ОДНОВИНТОВОЙ НАСОС, МУФТА ПРИВОДА РОТОРА ОДНОВИНТОВОГО НАСОСА Российский патент 2002 года по МПК F04C2/107 F16D3/50 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к одновинтовым насосам, и может быть использовано в конструкциях одновинтовых насосов, предназначенных для перекачивания различных составов в строительной, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен одновинтовой насос, в котором для соединения ротора с ведущим валом использован гибкий упругий вал или скрученная пластина (патент GB 1379907, F 04 С 1/06, 05.05.1971).

Известен одновинтовой насос, в котором для соединения ротора с ведущим валом использована крестово-кулисная муфта (муфта Ольдгэма), состоящая из двух полумуфт, каждая из которых имеет на торце по одному поперек оси расположенному шипу, входящему в соответствующий ему паз на расположенной между двумя полумуфтами шайбе (диске), при этом пазы на шайбе выполнены с разных ее сторон и взаимно перпендикулярны (Справочник металлиста. /Под редакцией канд. техн. наук С.А.Чернавского. М.: Машгиз, 1985, том 2, стр. 423). Его недостатком является то, что полумуфты, передающие через боковые поверхности шипов в пазах крутящий момент от ведущего вала ротору насоса, возвратно-поступательно перемещаясь в шайбе, работают с трением скольжения при больших контактных нагрузках, на преодоление которого расходуется мощность привода. В результате снижается коэффициент полезного действия насоса.

Известен одновинтовой насос, принятый за ближайший аналог к одновинтовому насосу, содержащий ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и ведущий вал, соединенный с ротором (патент RU 2131538, F 04 С 2/197, 10.06.1999). Его недостатком также является значительный расход мощности привода, а соответственно и снижение коэффициента полезного действия.

Известна муфта для передачи крутящего момента (патент RU 2021551, F 16 D 3/50, 15.10.1994), состоящая из двух полумуфт, в каждой из которых имеются пальцы, попарно связанные между собой соединительными элементами. Пальцы разных полумуфт взаимно смещены в окружном направлении на величину, не меньшую диаметра пальца. Соединительные элементы могут быть втулками, кольцами или эллипсами, их внутренние диаметры равны двум диаметрам пальца. Недостатком является то, что при реверсировании, в случае углового перекоса полумуфт, пальцы будут ходить в соединительных элементах и возможны их биения, приводящие к разрушению от ударных нагрузок.

Известна муфта привода ротора одновинтового насоса, принятая за ближайший аналог к муфте, содержащая полумуфты с размещенными по торцам шипами, закрепленные на торцах ротора и ведущего вала (патент DE 3604680, F 04 С 2/107, 18.09.1986). Ее недостатком является то, что данная муфта не может передавать крутящий момент при эксцентричном расположении валов.

Технической задачей изобретения является уменьшение потерь энергии привода насоса, повышение КПД, а также повышение его надежности.

Технический результат достигается тем, что в одновинтовом насосе, содержащем ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и ведущий вал, ось ротора в любой момент смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета, на торцах ротора и ведущего вала закреплены две полумуфты с шипом, эксцентрично расположенным на каждой из них и выполненным параллельно продольной оси, при этом шипы соединены между собой тягой. Технический результат также достигается тем, что в муфте привода ротора одновинтового насоса, содержащей полумуфты с размещенными по торцам шипами, закрепленные на торцах ротора и ведущего вала, ось ротора в любой момент смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета, а между шипами помещена упругая тяга, концы которой жестко закреплены в шипах.

На фиг. 1 представлен одновинтовой насос, статор которого выполнен из эластичного материала.

На фиг.2 - разрез А-А активной части одновинтового насоса.

На фиг.3 - разрез Б-Б на муфте.

