Гидравлическая и газовая машина гаскарова н.х.

 

Изобретение относится к устройствам для перекачки жидкостей и газов и может быть использовано как пневмо- и гидродвигатель. Машина содержит корпус с рабочей полостью, впускное и выпускное окна, приводной вал и две рабочие лопатки. Каждая из лопаток выполнена в виде Архимедовой спирали длиной не менее 1,4 витка и установлена в рабочей полости в общем пространстве с угловым смещением одна относительно другой на 180^o. Лопатки установлены эксцентрично на расстоянии е ≤ 0,5t - В, где t - шаг витка Архимедовой спирали, В - толщина рабочей лопатки. Лопатки выполнены с кинематической взаимосвязью, обеспечивающей их синхронное угловое движение, например, с помощью общего приводного вала. Одна из рабочих лопаток установлена неподвижно, например заодно с корпусом машины, а вторая - на эксцентричной цапфе приводного вала и связана с корпусом машины с помощью механизма параллелограмма, например с помощью элементов с эксцентриситетом, равным эксцентриситету приводного вала. Изобретение направлено на упрощение конструкции машин и обеспечение высокой надежности и расширение функциональных возможностей их применения. 4 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к устройствам для перекачки жидкостей и газов и может быть использовано как пневмо- и гидродвигатель.

Наиболее близкая по конструкции к заявленной является гидравлическая и газовая машина, содержащая корпус с рабочей полостью, впускное и выпускное окна, приводной вал, две рабочие лопатки, каждая из которых выполнена в виде Архимедовой спирали длиной не менее 1,4 витка, установленные в рабочей полости в общем пространстве с угловым смещением одна относительно другой на 180^o и эксцентрично [3].

Недостатки: сложность конструкции деталей и узлов машины, относительно большие динамические нагрузки (наличие в конструкции машины узла с противовесом для уменьшения динамических нагрузок), ограничивающие ее функциональные возможности.

Задачей изобретения является упрощение конструкции машин и обеспечение высокой надежности и расширение функциональных возможностей их применения.

Поставленная задача достигается тем, что у гидравлической и газовой машины, содержащей корпус с рабочей полостью, впускное и выпускное окна, приводной вал, две рабочие лопатки, каждая из которых выполнена в виде Архимедовой спирали длиной не менее 1,4 витка, установленные в рабочей полости в общем пространстве с угловым смещением одна относительно другой на 180^o и эксцентрично, рабочие лопатки установлены эксцентрично на расстоянии е ≤ 0,5t - B, где t - шаг витка Архимедовой спирали, В - толщина рабочей лопатки; рабочие лопатки выполнены с кинематической взаимосвязью, обеспечивающей их синхронное угловое движение, например, с помощью общего приводного вала; одна из рабочих лопаток установлена неподвижно, например заодно с корпусом машины, а вторая - на эксцентричной цапфе приводного вала; вторая рабочая лопатка связана с корпусом машины с помощью механизма параллеллограмма, например с помощью элементов с эксцентриситетом, равным эксцентриситету приводного вала; рабочие лопатки установлены на приводном валу с двойным эксцентриситетом, разнесенным между рабочими лопатками на 180^o, и связаны с корпусом машины с помощью шарнирных тяг.

Суть изобретения заключается в том, что установка рабочих лопаток эксцентрично на расстоянии е ≤ 0,5t - B упрощает конструкцию машины и технологию ее изготовления, обеспечивает взаимное движение рабочих лопаток между собой без трения и скольжения, снижает износ рабочих поверхностей лопаток, создает возможность применять эти машины для перекачки загрязненных жидкостей, в частности, таких как нефти, в которых содержатся механические примеси.

Выполнение рабочих лопаток с кинематической взаимосвязью, обеспечивающей их синхронное угловое движение с помощью общего приводного вала, упрощает конструкцию машины и ее обслуживание при эксплуатации.

