ВИНТОВАЯ ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 2002 года по МПК F04C5/00 F04B43/12 

Изобретение относится к гидромашиностроению и, в частности, к гидромашинам объемного вытеснения и может быть использовано для перекачивания с высоким напором жидкостей, имеющих высокую вязкость и большое количество механических примесей, а также в качестве двигателя, приводимого во вращение потоком прокачиваемой жидкости.

Известна винтовая гидромашина, состоящая из винтового эксцентричного ротора и обоймы, выполненной из эластомера, например резины, вставленной в корпус [1].

Однако винтовой ротор и обойма имеют сложную пространственную конфигурацию, требующую очень точной взаимной подгонки для сохранения герметичности машины. Поэтому даже при небольшом износе пары винт-обойма происходит нарушение герметичности машины и выход ее из строя.

Наиболее близким техническим решением является объемный насос, содержащий корпус, размещенный в нем ротор, эксцентричность которого обеспечивается прижимным роликом, установленным на каретке с регулировочной пружиной и вращающимся вокруг вала. Ротор пережимает камеры, образованные двумя Σ-образными гофрированными эластичными элементами, установленными по окружности корпуса перпендикулярно его оси. Пространство между впускным и выпускным патрубками разделено гибкой перегородкой, причем нагнетательный патрубок снабжен обратным клапаном. Σ-образная форма эластичных элементов снижает упругие силы при деформации растяжения и силы трения при их сжатии [2].

Недостатком насоса является невозможность создания высокого напора, так как камеры пережимаются лишь в одном месте по их длине, а перегородка не выдерживает значительного напора. Конструкция прижимного ролика также не обеспечивает достаточного усилия прижатия ротора к эластичным элементам камер. Кроме того, насос не может создать непрерывный поток жидкости, причем обратный клапан создает значительное гидравлическое сопротивление, затрудняя прокачку вязких жидкостей, и может засоряться механическими примесями, содержащимися в жидкости.

Задачей изобретения является увеличение создаваемого напора с возможностью прокачки вязких жидкостей с механическими примесями и повышение надежности путем упрощения конструкции.

Для решения указанной задачи в винтовой перистальтической гидромашине, содержащей цилиндрический корпус с всасывающими и нагнетательными отверстиями, размещенный в нем и приводимый в движение валом эксцентричный цилиндрический ротор, пережимающий в месте прижатия к корпусу эластичную камеру с гибкой перегородкой, установленной между корпусом и ротором, новым является то, что гибкая перегородка установлена вдоль оси гидромашины по винтовой линии с возможностью образования ряда эластичных камер, разделенных между собой в местах пережатия перегородки ротором, причем всасывающие и нагнетательные отверстия расположены на противоположных торцах гидромашины.

На чертеже приведен общий вид гидромашины с камерами, имеющими в поперечном сечении форму параллелограмма.

Гидромашина содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого располагается эксцентричный цилиндрический ротор 2, пережимающий винтовую камеру 3, имеющий в поперечном сечении форму параллелограмма. Фигурная винтовая камера 3 образована наклонными в поперечном сечении гибкими перегородками 4, расположенными вдоль оси гидромашины по винтовой линии между корпусом 1 и ротором 2, а также эластичными элементами 5, 6, образующими покрытие корпуса 1 и ротора 2. Камеры 3 разделены между собой в местах пережатия перегородок 4 ротором 2. Ротор 2 приводится в движение вращающимся внутри него эксцентриковым валом 7. Концы вала 7 вращаются в подшипниках 8, 9. Корпус 1 гидромашины имеет всасывающие 10 и нагнетательные 11 отверстия, расположенные на ее противоположных торцах.

Минимальный зазор между ротором 2 и корпусом 1 в месте пережатия камеры 3 ротором 2 меньше толщины стенок перегородки 4 и эластичных элементов 5 и 6, чем обеспечивается плотное пережатие камеры 3. При этом в сжатом состоянии гибкие перегородки 4 прилегают друг к другу без зазора.

Винтовой перистальтический насос работает следующим образом. Вращающийся эксцентриковый вал 7 перекатывает ротор 2, а вместе с ним перемещает линию пережатия винтовой камеры 3 по внутренней поверхности корпуса 1. При этом ротор 2 перемещает по винтовой линии объемы, заключенные в каждом витке камеры 3 по направлению из всасывающей в нагнетательную линию. Таким образом, при повороте ротора 2 на 360^o происходит перемещение жидкости на один виток камеры 3. Направление вращения ротора 2 совпадает с направлением вращения винтовой камеры 3 от всасывающей полости в нагнетательную.

Напор, создаваемый насосом, пропорционален числу витков и зависит от эластичных свойств винтовой камеры 3, а также усилия их пережатия ротором 2. Так, например, для создания напора 20 МПа и допустимом давлении в рабочей камере 0,5 МПа необходимо иметь 40 витков винтовой камеры 3. При этом усилие пережатия эластичной фигурной камеры 3 ротором 2 должно обеспечивать герметичность каждого витка при давлении 0,5 МПа. Для увеличения создаваемого напора в камере 3 ее стенки целесообразно армировать.

Ввиду того, что при перекатывании ротора 2 не происходит проскальзывания взаимодействующих поверхностей, отсутствует их взаимное трение и, следовательно, износ поверхностей эластичной камеры 3 минимален.

Гидромашина обратима и может работать в режиме гидравлического двигателя.

Винтовой перистальтический насос может быть использован для добычи высоковязких нефтей с большим содержанием механических примесей и газа, а винтовой перистальтический двигатель - для бурения и ремонта скважин.

Источники информации
1. Гусман М.Т., Балденко Д.Ф. и др. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин. - М.: Недра, 1981.

2. Патент РФ 2131539, F 04 C 5/00, опубл. 10.06.99, бюл. 16.

Устройство предназначено для использования в гидромашиностроении для перекачивания жидкостей с высоким напором, имеющих высокую вязкость и большое количество механических примесей. Гидромашина состоит из цилиндрического корпуса с всасывающими и нагнетательными отверстиями. Эксцентричный цилиндрический ротор размещен в корпусе и приводится в действие валом. Эластичная камера имеет гибкую перегородку и установлена между корпусом и ротором. Гибкая перегородка установлена вдоль оси гидромашины по винтовой линии с возможностью образования ряда эластичных камер, разделенных между собой в местах пережатия перегородки ротором. Всасывающие и нагнетательные отверстия расположены на противоположных торцах гидромашины. Увеличивается создаваемый напор и появляется возможность прокачивания вязких жидкостей с механическими примесями, а также повышается надежность, упрощается конструкция. 1 ил.

Винтовая перистальтическая гидромашина, содержащая цилиндрический корпус с всасывающими и нагнетательными отверстиями, размещенный в нем и приводимый в движение валом эксцентричный цилиндрический ротор, пережимающий в месте прижатия к корпусу эластичную камеру с гибкой перегородкой, установленной между корпусом и ротором, отличающаяся тем, что гибкая перегородка установлена вдоль оси гидромашины по винтовой линии с возможностью образования ряда эластичных камер, разделенных между собой в местах пережатия перегородки ротором, причем всасывающие и нагнетательные отверстия расположены на противоположных торцах гидромашины.