Двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина Российский патент 2023 года по МПК F04C7/00 F04C19/00 

Изобретение относится к насосо-компрессоростроению и позволяет повысить технологичность и коэффициент полезного действия двухступенчатой жидкостно-кольцевой машины.

Аналогом является двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина (RU

2343316 С1), содержащая разделенные корпуса первой и второй ступеней, соединенные патрубком, в которых установлены с эксцентриситетом колеса, причем вал первой ступени проходит через полый вал второй ступени и связан с ним передачей в виде редуктора, патрубок снабжен тройником, в котором расположена электромагнитная заслонка, задающая направление движения газовой фазы, а передача дополнительно имеет электромагнитную муфту, электромагнитные муфта и заслонка управляются пневмоэлектрическим датчиком, размещенным на входе в первую ступень.

Недостатком является сложность эксплуатации, вызванная тем, что при переналадке двухступенчатой жидкостно-кольцевой машины для работы на различных степенях повышения давления необходима ее разборка для замены редуктора, а также невозможность получения заданного давления всасывания при изменении термодинамических параметров (температура откачиваемых газов и паров) технологического процесса, что снижает глубину предельного вакуума и коэффициент полезного действия двухступенчатой жидкостно-кольцевой машины.

В качестве прототипа выбрана двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина (RU 2551449 С1), содержащая разделенные корпусы первой и второй ступеней, соединенные патрубком, в которых установлены с эксцентриситетом колеса, причем вал первой ступени проходит через полый вал второй ступени и связан с ним передачей, а патрубок снабжен тройником, в котором расположена электромагнитная заслонка, задающая направление движения газовой фазы, а передача дополнительно имеет электромагнитную муфту, электромагнитные муфта и заслонка управляются пневмоэлектрическим датчиком, размещенным на входе в первую ступень, отличающаяся тем, что передача представляет собой механизм в виде двухдискового лобового вариатора с промежуточным роликом и цепной передачи, позволяющий регулировать частоту вращения второй ступени относительно первой, причем регулирование осуществляется за счет перемещения корпуса подшипников промежуточного ролика относительно корпуса передачи, изменяя передаточное отношение вариатора.

Недостатком приведенной конструкции является значительные гидравлические потери на трение жидкости о неподвижный корпус насоса в первой ступени, что приводит к дополнительным затратам энергии, постоянство размеров и положения проходного сечения нагнетательного окна во второй ступени на всех режимах работы, как следствие, постоянство степени внутреннего сжатия в ячейках рабочего колеса второй ступени, как следствие, перерасход мощности сжатия газовой фазы, увеличение общей потребляемой мощность на процесс вакуумирования, перерасход дополнительно подаваемой рабочей жидкости, как следствие, низкий коэффициент полезного действия.

Технический результат – снижение энергозатрат и расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, повышение коэффициента полезного действия.

Решение технической задачи заключается в том, что в двухступенчатой жидкостно-кольцевой машине, содержащей разделенные корпусы первой и второй ступеней, соединенные патрубком, в которых установлены с эксцентриситетом колеса, вал первой ступени проходит через полый вал второй ступени и связан с ним посредством двухдискового лобового вариатора с промежуточным роликом и цепной передачей, патрубок снабжен тройником, в котором расположена электромагнитная заслонка, задающая направление движения газовой фазы, а передача дополнительно имеет электромагнитную муфту, электромагнитные муфта и заслонка управляются пневмоэлектрическим датчиком, размещенным на входе в первую ступень, корпус первой ступени установлен с возможностью вращения от рабочего колеса, на внутренней цилиндрической поверхности корпуса расположены жестко закрепленные лопатки, обеспечивающие передачу вращения корпусу от рабочего колеса, нагнетательного окно второй ступени снабжено механизмом регулирования размера проходного сечения нагнетательного окна, в области всасывания обеих ступеней установлены штуцеры для дополнительно подаваемой рабочей жидкости, подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости распределяется по ступеням пропорционально в зависимости от режима работы и посредством штуцеров, расположенных на торцах промежуточной камеры.

В частности, при работе на одной ступени в режиме воздуходувки вакуум 101кПа подача дополнительной подаваемой рабочей жидкости равна 1:0, от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням.

В частности, при работе на одной ступени в режиме вакуумирования от 101кПа до 31 кПа подача дополнительной подаваемой рабочей жидкости равна 0,75:0,00 от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням.

В частности, при работе на двух ступенях в режиме вакуумирования от 31кПа до 2 кПа подача дополнительной подаваемой рабочей жидкости между первой и второй ступенью осуществляется в пропорции 0,75:0,25, от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням.

В частности, при работе на двух ступенях в режиме поддержки вакуума 2 кПа, подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости между первой и второй ступенью осуществляется в пропорции 0,5:0,5, от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням.

