Нагнетатель Российский патент 2024 года по МПК F04C21/00 

Изобретение относится к нагнетательным установкам и может использоваться, в частности в вентиляторостроении, компрессоростроении и насосостроении.

Широко используемые для перемещения газов и капельных жидкостей лопастные нагнетатели центробежного и осевого типов имеют низкий создаваемый напор и невысокий КПД. Повышение создаваемого напора путем многоступенчатого исполнения нагнетателей значительно усложняет их конструкцию (см. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия,1977. с. 194-206, с. 233-240).

Высокий создаваемый напор обеспечивают нагнетатели объемного типа. В известных нагнетателях такого типа с возвратно-поступательным движением рабочего органа -поршня или диафрагмы - подача перемещаемой среды осуществляется прерывисто, а рабочий орган имеет холостой ход. В нагнетателях с вращательным движением рабочего органа - ротационных, винтовых, шестеренных - из-за малого объема рабочей камеры нагнетателей их подача обычно не велика. Недостатком является и значительный износ элементов рабочего органа и сопрягаемых с ним поверхностей трения в процессе работы нагнетателей.

Например, в известном нагнетателе (см. Абдурашитов С.А., Тупеченков А.А., Вершинин И.М., Тененгольц С.М. Насосы и компрессоры. М.: Недра, 1974. с. 168 (рис. 71.1)), содержащем корпус в виде цилиндрического статора с боковыми стенками, размещенный в корпусе вал привода с охватывающей его ступицей, в радиальном пазу которой расположена лопасть, в процессе работы происходит повышенный износ кромки лопасти, трущейся о поверхность статора, и возможно заклинивание лопасти при радиальных ее перемещениях в пазу ступицы во время вращательного движения рабочего органа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является нагнетатель, содержащий корпус, ограничивающий рабочий объем, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе вал привода, посаженный на подшипники, щелевые отверстия в корпусе, снабженные клапанами, две плоские лопасти, жестко соединенные одной своей кромкой с приводом (см. патент на изобретение RU №2442022 О, МПК F04C 18/077, от 05.07.2010,опубл. 10.02.2012, бюл. №4) - прототип.

Недостатком известного устройства является наличие в составе нагнетателя зубчатых зацеплений с шестернями, имеющими внутренние зубья с разрывами по окружности, что создает шум при работе и снижает надежность устройства из-за износа трущихся элементов зацеплений. Кроме того, необходимость тщательной центровки и балансировки вращающихся элементов нагнетателя усложняет технологию его изготовления.

Техническая проблема заключается в упрощении конструкции и улучшении рабочих характеристик нагнетателя.

Поставленная проблема решается тем, что нагнетатель, содержащий корпус, ограничивающий рабочий объем, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе вал привода, посаженный на подшипники, щелевые отверстия в корпусе, снабженные клапанами, две плоские лопасти, жестко соединенные одной своей кромкой с приводом, имеет корпус включающий в себя полуцилиндрическую обечайку и нижнюю плоскую стенку, плоские лопасти выполнены прямоугольными и жестко соединены с валом привода, рабочий объем имеет форму полуцилиндра и разделен на две равные части перегородкой, установленной по направлению оси вала привода, в каждой части рабочего объема располагается плоская прямоугольная лопасть, щелевые отверстия выполнены в полуцилиндрической обечайке и нижней стенке, снабжены обратными клапанами и закрыты клапанными коробками, которые закреплены на корпусе и имеют фланцевые крышки, клапанные коробки на одной стороне корпуса соединены между собой каналами и с впускным патрубком, а клапанные коробки на другой, противоположной, стороне корпуса соединены между собой каналами и с выпускным патрубком, вал привода соединен с кривошипом.

В отличие от известного устройства, совокупность отличительных признаков позволяет упростить конструкцию и улучшить рабочие характеристики нагнетателя.

В предлагаемом нагнетателе с корпусом включающим в себя полуцилиндрическую обечайку и нижнюю плоскую стенку, выполнение плоских лопастей прямоугольными и жестко соединенными с валом привода, разделение рабочего объема, имеющего форму полуцилиндра, на две равные части перегородкой, установленной по направлению оси вала привода, и размещение в каждой части рабочего объема плоской прямоугольной лопасти, выполнение щелевых отверстий в полуцилиндрической обечайке и нижней стенке, снабжение щелевых отверстий обратными клапанами и закрытие их клапанными коробками, которые закреплены на корпусе и имеют фланцевые крышки, соединение клапанных коробок на одной стороне корпуса между собой каналами и с впускным патрубком, а на другой, противоположной, стороне корпуса соединение клапанных коробок между собой каналами и с выпускным патрубком, соединение вала привода с кривошипом, упрощают конструкцию и обеспечивают технологичность устройства, его ремонтопригодность, малошумность при работе и повышают надежность функционирования из-за отсутствия трущихся друг о друга элементов. Последнее, а также малая величина мертвого пространства, занимающая объемы между обратными клапанами и плоскостями прямоугольных лопастей в их крайних положениях увеличивают КПД нагнетателя. Соединение вала привода с кривошипом дает возможность с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразовывать вращательное движение вала приводного двигателя в качательное движение вала привода нагнетателя и жестко соединенных с ним одной своей кромкой плоских прямоугольных лопастей.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого нагнетателя позволяют получить технический результат, способствующий решению названной выше технической проблемы.