Благодаря тому что одна из рабочих лопаток установлена неподвижно, заодно с корпусом машины, а вторая на эксцентричной цапфе приводного вала, уменьшается количество сложных деталей и узлов в машине. Причем, благодаря тому что вторая рабочая лопатка связана с корпусом машины с помощью механизма параллелограмма, например с помощью элементов с эксцентриситетом, равным эксцентриситету приводного вала, обеспечивается равномерный крутящий момент на приводном валу и стабильное рабочее давление на выходе. В таком конструктивном исполнении продукт перекачивается за счет плоскопараллельного орбитального движения одной рабочей лопатки относительно неподвижной рабочей лопатки.

Установление рабочих лопаток на приводном валу с двойным эксцентриситетом, разнесенным между рабочими лопатками на 180^o, и наличие связи с корпусом машины с помощью шарнирных тяг обеспечивает каждой рабочей лопатке возможность совершать плоскопараллельное орбитальное движение. При таком конструктивном исполнении амплитуда их движения уменьшается в два раза по сравнению с движением только одной рабочей лопатки и соответственно уменьшаются динамические силы, которые уравновешиваются за счет противоположного движения рабочих лопаток (друг относительно друга). Поэтому при этом исполнении отпадает необходимость включения в конструкцию машины дополнительного вращающегося противовеса. Наличие шарнирных тяг обеспечивает синхронизацию углового положения обеих рабочих лопаток.

На фиг.1 - поперечный разрез машины; на фиг.2 - последовательное положение рабочих лопаток при вращении а) на угол 0 и 360^o, б) на угол 90^o, в) на угол 180^o и г) на угол 270^o; на фиг.3 - продольный разрез машины (исполнение 1); на фиг.4 - продольный разрез машины (исполнение 2); на фиг.5 - вид сверху машины (исполнение 2), показанной на фиг.4; на фиг.6 - продольный разрез машины (исполнение 3);
на фиг.7 - продольный разрез машины (исполнение 4);
на фиг. 8 - вид на крепление шарнирных тяг на машине (исполнение 4), показанной на фиг.7.

Гидравлическая и газовая машина состоит из корпуса 1, впускного и выпускного окон 2 и 3, двух рабочих лопаток 4 и 5, выполненных в виде Архимедовой спирали заодно с радиальными дисками 6 и 7, приводных валов 8 и 9 с осями А и В. Рабочие лопатки установлены эксцентрично на расстоянии е ≤ 0,5t - В, где t - шаг витка спирали; В - толщина рабочей лопатки.

Рабочие лопатки друг относительно друга развернуты на 180^o. Длина рабочих лопаток 1,5 витка, т.е. полярный угол между началом и концом лопатки составляет 540^o. Между лопатками образуются зоны уплотнения 10, которые разделяют зоны всасывания 11 от зоны нагнетания 12.

При вращении одного (исполнение 1) или обоих валов (исполнение 2) рабочие лопатки обкатываются друг об друга. Зоны уплотнения 10 смещаются от зоны всасывания к зоне нагнетания. При этом происходит всасывание перекачиваемого продукта 13 и перемещение его в зону нагнетания. На перекачиваемый продукт дополнительно действуют центробежные силы и силы действия поверхности спиральной лопатки, как у центробежных насосов. Вращение каждого из валов 8 и 9 может быть осуществлено от самостоятельного электродвигателя или от одного общего электродвигателя (фиг.5) через муфту 14, общего промежуточного вала 15 с двумя звездочками 16 и 17 с равным количеством зубьев, цепи 18 и 19 и звездочки 20 и 21. При этом обеспечивается синхронное вращение рабочих лопаток без трения и скольжения, а следовательно, без дополнительного силового воздействия между ними.

Исполнение 3. Одна рабочая лопатка 22 выполнена неподвижной, заодно с крышкой 23 корпуса машины. Вторая рабочая лопатка насажена на эксцентричную цапфу 24 приводного вала 25. Эксцентриситет вала равен е. Рабочая лопатка дополнительно кинематически взаимосвязана с корпусом машины четырьмя дополнительными эксцентричными элементами 26.

