ПЛАСТИНЧАТЫЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04C2/344 

Предлагаемое изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к роторным насосам, и может применяться в различных отраслях народного хозяйства в качестве подвижных и стационарных насосных агрегатов для перекачивания жидкостей с механическими примесями при выполнении сливо-наливных операций.

В насосостроении известны водокольцевые и вихревые насосы (а.с. СССР 397676, М. кл. F 04 C 7/00, 1971, [1]), позволяющие перекачивать различные жидкости, в т.ч. с механическими примесями. В известном насосе ротор и лопатки имеют трапецеидальный профиль и выполнены как одно целое, что не позволяет получить КПД насоса выше 25-38% за счет объемных потерь по торцам между корпусом и ротором.

Известно также техническое решение (патент США 3480203, Н. кл. 418-119, 1969, [2]), в компрессоре которого выше ступицы ротор выполнен в поперечном сечении в виде трапеции, вокруг которой размещены две пластины, имеющие скосы по наклону трапеции и пружины, отодвигающие пластины к стенкам корпуса, что создает возможность вращения от коленчатого вала и перемещения сжатого воздуха через коническую щель, образованную трапецией ротора и скосами пластин.

В известном техническом решении (компрессоре) для получения сжатого воздуха принята сложная конструкция, ненадежная для перекачки жидкостей.

Из патентной литературы известна объемная гидромашина по а.с. СССР 1137244 кл. F 04 C 2/344, 1982, [3]. В известном решении периферийная часть торцевых поверхностей ротора выполнена сферической. Такая конструкция создает условия для перекоса вала вследствие одностороннего осевого подвода и отвода жидкости по каналам в распределительном диске. Разность давления на участках подвода и отвода создает осевую силу, прижимающую ротор к корпусу машины, и момент, изгибающий вал. Кроме того профиль торцевых поверхностей ротора, создающий зазор, требует применения специального оборудования (шаблоны, направляющие и др.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и взятым за прототип является пластинчатый насос по а.с. СССР 1735608, F 04 C 2/344, 1992, [4], содержащий корпус, торцовые крышки, ротор с радиальными пазами, в которых установлены прямоугольные пластины, на торцовых поверхностях ротора в осевом направлении выше ступицы выполнены скосы, расположенные под острым углом α относительно плоскости торцовых крышек. Начало скосов, расположенное на окружности, равной глубине паза, образует увеличенные торцовые зазоры на наружном диаметре ротора и минимальные на окружности.

Недостатком этого насоса (а. с. 1735608) является сравнительно низкий КПД, обусловленный наличием объемных потерь за счет перетока жидкости в нижней части пазов ротора (на глубине паза).

Переток жидкости происходит при максимальном выходе пластин в радиальных пазах через увеличенный торцовый зазор от внутренней поверхности паза до внутреннего конца пластины и открытый в этом месте паз.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение КПД работы насоса.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном пластинчатом насосе, содержащем корпус с окнами всасывания и нагнетания и торцовыми крышками, во внутренней полости которого установлен ротор, прямоугольные пластины, размещенные в радиальных пазах ротора, на торцовых поверхностях которого выполнены скосы под острым углом α к плоскости торцовых крышек, при этом начало скосов расположено на окружности, согласно изобретению окружность удалена от поверхности ступицы на расстояние l, определяемое по следующей формуле:
l = (1,00-1,10)h^max _пл,
где l - расстояние от поверхности ступицы до начала скосов, мм;
h^max _пл - максимальный выход пластины из паза в момент перемещения пластин по нижнему замыкателю от полости всасывания к полости нагнетания, мм.

В пластинчатом насосе получают увеличенный торцовый зазор между торцовыми крышками и боковой поверхностью ротора по наружному диаметру (δ_max) и оставляют без изменений зазор (δ_min) от поверхности ступицы ротора до торцевой поверхности ротора на расстоянии (1), соответствующем положению нижнего торца прямоугольных пластин при их максимальном выходе из паза до касания внутренней рабочей поверхности корпуса.

На фиг. 1 представлен пластинчатый насос (в разрезе); на фиг.2 - пластинчатый насос (сечение А-А).

Пластинчатый насос состоит из корпуса 1 с окнами 2, 3 всасывания и нагнетания, ротора 4 с радиальными пазами 5, в которые установлены прямоугольные пластины 6, на торцовых поверхностях ротора 4 в осевом сечении выше ступицы 7 выполнены скосы, расположенные под острым углом α относительно плоскости 8 торцовых крышек 9. Начало скосов расположено на окружности, удаленной на расстояние (1), соответствующее положению нижнего торца пластин 6 при их максимальном h^max _пл выходе из паза 5. Скосы образуют увеличенные δ_max торцовые зазоры между ротором 4 и минимальные δ_min между ротором и внутренней поверхностью крышек 9.