На фиг. 1 показан вид сбоку заявляемого нагнетателя; на фиг. 2 - сечение А-А нагнетателя на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение В-В нагнетателя на фиг. 1.

Нагнетатель содержит корпус 1, включающий полуцилиндрическую обечайку 2, нижнюю плоскую стенку 3 и боковые плоские стенки 4 и 5. Ограниченный стенками корпуса 1 рабочий объем разделен перегородкой 6, установленной по направлению оси вала привода 7, на равные части 8 и 9, в которых расположены плоские прямоугольные лопасти, соответственно, 10 и 11. Плоские прямоугольные лопасти 10 к 11 одной своей кромкой жестко соединены с валом привода 7, посаженным на подшипники 12. В полуцилиндрической обечайке 2 и нижней стенке 3 выполнены щелевые отверстия 13, снабженные обратными клапанами 14 (по патенту РФ №2776985, МПК F16K 15/2, опубл. 29.07.2022, бюл. №22). Щелевые отверстия 13 закрыты закрепленными на корпусе 1 клапанными коробками 15 и 16, которые имеют фланцевые крышки 17. Клапанные коробки 15, расположенные на одной стороне корпуса 1, соединены между собой каналами 18 и с впускным патрубком 19. Клапанные коробки 16, расположенные на другой, противоположной, стороне корпуса 1,соединены между собой каналами 20 и с выпускным патрубком 21. На вал привода 7 установлен кривошип 22, который в составе кривошипно-шатунного механизма соединяет вал привода 7 с приводным двигателем (на приводимых фигурах не показаны).

Нагнетатель работает следующим образом.

При работающем приводном двигателе вращательное движение его вала с помощью кривошипно-шатунного механизма, в состав которого входит установленный на вале привода 7 кривошип 22, преобразуется в круговое возвратно-поступательное (качательное) движение плоских прямоугольных лопастей 10 и 11, жестко закрепленных одной своей кромкой на вале привода 7. Траектории движения плоских прямоугольных лопастей 10 и 11 ограничены расстоянием от перегородки 6 до нижней плоской стенки 3. При направлении движения плоских прямоугольных лопастей 10 и 11 по часовой стрелке (на фиг. 2 и 3 показано дуговыми стрелками) перемещаемая среда поступает в нагнетатель по входному патрубку 19, заполняет клапанные коробки 15 и соединяющие их каналы 18, проходит через щелевые отверстия 13 и открытые обратные клапаны 14 в пространство между нижней плоской стенкой 3 и плоской прямоугольной лопастью 10 части 8 рабочего объема и в пространство между перегородкой 6 и нижней плоской стенкой 3 части 9 рабочего объема. При этом из смежных пространств с противоположных сторон плоских прямоугольных лопастей 10 к 11 частей 8 и 9 рабочего объема через щелевые отверстия 13 и открытые обратные клапаны 14 перемещаемая среда выталкивается в клапанные коробки 16 и соединяющие их каналы 20, поступает в выпускной патрубок 21, откуда выводится из нагнетателя. Данному направлению движения лопастей 10 и 11 соответствуют положения «закрыто» - «открыто» обратных клапанов 14, показанные на фиг. 2 и 3.

Достигнув крайнего правого положения, плоские прямоугольные лопасти 10 к 11 изменяют направление движения на противоположное (против часовой стрелки) и положения обратных клапанов 14 в клапанных коробках 15 и 16 изменяются зеркально относительно центрального сечения перегородки 6. В этой рабочей стадии пространства в частях 8 и 9 рабочего объема за движущимися против часовой стрелки лопастями 10 и 11 заполняются перемещаемой средой, поступающей из входного патрубка 19 в клапанные коробки 15 и соединяющие их каналы 18 и проходящей через открытые обратные клапаны в клапанных коробках 15. Одновременно происходит выталкивание перемещаемой среды из пространств перед движущимися лопастями 10 и 11 через щелевые отверстия 13 и открытые обратные клапаны 14 в клапанные коробки 16 и соединяющие их каналы 20, далее в выпускной патрубок 21, через который перемещаемая среда выводится из нагнетателя.

