Одновинтовой насос и вал ротора одновинтового насоса

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к одновинтовым насосам, и может быть использовано в конструкциях одновинтовых насосов, предназначенных для перекачивания различных составов в строительной, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности. Одновинтовой насос, содержащий ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и вал, соединяющий ротор с приводным валом. На концах вала выполнены по меньшей мере две упругие перемычки, образованные парами встречных прорезей. Перемычки развернуты одна относительно другой. Данный вал позволяет передавать как сжимающее, так и растягивающее усилие при смене направления вращения ротора насоса. Таким образом, расширяются возможности насоса. 2 с.п.ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений, связанных единым изобретательским замыслом и решающих одну техническую задачу, относится к машиностроению, в частности к одновинтовым насосам, и может быть использована в конструкциях одновинтовых насосов, предназначенных для перекачивания различных составов в строительной, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известны одновинтовые насосы, содержащие ротор в виде однозаходного винта, статор из эластичного материала, имеющий двухзаходную винтовую поверхность (патент ФРГ N 2017620, F 04 C 2/107, 1981 г.).

Известен одновинтовой насос, в котором для соединения ротора с ведущим валом использован гибкий вал, имеющий эластичный шланг, прикрепленный одним концом к ротору, а другим к приводному валу. В шланге предусмотрена конструктивная деталь, передающая осевое усилие (патент ФРГ N 2139013, F 04 C 2/107, от 04.08.71 г.).

Известен одновинтовой насос, в котором для соединения ротора с ведущим валом использован гибкий упругий вал или скрученная пластина (патент Великобритании N 1379907, F 04 C 1/06, от 05.05.71 г), данное техническое решение выбрано за прототип.

Недостатком вышеуказанного насоса является то, что вал, соединяющий ротор с ведущим валом, не передает осевое сжимающее усилие из-за потери устойчивости. В результате насос может работать на нагнетание только в одном направлении.

Известен вал в виде отрезка гибкого вала, устанавливаемого между приводным валом и ротором насоса (Крылов А.В., Одновинтовые насосы, М, Гостоптехиздат, 1962, с. 56, абзац третья строка сверху), имеющий те же недостатки.

Задачей предлагаемых изобретений является устранение указанного недостатка, а именно расширение возможностей насоса за счет обеспечения работы его в реверсивном режиме.

Технический результат достигается тем, что в одновинтовом насосе ведущий вал соединяется с ротором валом, на концах которого выполнены по меньшей мере две упругие перемычки, расположенные одна относительно другой под углом, равным 360^o/n, где n - количество упругих перемычек на одном конце вала. Вал может быть выполнен с удвоенным количеством перемычек на каждом конце. По одну сторону каждой перемычки помещен упор.

На фиг. 1 представлен одновинтовой насос, статор которого выполнен из эластичного материала; на фиг. 2 -разрез А-А активной части одновинтового насоса (вал условно не показан); на фиг. 3 - вал с двумя перемычками на каждом конце; на фиг. 4 - вал с четырьмя перемычками на каждом конце и упорами; на фиг. 5 - один из концов вала с четырьмя перемычками на каждом конце и упорами, закрепленными, например, винтами.

Одновинтовой насос включает ротор 1 в виде однозаходного винта, статор 2 из эластичного материала, статор облицован гильзой 3. Винтовые поверхности ротора 1 и статора 2 имеют одинаковое направление. Ротор 1 имеет однозаходную винтовую рабочую поверхность, каждое сечение которой, нормальное оси ротора, является кругом диаметра D_р, центр которого смещен относительно оси O₁ на величину эксцентриситета L_р. Центры поперечных сечений ротора 1 образуют винтовую линию с шагом t. Статор 2 имеет двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными прямыми линиями. Повороту контура статора 2 на угол 2π соответствует осевое перемещение на величину хода его винтовой поверхности T = 2t. Эластичный материал статора 2 имеет твердость 50 - 75 ед. по Шору.

Ротор 1 посредством вала 4 соединен с ведущим валом 5. Вал 4 в любой момент вращения ведущего вала 5 наклонен к его оси под определенным углом. Сохранение постоянным этого угла компенсируется по меньшей мере двумя упругими перемычками 6 на каждом из концов вала 4. Участок вала 4, заключенный между упругими перемычками 6, расположенными на противоположных концах вала 4, остается прямолинейным, что позволяет понизить вероятность потери устойчивости от осевой нагрузки.

