РОТАЦИОННО-ЛОПАСТНОЙ НАСОС

РОТАЦИОННО-ЛОПАСТНОЙ НАСОС


RU (11) 2121607 (13) C1

(51) 6 F04C2/00, F04C2/356, F04C11/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - может прекратить свое действие 

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

(21) Заявка: 97113569/06 
(22) Дата подачи заявки: 1997.08.05 
(45) Опубликовано: 1998.11.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. - М.: Машиностроение, 1974, с.300, рис. 110а. RU 2000478 C, 07.09.93. SU 1038578 A, 30.08.93. GB 2133837 A, 01.08.84. FR 2653829 A1, 05.03.91. 
(71) Заявитель(и): Иванов Станислав Петрович 
(72) Автор(ы): Иванов С.П. 
(73) Патентообладатель(и): Иванов Станислав Петрович 

(54) РОТАЦИОННО-ЛОПАСТНОЙ НАСОС 

Ротационно-лопастной насос может быть использован в машиностроении и относится к гидравлическим машинам. Для создания гидравлического прижима лопаток к ротору предлагается новая конструкция самих лопаток, системы прижима их поршневыми толкателями с помощью давления жидкости, образованного за счет утечки из нагнетательной полости во всасывающую. Для осуществления гидроприжима лопатки, состоящие из трех пластин каждая, образуют между собой, роторами, пазами корпуса и камерами замкнутые гидравлические системы, позволяющие обеспечить постоянный гидравлический прижим пластин и управление ими. Это обеспечивает значительное повышение объемного КПД насоса, повышение его ресурса и надежности. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к гидравлическим машинам, а именно к насосам ротационно-лопастного типа.

Известен ротационно-лопатсной насос патент Японии N 54-39042, кл. F 04 C 1/16, 1980 г. снабженный двумя диаметральное расположенными лопатками, установленными в пазах неподвижного корпуса. Ротор имеет в сечении треугольную форму со скругленными вершинами и вращается в цилиндрическом отверстии корпуса. При вращении ротора, за счет непрерывно изменяющихся объемов камер, образованных лопатками и вершинами ротора, обеспечивается всасывание и нагнетание жидкости. К недостаткам необходимо отнести наличие ротора треугольной формы, что создает пульсацию подачи (шесть пиков подачи за один оборот треугольного ротора).

Наиболее серьезным недостатком является наличие между нагнетательной и всасывающей полостями насоса только одной пластины, выполняющей роль лопатки.

Погрешности сборки пластин и ротора обуславливают наличие некоторого зазора между ними по торцу, кроме того, пластина имеет возможность перемещаться вдоль паза, поэтому неизбежны и с боков пластины.

Это обстоятельство приводит к значительным утечкам через эти зазоры из нагнетательной во всасывающую полость насоса и отрицательно влияет на объемный КПД насоса. Недостатком данной конструкции является также пружинный прижим лопатки к поверхности ротора, обеспечивающий необходимое контактное давление прижима. При работе насоса пружины испытывает многие тысячи циклов при знакопеременных нагрузках, что приводит к снижению упругих свойств материала пружины, снижению усилий прижима лопатки к поверхности ротора, что в свою очередь вызовет дополнительные утечки через рабочую кромку лопатки и снижение объемного КПД насоса. По причине большой нагруженности пружин довольно часты их поломки.

Известна также конструкция ротационно-лопастного насоса Башта Т.М. "Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем", в котором ротор треугольной формы заменен на ротор, имеющий форму эллипса или близкую к ней. Это позволило улучшить условия работы пружин - вместо трех циклов за один оборот ротора пружины сжимаются - разжимаются только дважды. За счет того, что данная конструкция насоса состоит из двух секций, внутри которых вращаются два ротора, имеющих более плавную эллипсообразную форму и насаженных на один вал с разворотом друг относительно друга на 90o, снижены пики пульсации подачи. Однако и в этом случае, разъединяющим полости элементом остается единичная пластинка, поджимая пружиной. Как и в первом случае, недостатком является недостаточно высокая стойкость пружин и значительная утечка через зазоры вокруг пластины.

