РОТОРНЫЙ НАСОС Российский патент 2017 года по МПК F04C2/32 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным устройствам, и может быть использовано для сжатия, напорного перемещения газов, жидкостей.

Из уровня техники известно роторное устройство с шиберной перегородкой ротора, содержащее корпус с выполненной в нем цилиндрической полостью, ротор, размещенный в нем и вращающийся на прямом валу, подвижную пластину шиберной перегородки, являющуюся единым элементом конструкции с внешним цилиндром ротора, впускные и выпускные отверстия по обе стороны шиберной перегородки ротора, служащие совместно ротором и корпусом в образовании камер расширения и сжатия рабочего тела, перемещение шиберной перегородки через вращающееся под переменным углом в корпусе роликового уплотнения осуществляется в связи с перемещением ротора за счет подшипника относительно эксцентрично закрепленной на валу втулки с возможностью обеспечения функций компрессора за счет процессов всасывания и сжатия за каждый оборот вращения вала (US 3269646 A (PAUL AUGUST), 30.08.1966, F04C 18/32.

Существенным недостатком данного роторного устройства является прекращение процесса перекачивания рабочего тела компрессором при переходе линии контакта ротора с внутренним цилиндром корпуса на часть поверхности между всасывающим и выпускным отверстиями со стороны шибера.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции роторного устройства, исключающей циклы нарушения работы роторного насоса.

Задача достигается в роторном устройстве, используемом в качестве насоса, содержащем корпус с выполненным в нем внутренним цилиндром, ротор, размещенный в нем на эксцентриковой втулке, вращающейся на прямом валу, пластину шиберной перегородки, передвигающейся через вращающееся под переменным углом роликовое уплотнение в корпусе роторного устройства и являющейся единым элементом конструкции с внешним цилиндром ротора, впускное и выпускное отверстия корпуса по обе стороны от шиберной перегородки ротора, подвижные диафрагмы ротора с цилиндрической контактной поверхностью, размещенные на противоположных от шиберной перегородки углах в радиальных пазах внешнего цилиндра ротора и передвигающиеся по ним с последовательными началом и прекращением контактов с поверхностью внутреннего цилиндра корпуса в зависимости от угла поворота вала с возможностью осуществления одновременных контактов с поверхностью внутреннего цилиндра корпуса после впускного и перед выпускным отверстиями при расположении ротора в крайне верхнем положении относительно оси внутреннего цилиндра корпуса роторного устройства, согласно изобретению ось вала расположена на центральной части корпуса, подвижные диафрагмы ротора осуществляют контакт своих верхних цилиндрических поверхностей с поверхностью внутреннего цилиндра корпуса роторного устройства за счет контакта своих нижних цилиндрических поверхностей с поверхностями цилиндрических дуг боковых пластин эксцентриковой втулки, которые имеют радиус от оси вала, меньший радиуса внутреннего цилиндра роторного устройства на диаметр цилиндрической контактной поверхности диафрагмы, при этом ротор выполнен в виде цилиндра, эксцентрично закрепленного на валу с перемещением своей внешней поверхности за счет подшипника относительно базовой образующей внутреннего цилиндра корпуса роторного устройства с возможностью обеспечения периодического изменения ротором объемов рабочих камер, постоянно сообщающихся с впускным и выпускным отверстиями корпуса при каждом обороте вала.

Роторное устройство с шиберной перегородкой и диафрагмами при внешнем цилиндре ротора поясняется чертежами.

На фиг. 1 - общий вид корпуса роторного устройства с шиберной перегородкой и диафрагмами на внешнем цилиндре ротора.

На фиг. 2 - вид корпуса роторного устройства с шиберной перегородкой и диафрагмами при внешнем цилиндре ротора (боковые разрезы А-А, Б-Б, В-В на фиг. 1).

На фиг. 3 - схема роторного устройства при верхнем положении ротора.

На фиг. 4 - схема роторного устройства при совпадении линии диафрагмы с линией максимального радиуса эксцентриковой втулки.

На фиг. 5 - схема роторного устройства при окончании контакта диафрагмы с внутренним цилиндром корпуса.

На фиг. 6 - схема роторного устройства при отсутствии контакта диафрагмы с внутренним цилиндром корпуса.

На фиг. 7 - схема геометрических построений положения диафрагмы в зависимости от угла поворота вала.

