НАСОС АСТАНОВСКОГО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК F04C2/00 

Изобретение относится к устройству для перемещения жидкостей и может быть использовано в промышленности, на транспорте, в быту, например, для подъема нефти из скважин, перемещения нефти и нефтепродуктов, в качестве питательных насосов паровых котлов, в качестве топливных насосов двигателей внутреннего сгорания, а также для перемещения других жидкостей.

Наиболее широкое распространение получили объемные, центробежные и вихревые насосы. К объемным насосам относятся поршневые, мембранные, роторные. Поршневые и мембранные насосы отличаются неравномерностью подачи, неуравновешенностью, громоздкостью и недостаточно высоким объемным КПД. Роторные насосы работают по принципу вытеснения жидкости вращающимися поршнями. Роторные насосы в отличие от поршневых и мембранных выгодно отличаются отсутствием клапанов и воздушных колпаков, равномерно подают жидкость, уравновешены, надежны в работе. Существующие типы роторных насосов (пластинчатые, шестеренчатые, винтовые) не допускают перекачки жидкости, содержащей абразивные примеси. Герметичность рабочих органов роторных насосов значительно снижается с их износом. Центробежные и вихревые насосы уравновешены, равномерно подают жидкость и, как правило, применяются при небольших напорах перекачиваемой жидкости и имеют недостаточно высокий КПД.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является компрессор (RU 2115829 C1, 20.07.1998, F 04 С 18/00), содержащий охлаждаемый цилиндрический корпус с патрубками ввода сжимаемого газа и вывода сжатого газа и цилиндрическую втулку с образованием между ними кольцеобразного пространства. Внутри цилиндрической втулки эксцентрично размещен вал, на котором с противоположных его концов закреплены два диска, плотно прилегающих к торцам корпуса и втулки и закрывающих с торцов кольцеобразное пространство. Диски связаны с вращающимися поршнями, которые размещены в кольцеобразном пространстве с возможностью вращения вокруг оси корпуса. Поршни установлены на расстоянии друг от друга с образованием между ними камер, объем которых уменьшается по направлению от патрубка ввода сжимаемого газа к патрубку вывода сжатого газа.

Однако компрессор предназначен для сжатия и разрежения воздуха и других газов и не может быть использован для перемещения жидкостей, так как жидкость в отличие от газа несжимаема.

В основу изобретения положена задача создания уравновешенного насоса, способного создавать в одну ступень требуемое давление нагнетания с заданной производительностью, обеспечивающего минимальные перетоки перекачиваемой жидкости между вращающимися поршнями и стенками корпуса.

Поставленная задача решена в насосе, содержащем цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода перекачиваемой жидкости, вал, эксцентрично расположенный относительно оси корпуса, группу поршней, цилиндрическую втулку, соосно установленную в корпусе с образованием между ними кольцеобразного пространства, сухари, при этом вал размещен в цилиндрической втулке, а на его противоположных концах закреплены два диска, плотно прилегающих к торцам корпуса и втулки, закрывающих с торцов кольцеобразное пространство и связанных с поршнями, размещенными в кольцеобразном пространстве с возможностью вращения вокруг оси корпуса и на расстоянии друг от друга с образованием между ними камер, объем которых уменьшается по направлению от патрубка ввода перекачиваемой жидкости к патрубку вывода перекачиваемой жидкости, согласно изобретению на внутренней поверхности корпуса перпендикулярно образующей цилиндрической поверхности выполнены два канала, расположенные оппозитно друг относительно друга, причем один сообщен с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, а другой - с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, начало канала, соединенного с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, образующих камеру, на минимальном расстоянии друг от друга, а начало канала, соединенного с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, ограничивающих камеру, на максимальном расстоянии друг от друга, на противолежащих торцевых поверхностях каждого ролика вдоль его оси выполнены отверстия, в которые вставлены цилиндрические выступы сухарей, установленных с возможностью свободного перемещения вдоль пазов, радиально выполненных на внутренней поверхности каждого диска в количестве, соответствующем количеству вращающихся поршней, при этом сухари имеют цилиндрические выступы для соединения их с отверстиями вращающихся поршней, а плоскость внутренней поверхности сухарей совпадает с плоскостью внутренней поверхности дисков, каждый поршень выполнен в виде ролика, диаметр которого равен ширине кольцеобразного пространства, а его длина равна длине цилиндрической втулки, внутренние поверхности цилиндрического корпуса с каналами, наружные поверхности цилиндрической втулки и вращающихся поршней выполнены с покрытием из эластичного материала.