Рядом задач, на решение которых направлено настоящее изобретение: разработка новой конструкции лопатки насоса, разработка способа прижима лопатки к поверхности ротора насоса, а также гидросхемы, обеспечивающей функционирование лопаток в насосе.

Решение указанных задач с помощью предлагаемого изобретения позволит повысить КПД насоса, увеличить его ресурс и надежность, обеспечить работу насоса в режиме холостого хода (т.е. отсутствие подачи при вращающемся вале насоса), получить управляемую лопатку, что в свою очередь создаст возможность управления подачей насоса в соответствии с циклограммой работы гидросистемы.

Лопатка состоит из нескольких отдельных пластин различной длины, прижатых друг к другу по боковым поверхностям. Поверхность пластин со стороны ротора должна быть скошенной для создания пространства - камеры между пластиной и ротором. Поверхность пластин с противоположной стороны может иметь любую форму, например плоскую.

Оптимальное количество пластин - три, хотя их может быть две или более трех.

Все пластины располагаются в ступенчатом пазу корпуса, стенки которого параллельны плоскости, проходящей через ось ротора или могут составлять с ней некоторый угол. На пазу корпуса над торцами пластин предусмотрены две камеры. Эти камеры соединены каналами с пространством - камерами между пластинами и ротором.

Со стороны торцов пластин, противоположных ротору, предусмотрены поршневые толкатели для прижима пластин к ротору. Над поршневыми толкателями расположена крышка, образующая полость, связанную каналом с первой камерой над пластинами. Во второй камере (со стороны всасывающей камеры насоса) над торцем пластины размещен прижимной упругий элемент.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого роторно-лопастного насоса, состоящего из двух секций 1 и 2, в цилиндрических отверстиях корпусов которых вращаются два эллипсообразных ротора 3 и 4, насаженных с разворотом друг относительно друга на 90o на вал. 5.

В корпусах секций 6 и 7 расположена система поршневых толкателей 8, 9, 10 и 11 обеспечивающих прижим пластин, контактирующих с роторами 3 и 4. Секции 1 и 2 образованы фланцами 12, 13 и 14.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез секции 1 ротационно-лопастного насоса. На валу 5 насажен эллипсообразный ротор 3. Поршневые толкатели 9, 11 и 15, 16, расположенные в отверстиях корпуса 6 под крышками 17 и 18, обеспечивают прижим пластин 19, 20, 21, 22, 23, 24. Нагнетательные полости секций насоса обозначены буквой "H", а всасывающие буквой "B". Корпус 6 имеет два диаметрально расположенных паза 25 и 26 (в 2-х корпусах насоса - четыре паза), в которых установлены лопатки. Каждая из двух лопаток (в двух корпусах - четыре лопатки) состоит их трех пластин 19, 20, 21 и с противоположной стороны 22, 23, 24. Пластины 19, 20 (23, 24 соответственно) расположены со стороны нагнетательной полости "H" вплотную друг к другу, а третья пластина 21 (и соответственно 22) расположена со стороны всасывающей полости "B" вплотную к соседней пластине 20 (и 24 соответственно. Со стороны верхних торцов пластин 21 и 22 в корпусе расположены камеры 27 и 28, со стороны верхних торцов пластин 19, 20 и 23, 24 расположены камеры 29 и 30 соответственно. Над поршневыми толкателями 9, 16 и 11, 11, 15 расположены крышки 17 и 18 с полостями 31 и 32, в которые выходят отверстия этих толкателей.

Полости 31 и 32 соединены каналами 33 и 34 с камерами 29 и 30. Для отвода утечек служат дренажные камеры 35 и 36, которые соединены каналами 37 и 38 со всасывающими полостями насоса.

