РОТАЦИОННЫЙ НАСОС

РОТАЦИОННЫЙ НАСОС


RU (11) 2081350 (13) C1

(51) 6 F04C2/344, F04C18/344 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5023102/29 
(22) Дата подачи заявки: 1991.11.28 
(45) Опубликовано: 1997.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент США N 4717321, кл. F 04 C 18/344, 1988. 
(71) Заявитель(и): Чамьян А.Э.; Миклашевский М.Г.; Макаров В.Б. 
(72) Автор(ы): Чамьян А.Э.; Миклашевский М.Г.; Макаров В.Б. 
(73) Патентообладатель(и): Чамьян Арамис Эдуардович 

(54) РОТАЦИОННЫЙ НАСОС 

Использование: в качестве вакуум-насосов и компрессоров. Сущность изобретения: в корпусе размещено статорное колесо с профилированной внутренней поверхностью и торцевыми крышками. В статорном колесе на валу концентрично установлен ротор с пазами. В пазах с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования в кольце рабочих камер размещены разделительные пластины. Профиль внутренней поверхности кольца образован двумя дугами радиусом, опирающимся на центральный угол с вершиной в центре ротора и расположенным в диапазоне, рассчитываемом в заданном соотношении, и двумя соединенными с ними профилированными дугами. Каждая из этих дуг в точках пересечения с первыми дугами имеет совпадающие нормали. В точке пересечения с большой осью симметрии кольца направление нормали к профилированной дуге совпадает с направлением большой оси симметрии внутренней поверхности кольца. На участках от точек пересечения с дугами до точки пересечения с большой осью симметрии радиус дуги монотонно возрастает на величину наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в качестве вакуум-насосов и компрессоров в медицинской и бытовой технике и для холодильных установок.

Известен ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус, статорное кольцо с профилированной внутренней поверхностью, ротор с пазами и размещенными на них разделительными пластинами (патент США N 4515514, кл. P 03 C 2/00, 1985).

Недостатком известного компрессора являются высокие потери на утечки рабочей среды из-за малой протяженности уплотняющего зазора между каналами отвода и подвода рабочей среды.

Известен ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус, установленные в нем статорное кольцо с профилированной эллиптической или овальной внутренней поверхностью и торцевыми крышками, установленный в статорном кольце концентрично на валу ротор с пазами и размещенные в них разделительные пластины, каналы подвода и отвода рабочей среды (прототип) [1]

Недостатком известного компрессора являются высокие потери на утечки рабочей среды из-за малой протяженности уплотняющего зазора между каналами отвода и подвода рабочей среды (малая протяженность уплотняющего зазора между наружной поверхностью ротора и внутренней профилированной поверхностью статорного кольца в зоне наименьшего размера эллипса).

В основу изобретения положена задача создания ротационного насоса, в котором за счет образования профиля внутренней поверхности статорного кольца двумя дугами радиусом R и двумя профилированными дугами обеспечивается возможность образования в течение длительного времени эксплуатации, протяженного зазора, постоянного по величине между статорным кольцом и ротором, снижающего утечки рабочей среды между каналами отвода и подвода рабочей среды.

Эта задача решается тем, что в ротационном насосе, содержащем корпус, размещенное в нем статорное кольцо с профилированной внутренней поверхностью и торцевыми крышками, концентрично установленный в статорном кольце на валу ротор с пазами, в которых с возможностью возвратно -поступательного перемещения и образования в кольце рабочих камер размещены разделительные пластины, и каналы подвода и отвода рабочей среды, согласно изобретению профиль внутренней поверхности кольца образован двумя дугами радиусом R, опирающимися на центральный угол 2o с вершиной в центре ротора и расположенный в диапазоне и двумя соединенными с ними профилированными дугами, каждая из которых в точках пересечения с дугами радиусом R имеет совпадающие нормали, в точке пересечения с большой осью симметрии кольца направление нормали к профилированной дуге совпадает с направлением большой оси симметрии внутренней поверхности кольца, а на участках от точек пересечения с дугами радиусом R до точки пересечения с большой осью симметрии радиус дуги монотонно возрастает от R до R+H, где H величина наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора.

