РОТАЦИОННЫЙ НАСОС Российский патент 2007 года по МПК F04C5/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателестроении, в химической, нефтехимической, пищевой и медицинской промышленности, например, в качестве насоса-дозатора для жидких или газообразных сред.

Известно ротационное устройство (US 4515514 А, 07.05.1985, F01C 1/344), лопастной насос, включающий корпус, ротор с лопатками, установленный концентрично внутренней цилиндрической поверхности корпуса, а также входной и выходной патрубки для подвода и отвода рабочего газа или жидкости. Известный насос работает следующим образом. При вращении ротора с лопатками рабочий газ или жидкость всасываются через входной патрубок в проточную часть известного устройства, в которой возникает движение газа или жидкости в сторону вращения ротора, а затем рабочий газ или жидкость вытесняются из проточной части через выходной патрубок. Недостатком известного устройства является его недостаточно высокая экономичность, связанная с потерями мощности на перетечки рабочего газа или жидкости из нагнетательной полости во всасывающую полость, а также с повышенным износом лопаток вследствие их контакта с турбулентными потоками рабочего газа или жидкости.

Известно ротационное устройство (Доманский И.В. Насосы и компрессоры. Учебное пособие, Ленинградский технологический институт имени Ленсовета, Ленинград, 1984, с.23-24), лопастной насос, включающее корпус, концентрично расположенный ротор, лопатки, подвижно установленные в радиальных пазах ротора, а также входной и выходной патрубки для подвода и отвода рабочего газа или жидкости. Потери мощности на перетечки рабочего газа или жидкости из нагнетательной полости во всасывающую полость минимизируются в известном устройстве за счет выполнения профилированной внутренней поверхности корпуса переменного радиуса, что обеспечивает наличие перепускных зазоров между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью ротора. При вращении ротора под действием центробежной силы лопатки плотно прижимаются торцами к внутренней поверхности корпуса, разделяя проточную часть на несколько рабочих камер разных объемов, что обеспечивает всасывание рабочего газа или жидкости из входного патрубка и вытеснение - в выходной патрубок. Недостатком известного устройства является его невысокая экономичность, связанная с потерями мощности на перетечки в пазах ротора и между торцами лопаток и внутренней поверхностью корпуса, а также повышенный износ лопаток за счет трения в парах: лопатка - паз и торец лопатки - внутренняя поверхность корпуса. Следует отметить повышенный износ лопаток от контакта с рабочим газом или жидкостью, а также возможность заклинивания лопаток в пазах барабана ротора, что может привести к снижению срока службы известного устройства в целом. К недостатку следует отнести сложность изготовления внутренней профилированной поверхности корпуса.

Прототипом предлагаемого устройства является ротационный насос (US 3677668 А, 18.07.1972, F04B 43/08), включающий корпус, входной и выходной патрубки, ротор, установленный концентрично относительно внутренней цилиндрической поверхности корпуса, на котором устанавливаются две диаметрально противоположные лопатки с прижимными устройствами на торцах, прилегающих к внутренней поверхности корпуса, например с роликами, при этом лопатки жестко закрепляются на роторе или выполняются монолитно с ротором, а между прижимными устройствами на лопатках и внутренней поверхностью корпуса внатяг установлено уплотнение из эластичного непроницаемого материала. При вращении ротора лопатки вращаются вместе с ним, а прижимные устройства, установленные на торцах лопаток, прижимают уплотнение, внутри которого находятся ротор и лопатки, к внутренней поверхности корпуса. Потери на трение в паре ролики - уплотнение в устройстве по прототипу ниже, чем у вышеуказанных аналогов в парах трения торец лопатки - внутренняя поверхность корпуса. Жесткая установка лопаток на роторе или выполнение их монолитно с ротором позволяет увеличить срок службы лопаток по сравнению с вышеуказанными аналогами, в которых лопатки устанавливаются подвижно и подвергаются износу за счет трения в пазах ротора и за счет действующих на лопатки значительных усилий на изгиб при контакте с рабочей средой. Использование уплотнения повышает срок службы устройства по прототипу по сравнению с вышеуказанными аналогами, а также позволяет работать с жидкостями невысокого качества, что объясняется отсутствием в его конструкции перепускного зазора. Недостатком устройства по прототипу является то, что потери мощности на перетечки рабочего газа или жидкости из нагнетательной полости во всасывающую полость минимизируются за счет выполнения выемки в его корпусе со стороны внутренней цилиндрической поверхности в виде паза для закрепления в нем уплотнения. Паз располагается на наименьшей площади указанной поверхности от входного до выходного патрубка и имеет ширину, существенно меньшую, чем расстояние между указанными патрубками, что приводит к повышенному износу уплотнения в местах его перегиба при переходе с внутренней поверхности паза на внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса. При этом недостатком устройства по прототипу следует считать сложность закрепления уплотнения с помощью дополнительных элементов, количество которых снижает надежность работы устройства в целом и повышает трудоемкость изготовления. Недостатком устройства по прототипу является недостаточная устойчивость работы, связанная с наличием паза, который ослабляет конструкцию корпуса и может привести к вибрации устройства на высоких скоростях вращения ротора и к снижению срока службы устройства в целом.

В связи с указанными недостатками устройства по прототипу существует задача создания ротационного насоса с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Поставленная задача решается следующим образом.