На фиг. 3 показан узел лопатки в увеличенном масштабе. Торец ротора 3 контактирует с нижними торцами пластин 19, 20, 21. Со стороны верхних торцов этих пластин, в корпусе расположены соответственно камеры 29 и 28. Камера 29 соединена каналом 33 с полостью 31 в крышке 17. Поршневые толкатели 9 и 16, имеющие со стороны полости 31 большую площадь, чем у торцов пластин 19 и 20, контактирование с которыми обеспечивают их прижим к поверхности ротора 3. В камере 28 находится упругий элемент 39 (например, пружина, эластичный вкладыш и др.), который контактирует торцом пластины 21, обеспечивает предварительный прижим этой пластины к поверхности ротора 3, необходимый для перевода (запуска) насоса с режима холостого хода в рабочий режим. Торцы пластин 19 и 20 выполнены со скосом и образуют вместе с поверхностью ротора камеру 40. Торец пластины 21 также выполнен со скосом с набегающей стороны вращения ротора 3 (направление вращения ротора обозначено стрелкой). Указанный скос с частью задней поверхности пластины 20 и поверхностью ротора 3 образуют камеру 41. На пластине 21 со стороны всасывающей полости и противоположной скосу выполнена ступенька 42, создающая разность площадей между верхним торцом, имеющим большую площадь, и нижним - меньшую, что обеспечивает полный прижим пластины 21 к поверхности ротора 3. На внутренних поверхностях пластины 21 и 20 выполнены пазы 43 и 44, имеющие гидравлическое сопротивление и соединяющие камеры 41 и 40 с камерами 28 и 29 соответственно. Дренажная камера 35 соединена каналом 37 со всасывающей полостью насоса (на фиг. не показана).

На фиг. 4 показана гидросхема, обеспечивающая функционирование лопаток и поршневых толкателей при работе насоса. В секциях 1 и 2 расположены лопатки 45, 46 и 47, 48 соответственно

Камеры 29 и 30 соединены с полостями 31 и 32 каналами 33 и 34, а камеры 50 и 51 - каналами 55 и 56. Камеры 27 и 49 соединены между собой каналом 60, а камеры 28 и 52 - каналом 59. Кроме того, все четыре камеры 27, 28 и 49, 52 также соединены между собой каналом 62, который каналом 64 через обратный клапан 66 и гидрораспределитель 68 соединяется со всасывающей полостью "B" насоса". Таким же образом полости 31, 32 и 53, 54 соответствующими каналами 57, 58 и 61, 63 соединяются между собой и через обратный клапан 67 посредством гидрораспределителя 68 с полостью "B" насоса.

Обратные клапаны 66 и 67, а также каналы, соединяющие соответствующие полости и камеры в каждой секции насоса и между ними образуют два разделительных замкнутых контура, обеспечивающие постоянный прижим к поверхностям роторов пластин, из которых состоят лопатки при работе насоса. Буквами "в" и "б" обозначены позиции переключения гидрораспределителей 68.

Каналы 61 и 62 соединены с гидроаккумуляторами 69 и 70 соответственно.

Перед пуском насоса все его полости и камеры должны быть заполнены жидкостью.

Всасывающая полость "B" соединена трубопроводом с гидробаком. Нагнетательная полость "H" через обратный клапан соединена трубопроводом с гидросистемой. Обратный клапан служит для предотвращения обратного тока жидкости. При вращении вала 5 (по стрелке) ротор 3 отталкивает от своей поверхности пластины 19, 20 и 23, 24, которые в свою очередь отодвигают поршневые толкатели 9, 16 и 11, 15. Вытесненный пластинами и поршневыми толкателями объем жидкости из камер 29, 30 и полостей 31, 32 по каналам 33, 34 и 57, 58 поступает в каналы 61 и 63, которые через гидрораспределитель 68 соединены с полостью "B".