При достижении крайнего левого положения плоскими прямоугольными лопастями 10 и 11, их направление движения вновь изменяется на противоположное и описанный выше рабочий цикл повторяется. Таким образом, при качательном движении рабочего органа - плоских прямоугольных лопастей 10 и 11 осуществляется непрерывная во времени подача нагнетателем перемещаемой среды. Вход и выход перемещаемой среды из нагнетателя показан на фиг.1 прямыми стрелками.

Открытие обратных клапанов 14 осуществляется автоматически за счет наличия разности давлений перемещаемой среды до и после клапанов. При отсутствии разности давлений или при отрицательных их значениях клапаны садятся на свои седла и принимают положение «закрыто». Клапаны расположенные ниже своих седел оснащены пружинами с регулируемым сжатием для посадки на седла.

Для уменьшения перетоков перемещаемой среды из пространств с высоким давлением в пространства с низким давлением зазоры между свободными кромками плоских прямоугольных лопастей 10 и 11 и ометаемых ими поверхностей корпуса 1 и зазоры между нижней кромкой перегородки 6, а также нижней стенкой 3 и валом привода 7, выполняются минимальной величины, допускаемой технологией изготовления нагнетателя.

Кроме того, с этой целью кромки лопастей 10 и 11 и кромка перегородки 6 могут быть снабжены скользящими уплотняющими накладками.

Уменьшение потерь на трение достигается за счет посадки вала привода 7 на подшипники 12, установленные в закрепленных на боковых плоских стенках 3 и 4 ступицах. Наличие легко снимаемых фланцевых крышек 17 на клапанных коробках 15 и 16 обеспечивает быстрый доступ к обратным клапанам 14 для их регулировки, ремонта и замены. При высоких давлениях сжатия перемещаемой газовой среды корпус 1 может быть оснащен рубашкой для водяного охлаждения сжимаемого газа.

Основные преимущества предлагаемого нагнетателя по сравнению с существующими аналогичными устройствами следующие:

- простота конструкции, технологичность изготовления, удобство обслуживания;

- высокая ремонтопригодность;

- практически отсутствуют потери на трение;

- повышенные надежность и срок службы из-за отсутствия трущихся рабочих органов;

- возможность создавать высокий напор;

- постоянство подачи при переменном давлении сжатия;

- малая шумность при работе;

- высокий КПД.

Изобретение относится к нагнетательным установкам и может использоваться в частности в вентиляторостроении, компрессоростроении и насосостроении. Нагнетатель содержит корпус 1, ограничивающий рабочий объем, впускной и выпускной патрубки 19 и 21, размещенный в корпусе 1 вал привода 7, посаженный на подшипники 12, щелевые отверстия 13 в корпусе 1, снабженные клапанами 14, две плоские лопасти, жестко соединенные одной своей кромкой с приводом 7. Корпус 1 включает в себя полуцилиндрическую обечайку и нижнюю плоскую стенку 3. Плоские лопасти выполнены прямоугольными и жестко соединены с валом привода 7. Рабочий объем имеет форму полуцилиндра и разделен на две равные части перегородкой, установленной по направлению оси вала привода 7. В каждой части рабочего объема располагается плоская прямоугольная лопасть. Отверстия 13 выполнены в полуцилиндрической обечайке и стенке 3, снабжены обратными клапанами 14 и закрыты клапанными коробками 16, которые закреплены на корпусе 1 и имеют фланцевые крышки 17. Коробки 16 на одной стороне корпуса 1 соединены между собой каналами 18 и с впускным патрубком 19. Коробки 16 на другой, противоположной, стороне корпуса 1 соединены между собой каналами 20 и с выпускным патрубком 21. Изобретение направлено на упрощение конструкции и улучшение рабочих характеристик нагнетателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Нагнетатель, содержащий корпус, ограничивающий рабочий объем, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе вал привода, посаженный на подшипники, щелевые отверстия в корпусе, снабженные клапанами, две плоские лопасти, жестко соединенные одной своей кромкой с приводом, отличающийся тем, что корпус включает в себя полуцилиндрическую обечайку и нижнюю плоскую стенку, плоские лопасти выполнены прямоугольными и жестко соединены с валом привода, рабочий объем имеет форму полуцилиндра и разделен на две равные части перегородкой, установленной по направлению оси вала привода, в каждой части рабочего объема располагается плоская прямоугольная лопасть, щелевые отверстия выполнены в полуцилиндрической обечайке и нижней стенке, снабжены обратными клапанами и закрыты клапанными коробками, которые закреплены на корпусе и имеют фланцевые крышки, клапанные коробки на одной стороне корпуса соединены между собой каналами и с впускным патрубком, а клапанные коробки на другой, противоположной, стороне корпуса соединены между собой каналами и с выпускным патрубком.

2. Нагнетатель по п. 1, отличающийся тем, что вал привода соединен с кривошипом.