ВАКУУМНЫЙ ГИДРОКОЛЬЦЕВОЙ НАСОС Российский патент 2004 года по МПК F04C7/00 

Изобретение относится к области вакуумной техники, в частности к вакуумным жидкостно-кольцевым насосам, и может быть использовано в химической промышленности, сельском хозяйстве и других областях, где требуется отсасывание воздуха или газов.

Известен вакуумный водокольцевой насос, включающий в себя корпус, крыльчатку, внутри полого вала которой соосно размещен неподвижно закрепленный патрубок, разделенный диафрагмой на входной и выходной каналы (US 2098244 А, 06.02.1936, F 04 С 7/00).

При всех своих достоинствах, таких как технологичность, конструктивная простота, надежность и высокая скорость откачки, все без исключения существующие жидкостно-кольцевые насосы имеют два принципиальных недостатка: низкий кпд (η 0,2-0,4) и высокое предельное давление на входе (р≈2,7-9,3 кПа), которые обусловлены одной и той же причиной - большими потерями мощности на вязкое трение при вращении рабочей жидкости в неподвижном корпусе (до 70% на воде).

Это, во-первых, непосредственно снижает кпд и, во-вторых, не дает возможности применять жидкости с низким равновесным давлением, например вакуумные масла, у которых вязкость, как правило, в 100-300 раз больше, чем у воды.

Известна жидкостно-кольцевая машина, принятая в качестве ближайшего аналога, включающая в себя приводимый во вращение от электродвигателя цилиндрический корпус с рабочей жидкостью, эксцентрично размещенное в нем на полом неподвижном валу с возможностью вращения рабочее колесо, входной и выходной каналы (RU 2056537 С1, 20.03.1996, F 04 С 7/00). При вращении корпуса постоянно поступающая в него рабочая жидкость образует жидкостное кольцо, приводящее во вращение рабочее колесо, состоящее из двух торцевых дисков и жестко соединенных с ними радиальных плоских лопаток, снабженных уплотнительными элементами для уплотнения зазора между лопатками и неподвижным полым валом, причем каждый уплотнительный элемент состоит из вставки, поджатой волнистой пружиной. В этой машине значительно снижены потери от трения жидкости, однако затрачивается значительное время от начала вращения корпуса до начала отсоса и требуются существенные энергозатраты на раскручивание корпуса и постоянно поступающей рабочей жидкости. Кроме того, необходима высокая степень чистоты обработки наружной поверхности неподвижного вала и регулярная замена уплотняющих элементов. Дополнительные затраты энергии необходимы также на постоянный подвод и отвод рабочей жидкости, а средства контроля за ее количеством усложняют конструкцию.

Задачей изобретения является упрощение конструкции с одновременным сокращением энергозатрат и повышением кпд насоса до η≥0,8, и сопровождающимися снижением предельного давления на входе до р=10^-2-1 Па.

Поставленная задача решена в вакуумном гидрокольцевом насосе, содержащем установленный с возможностью вращения цилиндрический корпус с рабочей жидкостью, эксцентрично размещенную в нем крыльчатку, неподвижный газораспределительный патрубок, разделенный на входной и выходной каналы, согласно изобретению, вращение через шкив сообщается крыльчатке, содержащей полый вал с расположенными в каждой секторной ячейке окнами, газораспределительный патрубок расположен внутри полого вала, рабочая жидкость уплотняет зазоры между валом крыльчатки и газораспределительным патрубком и передает вращение от крыльчатки к корпусу.

Такое конструктивное изменение приводит к тому, что при работе насоса крыльчатка, гидрокольцо и корпус вращаются практически с одинаковой угловой скоростью (небольшое проскальзывание создается только трением в шарикоподшипниках вала корпуса). Благодаря этому общие потери на трение снижаются с 70% до 12-20%, при этом кпд возрастает до 0,8-0,85 и появляется возможность использовать в качестве рабочих жидкостей вакуумные масла с равновесным давлением p≈10^-3-10^-4 Пa, что позволяет снизить давление на входе вакуумного гидрокольцевого насоса (ВГН) до р≈10^-2-1 Па.

Таким образом, отличительными признаками насоса являются следующие:

- вращение от двигателя через шкив передается крыльчатке, а от нее за счет вязкого трения рабочей жидкости - установленному с возможностью вращения вокруг собственной оси корпусу насоса, в результате крыльчатка, рабочая жидкость и корпус вращаются практически с одинаковой скоростью;

- внутри полого вала крыльчатки соосно размещается газораспределительный патрубок, закрепленный на станине неподвижно и разделенный диафрагмой на входной и выходной каналы;

- вместо уплотняющих элементов в качестве гидрозатвора для уплотнения используется рабочая жидкость;

- конструкция крыльчатки, которая выполнена из радиальных лопаток, жестко закрепленных на полом валу, причем в каждой секторной ячейке имеются окна, расположенные напротив окон в газораспределительном патрубке.