Пластины 21 и 22 прижаты к поверхности ротора 3 упругим элементом 39. Объем жидкости, заключенный между поверхностью ротора 3 и пластинами 21 и 22, со стороны полости "H" уменьшается, а со стороны полости "B" увеличивается. За счет обратного клапана на выходе насоса и упругого элемента 39, прижимающего пластины 21 и 22, в нагнетательной полости создается некоторое давление жидкости. Давление отжимает пластины 21 и 22 от поверхности ротора 3 и часть жидкости поступит непосредственно в полость насоса "B". Другая часть жидкости по пазам 43 и 44 поступит в камеры 38, 30 и 27, 28 и далее по соответствующим каналам и гидрораспределитель 68, также поступит в полость "B". Секция 2 насоса работает аналогично.

Данный режим работы, когда жидкость из нагнетательной полости непосредственно поступает во всасывающую, является режимом холостого хода. Давление жидкости в нагнетательной полости при этом режиме имеет минимальную величину (меньше давления открытия обратного клапана на выходе насоса (на схеме не показан). При переключении гидрораспределителя 68 из позиции "а" в позицию "б" каналы 63 и 64 отсекаются от всасывающей полости - начало рабочего режима. Таким образом поступление жидкости в эту полость из камер 27, 28, 29, 30 и полостей 31, 32 секции 1 насоса и камер 49, 50, 51, 52, а также полостей 53, 54 секции 2 прекращается и соответствующие камеры и полости будут соединены только между собой (система замкнута). Имеющееся перед пластинами 21 и 22 давление жидкости по пазу 43 пройдет в камеры 27 и 28. В результате появившегося со стороны камер дополнительного усилия, обеспеченного разностью площадей, образуемой ступенькой 42, пластины 21 и 22 прижмутся к поверхности ротора 3. Таким образом произойдет разъединение полостей "H" и "B" насоса. Основной поток жидкости из нагнетательной полости перестанет поступать во всасывающую. В результате давление жидкости перед пластинами 21 и 22 начнет возрастать и, пройдя по пазу 44, появится в камерах 29 и 30. Так как площади торцов пластин 19, 20 и 23, 34 равны, пластины будут иметь одинаковые усилия как со стороны ротора, так и со стороны камеры, т.е. уравновешены. Из камер 29 и 30 по каналам 33 и 34 давление, пройдя в полости 31 и 32, воздействует на поршневые толкатели 16, 9 и 15, 11, которые помещаясь за счет разницы площадей прижмут к ротору 3 пластины 19, 20 и 23, 24. Таким образом, все пластины в секции 1 и соответственно секции 2 насоса будут прижаты к роторам 3 и 4.

Этим обеспечивается начало подачи жидкости через обратный клапан и нагнетательный трубопровод в гидросистему.

При этом давление перед пластинами 19 и 23 (со стороны полости "H") достигает своего номинального значения. Это вызовет соответствующую утечку жидкости через пластины 19, 20, 21 и 22, 23, 24 (по боковым поверхностям пластин, имеющих зазоры с поверхностями паза, а также по их рабочим кромкам, скользящим по поверхности ротора) во всасывающую полость насоса. Утечка жидкости через пластины будет способствовать росту давления в камерах 40 и 29 и в полости 31, а также в камерах 41 и 28 (фиг. 3). В свою очередь повышение давления в этих камерах снизит начальную величину утечки прямо пропорционально давлению в камерах. Кроме того, возросшее и установившееся давление в камерах 31 и 28 обеспечивает дополнительно усилие прижима к поверхности ротора. Таким образом, для прижима пластин 19, 20 и 21 к поверхности ротора 3 используется давление жидкости в камерах 40 и 41, созданное в них утечкой жидкости через эти пластины из нагнетательной во всасывающую полость насоса, вызванную разность (перепадом) давлений в этих полостях. Аналогично прижимаются пластины и в остальных лопатках. При работе насоса пластины и поршневые толкатели совершают возвратно-поступательные движения относительно оси ротора. В результате этого объема камер 28, 29, 31 (фиг. 3) будут изменяться, уменьшаясь при движении пластин и поршневых толкателей в направлении от поверхности ротора в сторону камер и наоборот. Так как роторы 3 и 4 (фиг. 1) развернуты на 90o, то пластины и поршневые толкатели в секциях 1 и 2 находятся в крайних положениях относительно оси роторов. Если в секции 1 при повороте ротора 3 (фиг. 2) пластины 19, 20, 21, и 22, 23, 24, а также поршневые толкатели 9, 16, и 11, 15 двигаются по направлению от центра ротора в сторону камер 28, 29, 31 и 27, 30, 32, вытесняя из них объем жидкости, то в секции 2 пластины и поршневые толкатели будут двигаться из камер к центру ротора, увеличивая объем в камерах 50, 52, 53 и 49, 51, 54 (фиг.4). При этом жидкость из камер 29 и 30 поступит по каналам 33 и 34 в камеры 31 и 32, а из этих камер секции 1 насоса по каналам 57 и 58 в камере 53 и 54 секции 2 и далее по каналам 55 и 56 в камере 50 и 51. Одновременно жидкость из камер 27 и 28 секции 1 по каналам 60 и 59 поступит в камере 49 и 52 секции 2 насоса. При движении пластин в секциях 1 и 2 в противоположном направлении жидкости из камер секции 2 по соответствующим каналам будет перетекать в камеры секции 1 и т.д. Несмотря на то, что перекачиваемые соответствующими пластинами объемы жидкости равны, что обеспечивается геометрией ротора в целях компенсации погрешностей изготовления предусмотрены гидроаккумуляторы 69 и 79, также обеспечивающие более плавное движение пластин и поршневых толкателей при вращении роторов 3 и 4 насоса.

