Ротационный насос-компрессор

Изобретение относится к ротационным насосам—компрессорам. Насос—компрессор содержит соосный со статором ротор в форме двух опирающихся на две опоры дисков, скрепленных нагнетаемым крылом в виде большей части кольца, ось тела вращения которого смещена относительно оси вращения ротора на эксцентриситет. Внутрь крыла по оси вращения ротора установлен круглый цилиндрический статор. Образующая линия его цилиндрической части в месте сближения проходит от образующей линии внутренней поверхности нагнетаемого крыла на минимальном расстоянии. В теле статора выполнены прорези, в которые установлены две скрепленные подпружиненными штангами пластинчатые перегородки. Перегородки упираются во внутренние поверхности крыла и в поддерживающие полосы. На один конец оси вращения ротора установлен приводной вал. Второй конец ротора установлен на патрубок выхода. За патрубок насос-компрессор крепится на опоре. При вращении ротора крыло вращается вокруг цилиндрической части статора и нагнетаемой плоскостью охватывает среду. Затем нагнетаемая плоскость крыла входит в контакт с перегородкой, погружает ее в прорезь, сжимает среду и нагнетает сжатую среду под клапаны. Достигаются эффективное наполнение объема камер сжатия, высокая степень сжатия. 2 ил.

 

Изобретение относится к компрессоростроению и к насосостроению, а именно к ротационным насосам-компрессорам.

Известны ротационные компрессоры, содержащие корпус с патрубками входа и выхода. В объеме корпуса установлен с эксцентриситетом цилиндрический ротор с подпружиненными пластинами в пазах его тела, которые образуют камеры сжатия. Ротор приводится во вращение приводным валом (см. авт. свид. СССР №750132, МКИ F 04 С 18/00 от 07.1980 г.).

Известно, что такие ротационные компрессоры относятся к классу машин объемного действия. Поэтому эти ротационные компрессоры имеют присущий машинам объемного действия недостаток, заключающийся в том, что наполнение рабочего объема камеры сжатия в них не может быть полным, так как для этого используется принцип всасывания. К тому же в этих ротационных компрессорах нельзя получить большую степень сжатия, так как камера сжатия в области нагнетания имеет большой "мертвый" - конструктивно бесполезный объем. Все это снижает их эффективность.

Заявляемое изобретение направлено на создание ротационного насоса-компрессора, в котором наполнение камер сжатия осуществляется методом охвата, характерным классу машин поточного действия, и который устраняет перечисленные недостатки известных ротационных компрессоров путем изменения конструкции, установки клапанов нагнетания и уменьшения конструктивно бесполезного ("мертвого") объема в области нагнетания.

Техническим результатом использования ротационного насоса-компрессора является то, что наполнение объема камер сжатия ротационного насоса-компрессора сжимаемым веществом будет эффективным за счет принудительного заполнения их объема методом охвата.

Техническим результатом использования ротационного насоса-компрессора является то, что в ротационном насосе-компрессоре достигается более высокая степень сжатия в результате уменьшения конструктивно бесполезного ("мертвого") объема, а при установке клапанов нагнетания в нагнетательной линии насоса-компрессора удерживается более высокое давление.