Выполнение части профиля внутренней поверхности статорного кольца двумя дугами радиусом R, опирающимися на центральный угол 2o с вершиной в центре ротора, позволяет образовать зазор определенной длины между профилированной внутренней поверхностью статорного кольца и ротором, обеспечивающий малые утечки между каналами отвода и подвода рабочей среды при сохранении эффективности насоса на мировом уровне по коэффициенту удельной мощности, равному отношению потребной мощности к производительности.

Выбор величины центрального угла 2o, расположенной в диапазоне , обусловлен обеспечением коэффициента удельной мощности, равного отношению потребляемой мощности к производительности, на уровне, соответствующем прототипуа, и мировому уровню, в диапазоне средних производительностей насоса от 1,8310-4 м3/с (11 л/мин) до 4,6610-4 м3/с (28 л/мин) и для соответствующих значений коэффициента удельной мощности от 610 Втc/м3 до 850 Втc/м3, характерных для рассматриваемого класса ротационных насосов.

Выполнение каждой профилированной дуги в точках пересечения с дугой радиусом R с совпадающими нормалями обеспечивает плавный переход дуги радиусом R в профилированную дугу.

Выполнение каждой профилированной дуги таким образом, что в точке ее пересечения с большой осью симметрии профилированной внутренней поверхности статорного кольца нормаль к профилированной дуге совпадает с направлением большой оси симметрии, обеспечивает плавный переход профилированной дуги через большую ось симметрии.

Выполнение каждой профилированной дуги на участках от точек пересечения с дугой радиусом R до точки пересечения с большой осью симметрии с радиусом профилированной дуги, монотонно возрастающим от R до R+H, где H величина наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора, обеспечивает непрерывное плавное увеличение радиуса профилированной дуги.

Целесообразно каждую профилированную дугу выполнить удовлетворяющей следующему уравнению



где

() текущий радиус профилированной дуги, м;

угол наклона текущего радиуса r() профилированной дуги относительно малой оси симметрии внутренней поверхности статорного кольца, рад;

a0 величина, выбираемая из диапазона м;

минимальное значение величины a0, при котором с точностью, соответствующей точности изготовления профилированной дуги, описываемой указанным уравнением, выполнены условия монотонного возрастания текущего радиуса () профилированной дуги от R до R+H в диапазоне угла от ao до /2;

максимальное значение величины ao, при котором с точностью, соответствующей точности изготовления профилированной дуги, описываемой указанным уравнением, выполнены условия монотонного возрастания радиуса () профилированной дуги от R до R+H в диапазоне угла от ao до /2;

a2 постоянная величина, определяемая из выражения



a1 постоянная величина, определяемая из выражения



C0 постоянная величина, определяемая из выражения



C1 постоянная величина, определяемая из выражения

C1=a1+a2;

R радиус двух дуг, образующих часть профиля внутренней поверхности статорного кольца, м;

h0 расстояние от центра ротора до точки наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора, определяемое из выражения h0=R+H,m;

H величина наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора, м;

o центральный угол с вершиной в центре ротора, на который опирается половина каждой из дуг радиуса R, рад.

Это позволяет создать внутреннюю поверхность статорного кольца, которая может быть выполнена на станках с ЧПУ и обеспечивать плавный переход дуги радиусом R в профилированную дугу, непрерывное плавное увеличение радиуса профилированной дуги и плавный переход профилированной дуги в точках пересечения профилированной дуги с большой осью симметрии.

На фиг. 1 изображен продольный разрез компрессора; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема построения профилированной внутренней поверхности статорного кольца; на фиг. 4 график коэффициента удельной мощности.

Ротационный насос содержит корпус 1, размещенное в нем статорное кольцо 2, концентрично установленный в нем на валу 3 ротор 4 с пазами 5, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования в статорном кольце 2 рабочих камер 6 размещены разделительные пластины 7, торцевые крышки 8 и 9, каналы 10 и 11 подвода и отвода рабочей среды.