Для пояснения работы насоса введены следующие условные обозначения: D - наружный диаметр ротора 4 пластинчатого насоса, мм; α - острый угол скоса торцовой (боковой) поверхности ротора 4 относительно плоскости торцовых крышек 9, град; δ_max - максимальный боковой (торцовый) зазор по наружному диаметру ротора 4 между торцовыми поверхностями ротора 4 и боковыми плоскостями 8 торцовых крышек 9, мм; δ_min - минимальный боковой (торцовый) зазор между торцовыми поверхностями ротора 4 и плоскостями торцовых крышек 9, мм; 1 - расстояние от поверхности ступицы ротора (нижней кромки паза) до окружности начала скосов (до нижнего торца пластин при их максимальном выходе из паза), мм.

Таким образом суть предлагаемого изобретения в том, что в пластинчатом насосе на торцовых поверхностях ротора 4 насоса выполнены скосы под острым углом α относительно плоскости торцовых крышек 9. Начало скосов (точки "а" и "б" фиг. 2) расположено на окружности, удаленной от ступицы 7 на расстояние (1), соответствующее положению нижних торцов пластин 6 при их максимальном выходе h^max _пл из паза 5, что позволяет получить по наружному диаметру ротора 4 увеличенный зазор (δ_max) между его торцовыми поверхностями и поверхностями 8 торцовых крышек 9, оставляя минимальным значение торцовых зазоров (δ_min) между торцовой поверхностью ротора 4 до начала скосов (точки "а" и "б" фиг. 2) от ступицы ротора. Получив увеличенный зазор δ_max в предлагаемом насосе, авторам, за счет оптимизации точки начала скосов, удалось сохранить минимальный зазор по всей боковой поверхности пластин 6, что повысило надежность и долговечность работы насоса и одновременно КПД насоса.

Пластинчатый насос работает следующим образом. При вращении ротора 4 в направлении, указанном стрелкой, происходит изменение объемов полостей, ограниченных внутренней поверхностью корпуса 1 двумя соседними пластинами 6 и торцовыми крышками 2 и 3, в результате чего создается разрежение в полости всасывания и происходит перемещение жидкости к полости нагнетания. Верхний замыкатель от точки С до точки К и нижний замыкатель от точки Е до точки F, по которым скользят рабочие торцы пластин 6, разделяют полость насоса на всасывающую и нагнетательную полости. При перемещении пластины 6 на нижний замыкатель (точка Е) пластина перемещается в радиальном пазу 5. На всем участке нижнего замыкателя от точки Е до точки F пластина 6 имеет максимальное перемещение (h^max _пл) из паза 5. Учитывая, что пластины 6, перемещающиеся в пазах 5 ротора 4, остались без изменения прямоугольной формы, а центр скосов сместился, гидравлические показатели насоса не изменяются, т.к. снижаются объемные потери за счет того, что скосы на торцовых поверхностях ротора 4 выполняются в насосе на окружности, соответствующей пазам 5, постоянно закрытым перемещающимися пластинами, а ниже скосов в направлении к ступице 7 выполняются минимальные торцовые зазоры.

Механические примеси, скапливающиеся под действием центробежных сил на периферии ротора, благодаря увеличенному зазору δ_max не создают механических повреждений рабочих торцевых поверхностей ротора 4 и крышек 9.

Как показали испытания опытного образца пластинчатого насоса (см. таблицу), изменение положения начала скоса на торцовых поверхностях ротора на величину (1), равную максимальному выходу пластины h^max _пл, позволяет повысить КПД насоса на 3-5%.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 397676, М. кл. F 04 С, 7/00, 1971.

2. Патент США 3480203, Н. кл. 418-119, 1986.

3. Авторское свидетельство СССР 1137244, кл. F 04 С, 2/344, 1982.

4. Авторское свидетельство СССР 1735608, кл. F 04 С, 2/344, 1992 (прототип).

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к роторным насосам, и может быть использовано в химическом, нефтяном машиностроении и во всех отраслях народного хозяйства, где необходима принудительная подача жидкости. Пластинчатый насос содержит корпус с окнами всасывания и нагнетания и торцовыми крышками, во внутренней полости которого установлен ротор, прямоугольные пластины, размещенные в радиальных пазах ротора, на торцовых поверхностях которого выполнены скосы под острым углом α к плоскости торцовых крышек, при этом начало скосов расположено на окружности, удаленной от поверхности ступицы на расстояние l, определяемое по следующей формуле: l= (1,00-1,10)h_пл ^max, где l - расстояние от поверхности ступицы ротора - нижней кромки пазов до окружности начала скосов, мм; h_пл ^max - максимальный выход пластины из паза в момент перемещения пластин по нижнему замыкателю от полости всасывания к полости нагнетания, мм. Такое техническое решение позволит повысить КПД насоса на 3-5%. 2 ил., 1 табл.

Пластинчатый насос, содержащий корпус с окнами всасывания и нагнетания и торцовыми крышками, во внутренней полости которого установлен ротор, прямоугольные пластины, размещенные в радиальных пазах ротора, на торцовых поверхностях которого выполнены скосы под острым углом α к плоскости торцовых крышек, при этом начало скосов расположено на окружности, отличающийся тем, что окружность удалена от поверхности ступицы на расстояние l, определяемое по следующей формуле:
l = (1,00-1,10)hmaxпл