РОТОРНЫЙ НАСОС Российский патент 2003 года по МПК F04C2/18 F04C18/18 

Изобретение относится к области машиностроения, и в частности к роторным машинам, преимущественно к насосам и компрессорам.

Известна роторная объемная машина, содержащая корпус, впускной и выпускной патрубки, размещенные в корпусе ведущий и ведомый роторы с идентичными зубьями, синхронизирующие шестерни, закрепленные на валах роторов. Боковой профиль головки каждого зуба представляет собой кривую, которая близка к эпициклоиде, описываемой точкой на окружности основания при зацеплении зуба с сопряженным ротором. Боковой профиль ножки представляет собой кривую, описываемую вершиной зуба (патент Франции 2394670, МПК 7 F 01 С 1/08, 12.01.79).

Данная машина имеет сложную конструкцию, при этом возможны утечки перекачиваемой среды, так как вершина головки каждого зуба имеет острую кромку, которая в процессе эксплуатации неминуемо изнашивается, что снижает надежность работы машины: и ее характеристики.

Известна роторная машина, содержащая корпус с впускным и выпускным отверстиями, ведущий и ведомый роторы из разнородного материала, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие идентичные зубья с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными в виде циклоиды и с внешней цилиндрической поверхностью, образованной окружностью, имеющей в местах сопряжения с циклоидой острые кромки, причем каждая из поверхностей роторов, расположенная между поверхностями циклоиды, выполнена в виде выпуклой цилиндрической поверхности. При этом между внешними цилиндрическими поверхностями зубьев и стенками корпуса выполнены значительные зазоры, для устранения перетечек по которым на корпусе установлены уплотнительные устройства (патент Германии 1444, Н.кл. 27, 07.12.77).

Данная машина также имеет сложную конструкцию самих роторов и уплотнительных устройств, что снижает надежность работы, при этом наличие упомянутых острых кромок у зубьев роторов может привести к возникновению процесса кавитации перекачиваемой среды, что влечет за собой разрушение элементов конструкции машины.

Наиболее близким к заявленному насосу является роторный насос, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, ведущий и ведомый роторы, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие идентичные зубья с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными по удлиненной эпициклоиде и с внешней цилиндрической поверхностью с радиусом R, причем каждая из поверхностей роторов, расположенная между криволинейными поверхностями зубьев, выполнена в форме вогнутой цилиндрической поверхности, при этом в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности с поверхностью, образованной удлиненной эпициклоидой, образуются острые кромки (см. авторское свидетельство СССР 983316, МПК 7 F 04 С 2/00, 25.12.82).

Данный роторный насос позволяет перекачивать вязкие массы с волокнистыми включениями, что снижает вероятность заклинивания роторов при работе, но при этом несмотря на то, что между корпусом и зубьями можно выполнить минимальный зазор, неизбежны значительные утечки перекачиваемой среды между самими роторами. Наличие острых кромок также может привести к возникновению процесса кавитации и разрушению насоса.

Задачей изобретения является повышение надежности работы насоса за счет уменьшения утечек перекачиваемой среды и снижения вероятности возникновения кавитационных режимов работы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что роторный насос содержит корпус с впускным и выпускным отверстиями, ведущий и ведомый роторы, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие идентичные зубья с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными по удлиненной эпициклоиде и с внешней цилиндрической поверхностью с радиусом R. Каждая из поверхностей роторов, расположенная между поверхностями удлиненной эпициклоиды, выполнена в виде выпуклой цилиндрической поверхности с радиусом r = 0,414 R, расстояние между осями валов роторов равно сумме указанных радиусов, причем кромки в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности с поверхностями удлиненной эпициклоиды выполнены закругленными с радиусом r₁ = 0,4-1,2 мм, при этом длина всех цилиндрических поверхностей меньше четверти образующих их окружностей на величину закругления кромок, а в одной из стенок корпуса или в обеих стенках, перпендикулярных валам роторов, выполнены два серповидных углубления (глухих отверстия), расположенные симметрично относительно оси, проходящей через центры валов, и ориентированные своими вогнутыми частями навстречу друг другу. На каждой внешней цилиндрической поверхности выполнена по меньшей мере одна продольная канавка, которая может быть расположена параллельно или под острым углом к оси вала соответствующего ротора. Продольная канавка может быть выполнена с поперечным сечением в виде полукруга или прямоугольника.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 изображено продольное сечение роторного насоса; на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1; на фиг. 3 - схема построения зубьев роторов; на фиг.4 - вид С фиг.1; на фиг.5 - сечение по В-В фиг.4.

Роторный насос содержит корпус 1 со стенками 2 и патрубками, имеющими впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4, ведущий вал 5, установленный в подшипниках 6 и 7, ведомый вал 8, установленный в подшипниках 9 и 10, ведущий ротор 11 и ведомый ротор 12, каждый из роторов 11 и 12 имеет по два идентичных зуба 13, расположенных опозитно друг другу (диаметрально противоположно). На валах 5 и 8 закреплены синхронизирующие шестерни 14. Роторы 11 и 12 образуют рабочие полости 15, 16, 17 и 18, а зубья 13 роторов 11 и 12, имеющих оси в точках О и O₁, образованы внешними цилиндрическими поверхностями АВ и FG с радиусом R, боковыми поверхностями удлиненной эпициклоиды BC, DF, GM и AN и выпуклыми цилиндрическими поверхностями CD и MN с окружностью радиуса r = 0,414 R, причем кромки сопряжения внешних цилиндрических поверхностей с поверхностями удлиненных эпициклоид, то есть в точках A, B, F и G, закруглены радиусом r₁ = 0,4-1,2 мм, причем точки A, B, C, D, F, G, M и N лежат на лучах, выходящих из точки О под углом в 45^o, поэтому длина всех цилиндрических поверхностей равна четверти образующих их окружностей радиусами R и r, уменьшенной на величину закругления r₁. Расстояние между точками О и O₁ равно сумме радиусов R и r. Стенки 2 корпуса 1 расположены перпендикулярно валам 5 и 8 роторов 11 12. В одной из стенок 2 корпуса 1 или в обеих стенках 2 с внутренней стороны выполнены по два серповидных углубления 19 и 20, расположенные симметрично относительно оси, проходящей через центры валов 5 и 8, и ориентированные своими вогнутыми частями навстречу друг другу.