Указанные технические результаты достигаются тем, что ротационный насос-компрессор содержит соосный со статором ротор, выполненный в форме двух расположенных на одной оси дисков, имеющих на внешней стороне расположенные в центральных сквозных отверстиях корпусы подшипников, к свободному торцу одного из которых прикреплен вал привода, а сторонами, обращенными друг к другу, соединенных выполненным в виде части кольца нагнетаемым крылом, через тыльную кромку которого, через его ось вращения, находящуюся на расстоянии эксцентриситета от параллельной ей оси вращения ротора, и через ось вращения ротора проходит условная секущая плоскость, при этом от атакующей кромки крыла к его тыльной кромке прикреплены две полосы в виде оставшейся части кольца, и в это цилиндрическое пространство, по плоскости, проходящей через ось вращения ротора, вписываются две одинаковые, равные длине нагнетаемого крыла пластинчатые перегородки, соединенные с зазором через пружины со штангами толкателей, установленные в соединенные отверстиями для штанг толкателей прорези на статоре глубиной, равной ширине перегородок, а длиной - длине перегородок и статора, выполненного в форме круглого цилиндра с образующей, проходящей от образующей линии внутренней поверхности нагнетаемого крыла в месте сближения на минимальном расстоянии, и на торце которого, обращенном к корпусу подшипников с приводным валом, выполнена ось, на которую с помощью подшипников крепится ротор, а на другом торце находится соосный с осью статора патрубок выхода, на который с помощью подшипников опирается ротор, при этом в цилиндрической части статора перед пластинчатыми перегородками, встречающимися с атакующей кромкой нагнетаемого крыла, вращающегося в ее направлении, установлены клапаны нагнетания, каналы нагнетания которых соединены с патрубком.

Полученным техническим результатом является то, что в ротационном насосе-компрессоре в нагнетательной линии создается более высокое давление, поэтому этот ротационный насос-компрессор можно перевести в другую область применения.

Полученным техническим результатом является то, что этот ротационный насос-компрессор можно использовать для сжатия и нагнетать как жидких веществ (жидкости), так газообразных веществ (газов).

На фиг.1 изображен продольный разрез (Б -Б) ротационного насоса-компрессора с местными разрезами. На фиг.2 изображен поперечный разрез (А-А) ротационного насоса-компрессора.

На фиг.1 и 2) в ротационном насосе-компрессоре центральная ось статора 1 находится на одной линии (соосно) с осью вращения ротора 2. Ротор 2 состоит из двух круглых, равных, расположенных на одной оси и на определенном расстоянии, соединенных между собой дисков 3. На внешних сторонах дисков 3, в их центральных сквозных отверстиях установлены выполненные как единое целое выступающие наружу корпусы подшипников. К свободному торцу, например, левого (см. фиг.1) корпуса подшипников диска 3 с помощью глухого фланца крепится соосно с ротором приводной вал 4. Диски ротора 2 соединены между собой в единое целое нагнетаемым крылом 5, выполненным в виде части кольца, составленного из половины кольца и его четверти. Ось тела вращения нагнетаемого крыла 5 находится от оси вращения ротора 2 на расстоянии эксцентриситета. При этом нагнетаемое крыло 5 установлено так, что ось тела вращения нагнетаемого крыла 5, ось вращения ротора 2 и тыльная кромка нагнетаемого крыла 5 расположены на общей для них условной секущей плоскости. Кромка крыла, удаленная от оси вращения ротора, представляется атакующей кромкой. Вторая кромка крыла 5 является тыльной кромкой. Длина нагнетаемого крыла 5 - это расстояние между дисками 3. А ширина нагнетаемого крыла 5, согнутого с определенным радиусом, - это длина его развертки. От атакующей кромки к тыльной кромке нагнетаемого крыла 5, заподлицо с внутренней поверхностью крыла прикреплены две узкие поддерживающие полосы 6 в виде оставшейся части кольца радиусом гибки как у нагнетаемого крыла. Поддерживающие полосы 6 расположены равномерно по длине кромок крыла 5. Для балансировки ротора 2 на дисках 3 устанавливаются противовесы. В образовавшееся нагнетаемым крылом 5 и поддерживающими полосами 6 цилиндрическое пространство, по оси вращения ротора 2 устанавливается круглая цилиндрическая часть статора 1, имеющая меньший диаметр. Длина цилиндрической части статора 1 равна длине нагнетаемого крыла 5. Чтобы не было касания наружной и внутренней поверхностей статора 1 и нагнетаемого крыла 5, так как их параллельно расположенные оси находятся на расстоянии эксцентриситета, диаметр статора подбирается таким, чтобы образующая линия его цилиндрической части в месте сближения проходила от образующей линии внутренней поверхности нагнетаемого крыла 5 на минимальном расстоянии. В результате внутренняя поверхность сопряжения полукольца нагнетаемого крыла 5 с его упреждающей частью находится от поверхности цилиндрической части статора 1 на максимально удаленном расстоянии. А тыльная кромка нагнетаемого крыла 5 находятся на минимальном расстоянии от поверхности цилиндрической части статора 1. При этом внутренняя поверхность нагнетаемого крыла 5 с началом от тыльной кромки до полукольца является нагнетаемой плоскостью крыла, а дальнейшее продолжение его является упреждающей плоскостью крыла 5. По секущей плоскости, проходящей через ось статора 1, которая находится на одной линии с осью вращения ротора, вписываются во внутреннюю поверхность нагнетаемого крыла 5 (пара) две одинаковые, прямоугольные пластинчатые перегородки 7, соединенные с определенным зазором через пружины с двумя штангами толкателей 8. Перегородки 7 устанавливаются в противоположно расположенные, выполненные в теле статора 1 прорези, проходящие через ось статора 1 по условной плоскости.