Схема роторного устройства с шиберной перегородкой и диафрагмами при внешнем цилиндре ротора (фиг. 1, 2) состоит из корпуса роторного устройства 1, внешнего цилиндра ротора 2 с шиберной перегородкой 3, эксцентриковой втулки 4 с боковыми пластинами 5, диафрагм ротора с цилиндрическими контактными поверхностями 6, 7, камеры всасывания 8, в которую поступает через впускное отверстие 10 рабочее тело, камеры выпуска 9, из которой вытесняется рабочее тело через выпускное отверстие 11, вала 12, ось которого расположена на центральной части корпуса роторного устройства, ограничительных колец 13 для удержания диафрагм в радиальных пазах внешнего цилиндра ротора, подшипника 14, роликового уплотнения 15 для осуществления плотного контакта с плоской поверхностью передвигающегося под переменным углом шибера.

Роторное устройство с шибером и диафрагмами при внешнем цилиндре ротора работает следующим образом.

В качестве насоса, компрессора.

При нахождении оси ротора O₂ в крайнем верхнем положении относительно оси роторного устройства О₁ угол поворота вала 12 ϕ₁=0 (фиг. 3, 7), диафрагма 6, расположенная от оси ротора O₂ относительно линии шибера 3 на постоянный угол α, касается внутреннего цилиндра корпуса роторного устройства 1 после впускного отверстия 10, а диафрагма 7, расположенная противоположно от шибера 3 на постоянный угол α, осуществляет контакт с внутренним цилиндром перед выпускным отверстием 11, что исключает свободное перемещение рабочего тела между этими отверстиями. Диафрагмы 6 и 7 прижимаются к внутреннему цилиндру корпуса 1 за счет усилия от поверхностей цилиндрических дуг боковых пластин 5 эксцентриковой втулки 4 в их крайних точках м₁ и м₂. Радиус O₁E₁ цилиндрической дуги м₁м₂ меньше радиуса O₁C₁ внутреннего цилиндра корпуса 1 на диаметр цилиндрической контактной поверхности диафрагмы d_д (фиг. 7). Длина ее рабочей поверхности равна Δ_max.

При повороте эксцентриковой втулки 4 за счет вала 12 от угла ϕ₁=0 до угла ϕ₂ (фиг. 4, 7), при котором линия диафрагмы Е₂С₂ совпадает с направлением максимального радиуса O₁C₂ эксцентриковой втулки 4 в направлении к середине цилиндрической дуги м₁м₂ и отстоит от линии O₂B₂ до линии O₂D шиберной перегородки 3 на угол α, в камеру всасывания 8, разделяемой с камерой выпуска 9 шиберной перегородкой 3 и диафрагмой 6 через впускное отверстие 10, всасывается рабочее тело. Одновременно из камеры выпуска 9 через выпускное отверстие 11 за счет отсоединения диафрагмы 7 от контакта с внутренним цилиндром корпуса 1 рабочее тело выпускается. Диафрагма 6, осуществляющая контакт с внутренним цилиндром корпуса 1, перемещается в радиальном пазу внешнего цилиндра ротора 2 вниз в направлении к оси O₂ с уменьшением длины ее рабочей плоскости между поверхностями внутреннего цилиндра корпуса 1 и внешнего цилиндра ротора 2 от максимальной величины Δ_мах до Δ=0 при повороте вала 12 на угол ϕ₂.

При повороте середины дуги 5 эксцентриковой втулки 4 за счет вала 12 от угла ϕ₂ до угла ϕ₃, (фиг. 5, 7), при котором диафрагма 6 касается второй крайней точки м₂ цилиндрической дуги м₁м₂, в камеру всасывания 8, разделенную с камерой выпуска 9 шиберной перегородкой 3, контактной поверхностью внешнего цилиндра ротора 2 с внутренним цилиндром корпуса 1 в точке В₃, диафрагмой 6, поступает рабочее тело. Диафрагма 6 перемещается в радиальном пазу цилиндра ротора в направлении от оси O₂ обратно вверх с увеличением рабочей плоскости от Δ=0 до Δ_мах, равной величине этой плоскости при ϕ₁=0. За счет отсутствия контакта диафрагмы 7 с внутренним цилиндром корпуса 1 осуществляется выпуск рабочего тела из камеры выпуска 9 через отверстие 11, она ограничена в передвижении по радиальным пазам внешнего цилиндра ротора 2 ограничительными кольцами 13 и поверхностями цилиндров н₁н₂ боковых пластин 5 эксцентриковой втулки 4.

При повороте эксцентриковой втулки 4 за счет вала 12 на угол ϕ₁ от ϕ₃ до 360° при перемещении ротора 2 (фиг. 6, 7) диафрагма 6 отсоединяется от контакта с внутренним цилиндром корпуса роторного устройства 1. В камеру всасывания 8 постоянно поступает рабочее тело. Рабочая плоскость диафрагмы 6 относительно внешнего цилиндра диафрагмы при этом угле поворота вала постоянно остается равной Δ_мах за счет ограничения ее передвижения кольцом 13.