Роторный насос работает следующим образом. Ведущий ротор 11 вращается против часовой стрелки, а ведомый ротор 12 вращается при этом по часовой стрелке. Перекачиваемая среда засасывается через впускное отверстие 3 в рабочую полость 15, а из рабочей полости 17 перекачиваемая среда выталкивается через выпускное отверстие 4. В это время рабочие полости 16 и 18 заполнены и перемещаются к выпускному отверстию 4, через которое они, в свою очередь, нагнетают среду потребителю. Если изменить направление вращения роторов 11 и 12, то среда будет перекачиваться в обратном направлении. Продольные канавки на каждой внешней цилиндрической поверхности (на чертеже не показаны) позволяют исключить заклинивание роторов 11 и 12 при перекачивании загрязненных сред, так как примеси имеют возможность попасть в канавки и переместиться к выпускному отверстию 4, а при использовании насоса для перекачивания чистых сред данные канавки можно заполнить любым уплотняющим элементом, например, изготовленным из резины или фторопласта, закрепив его в канавке при помощи клея. Расположение канавок под углом к оси вала также позволяет дополнительно снизить вероятность заклинивания, так как примеси при воздействии друг на друга могут смещаться вдоль самой канавки.

Для малогабаритных насосов выполняют упомянутые закругления с радиусом 0,4 мм, а для больших габаритов - 1,2 мм, что позволяет уменьшить вероятность возникновения кавитации, а для устранения возможных утечек в местах подхода закругленных кромок к поверхностям удлиненных эпициклоид, то есть в месте сопряжения их с поверхностью радиуса r, возможна постановка упомянутых уплотнительных элементов в аналогичные канавки. В этом месте уплотнительные элементы должны выступать наружу на величину закругления кромок. Размеры серповидных углублений 19 и 20 выбирают, исходя из условия свободного перетекания рабочей жидкости из полости между впадиной одного зуба 13 и наружной поверхностью другого в выпускное отверстие 4, причем центральная перемычка 22 между данными серповидными углублениями 19 и 20 выполняется с размерами, обеспечивающими перекрытие полости 21, образующейся при расположении осей симметрии зубьев 13 под углом в 45^o относительно оси, соединяющей центры валов 5 и 8 (см. фиг.2).

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к роторным машинам, в частности к насосам и компрессорам. Насос содержит корпус с впускным и выпускным отверстиями, ведущий и ведомый роторы, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие идентичные зубья с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными по удлиненной эпициклоиде и с внешней цилиндрической поверхностью с радиусом R. Каждая из поверхностей роторов, расположенная между поверхностями удлиненной эпициклоиды, выполнена в виде выпуклой цилиндрической поверхности с радиусом r=0,414 R. Расстояние между осями валов роторов равно сумме указанных радиусов, причем кромки в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности с поверхностями удлиненной эпициклоиды выполнены закругленными с радиусом r₁=0,4-1,2 мм, при этом длина всех цилиндрических поверхностей меньше четверти образующих их окружностей на величину закругления кромок. В одной из стенок корпуса или в обеих стенках, перпендикулярных валам роторов, с внутренней стороны выполнены по два серповидных углубления, расположенные симметрично относительно оси, проходящей через центры валов, и ориентированные своими вогнутыми частями навстречу друг другу. Конструкция насоса позволяет обеспечить надежную работу и исключить кавитационные режимы. 5 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Роторный насос, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, ведущий и ведомый роторы, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие идентичные зубья с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными по удлиненной эпициклоиде и с внешней цилиндрической поверхностью с радиусом R, отличающийся тем, что каждая из поверхностей роторов, расположенная между поверхностями удлиненной эпициклоиды, выполнена в виде выпуклой цилиндрической поверхности с радиусом r= 0,414R, расстояние между осями валов роторов равно сумме указанных радиусов, причем кромки в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности с поверхностями удлиненной эпициклоиды выполнены закругленными с радиусом r₁= 0,4-1,2 мм, при этом длина всех цилиндрических поверхностей меньше четверти образующих их окружностей на величину закругления кромок, а в одной из стенок корпуса или в обеих стенках, перпендикулярных валам роторов, с внутренней стороны выполнены по два серповидных углубления, расположенные симметрично относительно оси, проходящей через центры валов, и ориентированные своими вогнутыми частями навстречу друг другу. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что на каждой внешней цилиндрической поверхности выполнена по меньшей мере одна продольная канавка. 3. Насос по п. 2, отличающийся тем, что продольная канавка расположена параллельно оси вала соответствующего ротора. 4. Насос по п. 2, отличающийся тем, что продольная канавка расположена под острым углом к оси вала соответствующего ротора. 5. Насос по п. 3 или 4, отличающийся тем, что продольная канавка выполнена с поперечным сечением в виде полукруга. 6. Насос по п. 3 или 4, отличающийся тем, что продольная канавка выполнена с поперечным сечением в виде прямоугольника.