В известном устройстве, ротационном насосе, включающем корпус, входной и выходной патрубки, ротор, концентрично установленный относительно внутренней цилиндрической поверхности корпуса, две диаметрально противоположные лопатки, установленные на роторе, и выполненные с прижимными устройствами на торцах, прилегающих к внутренней поверхности корпуса, например с роликами, и жестко закрепленные на роторе или выполненные монолитно с ротором, а также уплотнение из эластичного непроницаемого материала, расположенное между прижимными устройствами и внутренней поверхностью корпуса внатяг, уплотнение выполнено неразъемным с частью внутренней цилиндрической поверхности корпуса по ее наименьшей площади от входного до выходного патрубка.

Технический результат от применения предлагаемого устройства состоит в улучшении эксплуатационных характеристик по сравнению с устройством по прототипу.

Указанный технический результат достигается тем, что для исключения перетечек из нагнетательной полости насоса в его всасывающую полость уплотнение неразъемно крепится к внутренней цилиндрической поверхности корпуса на наименьшей площади от входного до выходного патрубка. При этом по сравнению с устройством по прототипу улучшаются эксплуатационные характеристики предлагаемого устройства за счет упрощения конструкции, а также простоты и дешевизны текущего ремонта устройства по замене уплотнения вследствие его старения.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично изображена первая стадия работы.

На фиг.2 схематично изображена вторая стадия работы.

На чертежах показано: 1 - корпус; 2 - уплотнение; 3 - диаметрально противоположные лопатки; 4 - прижимное устройство (ролик); 5 - ротор; 6 - входной патрубок; 7 - выходной патрубок.

Сущность предлагаемого ротационного насоса заключается в следующем.

Проточная часть насоса образуется внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью уплотнения 2. На корпусе 1 имеется входной 6 и выходной патрубок 7. На наименьшей площади между ними по части внутренней поверхности корпуса 1 неразъемно крепится уплотнение из эластичного непроницаемого материала 2. Величина площади неразъемного соединения и, соответственно, наименьшее расстояние между входным 6 и выходным патрубком 7 выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимую производительность насоса. Две лопатки 3 с прижимными устройствами (роликами) 4 на торцах жестко закрепляются на роторе или выполняются монолитно с ротором и помещаются внутрь установленного внатяг уплотнения из эластичного непроницаемого материала 2.

Устройство работает следующим образом.

Ротор 5 насоса приводится во вращательное движение со скоростью, величина которой определяется необходимой производительностью насоса и ограничивается геометрическими параметрами насоса, а также свойствами рабочего газа или жидкости. Лопатки 3 вращаются вместе с ротором 5. При этом прижимные устройства (ролики) 4, установленные на торцах лопаток 3, двигаются по внутренней стороне уплотнения из эластичного непроницаемого материала 2, прижимая его к внутренней поверхности корпуса 1. Рабочая жидкость или газ поступают через постепенно открывающийся при вращении ротора 5 входной патрубок 6 в проточную часть насоса (фиг.1). Порция газа или жидкости, нагнетаемая в проточную часть насоса до закрытия лопатками 3 входного патрубка 6, перекачивается через открывающийся выходной патрубок 7 (фиг.2). Благодаря использованию уплотнения из эластичного непроницаемого материала 2, лопатки 3 и ротор 5 не имеют контакта с рабочей жидкостью или газом, что позволяет использовать предлагаемое устройство для перекачки агрессивных или вредных сред, а также при работе с жидкостями невысокого качества. Насос обеспечивает постоянство объема порций перекачиваемой рабочей жидкости или газа, что позволяет его использовать в качестве насоса-дозатора.

Пример реализации изобретения

Был изготовлен макет ротационного насоса. Были выполнены два варианта установки лопаток на роторе: с лопатками, выполненными монолитно с ротором, и с лопатками, которые жестко закрепили на роторе. Прижимное устройство выполнили в виде роликов. Уплотнение выполнили из эластичной непроницаемой технической резины. Уплотнение приклеили к части внутренней поверхности корпуса на наименьшей площади от входного до выходного патрубка и установили внатяг между внутренней поверхностью корпуса и роликами на торцах лопаток. Были проведены рабочие экспериментальные запуски насоса, которые позволили подобрать оптимальную геометрию деталей насоса. Эксперименты показали работоспособность насоса и его устойчивую работу при больших скоростях вращения ротора.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателестроении, в химической, нефтехимической, пищевой и медицинской промышленности, например, в качестве насоса-дозатора для жидких или газообразных сред. Ротационный насос включает корпус, входной и выходной патрубки, ротор, концентрично установленный относительно цилиндрической внутренней поверхности корпуса, две диаметрально противоположные лопатки, установленные на роторе, и выполненные с прижимными устройствами на торцах, прилегающих к внутренней поверхности корпуса, например с роликами, и жестко закрепленные на роторе или выполненные монолитно с ротором, а также уплотнение из эластичного непроницаемого материала, расположенное между прижимными устройствами и внутренней поверхностью корпуса внатяг. Уплотнение выполнено неразъемным с частью внутренней цилиндрической поверхности корпуса на ее наименьшей площади от входного до выходного патрубка. Улучшаются эксплуатационные характеристики. 2 ил.

Ротационный насос, включающий корпус, входной и выходной патрубки, ротор, концентрично установленный относительно цилиндрической внутренней поверхности корпуса, две диаметрально противоположные лопатки, установленные на роторе, и выполненные с прижимными устройствами на торцах, прилегающих к внутренней поверхности корпуса, например с роликами, и жестко закрепленные на роторе или выполненные монолитно с ротором, а также уплотнение из эластичного непроницаемого материала, расположенное между прижимными устройствами и внутренней поверхностью корпуса внатяг, отличающийся тем, что уплотнение выполнено неразъемным с частью внутренней цилиндрической поверхности корпуса на ее наименьшей площади от входного до выходного патрубка.