Количество установки равномерно распределенных по окружности статора 1 пар пластинчатых перегородок 7, соединенных подпружиненными штангами толкателей 8, может быть большим. В этом случае раз мер упреждающей части нагнетаемого крыла 5 для насоса-компрессора, используемого как насос, выполняют равным половине расстояния по дуге от одной перегородки до другой. Но для использования ротационного насоса-компрессора только как компрессор предпочтительна установка меньшего количества пар перегородок 7 (одна пара). Упреждающую часть крыла такого компрессора желательно делать короче.

Толщина выполненных в статоре 1 прорезей равна толщине перегородок, а глубина прорезей равна ширине пластинчатых перегородок 7.

Причем, обеспечивая контакт с боковыми поверхностями прорезей, перегородки 7 не должны выпадать из них. Прорези в статоре 1 соединяются равноудаленными от края статора двумя отверстиями. В эти отверстия устанавливаются штанги толкателей 8, распирающие с помощью пружин перегородки 7. В отверстиях установки штанг предусматриваются уплотнения для устранения перетечек через зазоры (не указываются). На торце цилиндрической части статора 1, обращенном к корпусу подшипников с приводным валом 4, соосно оси, образуя единое целое статора, выполнена ось. На эту ось с помощью подшипников крепится ротор 2. Подшипники располагаются в корпусе подшипников. На другом торце цилиндрической части статора 1, соосно, образуя единое целое статора, находится патрубок выхода 9. На патрубок выхода 9 устанавливается подшипник, который закрепляется в корпусе подшипников правого диска 3 (см. фиг.1) и закрывается фланцем с центральным сквозным отверстием. В результате вращающийся ротор опирается на две опоры. Если теперь осуществить вращение ротора 2, то пластинчатые перегородки 7 через половину оборота попеременно будут входить в контакт с внутренней поверхностью нагнетаемого крыла 5 и поддерживающих полос 6. То есть соединенные штангами толкателей 8 перегородки 7 будут перемещаться в прорезях возвратно-поступательно. При этом в непрерывной последовательности будут образовываться охватывающие объемы - камеры сжатия. Охватывающий объем ограничивается внутренней поверхностью нагнетаемого крыла 5, боковыми поверхностями дисков 3 ротора, наружной поверхностью цилиндрической части статора 1, поверхностью той или иной перегородки 7 и тыльной кромкой нагнетаемого крыла, наиболее близко расположенной к поверхности цилиндрической части статора 1. По ходу вращения ротора, а вращение ротора осуществляется в направлении атакующей кромки крыла 5 (на фиг.2 по часовой стрелке), на статоре 1 перед пластинчатыми перегородками 7 установлены клапаны нагнетания 10. Клапаны нагнетания 10 представляют закрытые подпружиненными клапанными шариками отверстия, выполненные в теле статора 1 и расположенные как можно ближе к перегородкам 7. Клапаны нагнетания 10 у каждой перегородки 7 соединены находящимися в корпусе статора 1 каналами нагнетания, которые затем объединены в один канал, выходящий наружу через патрубок выхода 9. На фиг.1 стрелкой указан выход из каналов нагнетания. За патрубок выхода 9 с помощью опорного устройства 11 ротационный насос-компрессор крепится к фундаменту (опоре).

