности ротора, при этом угол наклона передней грани равен α (60 ± 5)^o, задней - β (85 ± 5)^o, а длина l выемки 0,70 - 0,85 длины b ротора.

На фиг. 1 показан пластинчатый насос (поперечный разрез);
на фиг. 2 - фрагменты ротора с пластиной и выемкой (в увеличенном масштабе);
на фиг. 3 - ротор насоса (вид по стрелке А).

Пластинчатый насос состоит из корпуса 1 с всасывающим 2 и напорным 3 патрубками. Внутри корпуса 1 размещена гильза 4, имеющая верхний и нижний замыкатели 5, 6 соответственно профилированной поверхности, всасывающие и нагнетательные окна 7, 8. Замыкатели образованы дугами постоянных радиусов: верхний замыкатель 5 от начала (точка A) до конца (точка B) описан дугой AB, нижний замыкатель 6 от начала (точка C) до конца (точка D) описан дугой CD. 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. Перед каждым пазом 11 на цилиндрической поверхности ротора 10 по направлению вращения (по часовой стрелке) параллельно пазам 11 выполнены выемки 13. Каждая выемка 13 представляет собой углубление (как вариант: поперечное сечение - трапеция) с пологими боковыми стенками-гранями, наклоненными под разными углами к цилиндрической поверхности ротора. Угол α наклона передней грани выемки 13 по направлению вращения меньше угла β наклона задней грани, их значения составляют α = (60 ± 5)^o, β = (85 ± 5)^o. Днище выемки 13 выполнено параллельно касательной плоскости к цилиндрической поверхности ротора 10 в точке выхода передней грани. Выемка равноудалена от торцевых поверхностей ротора, ее длина l составляет 0,7-0,85 от длины образующей цилиндрической поверхности ротора 10.

Введены следующие условные обозначения:
h - глубина выемки (расстояние от днища выемки до касательной плоскости, проведенной к цилиндрической поверхности ротора через точку выхода передней грани);
α - угол наклона передней грани выемки (угол между плоскостью передней грани и касательной плоскостью, проведенной к цилиндрической поверхности ротора через точку выхода грани);
β - угол наклона задней грани выемки (угол между плоскостью задней грани и касательной плоскостью, проведенной к цилиндрической поверхности ротора через точку выхода грани);
l - длина выемки, определяемая длиной плоскости днища;
b - длина ротора (длина образующей цилиндрической поверхности ротора).

Пластинчатый насос работает следующим образом. При вращении ротора 10 в направлении, указанном стрелкой, происходит изменение объемов элементарных камер, ограниченных профилированной внутренней поверхностью гильзы 4 (или корпуса 1 при отсутствии гильзы), двумя соседними пластинами 12 и крышками (не показаны) корпуса насоса, в результате чего создается разрежение в полости всасывания и происходит заполнение камер жидкостью; далее жидкость в камере перемещается к полости нагнетания (к напорному патрубку 3). При перекачивании загрязненной жидкости при подходе пластины 12 к верхнему замыкателю 5 под воздействием сил, возникающих от кромок пластин с профилированной внутренней поверхностью гильзы 4, пластины 12 перемещаются по пазам 11 вовнутрь ротора 10; при этом пластины 10 перемещают жидкость с механическими частицами. Механические частицы, находящиеся внутри элементарных камер и выемок 13, под воздействием сил инерции стремятся к периферии и при проходе нагнетательного окна 8 выбрасываются из насоса. Часть механических частиц, не удаленных во время прохождения элементарной камерой напорного окна 8, в связи с уменьшением расстояния между профилированной внутренней поверхностью гильзы 4 и частью цилиндрической поверхности ротора 10, за счет более пологого наклона передней грани выемки 13 оседают внутри выемки и удерживаются в ней за счет задней грани, имеющей больший угол наклона. При последующем вращении ротора 10 оставшиеся в выемках 13 механические частицы увлекаются вновь поступающей в камеру жидкостью и удаляются из камеры через нагнетательное окно при последующем вращении ротора 10. Таким образом создаются условия, устраняющие причины неравномерного износа деталей насоса, имеющих малые зазоры между подвижными и неподвижными деталями.

Заявляемый насос, созданный на основе пластинчатого насоса АЗТ-5 [3 - Топливораздаточная колонка "Нара-22". Рекламный проспект НПО АЗТ, 1986 г.], прошел натурные испытания. Результаты испытаний представлены в таблице.

Как показали испытания, выполнение перед каждым пазом ротора по направлению вращения на его цилиндрической поверхности параллельно пазам выемок глубиной h не менее 5 мм с углами наклона граней к касательной в точках их выхода к цилиндрической поверхности ротора: передней α = 60^o и задней β = 90^o при длине ротора l = 50 мм, применение заявляемого насоса для перекачки жидкостей с наличием механических включений повышает долговечность и надежность без снижения эксплуатационных показателей.

Таким образом, предложенное техническое решение отвечает критериям изобретения:
новизне - отличие от прототипа выполненными выемками;
изобретательскому уровню - авторами не обнаружено аналогичного решения в научно-технической литературе и им потребовалось проводить экспериментальные исследования;
промышленной применимости - предлагаемое техническое решение намечается применить во вновь разрабатываемых образцах пластинчатых насосов.

Использованные источники информации:
1. Бюллетень фирмы "Blackmer" США, Bulletin 100, "BLAKMER POSITIVE DISPLACEMENT PUMPS FOR INDUSTRIAL PROCESSING AND LIQUID TRANSFER", Dover corporation/Blackmer pump division, Oktober 1983.

2. Там же, с. 6 и 7, насос XS(F)1 1/2.

3. Топливораздаточная колонка "Нара-22". Тип 1КЭД-40-0,5-1 ГОСТ 9018-76. Рекламный проспект. СКТБ НПО АЗТ - г. Серпухов М.О.: 1986.

Пластинчатый насос предназначен для перекачивания жидкостей и может быть использован во всех отраслях промышленности. Насос содержит корпус, ротор с плавающими в радиальных пазах пластинами. Перед каждым пазом по направлению вращения на цилиндрической поверхности ротора параллельно пазам выполнены выемки глубиной h не менее 5 мм с разновеликими углами наклона граней выемок к касательным в точках выхода граней к цилиндрической поверхности ротора граней при длине l выемок 0,7-0,85 длины образующей цилиндрической по поверхности ротора. Повышается надежность насоса при перекачивании жидкостей, содержащих механические частицы. 3 ил., 1 табл.

Пластинчатый насос, содержащий корпус с окнами всасывания и нагнетания, внутренняя полость которого выполнена с верхним и нижним замыкателями, соединенными между собой участками с лекальными кривыми, ротор, установленный внутри корпуса и выполненный с радиальными пазами, в которых размещены подвижные в радиальном направлении пластины, отличающийся тем, что перед каждым пазом ротора по направлению вращения на его цилиндрической поверхности параллельно пазам выполнены выемки глубиной h не менее 5 мм с разновеликими углами наклона граней выемки к касательным в точках их выхода к цилиндрической поверхности ротора, при этом угол наклона передней грани α = (60±5)^o, задней грани β = (85±5)^o, а длина l выемки составляет 0,70 - 0,85 длины b образующей цилиндрической поверхности ротора.