Процесс выпуска рабочего тела из камеры выпуска 9 через выпускное отверстие 11 происходит в последовательности, обратной процессу всасывания в камеру 8. Диафрагма 7 вступает и заканчивает контакт с внутренним цилиндром корпуса роторного устройства до начала выпускного отверстия 11 при углах поворота вала от ϕ₄=(360°-ϕ₃) до ϕ₅=(360°-ϕ₂) и далее от ϕ₅ до угла ϕ₆=(360°-ϕ₁), т.е. до 360° аналогично контакту диафрагмы 6 с внутренним цилиндром корпуса 1 при вращении эксцентриковой втулки от ϕ₁ до ϕ₂, далее до ϕ₃.

Разделение камер всасывания и выпуска без контактов диафрагм 6 и 7 происходит при вращении вала от угла ϕ₃ до угла ϕ₄=(360°-ϕ₃).

Таким образом, предлагаемое роторное устройство с внешним цилиндром ротора с шиберной перегородкой и с подвижными диафрагмами, осуществляющими контакт с поверхностью внутреннего цилиндра роторного устройства после отверстия всасывания и перед отверстием выпуска рабочего тела, позволяет решить задачу предотвращения свободного перетекания рабочего тела в конструкции насоса при всех углах поворота вала.

В целях обеспечения возможности перекачивания рабочего тела с механическими добавками, представляющими опасность заклинивания ротора с внутренним цилиндром корпуса, целесообразно применение ротора с диаметром, обеспечивающим зазор между ним и внутренним цилиндром корпуса. В этом случае с целью недопущения свободного перетекания рабочего тела между впускным и выпускным отверстиями необходимо применять ротор с количеством диафрагм, большим двух, которые последовательно вступают и прекращают контакт с внутренним цилиндром корпуса аналогично диафрагмам 6 или 7. В соответствии с геометрическими построениями половина угла между диафрагмами на внешнем цилиндре ротора

, где π=180°, n - число диафрагм.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторному устройству, используемому в качестве насоса. Устройство состоит из корпуса 1, внешнего цилиндра ротора 2 с шиберной перегородкой 3, эксцентриковой втулки с боковыми пластинами 5, диафрагм ротора с цилиндрическими контактными поверхностями 6, 7, камеры всасывания 8, в которую поступает через впускное отверстие 10 рабочее тело, камеры выпуска 9, из которой вытесняется рабочее тело через выпускное отверстие 11, вала 12, ось которого расположена на центральной части корпуса 1 устройства, ограничительных колец 13 для удержания диафрагм в радиальных пазах внешнего цилиндра ротора 2, подшипника 14, роликового уплотнения 15 для осуществления плотного контакта с плоской поверхностью передвигающейся под переменным углом шиберной перегородки 3. Изобретение направлено на создание конструкции роторного устройства, исключающей циклы нарушения работы роторного насоса. 7 ил.

Роторное устройство, используемое в качестве насоса, содержащее корпус с выполненным в нем внутренним цилиндром, ротор, размещенный в нем на эксцентриковой втулке, вращающейся на прямом валу, пластину шиберной перегородки, передвигающейся через вращающееся под переменным углом роликовое уплотнение в корпусе роторного устройства и являющейся единым элементом конструкции с внешним цилиндром ротора, впускное и выпускное отверстия корпуса по обе стороны от шиберной перегородки ротора, подвижные диафрагмы ротора с цилиндрической контактной поверхностью, размещенные на противоположных от шиберной перегородки углах в радиальных пазах внешнего цилиндра ротора и передвигающиеся по ним с последовательными началом и прекращением контактов с поверхностью внутреннего цилиндра корпуса в зависимости от угла поворота вала с возможностью осуществления одновременных контактов с поверхностью внутреннего цилиндра корпуса после впускного и перед выпускным отверстиями при расположении ротора в крайне верхнем положении относительно оси внутреннего цилиндра корпуса роторного устройства, отличающееся тем, что ось вала расположена на центральной части корпуса, подвижные диафрагмы ротора осуществляют контакт своих верхних цилиндрических поверхностей с поверхностью внутреннего цилиндра корпуса роторного устройства за счет контакта своих нижних цилиндрических поверхностей с поверхностями цилиндрических дуг боковых пластин эксцентриковой втулки, которые имеют радиус от оси вала, меньший радиуса внутреннего цилиндра роторного устройства на диаметр цилиндрической контактной поверхности диафрагмы, при этом ротор выполнен в виде цилиндра, эксцентрично закрепленного на валу с перемещением своей внешней поверхности за счет подшипника относительно базовой образующей внутреннего цилиндра корпуса роторного устройства с возможностью обеспечения периодического изменения ротором объемов рабочих камер, постоянно сообщающихся с впускным и выпускным отверстиями корпуса при каждом обороте вала.