РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04C9/00 F04C21/00 

Изобретение относится к конструкции роторных насосов с цилиндрической камерой и ротором с качающимися рабочими органами, предназначенных для нагнетания различных жидкостей и газов.

Известен радиально-плунжерный насос, содержащий ротор с внутренней осевой расточкой, на наружной поверхности которого в два ряда равномерно по окружности выполнены радиальные отверстия в виде цилиндров, сообщенных с внутренней осевой расточкой, внутри которых размещены кинематически связанные между собой плунжеры с опорными роликами, опирающимися на внутреннюю поверхность кольцевых кулачков. Смежные в направлении оси ротора цилиндры соединены каналами, а полости каждого ряда цилиндров связаны между собой кольцевыми каналами. Ротор охватывает неподвижный цилиндрический распределитель с осевыми каналами, равномерно по окружности которого в два ряда выполнены радиальные каналы, сообщенные с осевыми каналами. Для изменения производительности и реверсирования каждый кольцевой кулачок снабжен червячной передачей с управляющим маховичком (см. заявку 973036, Великобритания, НКЛ F 1 F, опуб. 12.12.1961. Реферативный английский патентный журнал. Рефераты патентных заявок Великобритании. F 1, ХVII - 20. - Москва-Киев, 1967, с.6).

Известный радиально-плунжерный насос обладает рядом недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что вследствие высокого удельного давления опорных роликов на кольцевые кулачки, возникает повышенный износ последних, что ведет к снижению надежности работы насоса. Наличие прецизионных пар в виде цилиндров с плунжерами, осевых, кольцевых и радиальных каналов усложняет конструкцию и, как следствие, удорожает ее.

Из известных роторных насосов с цилиндрической рабочей камерой и ротором с качающимися рабочими органами наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату является роторно-поршневой насос, содержащий корпус с цилиндрической рабочей камерой и с размещенным внутри нее ротором, выполненным в виде четырех кинематически связанных между собой поршней, механизм привода ротора, опорные ролики, криволинейные направляющие роликов и всасывающие и нагнетающие патрубки (см. а.с. СССР 222176, кл. F 04 С 9/00, 1968).

Однако известный роторно-поршневой насос обладает рядом существенных недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что вследствие высокого удельного давления опорных роликов на поверхности криволинейных направляющих, вызванных давлением от сжимаемой среды между поршнями, неуравновешенности моментов от центробежных сил инерции движущихся масс поршней и рычажного приводного механизма ротора, а также вследствие наличия повышенного трения в приводном механизме, обусловленного самой конструкцией, возникают большие нагрузки на поверхностях рабочей камеры и криволинейных направляющих роликов, что вызывает повышенный износ трущихся поверхностей, создает дополнительную нагрузку на приводной вал и, как следствие, снижает надежность работы насоса.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы насоса.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном роторно-поршневом насосе, содержащем корпус с цилиндрической рабочей камерой и с размещенным внутри нее ротором, выполненным в виде четырех кинематически связанных между собой поршней, механизм привода ротора, опорные ролики, криволинейные направляющие роликов и всасывающие и нагнетающие патрубки, криволинейные направляющие выполнены в виде симметричных кулачков с вогнутостью в средней части, механизм привода ротора выполнен в виде двух соосных валов - выходного ведущего вала с постоянной угловой скоростью вращения и вспомогательного ведомого вала, установленного с возможностью вращения с переменной по углу поворота скоростью, снабженных двуплечими рычагами, каждый поршень выполнен в виде угольника из сопряженных под углом боковых крыльев, образующая которых очерчена по дуге окружности, причем вершины всех четырех угольников обращены к поверхности рабочей камеры и шарнирно соединены с двуплечими рычагами, два из которых соединены с двуплечим рычагом ведущего вала и два других - с двуплечим рычагом ведомого, а концы угольников шарнирно соединены между собой и с механизмом привода поршней при помощи двух шатунов и толкателя, выполненного в виде вилки с внутренними направляющими пазами для ползунов, связывающих нижние головки шатунов с толкателем, снабженным роликами для обкатывания по поверхности направляющих кулачков.

На фиг. 1 представлен роторно-поршневой насос с цилиндрической рабочей камерой, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.3 - рабочий орган, вид спереди; на фиг.4 - толкатель, общий вид; на фиг.5 - узел механизма привода с шатунами и ползунами, общий вид.

Роторно-поршневой насос содержит корпус 1 с выполненной в нем цилиндрической рабочей камерой 2, ограниченной с торцов боковыми крышками 3 и с размещенным внутри нее ротором 4, выполненным в виде четырех кинематически связанных между собой поршней 5 с криволинейной поверхностью, механизм привода ротора 4 и криволинейные направляющие 6.

Криволинейные направляющие 6 выполнены в виде кулачков 7, причем кулачки 7 выполнены симметричными с вогнутостью в средней части.

Механизм привода ротора 4 выполнен в виде двух соосных валов - выходного ведущего вала 8 с постоянной угловой скоростью вращения, связанного с ротором 4 при помощи двуплечего рычага 9 и вспомогательного ведомого вала 10, установленного с возможностью вращения с переменной по углу поворота скоростью и связанного с ротором 4 дополнительным двуплечим рычагом 11.

