ОБЪЕМНЫЙ НАСОС Российский патент 2003 года по МПК F04C9/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к насосостроению. Объемный насос может быть использован на садово-огородных и приусадебных участках для откачивания воды с глубины до 7 м и подачи ее с напором до 30 м для полива садово-ягодных и овощных культур, а также для подачи воды на бытовые нужды сельских жителей.

Наиболее близким к заявленному изобретению является объемный насос, содержащий корпус, в котором размещена пара оппозитных роторов-поршней, соединенных между собой перегородкой, с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, при этом в корпусе под углом к оси роторов размещена пластина с прорезью, в которой размещена перегородка, при этом, по меньшей мере, один из роторов соединен с валом привода, и каналы всасывания и нагнетания среды (см. патент РФ 2134796, М. кл. F 01 C 9/00, 20.08.1999).

К одному из главных достоинств известного насоса при использовании его на садово-огородных участках следует отнести его самовсасывающую способность и равномерность подачи воды - отсутствие пульсаций давления, что гарантирует забор воды практически из любых источников и обеспечивает качественный полив.

К недостаткам известного объемного насоса относится сложность его конструкции, а следовательно, и низкая надежность его работы, что обуславливает сложную технологию изготовления и использование сложного технологического оборудования, влияющих на себестоимость и цену готового изделия.

Причины этих недостатков следующие.

Расположение продольной оси роторов под углом к оси приводного вала вызывает необходимость использования для их соединения узла в виде коленчатого вала, использование которого приводит к усложнению изготовления взаимодействующих элементов. Кроме того, из-за смещения оси роторов относительно оси вращения вала привода в подшипниковых узлах возникают знакопеременные нагрузки, ускоряющие их выработку и сокращающие срок надежной работы насоса.

Наличие ступицы в насосе приводит к уменьшению полезного объема рабочих камер, что значительно снижает производительность насоса.

Сложное вращательно-качательное движение роторов относительно кольцевой пластины, которое обеспечивает колебательное движение перегородки в прорези пластины, накладывает повышенное требование обеспечения герметичности между полостями всасывания и нагнетания, что влияет на производительность и к.п.д. насоса.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в упрощении конструкции насоса и технологии его изготовления, а также в увеличении его производительности.

Это достигается тем, что в объемном насосе, содержащем корпус, в котором размещена пара оппозитных роторов-поршней, соединенных между собой перегородкой с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, при этом в корпусе под углом к оси роторов-поршней размещена пластина с прорезью, в которой размещена перегородка, при этом, по меньшей мере, один из роторов-поршней соединен с валом привода, и каналы всасывания и нагнетания среды, согласно изобретению ось роторов-поршней совпадает с осью вала привода, а каналы всасывания и нагнетания среды выполнены в разных роторах-поршнях с разных сторон перегородки в виде сквозных отверстий, причем пластина выполнена в виде диска, а в корпусе выполнена кольцевая проточка, в которой размещен обод диска, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси.

Рабочие поверхности роторов-поршней выполнены в виде конусов, вершины которых направлены навстречу друг другу.

В корпусе выполнены камеры всасывания и нагнетания.

На камерах всасывания и нагнетания установлены патрубки вертикально вверх.

В патрубке всасывания установлен обратный клапан, например поплавкового типа.

Корпус выполнен разъемным в горизонтальной плоскости, проходящей через продольную ось роторов-поршней.

Привод насоса выполнен в виде рукоятки.

На фиг.1 и 2 изображены два варианта объемного насоса, на фиг.3 - аксонометрическая проекция основного узла насоса, а на фиг.4 представлена диаграмма, поясняющая работу насоса и отображающая изменение объемов рабочих камер насоса за один оборот вала с шагом в 90^o.

Объемный насос, изображенный на фиг.1, содержит разъемный в горизонтальной плоскости корпус 1 (на чертеже плоскость разъема условно не показана), в котором размещена пара оппозитных роторов-поршней 2, рабочие поверхности которых выполнены в виде конусов, вершины которых направлены навстречу друг другу. Роторы-поршни 2 соединены друг с другом перегородкой 3, при этом ось роторов-поршней 2 расположена в горизонтальной плоскости корпуса 1. Оба ротора-поршня 2 снаружи имеют валы 4 и 5, оси 3 которых совпадают с осью роторов-поршней 2 и установлены в подшипниковых узлах 6 и 7, соответственно. Вал 5 снабжен рукояткой 8, приводящей роторы-поршни 2 во вращение. Под углом к оси роторов-поршней 2 в корпусе размещен диск 9 с прорезью 10, в которой установлена перегородка 3 (угол установки диска 9 равен углу конусов роторов-поршней 2, что обеспечивает постоянный контакт их по линии (радиусу диска 9) при вращении диска 9 и роторов-поршней 2, причем этот угол выбран из условия исключения заклинивания диска при вращении и обеспечения оптимального усилия для его вращения). В корпусе 1 выполнена кольцевая проточка 11, в которой размещен уплотненный обод 12 диска 9 (уплотнение обода 12 условно не показано). Диск 9 в совокупности с рабочими поверхностями роторов-поршней 2 и соответствующими сторонами перегородки 3 делит внутреннюю полость корпуса 1 на две - всасывания 13 и нагнетания 14. С разных сторон перегородки 3 и симметрично относительно ее сторон в роторах-поршнях 2 выполнены сквозные отверстия 15 и 16, соединенные с каналами 17 и 18 в валах 4 и 5, на которых установлены вертикально вверх патрубки 19 и 20 соответственно всасывания и нагнетания среды. В патрубке всасывания 19 установлен поплавковый обратный клапан 21.