На фиг. 1 изображена двухступенчатая жидкостнокольцевая машина

На фиг. 2 сечение А-А.

На фиг. 3 сечение Б-Б.

На фиг. 4 сечение В-В.

На фиг. 5 сечение Г-Г.

На фиг. 6 объем газа, перетекающий из области нагнетания в область всасывания в верхней части втулки рабочего колеса.

На фиг. 7 – турбулизация потока рабочей жидкости в режиме предельного вакуума.

На фигурах изображено: 1 – корпус первой ступени, 2 – корпус второй ступени, 3 – патрубок; 4 – рабочее колесо первой ступени, 5 – рабочее колесо второй ступени; 6 – лопатки корпуса, 7 – вал первой ступени, 8 – полый вал второй ступени, 9 – левый диск лобового вариатора, 10 – правый диск лобового вариатора, 11 – промежуточный ролик, 12 – цепная передача, 13 – тройник, 14 – электромагнитная заслонка, 15 – электромагнитная муфту, 16 - пневмоэлектрический датчик, 17 – корпус, 18 – вход газовой фазы, 19 - движение газовой фазы при работе на одной ступени, 20 - движение газовой фазы при работе на двух ступенях, 21 – штуцеры в области всасывания, 22 – штуцеры в промежуточной на торцах промежуточной камеры, 23 – механизм регулирования размера проходного сечения нагнетательного окна, 24 – привод механизма регулирования размера проходного сечения нагнетательного окна; 25 – управляющий блок, 26 – следящая система, 27 – объем газа, перетекающий из области нагнетания в область всасывания в верхней части втулки рабочего колеса; 28 – турбулизация потока жидкости в режиме предельного вакуума; 29 – промежуточная камера.

Двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина, изображенная на фиг. 1, содержит разделенные корпусы первой 1 и второй 2 ступеней, соединенные патрубком 3, в которых установлены с эксцентриситетом колеса 4 и 5, механизм регулирования размеров проходного сечения нагнетательного окна 23 (фиг. 5), корпус 1 установленный с возможностью вращения от рабочего колеса 4, на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 расположены жестко закрепленные лопатки 6, обеспечивающие передачу вращения корпусу 1 от рабочего колеса 4. Вал 7 первой ступени проходит через полый вал 8 второй ступени и связан с ним передачей в виде двухдискового лобового вариатора, состоящего из левого 9 и правого 10 дисков и промежуточного ролика 11. Для смены направления вращения полого вала предназначена цепная передача 12. Патрубок 3 снабжен тройником 13, в котором расположена электромагнитная заслонка 4. Передача дополнительно имеет электромагнитную муфту 15 и размещенный на входе в первую ступень пневмоэлектрический датчик 16. Лобовой вариатор, механизм регулирования лобового вариатора, цепная передача, электромагнитная муфта и механизм регулирования расположены в корпусе передачи 17. Всасывающая область и торцы промежуточной камеры 29 снабжены штуцерами 21 и 22 (см. фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5) для подачи дополнительно подаваемой рабочей жидкости.

Двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина работает следующим образом, что при работе на одной ступени в режиме воздуходувки 101 кПа, вращающееся рабочее колесо первой ступени 4 передает вращение лопаткам 6 корпуса 1 первой ступени, тем самым снижаются гидравлические потери в первой ступени на трение жидкости, а подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости (посредством штуцеров в области всасывания и штуцеров, расположенных на торцах промежуточной камеры 29) осуществляется в пропорции 1:0 от требуемого расхода дополнительно рабочей жидкости, соответственно, по ступеням. Тем самым дополнительно подаваемая рабочая жидкость, подаваемая в первую ступень, обеспечивает соблюдение теплового баланса, уплотнение торцевых зазоров и уплотнение объема газа перетекающего из области нагнетания в область всасывания в верхней части втулки рабочего колеса (см. фиг. 6).

При работе двухступенчатой жидкостно-кольцевой машина на одной ступени в режиме вакуумирования от 101 кПа до 31 кПа подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости осуществляется (посредством штуцеров в области всасывания и штуцеров, расположенных на торцах промежуточной камеры 29) в пропорции 0,75:0,00 от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням. В режиме вакуумирования отсутствует объем газа, перетекающий из области нагнетания в область всасывания в верхней части втулки рабочего колеса, поэтому часть общего расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости сокращается на 0,25 от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, при этом обеспечивается соблюдение теплового баланса и уплотнение торцевых зазоров, при сокращении общего расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости.