При вращении приводного вала рабочая лопатка совершает плоскопараллельное орбитальное движение без углового вращения за счет связи с корпусом машины через эксцентричные элементы 26. Перекачиваемый продукт всасывается через патрубок 27, защемляется между рабочими лопатками и вытесняется в зону нагнетания. Рабочие лопатки обкатываются между собой с минимальным зазором без трения и скольжения.

Исполнение 4. Рабочие лопатки насажены на приводной вал 28 с двумя эксцентриковыми цапфами 29 и 30, разнесенными между рабочими лопатками на 180^o, и связаны с корпусом машины с помощью шарнирных тяг 31 и 32. При вращении приводного вала обе рабочие лопатки совершают плоскопараллельное орбитальное движение без углового вращения и осуществляется перекачка продукта. Шарнирные тяги совершают качательное движение на шарнирах 33 и удерживают рабочие лопатки от углового вращения и синхронизируют их угловое положение. При этом динамические силы оказываются уравновешенными за счет противоположного движения масс первой и второй рабочих лопаток. Причем амплитуда движения рабочих лопаток в два раза меньше, чем у машины по исполнению 2 (при одинаковых защемленных объемах между рабочими лопатками).

Предлагаемое техническое решение обеспечивает возможность создания гидравлических и газовых машин с более широкими функциональными возможностями (насос, компрессор, вентилятор, газодувки, вакуум-насос, гидравлический и пневматический двигатели), обладающих более высоким гидравлическим кпд, чем у существующих, особенно при относительно больших объемах и напорах подачи. Машина обладает реверсивностью, может работать при малых и больших оборотах (включая и ручной привод).

Высокий гидравлический кпд обеспечивается благодаря удачному сложению трех принципов передачи энергии перекачиваемой жидкости: объемного вытеснения, центробежных сил и равномерного механического воздействия на жидкость поверхностей рабочих лопаток, а также за счет меньшего угла выхода рабочих лопаток в зону нагнетания, что обеспечивает меньшие вихревые потери, чем у обычных центробежных машин. В машине отсутствуют быстроизнашивающиеся клапанные механизмы, присущие поршневым машинам. Для привода машины используется только вращательное движение, т.е. нет необходимости создания возвратно-поступательного привода, характерного для поршневых и плунжерных насосов. Изготовлен опытный образец машины в виде бытового самовсасывающего насоса для перекачки воды (мощностью 0,25 кВт, производительностью 6,8 м³/ч).

Предлагаемое техническое решение является перспективным направлением создания и освоения конструкций машин для работы с различными жидкостями и газами при малых и больших объемах и напорах.

Источники информации
1. Турк В.И., Минаев А.В., Карелин В.Я. Насосы и насосные станции. - М.: Стройиздат, 1976.

2. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. - М.: Энергия-атомиздат, 1984.

3. Патент США 5222883. Scrol tupe compressor having the center of the cylindrical scell displaced for compastness. Date of patent Jun. 29, 1993.

Формула изобретения

1. Гидравлическая и газовая машина, содержащая корпус с рабочей полостью, впускное и выпускное окна, приводной вал, две рабочие лопатки, каждая из которых выполнена в виде Архимедовой спирали, длиной не менее 1,4 витка, установленные в рабочей полости в общем пространстве с угловым смещением одна относительно другой на 180^o и эксцентрично, отличающаяся тем, что рабочие лопатки установлены эксцентрично на расстоянии е≤0,5t - В, где t - шаг витка Архимедовой спирали; В - толщина рабочей лопатки.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что рабочие лопатки выполнены с кинематической взаимосвязью, обеспечивающей их синхронное угловое движение, например, с помощью общего приводного вала.

3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что одна из рабочих лопаток установлена неподвижно, например, заодно с корпусом машины, а вторая - на эксцентричной цапфе приводного вала.

4. Машина по п. 3, отличающаяся тем, что вторая рабочая лопатка связана с корпусом машины с помощью механизма параллелограмма, например, с помощью элементов с эксцентриситетом, равным эксцентриситету приводного вала.

5. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что рабочие лопатки установлены на приводном валу с двойным эксцентриситетом, разнесенным между рабочими лопатками на 180^o, и связаны с корпусом машины с помощью шарнирных тяг.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8