Одновинтовой насос включает ротор 1 в виде однозаходного винта, статор 2 из эластичного материала, статор облицован гильзой 3. Винтовые поверхности ротора 1 и статора 2 имеют одинаковое направление. Ротор 1 имеет однозаходную винтовую рабочую поверхность, каждое сечение которой, нормальное оси ротора, является кругом диаметра Dp, центр которого смещен относительно оси О₁ на величину эксцентриситета Lp. Центры поперечных сечений ротора 1 образуют винтовую линию с шагом t. Статор 2 имеет двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными прямыми линиями. Повороту контура статора 2 на угол 2π соответствует осевое перемещение на величину хода его винтовой поверхности Т=2t. Эластичный материал статора 2 имеет твердость 50-75 ед. по Шору. Ротор 1 посредством муфты 4 соединен с ведущим валом 5. Ось ротора 1 в любой момент смещена относительно оси ведущего вала 5 на определенную величину, называемую эксцентриситетом (Lp). Муфта 4 выполнена из двух полумуфт 6 и 7, каждая из которых закреплена на ведущем валу 5 и роторе 1 соответственно. На полумуфтах 6 и 7 установлены шипы 8 и 9, между которыми размещена тяга 10. Усилие, пропорциональное крутящему моменту, передается от ведущего вала 5 через шип 8 полумуфты 6 тяге 10, соединенной с шипом 9 полумуфты 7. Эксцентриситет между осями ведущего вала 5 и ротора 1 в процессе вращения приводит к изменению плеча приложения усилия от крутящего момента. Изменение плеча приложения усилия заставляет тягу 10 испытывать изгибные напряжения, поэтому тяга 10 выполнена упругой, концы ее жестко закреплены в шипах 8, 9.

Одновинтовой насос работает следующим образом. При вращении ротор осуществляет планетарное движение, складывающееся из вращения поперечных сечений ротора вокруг оси ротора О₁ и вращения оси ротора О₁ вокруг оси насоса О. При этом ось ротора О₁ описывает окружность радиусом, равным Lp, а круглые поперечные сечения ротора осуществляют возвратно-поступательные перемещения вдоль оси ОО₁, перемещаясь из верхнего крайнего положения в нижнее и обратно. Величина этого перемещения в одну сторону равна 4Lp. В каждом положении сечение ротора контактирует с сечением статора, причем в двух крайних положениях контакт осуществляется по дугам, а в промежуточных - в точках. Совокупность этих точек и линий образует линии замыкания, разделяющие образованные между ротором и статором замкнутые полости. При вращении ротора полости перемещаются по винтовой линии от камеры всасывания, где они заполняются перекачиваемой средой, транспортируя ее до камеры нагнетания. За один оборот ротора винтовой насос вытесняет жидкость с расчетным объемом 4•Lp•Dp•Т. Насос при этом может создавать давление в зависимости от количества витков ротора. Требуемый крутящий момент для выполнения работы насоса по перекачиванию среды с необходимым давлением передается с ведущего вала на ротор через узлы муфты, в которых снижены потери на трение за счет уменьшения контактных напряжений в точках сопряжения узлов и устранения узлов с возвратно-поступательными перемещениями по плоским поверхностям. Происходит более благоприятное распределение нагрузки по узлам муфты.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить КПД и надежность одновинтового насоса.

Группа изобретений может быть использована в конструкциях одновинтовых насосов, предназначенных для перекачивания различных составов в строительной, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности. Одновинтовый насос содержит ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и ведущий вал, соединенный с ротором. Ось ротора в любой момент смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета. На торцах ротора и ведущего вала закреплены две полумуфты с шипом, эксцентрично расположенным на каждой из них и выполненным параллельно продольной оси. Шипы соединены между собой тягой. Муфта привода ротора одновинтового насоса содержит полумуфты с размещенными по торцам шипами, закрепленные на торцах ротора и ведущего вала. Ось ротора в любой момент смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета. Между шипами помещена упругая тяга, концы которой жестко закреплены в шипах. Применение муфты в одновинтовом насосе позволяет передавать требуемый крутящий момент с ведущего вала на ротор через узлы, в которых снижены потери на трение за счет уменьшения контактных напряжений в точках сопряжения узлов и устранения узлов с возвратно-поступательными перемещениями по плоским поверхностям. Происходит более благоприятное распределение нагрузки по узлам муфты. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Одновинтовой насос, содержащий ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и ведущий вал, соединенный с ротором, отличающийся тем, что ось ротора в любой момент смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета, на торцах ротора и ведущего вала закреплены две полумуфты с шипом, эксцентрично расположенным на каждой из них, и выполненным параллельно продольной оси, при этом шипы соединены между собой тягой. 2. Муфта привода ротора одновинтового насоса, содержащая полумуфты с размещенными по торцам шипами, закреплен - на торцах ротора и ведущего вала, отличающаяся тем, что ось ротора в любой момент смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета, а между шипами помещена упругая тяга, концы которой жестко закреплены в шипах.