Каждый поршень 5 выполнен в виде угольника из сопряженных под углом боковых крыльев 12, образующая которых очерчена по дуге окружности, причем вершины всех четырех угольников 5 обращены к поверхности рабочей камеры 2 и шарнирно соединены с двуплечими рычагами 9 и 11, два из которых соединены с двуплечим рычагом 9 ведущего вала 8 и два других - с двуплечим рычагом 11 ведомого вала 10. Концы угольников 5 шарнирно соединены между собой и с механизмом привода поршней при помощи двух шатунов 13 и 14 и толкателя 15, выполненного в виде вилки 16 с внутренними направляющими пазами 17 для ползунов 18, связывающих нижние головки шатунов 13 и 14 с толкателем 15. Толкатель 15 снабжен роликами 19 для обкатывания по криволинейной поверхности кулачка 7.

Неподвижный корпус 1 с цилиндрической рабочей камерой 2 снабжен всасывающими 20 и нагнетающими 21 патрубками, расположенными симметрично с противоположных сторон корпуса. Для повышения степени давления в одном агрегате всасывающий патрубок 20 может быть сообщен с нагнетающим патрубком 21 (не показано).

Кроме того, роторно-поршневой насос снабжен системами уплотнений, охлаждения и смазки.

Работа роторно-поршневого насоса осуществляется следующим образом. При вращении ротора 4 от постороннего источника через выходной вал 8 с постоянной угловой скоростью происходит периодическое изменение рабочих объемов, заключенных между поверхностями поршней 5 и стенками рабочей камеры 2 вследствие обкатывания роликов 19 по поверхности криволинейных направляющих 6 кулачков 7, вызывающих смещение толкателя 15, шатунов 13 и 14 и периодическое качание поршней 5 на двуплечих рычагах 9 и 11, причем вал 10 приобретает переменную по углу скорость поворота. Периодическое изменение рабочих объемов обеспечивает протекание в них процессов разрежения (всасывания) и нагнетания (сжатия). При вращении ротора объем воздуха, заключенного между поверхностями поршней 5 и стенками рабочей камеры 2, уменьшается, вследствие чего его давление повышается и сжатый воздух по нагнетающим патрубкам 21 поступает в нагнетательную полость (не показано).

Уравновешенность моментов от центробежных сил инерции движущихся масс деталей ротора и обеспечение разгрузки поверхности кулачка, устранение непосредственного контакта рабочих органов со стенками рабочей камеры, а также механизма привода поршней с выходным валом снижает потери на трение и сводит к минимуму нагрузки, воспринимаемые выходным валом насоса, что повышает надежность работы роторно-поршневого насоса.

Изобретение относится к конструкции роторных насосов с цилиндрической рабочей камерой и ротором с качающимися рабочими органами. Корпус насоса в средней своей части выполнен в виде цилиндрической рабочей камеры с боковыми крышками, внутри которой размещен ротор в виде четырех кинематически связанных между собой поршней с криволинейной поверхностью, механизм привода ротора с двумя соосными валами, каждый из которых связан с ротором двуплечим рычагом. Каждый поршень выполнен в виде угольника из сопряженных под углом боковых крыльев, образующая которых очерчена по дуге окружности. Вершина каждого поршня обращена к поверхности камеры и шарнирно связана с рычагами валов. Концы поршней шарнирно соединены между собой и с механизмом привода поршней двумя шатунами, толкателем в виде вилки с направляющими пазами для ползунов. Толкатель снабжен роликами для обкатывания по криволинейной поверхности кулачка, выполненного симметричным с вогнутостью в средней части. Повышается надежность в работе насоса. 5 ил.

Роторно-поршневой насос, содержащий корпус с цилиндрической рабочей камерой и с размещенным внутри нее ротором, выполненным в виде четырех кинематически связанных между собой поршней, механизм привода ротора, опорные ролики, криволинейные направляющие роликов и всасывающие и нагнетающие патрубки, отличающийся тем, что криволинейные направляющие выполнены в виде симметричных кулачков с вогнутостью в средней части, механизм привода ротора выполнен в виде двух соосных валов - выходного ведущего вала с постоянной угловой скоростью вращения и вспомогательного ведомого вала, установленного с возможностью вращения с переменной по углу поворота скоростью, снабженных двуплечими рычагами, каждый поршень выполнен в виде угольника из сопряженных под углом боковых крыльев, образующая которых очерчена по дуге окружности, причем вершины всех четырех угольников обращены к поверхности рабочей камеры и шарнирно соединены с двуплечими рычагами, два из которых соединены с двуплечим рычагом ведущего вала и два других - с двуплечим рычагом ведомого, а концы угольников шарнирно соединены между собой и с механизмом привода поршней при помощи двух шатунов и толкателя, выполненного в виде вилки с внутренними направляющими пазами для ползунов, связывающих нижние головки шатунов с толкателем, снабженным роликами для обкатывания по поверхности направляющих кулачков.