Предлагаемая конструкция насоса по сравнению с аналогами обеспечивает следующие преимущества:

1. Значительное повышение объемного КПД.

2. Значительное увеличение ресурса и надежности.

3. Возможность управления подачей жидкости, т.е. без остановки вала насоса осуществлять его перевод из рабочего режима на холостой ход и обратно в соответствии с циклограммой работы гидросистемы, на которую работает насос. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Ротационно-лопастной насос, состоящий из двух секций, образованных фланцами и двумя корпусами с диаметрально расположенными четырьмя пазами, по два паза в каждом корпусе, установленными в них лопатками с пружинным прижимом, цилиндрическими отверстиями, внутри которых расположены два эллипсообразных ротора, насаженных на один вал и развернутых относительно друг друга на 90o, отличающийся тем, что каждая из четырех лопаток выполнена гидравлически управляемой из трех пластин, две из которых расположены со стороны нагнетательной полости вплотную друг к другу с образованием своими скошенными торцами с поверхностью ротора камеры, соединенной с камерой над пазом, в которой расположены противоположные торцы этих пластин, взаимодействующие с торцами поршневых толкателей, торцы которых с противоположной стороны выполнены большей площади, сами толкатели расположены в отверстиях корпуса, выходящих в полость над ними, соединенную также с камерой над пазом и с аналогичными полостями остальных трех лопаток, образуя замкнутый контур и обеспечивая постоянный прижим к поверхностям роторов всех четырех пар пластин давлением жидкости в четырех камерах, образованных на поверхностях роторов, созданным за счет утечки жидкости из нагнетательных во всасывающие полости насоса, третья пластина расположена вплотную к одной их соседних пластин со стороны

всасывающей полости насоса с образованием следующей камеры своим скошенным торцом, поверхностями соседней платины и ротором, соединенной с камерой, образованной поверхностью соседней пластины и пазом в корпусе, в этой камере расположен имеющий большую площадь другой торец этой пластины, над которым установлена поджимная пружина, обеспечивающая начальный прижим при запуске насоса, все эти четыре камеры соединены между собой с образованием своего замкнутого контура, обеспечивающего постоянный прижим к роторам этих четырех пластин давлением жидкости в камерах, образованных поверхностями пластин и роторов, созданных также за счет утечки жидкости.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что оба замкнутых контура снабжены обратными клапанами, разделяющими эти контуры, гидравлическим распределителем, причем в каждом контуре перед обратным клапаном имеется гидроаккумулятор.




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