Профиль внутренней поверхности статорного кольца 2 образован двумя дугами 12 и 13 радиусом R, опирающимися на центральный угол 2o с вершиной в центре ротора 4 и расположенный в диапазоне , и двумя соединенными с ними профилированными дугами 14 и 15. Каждая из профилированных дуг 14 и 15 в точках пересечения с дугой 12 или 13 радиусом R имеет совпадение нормали 16. В точке пересечения каждой из профилированных дуг 14 и 15 с большой осью 17 симметрии статорного кольца 2 направление нормали к каждой профилированной дуге 14 и 15 совпадает с направлением большой оси 17 симметрии статорного кольца 2.

На участках от точек пересечения каждой из профилированных дуг 14 и 15 с дугой 12 или 13 радиусом R до точки пересечения с большой осью 17 симметрии статорного кольца 2 радиус каждой из профилированных дуг 14 и 15 монотонно возрастает от R до R+H, где H величина наибольшего вылета разделительной пластины 7 из паза 5 ротора 4.

Закон монотонного возрастания радиуса каждой из профилированных дуг 14 и 15 от R до R+H может быть любой.

Каждая профилированная дуга 14 или 15 может быть описана уравнением



где

() текущий радиус профилированной дуги, м;

угол наклона текущего радиуса r() профилированной дуги относительно малой оси симметрии внутренней поверхности статорного кольца 2, рад;

a0 величина, выбираемая из диапазона



минимальное значение величины a0, при котором с точностью, соответствующей точности изготовления профилированной дуги 14 или 15, описываемой указанным уравнением, выполнены условия монотонного возрастания текущего радиуса () профилированной дуги от R до R+H в диапазоне угла от ao до /2;

максимальное значение величины a0, при котором с точностью, соответствующей точности изготовления профилированной дуги 14 или 15, описываемой указанным уравнением, выполнены условия монотонного возрастания текущего радиуса () профилированной дуги от R до R+H в диапазоне угла от ao до /2;

a0 постоянная величина, определяемая из выражений



a1 постоянная величина, определяемая из выражения



Co постоянная величина, определяемая из выражения



C1 постоянная величина, определяемая из выражения

C1=a1+a2 (7);

R радиус двух дуг, образующих часть профиля внутренней поверхности статорного кольца 2, м;

h0 расстояние от центра ротора 4 до точки наибольшего вылета разделительной пластины 7 из паза 5 ротора 4, определяемой из выражения h0=R+H, м;

H величина наибольшего вылета разделительной пластины 7 из паза 5 ротора 4, м;

o центральный угол с вершиной в центре ротора 4, на которой опирается половина каждой из дуг 12 и 13 радиуса R, рад.

Величина a0 может быть выбрана из диапазона

-0.172<a<0,366. (8)

Этот диапазон определен для ряда массовых установок с радиусами роторов от 0,01 до 0,05 м и наибольшими вылетами разделительных пластин от 0,0012 до 0,01 м.

Диапазон возможных значений величины a0, т.е. максимальное и минимальное значения, могут быть определены различными методами, например методом последовательных приближений.

Ротационный насос в качестве компрессора работает следующим образом.

При вращении ротора 4 разделительные пластины 7, размещенные в пазах 5 ротора 4, под действием центробежных сил и сил давления в полостях под разделительными пластинами 7, выдвигаются из пазов 5, прижимаются к внутренней поверхности статорного кольца 2 и скользят по дугам 12 и 13 и профилированным дугам 14 и 15. При этом изменяются объемы рабочих камер 6 и происходит процесс сжатия и перемещения рабочей среды от каналов 10 подвода к каналам 11 отвода.

Выполнение вышеуказанного профиля внутренней поверхности статорного кольца 2 обеспечивает плавное движение разделительных пластин 7 по внутренней поверхности статорного кольца 2.

Радиус R дуг 12 и 13 окружности, описанных из центра ротора 4, выбирают исходя из радиуса ротора 4 и зазора между ротором и внутренней поверхностью статорного кольца 2, обеспечивающего изготовление статорного кольца по 6-7 квалитету точности.