Во втором варианте объемного насоса в корпусе 1 выполнены камеры: всасывания 22 и нагнетания 23, при этом сквозные отверстия 16 и 15 выходят в соответствующие камеры в корпусе 1.

Выполнение рабочего органа насоса в виде единого узла позволило совместить ось привода с осью вращения роторов-поршней 2, что в итоге позволило отказаться от сложного вращательно-качательного движения роторов-поршней в прототипе, обеспечив роторам вращение вокруг своей продольной оси. Это значительно упростило узел соединения вала привода с роторами-поршнями 2, исключив коленчатый вал, а с ним упростило конструкцию насоса и технологию его изготовления. Поскольку рабочий орган насоса совершает вращательное движение вокруг своей оси, то значительно снижаются нагрузки на подшипниковые узлы, что значительно повышает надежность работы насоса. Кроме того, такая конструкция рабочего органа позволила исключить из нее ступицу, что увеличило полезные объемы камер всасывания и нагнетания и привело к увеличению производительности насоса за один оборот. Выполнение пластины в виде диска, герметично разделяющего камеры всасывания и нагнетания, а также вследствие более простого движения перегородки 3 в прорези 10 диска 9 при их совместном вращении, позволяет повысить герметичность между этими камерами.

Выполнение рабочих поверхностей роторов-поршней 2 коническими обеспечивает надежный контакт их с диском 9 при простоте конструкции и технологичности изготовления отдельных элементов.

Установка патрубков всасывания 19 и нагнетания 20 вертикально вверх повышает удобство работы с насосом. Кроме того, при таком положении всасывающего патрубка 19 упрощается конструкция обратного клапана 21. Наличие вертикальных патрубков 19 и 20 обеспечивает постоянную заполненность средой внутреннего объема насоса после прекращения его работы и готовность к новой работе без холостых поворотов вала.

Наличие обратного клапана 21 обеспечивает остановку роторов-поршней 2 после прекращения вращения вала 5 рукояткой 8 путем перекрытия патрубка 19 и предотвращения слива среды из линии нагнетания, который может привести к обратной раскрутке ротора и возможным травмам.

Выполнение корпуса 1 разъемным по горизонтальной плоскости, проходящей через продольную ось роторов-поршней 2, значительно упрощает как конструкцию и технологию его изготовления, так и обслуживание и эксплуатацию.

Подготовка насоса к работе.

К патрубкам 19 и 20 подсоединяют гибкие шланги (на чертеже условно не показаны), затем свободный конец всасывающего шланга опускают, например, в водоем или колодец, а свободный конец напорного - либо в заполняемый резервуар, или, надев соответствующую насадку, направляют на поливаемый объект.

Насос работает следующим образом.

При вращении рукоятки 8 (по стрелке) вокруг оси вала 5 роторы-поршни 2, соединенные между собой перегородкой 3, начинают вращаться вокруг своей продольной оси. При этом диск 9, в прорези 10 которого размещена перегородка 3, также начинает вращаться и вокруг своей оси, и одновременно вокруг продольной оси роторов-поршней 2. При вращательном движении диск 9 движется по направляющей канавке 11, в которой размещен обод 12 диска 9, при этом диск скользит прорезью 10 по боковым стенкам перегородки 3 вверх-вниз. Как отмечалось выше, в процессе вращения роторов-поршней 2 и диска 9 они постоянно контактируют по линии "образующая конуса ротора-поршня 2 - радиус диска 9". На фиг. 1 для левого ротора-поршня 2 это верхняя образующая (в плане) и радиус с нижней стороны диска 9, а для правого ротора-поршня 2 это нижняя образующая (в плане) и радиус с верхней стороны диска 9. В двух частных случаях, когда плоскость перегородки 3 поочередно располагается напротив указанных линий контакта диска 9 и роторов-поршней 2, объем соответствующих полостей 13 и 14 достигает в этот момент максимального значения. Во всех других случаях каждый объем (как всасывания 13, так и нагнетания 1) будет разделяться перегородкой 3 на два объема. Первый объем (например, для полости всасывания 13) будет заключен между следующими "стенками" - линия контакта ротора-поршня 2 и диска 9 - стенка корпуса t - коническая поверхность ротора-поршня 2 - внутренняя сторона перегородки 3; а второй объем - наружная сторона перегородки 3 - стенка корпуса 1 - соответственно оставшаяся коническая поверхность ротора-поршня 2 - до линии контакта ротора-поршня 2 и диска 9.

Для полости нагнетания 14 два объема будут такими же, но в обратной последовательности (речь идет о том, что объемы эти совершенно одинаковые).

Для пояснения описания работы насоса будем использовать диаграмму, изображенную на фиг.4, представляющую собой упрощенную развертку корпуса 1 насоса, на которую спроецирован диск 9 в виде ломаной линии и вертикальная перегородка 3, снизу и сверху диаграмма ограничена стенками роторов-поршней 2. Сверху и снизу перегородки 3 с ее разных сторон в роторах выполнены отверстия: вверху - всасывания 15, внизу - нагнетания 16.

Работу насоса рассмотрим на примере процесса всасывания, при этом будем считать, что в исходном состоянии плоскость перегородки 3 проходит через линию контакта ротора-поршня 2 и диска 9 (см. фиг.1, 2). Поскольку мы говорим, что перегородка 3 делит рабочий объем на два, то в этом (частном) случае один объем максимальный, а другой практически равен нулю, вот с него и начнем работу. При повороте рукоятки 8 по часовой стрелке ротор-поршень 2 с перегородкой 3 сдвигается с линии контакта, что сразу приводит к образованию (как указывалось выше) двух объемов. При этом меньший (т.е. равный 0) начинает увеличиваться, и при повороте на 90^o от первоначального положения перегородки 3 она пройдет четверть пути (см. фиг.4, 90^o), причем в полости 13 создается разряжение (поскольку полость герметична) и среда через постоянно открытое отверстие поступает в нее. Последующие фазы движения перегородки представлены соответственно для углов поворота 180^o, 270^o и 360^o. За один полный оборот верхняя полость всасывания полностью заполнена жидкой средой. При прохождении перегородкой угла 360^o (т.е. начало второго оборота) эта полость всасывания жидкости благодаря диску 9 переходит в полость нагнетания 14 (в этот момент ее объем максимальный - нижняя полость слева от диска 9), и жидкость под воздействием перегородки и уменьшения объема полости вытесняется через открытое сквозное отверстие 15 в левом роторе-поршне 2. Этот процесс соответствует площади на диаграмме (фиг.4) выше линии проекции диска 9. Одновременно с "переключением" полости всасывания 13 в режим нагнетания через 360^o полость нагнетания за этот предыдущий оборот опорожняется и переключается в режим всасывания. При вращении ротора-поршня 2 это создает непрерывный поток жидкости, поскольку обе полости постоянно залиты жидкостью (работают синхронно в противофазе) и моменты "переключения" полостей не создают пульсаций потока, что очень важно для работы насоса.

Таким образом, использование изобретения позволит упростить конструкцию насоса, технологию его изготовления и повысить надежность работы. Кроме того, повышается по сравнению с прототипом (при тех же габаритах) производительность и к.п.д. насоса. Особенно важно то, что снижается себестоимость и цена насоса. В настоящее время спроектирован и изготовлен макет насоса.

Изобретение может быть использовано на садово-огородных участках для откачивания воды. Объемный насос содержит корпус, каналы всасывания и нагнетания среды. В корпусе размещена пара оппозитных роторов-поршней, соединенных между собой перегородкой, с возможностью вращения вокруг своей продольной оси. В корпусе под углом к оси роторов-поршней размещена пластина с прорезью, в которой размещена перегородка. По меньшей мере один из роторов-поршней соединен с валом привода. Ось роторов-поршней совпадает с осью вала привода. Каналы всасывания и нагнетания среды выполнены в разных роторах-поршнях с разных сторон перегородки в виде сквозных отверстий. Пластина выполнена в виде диска. В корпусе выполнена кольцевая проточка, в которой размещен обод диска, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси. Упрощается конструкция, технология его изготовления, увеличивается производительность. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Объемный насос, содержащий корпус, в котором размещена пара оппозитных роторов-поршней, соединенных между собой перегородкой, с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, при этом в корпусе под углом к оси роторов-поршней размещена пластина с прорезью, в которой размещена перегородка, при этом по меньшей мере один из роторов-поршней соединен с валом привода, и каналы всасывания и нагнетания среды, отличающийся тем, что ось роторов-поршней совпадает с осью вала привода, а каналы всасывания и нагнетания среды выполнены в разных роторах-поршнях с разных сторон перегородки в виде сквозных отверстий, причем пластина выполнена в виде диска, а в корпусе выполнена кольцевая проточка, в которой размещен обод диска, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что рабочие поверхности роторов-поршней выполнены в виде конусов, вершины которых направлены навстречу друг другу. 3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе выполнены камеры всасывания и нагнетания. 4. Насос по п. 3, отличающийся тем, что на камерах всасывания и нагнетания установлены патрубки вертикально вверх. 5. Насос по п. 4, отличающийся тем, что в патрубке всасывания установлен обратный клапан, например, поплавкового типа. 6. Насос по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен разъемным в горизонтальной плоскости, проходящей через продольную ось роторов-поршней. 7. Насос по п. 1, отличающийся тем, что привод насоса выполнен в виде рукоятки.