Перемычки расположены одна относительно другой под углом 360^o/n, где n - количество упругих перемычек на одном конце вала. Перемычки могут быть образованы парами встречных прорезей 7. Размер между упругими перемычками 6, лежащими в одной плоскости и расположенными на разных концах вала, должен быть одинаковым - M. Это позволит всем перемычкам изгибаться под одинаковым углом. Количество упругих перемычек 6 может быть выполнено и большим, что позволит валу 4 быть более податливым на изгиб, при этом каждая из упругих перемычек 6 будет деформироваться на меньшую величину, но увеличится вероятность потери устойчивости вала 4. Для снижения этой вероятности можно располагать эти перемычки относительно друг друга под углом 360^o/n, где n - количество упругих перемычек 6 на одном конце вала 4.

Вал 4, имеющий на концах по меньшей мере по четыре упругих перемычки 6, каждая из которых расположена в одной плоскости не менее, чем с одной из находящихся на этом же конце вала перемычек 6, может включать по одному упору 8 на каждую упругую перемычку 6, при этом упор 8 закрепляется на валу 4 по одну сторону от прорези 7, например, винтом 9. Каждому упору 8, расположенному по одну сторону перемычки 6, соответствует диаметрально противоположно расположенный упор 8 у другой перемычки 6. При этом упоры 8 не позволяют смыкаться прорезям 7, в которых они расположены, и не позволяют работать упругим перемычкам 6 со знакопеременным изгибающим усилием, что значительно повышает ресурс работы упругих перемычек 6.

Одновинтовой насос работает следующим образом. При вращении ротор осуществляет планетарное движение, складывающееся из вращения поперечных сечений ротора вокруг оси ротора O₁ и вращения оси ротора O₁ вокруг оси насоса O. При этом ось ротора O₁ описывает окружность радиусом, равным L_р, а круглые поперечные сечения ротора осуществляют возвратно-поступательные перемещения вдоль оси 00₁, перемещаясь из верхнего крайнего положения в нижнее и обратно. Величина этого перемещения в одну сторону равна 4 · L_р. В каждом положении сечение ротора контактирует с сечением статора, причем в двух крайних положениях контакт осуществляется по дугам, а в промежуточных - в точках. Совокупность этих точек и линий образует линии замыкания, разделяющие образованные между ротором и статором замкнутые полости. При вращении ротора полости перемещаются по винтовой линии от камеры всасывания, где они заполняются перекачиваемой средой, транспортируя ее до камеры нагнетания. Насос при этом может создавать давление в зависимости от количества витков ротора. Осевая нагрузка, передаваемая на вал, пропорциональна давлению и площади овального отверстия поперечного сечения статора.

За один оборот ротора винтовой насос вытесняет жидкость с расчетным объемом 4 · L_р · D_р · T.

В зависимости от направления вращения ротора меняется направление перемещения перекачиваемой среды. От направления перемещения среды зависит картина нагружения вала - сжимающее или растягивающее усилия. При этом вал не теряет устойчивости. Упоры исключают знакопеременные нагрузки перемычек, повышая долговечность вала. Таким образом расширяются возможности насоса.

Формула изобретения

1. Одновинтовой насос, включающий ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и вал, соединяющий ротор с ведущим валом, отличающийся тем, что вал имеет на концах по меньшей мере две упругие перемычки, расположенные одна относительно другой под углом, равным 360^o/n, где n - количество упругих перемычек на одном конце вала.

2. Вал одновинтового насоса, соединенный с ротором и ведущим валом, отличающийся тем, что соединение с ротором и ведущим валом выполнено жестким, каждый конец вала снабжен по меньшей мере четырьмя упругими перемычками, развернутыми одна относительно другой, при этом углы разворота каждой последующей упругой перемычки относительно предыдущей равны, кроме того, каждая из них расположена в одной плоскости не менее чем с одной из находящихся на этом же конце вала упругой перемычкой, и по одну сторону перемычки установлен упор, которому соответствует диаметрально противоположно расположенный упор у другой перемычки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5