Поставленная задача также решена в насосе, содержащем цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода перекачиваемой жидкости, вал, эксцентрично расположенный относительно оси корпуса, группу поршней, цилиндрическую втулку, соосно установленную в корпусе с образованием между ними кольцеобразного пространства, сухари, при этом вал размещен в цилиндрической втулке, а на его противоположных концах закреплены два диска, плотно прилегающих к торцам корпуса и втулки, закрывающих с торцов кольцеобразное пространство и связанных с поршнями, размещенными в кольцеобразном пространстве с возможностью вращения вокруг оси корпуса и на расстоянии друг от друга с образованием между ними камер, объем которых уменьшается по направлению от патрубка ввода перекачиваемой жидкости к патрубку вывода перекачиваемой жидкости, согласно изобретению на внутренней поверхности корпуса перпендикулярно образующей цилиндрической поверхности выполнены два канала, расположенные оппозитно друг относительно друга, причем один сообщен с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, а другой - с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, начало канала, соединенного с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, образующих камеру, на минимальном расстоянии друг от друга, а начало канала, соединенного с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, ограничивающих камеру, на максимальном расстоянии друг от друга.

Кроме того, сухари могут быть установлены с возможностью свободного перемещения вдоль пазов, радиально выполненных на внутренней поверхности каждого диска в количестве, соответствующем количеству вращающихся поршней, при этом сухари имеют цилиндрические выступы для соединения их с отверстиями вращающихся поршней, а плоскость внутренней поверхности сухарей совпадает с плоскостью внутренней поверхности дисков.

Кроме того, каждый поршень может быть выполнен в виде ролика, диаметр которого по существу равен ширине кольцеобразного пространства, а его длина равна длине цилиндрической втулки, при этом на противолежащих торцевых поверхностях каждого ролика вдоль его оси выполнены отверстия, в которые вставлены цилиндрические выступы сухарей.

Кроме того, внутренние поверхности цилиндрического корпуса с каналами, наружные поверхности цилиндрической втулки и вращающихся поршней могут быть выполнены с покрытием из эластичного материала, например резины.

При вращении поршней минимальный объем камеры образуется, когда два смежных поршня, ограничивающих камеру, находятся на минимальном расстоянии друг от друга. Это происходит в момент, когда второй по ходу поршень проходит и отсекает патрубок вывода перекачиваемой жидкости. При дальнейшем движении поршней расстояние между ними увеличивается, а следовательно, увеличивается объем камеры между ними, что приводит к образованию разрежения. Выполнение на внутренней поверхности цилиндрического корпуса канала, соединенного с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, обеспечивает заполнение жидкостью камеры кольцеобразного пространства между поршнями при увеличении ее объема. Начало канала совпадает с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, когда два смежных поршня, образующих камеру находятся на минимальном расстоянии друг от друга.

Максимальный объем камеры образуется в момент, когда два смежных поршня, ограничивающих камеру, находятся на максимальном расстоянии друг от друга. Это происходит в момент, когда второй по ходу поршень проходит и отсекает патрубок ввода перекачиваемой жидкости. При дальнейшем движении поршней расстояние между ними уменьшается, а следовательно, уменьшается объем камеры между ними, что вызовет повышение давления и может привести к гидравлическому удару. Выполнение на внутренней поверхности цилиндрического корпуса канала, соединенного с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, исключает образование гидравлического удара и обеспечивает нагнетание жидкости из камеры между поршнями при уменьшении ее объема. Начало канала совпадает с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, когда два смежных поршня, ограничивающих камеру, находятся на максимальном расстоянии друг от друга.

Выполнение на внутренней поверхности цилиндрического корпуса канала, соединенного с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, обеспечивает заполнение жидкостью кольцеобразного пространства между поршнями при увеличении объема камер между ними. Канал, соединенный с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, обеспечивает выталкивание жидкости из пространства между поршнями при уменьшении объема камер между ними в патрубок вывода жидкости.

Цилиндрические выступы на сухарях для соединения их с отверстиями вращающихся поршней обеспечивают минимальную ширину пазов, выполненных на внутренней поверхности каждого диска.

Внутренние поверхности цилиндрического корпуса с каналами, наружные поверхности цилиндрической втулки и вращающихся поршней выполнены с покрытием из эластичного материала, например резины, для обеспечения возможности перекачивания жидкости, содержащей абразивные примеси.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 изображает схематично общий вид насоса, продольный разрез;

фиг.2 - поперечное сечение А-А фиг.1;

фиг.3 - вид на внутреннюю поверхность диска;

фиг.4 - вариант выполнения проточной части насоса с покрытием из эластичного материала, продольный разрез;

фиг.5 - поперечный разрез на фиг.4.