На фиг.1 показан вид сверху (разрез Б-Б) вакуумного гидрокольцевого насоса.

На фиг.2 показан вид спереди (разрез А-А) вакуумного гидрокольцевого насоса.

Насос состоит из корпуса 1 с рабочей жидкостью, установленного с возможностью вращения на валу 2, который закреплен в подшипнике 3 станины (на чертеже не показано). Полый вал 4 крыльчатки 5 закреплен в подшипнике 6 станины. Оси валов 2 и 4 параллельны, и крыльчатка 5 размещается в корпусе 1 с некоторым эксцентриситетом.

Внутри полого вала 4 крыльчатки 5 соосно размещается газораспределительный патрубок 7, разделенный продольной диафрагмой 8 на входной канал 9 и выходной канал 10. Патрубок 7 закреплен на станине неподвижно. В каждой секторной ячейке 11 крыльчатки 5 имеются окна 12, а на патрубке 7 напротив окон 12 расположено окно 13 и окно 14. Для привода в движение крыльчатки установлен шкив 15. Для предотвращения подсоса газа через полый вал крыльчатки предназначен гидрозатвор 16.

Насос вакуумный работает следующим образом.

Крыльчатка 5 приводится во вращение через шкив 15. При вращении крыльчатки 5 рабочая жидкость (на фиг.2 показана пунктирной линией) за счет вязкого трения передает вращение корпусу 1 и таким образом в стационарном режиме крыльчатка 5, рабочая жидкость (гидрокольцо) и корпус 1 вращаются практически с одинаковой угловой скоростью. Небольшое проскальзывание корпуса 1 обусловлено только трением в шарикоподшипнике 3. По мере вращения крыльчатки 5 каждая секторная ячейка 11 периодически погружается в рабочую жидкость, а затем выходит из нее.

В фазе выхода секторной ячейки 11 из рабочей жидкости через окно 13 и окно 12 происходит всасывание газа, а в фазе погружения через окно 12 и окно 14 - выталкивание. Подсос газа через полый вал 4 крыльчатки 5 предотвращается гидрозатвором 16. В данной конструкции рабочая жидкость кроме основной функции гидропоршня также смазывает и уплотняет зазоры между валом крыльчатки и газораспределительным патрубком и осуществляет кинематическую связь между крыльчаткой и корпусом.

Таким образом, данное устройство по принципу действия представляет собой вакуумный гидрокольцевой насос со всеми его положительными качествами. Но по сравнению с существующими модификациями таких насосов предлагаемый ВГН имеет ряд существенных преимуществ:

1. Экономичность за счет снижения потерь на вязкое трение η≥0,8.

2. Конструктивную и технологическую простоту за счет отсутствия клапанов, сальников и более низких требований точности при изготовлении и сборке.

3. Более низкое входное давление р≈10^-2-1 Па за счет использования вакуумных масел в качестве рабочей жидкости.

4. В 3-4 раза меньшую металлоемкость за счет снижения необходимой мощности электрического двигателя и уменьшения габаритов и веса станины.

5. Более низкую стоимость изготовления и эксплуатации.

Изобретение относится к области вакуумной техники, в частности к вакуумным жидкостно-кольцевым насосам, и может быть использовано в химической промышленности, сельском хозяйстве и других областях, где требуется отсасывание воздуха или газов. Вакуумный гидрокольцевой насос содержит установленный с возможностью вращения цилиндрический корпус с рабочей жидкостью, эксцентрично размещенную в нем крыльчатку, неподвижный газораспределительный патрубок, разделенный на входной и выходной каналы. Вращение через шкив сообщается крыльчатке, содержащей полый вал с расположенными в каждой секторной ячейке окнами. Газораспределительный патрубок расположен внутри полого вала. Рабочая жидкость уплотняет зазоры между валом крыльчатки и газораспределительным патрубком и передает вращение от крыльчатки к корпусу. Снижается входное давление, повышается кпд и экономичность при изготовлении и эксплуатации за счет снижения мощности электрического двигателя и уменьшения габаритов и веса станины. 2 ил.

Вакуумный гидрокольцевой насос, содержащий установленный с возможностью вращения цилиндрический корпус с рабочей жидкостью, эксцентрично размещенную в нем крыльчатку, неподвижный газораспределительный патрубок, разделенный на входной и выходной каналы, отличающийся тем, что вращение через шкив сообщается крыльчатке, содержащей полый вал с расположенными в каждой секторной ячейке окнами, газораспределительный патрубок расположен внутри полого вала, рабочая жидкость уплотняет зазоры между валом крыльчатки и газораспределительным патрубком и передает вращение от крыльчатки к корпусу.