Работа ротационного насоса-компрессора как насоса осуществляется следующим образом. См. фиг.1, 2. Ротационный насос погружается в среду откачиваемого продукта, например в жидкую среду (жидкость несжимаема). Вал привода 4, соединенный соосно с ротором 2, приводится, например, электродвигателем во вращение в направлении атакующей кромки нагнетаемого крыла 5.

Из описания следует, что нагнетаемое крыло 5 представляет большую часть кольца, составленного из его полукольца и упреждающей части крыла. Размер упреждающей части нагнетаемого крыла 5 для насоса - это половина размера по дуге от одной перегородки до другой (четверть кольца). Внутренняя поверхность полукольца нагнетаемого крыла 5 с началом от тыльной кромки является нагнетаемой плоскостью крыла, а дальнейшее продолжение его является упреждающей плоскостью крыла 5.

Пусть в начальный момент вращения ротора 2 начало нагнетаемой плоскости нагнетаемого крыла 5 контактирует с верхней выдвинутой из прорези перегородкой 7. Тогда тыльная кромка нагнетаемого крыла 5 находится в контакте с нижней утопленной в прорези пластинчатой перегородкой 7, которая соединена подпружиненными штангами толкателей 8 с противоположной перегородкой. А выдвинутая вперед упреждающая плоскость нагнетаемого крыла 5 находится ближе к нижней перегородке 7 (см. фиг.2). Во время вращения ротора 2 атакующая кромка крыла 5 захватывает соответствующий своему радиусу слой откачиваемой жидкой среды. Одновременно нагнетаемая плоскость нагнетаемого крыла 5 давит на перегородку 7 и постепенно утапливает ее в прорезь статора. Соответственно расстояние между плоскостью крыла 5 и плоскостью цилиндрической части статора 1 уменьшается. В результате жидкость от верхней перегородки 7 выдавливается в направлении уходящего начала нагнетаемой плоскости и упреждающей плоскости крыла 5, в объем, где внутренняя поверхность крыла 5 максимально удалена от поверхности цилиндрической части статора 1. При этом в объем за упреждающей плоскостью крыла продолжает поступать некоторое количество жидкой среды. Если верхняя перегородка 7 утапливается в прорезь, то нижняя перегородка 7 с помощью штанг толкателей 8 выдвигается из прорези. Поэтому атакующая кромка нагнетаемого крыла 5, двигаясь по соответствующей своему радиусу окружности, встречается с выдвигаемой из прорези нижней перегородкой 7 и замыкает объем справа. До времени замыкания поступление жидкости в охватывающий объем постепенно уменьшалось, а в момент замыкания объема прекращается. С дальнейшим вращением ротора 1 жидкость в замкнутом объеме перемещается к клапанам нагнетания 10. Когда упреждающая плоскость крыла 5 при вращении ротора перейдет нижнюю перегородку 7, тогда нагнетаемая плоскость нагнетаемого крыла 5 начнет утапливать эту пластинчатую перегородку 7. Соответственно замкнутый объем начнет уменьшаться, и давление в нем будет повышаться. В результате клапаны нагнетания 10 откроются, и жидкость из первого замкнутого объема начнет поступать в канал нагнетания, а из него в патрубок выхода 9. По другую сторону нижней перегородки 7 в результате уменьшения расстояния между плоскостью крыла 5 и плоскостью цилиндрической части статора 1 жидкость, как описано выше, выдавливается в направлении уходящего начала атакующей плоскости и упреждающей плоскости крыла 5, в объем, где внутренняя поверхность крыла 5 максимально удалена от наружной цилиндрической части статора 1. Дальнейшее движение атакующей кромки нагнетаемого крыла 5 при вращении ротора 1 позволяет осуществить наполнение второго охватывающего объема уже слева. Следует отметить, что начальное наполнение охватывающего объема, ограниченного упреждающей плоскостью и остальными поверхностями, при прохождении упреждающей плоскости нагнетаемого крыла 5 через перегородку 7 происходит интенсивно. Сжатая в первом замкнутом объеме жидкость постоянно испытывает давление сжатия в результате того, что нагнетаемая плоскость нагнетаемого крыла 5 давит на нижнюю перегородку 7 и утапливает ее в прорезь статора 1. А связанная с ней штангами 8 верхняя пластинчатая перегородка 7 при этом постепенно выходит из прорези. Одновременно тыльная кромка нагнетаемого крыла 5 перемещается в направлении нижней перегородки 7 и охватывающий объем дополнительно уменьшается. В результате вся жидкость задавливается нагнетаемой плоскостью нагнетаемого крыла 5 под клапаны нагнетания 10. Когда тыльная кромка нагнетаемого крыла 5 проходит через нагнетаемые клапаны 10, они закрываются. При этом атакующая кромка нагнетаемого крыла, двигаясь по соответствующей своему радиусу окружности, встречается уже с выдвигаемой верхней перегородкой 7 и замыкает второй объем слева. Жидкость в замкнутом объеме также перемещается к клапанам 10, и затем при уменьшении объема она нагнетается под клапаны нагнетания 10. Процесс нагнетания жидкости во втором объеме ничем не отличается от описанного выше процесса нагнетания жидкости в первом объеме. Из каналов нагнетания сжатая жидкость поступает на патрубок выхода 9, а из него поступает потребителю. Осуществляя работу насоса-компрессора как насоса, следует ограничить вращение ротора 2.