При работе двухступенчатой жидкостно-кольцевой машины на двух ступенях в режиме вакуумирования от 31кПа до 2 кПа по мере создания вакуума механизм регулирования 23 с помощью привода 24 под управлением блока 25, принимающего сигнал от системы слежения 26 (см. фиг. 5), изменяет размеры проходного сечения нагнетательного окна, тем самым снижая перерасход мощности сжатия газовой фазы, при этом уменьшается общая потребляемая мощность на процесс вакуумирования, а подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости между первой и второй ступенью осуществляется в пропорции 0,75:0,25 (посредством штуцеров в области всасывания и штуцеров, расположенных на торцах промежуточной камеры 29), от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням. Тем самым обеспечивается герметизация торцевых зазоров и обеспечивается тепловой баланс в первой и второй ступени, как следствие повышается быстрота действия и общий КПД насоса.

При работе двухступенчатой жидкостно-кольцевой машины на двух ступенях в режиме поддержки вакуума 2 кПа (предельного вакуума), подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости между первой и второй ступенью осуществляется в пропорции 0,5:0,5 (посредством штуцеров в области всасывания и штуцеров, расположенных на торцах промежуточной камеры 29), от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням. В режиме предельного вакуума 2 кПа во второй ступени происходит интенсивная турбулизация потока рабочей жидкости (см. фиг. 7), как следствие нагрев и интенсивное испарение жидкости в ячейках второй ступени, что может привести к падению глубины достигаемого вакуума. Для этого расход дополнительно подаваемой рабочей жидкости равный 0,25 от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, перераспределяется во вторую ступень для стабилизации теплового баланса, тем самым обеспечивается поддержания необходимой глубины вакуума.

Изобретение относится к двухступенчатой жидкостно-кольцевой машине. Машина содержит корпусы 1 и 2 первой и второй ступеней, соединенные патрубком 3, в которых установлены с эксцентриситетом колеса 4 и 5. Вал 7 первой ступени проходит через полый вал 8 второй ступени и связан с ним посредством двухдискового лобового вариатора с промежуточным роликом 11 и цепной передачей 12. Патрубок 3 снабжен тройником 13, в котором расположена электромагнитная заслонка 14. Передача 12 дополнительно имеет электромагнитную муфту 15. Муфта 15 и заслонка 14 управляются пневмоэлектрическим датчиком 16. Корпус 1 с лопатками 6 установлен с возможностью вращения от колеса 4. Нагнетательное окно второй ступени снабжено механизмом регулирования размера проходного сечения. В области всасывания обеих ступеней установлены штуцеры для дополнительно подаваемой рабочей жидкости. Подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости распределяется по ступеням пропорционально в зависимости от режима работы и посредством штуцеров, расположенных на торцах промежуточной камеры 29. Изобретение направлено на снижение энергозатрат и расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, повышение коэффициента полезного действия. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина, содержащая разделенные корпусы первой и второй ступеней, соединенные патрубком, в которых установлены с эксцентриситетом колеса, вал первой ступени проходит через полый вал второй ступени и связан с ним посредством двухдискового лобового вариатора с промежуточным роликом и цепной передачей, патрубок снабжен тройником, в котором расположена электромагнитная заслонка, задающая направление движения газовой фазы, а передача дополнительно имеет электромагнитную муфту, электромагнитные муфта и заслонка управляются пневмоэлектрическим датчиком, размещенным на входе в первую ступень, отличающаяся тем, что корпус первой ступени установлен с возможностью вращения от рабочего колеса, на внутренней цилиндрической поверхности корпуса расположены жестко закрепленные лопатки, обеспечивающие передачу вращения корпусу от рабочего колеса, нагнетательное окно второй ступени снабжено механизмом регулирования размера проходного сечения нагнетательного окна, в области всасывания обеих ступеней установлены штуцеры для дополнительно подаваемой рабочей жидкости, подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости распределяется по ступеням пропорционально в зависимости от режима работы и посредством штуцеров, расположенных на торцах промежуточной камеры.

2. Двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина по п. 1, отличающаяся тем, что при работе на одной ступени в режиме воздуходувка вакуум 101 кПа подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости равна 1:0 от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням.

3. Двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина по п. 1, отличающаяся тем, что при работе на одной ступени в режиме вакуумирования от 101 до 31 кПа подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости равна 0,75:0,00 от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням.

4. Двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина по п. 1, отличающаяся тем, что при работе на двух ступенях в режиме вакуумирования от 31 до 2 кПа подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости между первой и второй ступенью осуществляется в пропорции 0,75:0,25 от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням.

5. Двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина по п. 1, отличающаяся тем, что при работе на двух ступенях в режиме поддержки вакуума 2 кПа подача дополнительно подаваемой рабочей жидкости между первой и второй ступенью осуществляется в пропорции 0,5:0,5 от требуемого расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости, соответственно, по ступеням.