Насос содержит коаксиально установленные друг относительно друга цилиндрический корпус 1 (фиг.1, 2) и цилиндрическую втулку 2 с образованием между ними кольцеобразного пространства 3. Внутри кольцеобразного пространства 3 размещены вращающиеся вокруг оси О корпуса 1 поршни 4₁, 4₂, 4₃, 4₄, 4₅, 4₆, оси которых параллельны оси О корпуса 1. Цилиндрический корпус 1 эксцентрично установлен и закреплен в общем корпусе насоса 5, при этом ось О корпуса 1 и ось O₁ общего корпуса 5 параллельны. На общем корпусе 5 и на его крышке 6 вдоль оси O₁ размещены подшипниковые узлы 7 и 8 с уплотнением 9 вала 10, который установлен в подшипниковых узлах 7 и 8 и расположен в цилиндрической втулке 2 эксцентрично относительно общей оси О корпуса 1 и втулки 2. На валу 10 с противоположных его концов закреплены диски 11 и 12, которые с торцов ограничивают кольцеобразное пространство 3. На внутренней поверхности 13 (фиг.3) каждого диска 11 и 12 выполнены радиально расположенные пазы 14, количество которых соответствует количеству вращающихся поршней 4₁-4₆. В пазах 14 установлены с возможностью перемещения вдоль них сухари 15, имеющие цилиндрические выступы 16 для соединения их с отверстиями 17 вращающихся поршней 4₁-4₆, которые представляют собой ролики. Диаметр ролика по существу равен ширине кольцеобразного пространства 3, а их длина - длине корпуса 1 и цилиндрической втулки 2. Кроме того, плоскость внутренней поверхности сухарей 15 совпадает с плоскостью внутренней поверхности 13 дисков 11 и 12.

Поршни 4₁-4₆ (фиг.2) размещены в кольцеобразном пространстве 3 на расстоянии друг от друга так, что между ними образованы камеры 18, 19, 20, 21, 22, 23 разного объема, при этом объем камер 21, 22, 23 уменьшается по направлению от патрубка 24 ввода перекачиваемой жидкости к патрубку 25 вывода перекачиваемой жидкости, а объем камер 20, 19, 18 увеличивается от патрубка 25 к патрубку 24.

На внутренней поверхности 26 цилиндрического корпуса 1 перпендикулярно образующей цилиндрической поверхности расположены два канала 27 и 28. Канал 27 соединен с патрубком 24, а канал 28 соединен с патрубком 25. Начало канала 27 совпадает с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью 26 цилиндрического корпуса 1, когда два смежных поршня 4₁-4₂, ограничивающих камеру 20, находятся на минимальном расстоянии друг от друга, а начало канала 28 совпадает с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью 26 цилиндрического корпуса, когда два смежных поршня 44-45, ограничивающих камеру 21, находятся на максимальном расстоянии друг от друга.

В другом варианте конструкции выполнения проточной части насоса согласно изобретению на внутреннюю часть цилиндрического корпуса 1 (фиг.4 и 5) с каналами 27 и 28, наружную часть цилиндрической втулки 2, цилиндрическую поверхность вращающихся поршней 4₁-4₆ (роликов) нанесены покрытия 29, 30, 31 соответственно из эластичного материала, например резины, причем каналы 27 и 28 могут быть выполнены в покрытии 29 корпуса 1.

Принцип действия насоса согласно изобретению заключается в том, что при вращении вала 10 вращаются диски 11 и 12, которые через сухари 15, перемещающиеся в пазах 14 дисков 11 и 12, цилиндрические выступы 16 сухарей 15, вставленные в отверстия 17 вращающихся поршней 4₁-4₆, приводят поршни 4₁-4₆ во вращательное движение вокруг оси О. Размещение вала 10 с вращающимися дисками 11 и 12 вдоль оси O₁ общего корпуса 5 эксцентрично оси О корпуса 1 при постоянной угловой скорости вращения вала 10 обеспечивает переменную линейную скорость поршней 4₁-4₆. При этом изменяется и расстояние между поршнями 4₁-4₆, что приводит к образованию камер 18, 19, 20.