Величину наибольшего вылета H разделительной пластины 7 из паза 5 ротора 4 выбирают исходя из потребной производительности ротационного насоса. Для средних производительностей рассматриваемого класса ротационных насосов от 1,8310-4 м3/c (11л/мин) до 4,6610-4 м3/с (28 л/мин), характерных для вакуум-насосов и компрессоров в медицинской, бытовой технике и для холодильных установок, величина наибольшего вылета H разделительных пластин составляет от 0,0012 до 0,01 м.

Обоснование и выбор значений величин центрального угла 2o определены по уравнению (1).

Для ротационного насоса со средней производительностью Qт=2,1710-4 м3/с (13 л/мин) радиус R дуг, образующих профилированную внутреннюю поверхность статорного кольца, составляет R=0,02 м.

Выбираем из соотношения (1) центральный угол, равный



Величина наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора H 0,003 м.

Величину a0 выбираем из заявленного диапазона по уравнению (8) a0 -0,012 м.

Расстояние от центра ротора до точки наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора

ho=R+H=0,02+0,003=0,023 м.

Значение величин a2, a1, Co и C1 определяем соответственно по уравнениям (4), (5), (6) и (7)

a2=0,0357; a1= -0,0779; C0 0,0703; C1 0,0239.

Значение текущего радиуса () профилированной дуги в зависимости от угла наклона текущего радиуса r() определяются по уравнению (1) и представлены в таблице.

Опытные образцы ротационного насоса прошли экспериментальную проверку.

КПД (объемный) для заявляемого ротационного насоса (компрессора) составляет 0,64-0,72 в течение длительного времени работы.

Для сравнения КПД (объемный) для лучших существующих компрессоров составляет 0,61. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Ротационный насос, содержащий корпус, размещенное в нем статорное кольцо с профилированной внутренней поверхностью и торцевыми крышками, концентрично установленный в статорном кольце на валу ротор с пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования в кольце рабочих камер размещены разделительные пластины, и каналы подвода и отвода рабочей среды, отличающийся тем, что профиль внутренней поверхности кольца образован двумя дугами радиусом R, опирающимися на центральный угол 2o с вершиной в центре ротора и расположенный в диапазоне и двумя соединенными с ними профилированными дугами, каждая из которых в точках пересечения с дугами радиусов R имеет совпадающие нормали, в точке пересечения с большой осью симметрии кольца направление нормали к профилированной дуге совпадает с направлением большой оси симметрии внутренней поверхности кольца, а на участках от точек пересечения с дугами радиусом R до точки пересечения с большой осью симметрии радиус дуги монотонно возрастает от R до R + H, где H - величина наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что каждая профилированная дуга описана следующим уравнением:



где () текущий радиус профилированной дуги, м;

- угол наклона текущего радиуса () профилированной дуги относительно малой оси симметрии внутренней поверхности кольца, рад;

аo величина, выбираемая из диапазона м;

минимальное значение величины аo, при котором с точностью, соответствующей точности изготовления профилированной дуги, описываемой указанным уравнением, выполнены условия монотонного возрастания текущего радиуса () профилированной дуги от R до R + H в диапазоне угла 

максимальное значение величины аo, при котором с точностью, соответствующей точности изготовления профилированной дуги, описываемой указанным уравнением, выполнены условия монотонного возрастания текущего радиуса () профилированной дуги от R до R + H в диапазоне угла от 

а2 постоянная величина, определяемая из выражения



а1 постоянная величина, определяемая из выражения



Co постоянная величина, определяемая из выражения 

C1 постоянная величина, определяемая из выражения C1=a1+a2;

R радиус двух дуг, образующих часть профиля внутренней поверхности статорного кольца, м;

ho расстояние от центра ротора до точки наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора, определяемое из выражения hо R + H, м;

H величина наибольшего вылета разделительной пластины из паза ротора, м;

o центральный угол с вершиной в центре ротора, на который опирается половина каждой из дуг радиуса R, рад;

3. Насос по пп.1 и 2, отличающийся тем, что величина аo находится в диапазоне -0,172 ao 0,366.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru