Однозаходный винт роторного насоса Советский патент 1992 года по МПК F04C2/16 

Изобретение относится к устройствам для перекачки жидкостей, а именно к винтовым насосам, содержащим двухзаходный статор, размещенный е нем однозаходный винт-ротор и может быть использовано для перекачивания разнообразных дисперсных систем в различных отраслях народного хозяйства; нефтехимическая промышленность, агропромышленный комплекс, коммунальное хозяйство и т.д., в частности может найти применение в резинотехнической промышленности при перекачкелатек- сов и их смесей на линиях производства изделий из латекса, на линиях подачи масел (диактилфталат) при производстве изделий медицинского назначения и товаров народного потребления из пластизолей ПВХ и т.д.

Известна конструкция винта насоса, в котором поверхность впадин винтовой нарезки и внутренняя поверхность статора выполнены коническими, причем с целью увеличения стабильности параметров при эксплуатации, диаметр впадин винтовой нарезки изменяется обратно пропорционально изменению диаметра наружной поверхности.

Недостатком данной конструкции ЯРЧЯ- ется то, что коническое сопряжение ви.та- ротора со статором не обеспечигает получения максимального удельного объема (а следовательно производительности) между впадинами винта ротора и выступами статора.

Известна конструкция насоса, у которого винт имеет профиль, образованный параболой. Однако недостатком конструкции является то, что параболическая кривая не охватывает в поперечном сечении максимальную для данной геометрии винта пли- щадь, а следовательно не обеспечивает для данной геометрии максимальную удельную производительность насоса.

Наиболее близка по технической сущности и числу общих признаков к предлагаемому изобретению конструкция винта одновинтового роторного насоса П8-ОНА, принятая за прототип, в которой вертикальный продольный профиль винта представ(Л

С

vj

00

Jk

ь о о

ляет повторяющиеся вогнутые и выпуклые цепные линии произвольной кривизны.

В этой конструкции при вращении винта дисперсная среда, находящаяся замкнутом объеме между наружной и внутренней поверхностями винта и статора, передавливается из одного замкнутого объема в другой, перемещаясь по длине насоса к выходному патрубку. Производительность винтового насоса цели ком определяется величиной замкнутого объема между поверхностями винта и статора, а максимальная величина замкнутого объема зависит от максимальной площади вертикального продольного профиля винта.

Недостатком данной конструкции является то, что для данной геометрии винта производительность не является максимальной, так как для данной геометрии винта вертикальный профиль его в продольном сечении образован цепной линией, то есть кривой, не охватывающей в поперечном сечении винта максимальную площадь.

Целью данного изобретения является достижение максимальной производительности при заданных диаметре сечения винта и эксцентриситете.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции винта при фиксированном диаметре сечения (d) и эксцентриситете (е) его шаг равен 4е, а радиус кривизны профиля винта равен удвоенному эксцентриситету.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции вертикальный продольный профиль его имеет форму ряда последовательно соприкасающихся дуг полуокружностей, описанных из центров, находящихся на касательной к наружной поверхности винта, радиусом, равным удвоенному эксцентриситету указанного винта, а шаг винта равен 4 е (е - эксцентриситет).

С целью упрощения технологии изготовления статоров и повышения их износостойкости радиус профиля винта принимают равным (1,,90)е.

Отличие предложенного технического решения от прототипа заключается в оптимальной геометрической форме винта, явля- ющегося основным рабочим органом насоса, что позволяет достичь максимальной производительности насоса при сохранении его основных геометрических параметров, что дает возможность считать предложенное решение соответствующим критерию изобретения - новизна.

Из технической и патентной литературы в заданной области техники не известны технические решения, позволяющие аналогичным образом достичь поставленной в изобретении цели, что позволяет считать предложенное техническое решение соответствующим критерию изобретения - су- щественные отличия.

Изобретение поясняется фиг.1,2.

Основными параметрами для изготовления винта являются: диаметр сечения (d), выбираемый из условия прочности матери- ал, и эксцентриситет (е), равный половине глубины канала.

Для того чтобы выбрать оптимальную форму профиля винта, рассмотрим сечение витка на длине одного шага. Обозначим че- рез D - произвольный наружный диаметр винта {D d + 2е) (1); h - глубина канала винта (h 2е, е - эксцентриситет).

При произвольно выбранных фиксиро- ванных значениях d и е, а следовательно глубины канала винта -Ни шаге S необходимо выбрать такой профиль поперечного сечения витка, чтобы он охватывал максимальную площадь в поперечном сечении, то есть необходимо найти такую линию у f(x) заданной длины I S + 2h, которая, проходя через точки А и В (фиг.1), охватывала бы максимальную площадь Fmax.

В этом случае объем дисперсной среды, выдавливаемый за один оборот винта, будет максимальным.

Q Fmax -L.(2)

где L-длина развертки винтовой линии при одном обороте винта.

(3)

(rD)2.

Площадь, ограниченную кривой у f(x), запишем в виде функционала:

P XiVdx W

Условия постоянства дпйньгкривой линии I S + 2h запишем в виде другого функционала

.

(5)

Применяя методы вариационного исчисления к решению функционалов (4) и (5), мы получим, что из множества семейства кривых у - f(x), проходящих через точки А и В, экстремум при фиксированном шаге S и

глубине h дает единственная кривая, являющаяся уравнением окружности:

(x-f)4(yJ(),

(6)

где Я - радиус окружности. Координаты центра окружности равны

W-

и т.

СО

,ф Уц5

Как видно из фиг. (1), координата окружности уц лежит на вертикали по оси yi (координата уц может находиться в точках N, К и т.д.).

Форма канала, выполненная в виде полуокружности (уравнение), дает в сечении максимальную площадь охвата.

На фиг.1 определим величину Fmax.

Fmax e Реек 2 Ftp ,(8)

где Реек - площадь сектора ANBM,

2Ftp - удвоенная площадь треугольника AON.

сек

где а- центральный угол ANB

о 2FTp -f Уц.(Ю)

Таким образом действительная производительность винтового насоса будет равна:

Q-lfi 7 fe|2 fJ „.(,,,

Как показывает анализ уравнения (11), максимальная произаодительность достигается при стремлении уц к нулю, то есть центр окружности (например точка должна лежать на середине касательной к наружной поверхности винта-ротора. Причем координата хц как раз и равна половине шага, т.е. S/2 (см. уравнение 7), а радиус полуокружности Я, как это видно из уравнения (7) при уц 0, будет равен также половине шага (S/2).

Причем оптимальное расположение центра О радиуса, описывающего профиль винта, должно находиться на середине касательной к наружной поверхности винта. Если центр кривизны будет находиться вы

ше точки О по вертикали, то глубина профиля винта уменьшится, а следовательно уменьшится производительность.

Если центр кривизны будет лежать ни5 же по вертикали точки О, то при сопряжении винта и статора будет образовываться пустотелый объем, и перекачиваемый материал будет вращаться, не перемещаясь вдоль продольной оси. Кроме того смеще10 ние центра О вниз приведетк уменьшению поперечного сечения винта, то есть снижению его прочности.

Учитывая, что глубина канала винта h равна удвоенному эксцентриситету е, то для

15 оптимальной конструкции винта должно выполняться условие - шаг равен:

S 4e,(12)

а радиус кривизны должен быть равен удвоенному эксцентриситету.

20 Оптимальный наружный диаметр винта должен быть равен:

D d + 2e,(13)

где d - диаметр сечения винта.

Оптимальная производительность на25 coca отделится следующей зависимостью:

Q 1207i e2nYl6e2 +rc2(d + 2ef 10 6, м3/ч

где размерность параметров е, d (см), п

(об/мин). .

Испытания показали, что по сравнению с винтом, имеющим равные шаг и наружный диаметр, производительность оптимального винта в 1,7 раз больше.

Формула изобретения

Однозаходный винт роторного насоса, выполненный в виде тела вращения с осью, смещенной относительно оси его поперечного сечения на величину эксцентриситета,

отличающийся тем, то, с целью повышения производительности при определенном диамзтре d сечения винта и эксцентриситете е, шаг винта равен 4е, радиус кривизны профиля винта равен удвоенному

эксцентриситету, а наружный диаметр винта

D d + 2е.

Сущность изобретения: винт выполнен в виде тела вращения с осью, смещение i относительно оси его поперечього се ния на величину эксцентриситета. Гфи диаметре (d) сечения винта и эксцентриситете (е) шаг винта равен 4е« радиус кривизны профиля винта равен удвоенному эксцентриситету, наружный диаметр винта равен D d + 2е. 2 ил.

$4&(W

Редактор М.Васильева Техред М.Моргентал

Заказ 4264ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

фиг f

Корректор П.Гереши