Изобретение предназначено для перемещения жидкостей и может быть использовано в промышленности, на транспорте, в быту. На внутренней поверхности корпуса насоса перпендикулярно образующей цилиндрической поверхности выполнены два канала, расположенные оппозитно друг относительно друга, причем один сообщен с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, а другой – с патрубком вывода перекачиваемой жидкости. Начало канала, соединенного с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, образующих камеру, на минимальном расстоянии друг от друга, а начало канала, соединенного с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, ограничивающих камеру, на максимальном расстоянии друг от друга. Конструкция насоса проста в изготовлении, компактна, уравновешена, обеспечивает равномерную подачу жидкости и высокий КПД. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Насос, содержащий цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода перекачиваемой жидкости, вал, эксцентрично расположенный относительно оси корпуса, группу поршней, цилиндрическую втулку, соосно установленную в корпусе с образованием между ними кольцеобразного пространства, сухари, при этом вал размещен в цилиндрической втулке, а на его противоположных концах закреплены два диска, плотно прилегающих к торцам корпуса и втулки, закрывающих с торцов кольцеобразное пространство и связанных с поршнями, размещенными в кольцеобразном пространстве с возможностью вращения вокруг оси корпуса и на расстоянии друг от друга с образованием между ними камер, объем которых уменьшается по направлению от патрубка ввода перекачиваемой жидкости к патрубку вывода перекачиваемой жидкости, отличающийся тем, что на внутренней поверхности корпуса перпендикулярно образующей цилиндрической поверхности выполнены два канала, расположенных оппозитно относительно друг друга, причем один сообщен с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, а другой – с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, начало канала, соединенного с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, образующих камеру, на минимальном расстоянии друг от друга, а начало канала, соединенного с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, ограничивающих камеру, на максимальном расстоянии друг от друга, на противолежащих торцевых поверхностях каждого ролика вдоль его оси выполнены отверстия, в которые вставлены цилиндрические выступы сухарей, установленных с возможностью свободного перемещения вдоль пазов, радиально выполненных на внутренней поверхности каждого диска в количестве, соответствующем количеству вращающихся поршней, при этом сухари имеют цилиндрические выступы для соединения их с отверстиями вращающихся поршней, а плоскость внутренней поверхности сухарей совпадает с плоскостью внутренней поверхности дисков, каждый поршень выполнен в виде ролика, диаметр которого равен ширине кольцеобразного пространства, а его длина равна длине цилиндрической втулки, внутренние поверхности цилиндрического корпуса с каналами, наружные поверхности цилиндрической втулки и вращающихся поршней выполнены с покрытием из эластичного материала.2. Насос, содержащий цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода перекачиваемой жидкости, вал, эксцентрично расположенный относительно оси корпуса, группу поршней, цилиндрическую втулку, соосно установленную в корпусе с образованием между ними кольцеобразного пространства, сухари, при этом вал размещен в цилиндрической втулке, а на его противоположных концах закреплены два диска, плотно прилегающих к торцам корпуса и втулки, закрывающих с торцов кольцеобразное пространство и связанных с поршнями, размещенными в кольцеобразном пространстве с возможностью вращения вокруг оси корпуса и на расстоянии друг от друга с образованием между ними камер, объем которых уменьшается по направлению от патрубка ввода перекачиваемой жидкости к патрубку вывода перекачиваемой жидкости, отличающийся тем, что на внутренней поверхности корпуса перпендикулярно образующей цилиндрической поверхности выполнены два канала, расположенных оппозитно относительно друг друга, причем один сообщен с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, а другой – с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, начало канала, соединенного с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, образующих камеру, на минимальном расстоянии друг от друга, а начало канала, соединенного с патрубком вывода перекачиваемой жидкости, выполнено совпадающим с линией касания первого по ходу поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса при нахождении двух смежных поршней, ограничивающих камеру, на максимальном расстоянии друг от друга.3. Насос по п.2, отличающийся тем, что сухари установлены с возможностью свободного перемещения вдоль пазов, радиально выполненных на внутренней поверхности каждого диска в количестве, соответствующем количеству вращающихся поршней, при этом сухари имеют цилиндрические выступы для соединения их с отверстиями вращающихся поршней, а плоскость внутренней поверхности сухарей совпадает с плоскостью внутренней поверхности дисков.4. Насос по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что каждый поршень может быть выполнен в виде ролика, диаметр которого, по существу, равен ширине кольцеобразного пространства, а его длина равна длине цилиндрической втулки, при этом на противолежащих торцевых поверхностях каждого ролика вдоль его оси выполнены отверстия, в которые вставлены цилиндрические выступы сухарей.5. Насос по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что внутренние поверхности цилиндрического корпуса с каналами, наружные поверхности цилиндрической втулки и вращающихся поршней выполнены с покрытием из эластичного материала, например резины.