Работа ротационного насоса-компрессора как компрессора аналогична работе насоса. Особенностью работы компрессора является то, что атакующая кромка крыла 5 при вращении ротора 2 охватывает соответствующий своему радиусу слой газа, встречается с перегородкой 7 и замыкает охватывающий объем позже, так как упреждающая плоскость нагнетаемого крыла 5 у ротационного компрессора меньше. Поэтому при наполнении сжимаемый газ стремиться выйти из незамкнутого охватывающего объема. Но так как газ сжимаем, то скорость распространения области сжатия газа (скоростной напор) не может достичь критического значения, чтобы помешать наполнению охватывающего объема. То есть с помощью метода схватывания наполнение камеры сжатия газом увеличивается. Осуществляя работу насоса-компрессора как компрессора, вращение ротора 2 не ограничивается.

Ротационный насос-компрессор, содержащий соосный со статором ротор, выполненный в форме двух расположенных на одной оси дисков, имеющих на внешней стороне расположенные в центральных сквозных отверстиях корпусы подшипников, к свободному торцу одного из которых прикреплен вал привода, а сторонами, обращенными друг к другу, соединенных выполненным в виде части кольца нагнетаемым крылом, через тыльную кромку которого через его ось вращения, находящуюся на расстоянии эксцентриситета от параллельной ей оси вращения ротора, и через ось вращения ротора проходит условная секущая плоскость, при этом от атакующей кромки крыла к его тыльной кромке прикреплены две поддерживающие полосы в виде оставшейся части кольца, в это цилиндрическое пространство по плоскости, проходящей через ось вращения ротора, вписываются две одинаковые, равные длине нагнетаемого крыла пластинчатые перегородки, соединенные с зазором через пружины со штангами толкателей, установленные в соединенные отверстиями для штанг толкателей прорези на статоре глубиной, равной ширине перегородок, а длиной - длине перегородок и статора, выполненного в форме круглого цилиндра с образующей, проходящей от образующей линии внутренней поверхности нагнетаемого крыла в месте сближения на минимальном расстоянии, на торце которого, обращенном к корпусу подшипников с приводным валом, выполнена ось, на которую с помощью подшипников крепится ротор, а на другом торце находится соосный с осью статора патрубок выхода, на который с помощью подшипников опирается ротор, при этом в цилиндрической части статора перед пластинчатыми перегородками, встречающимися с атакующей кромкой нагнетаемого крыла, вращающегося в ее направлении, установлены клапаны нагнетания, каналы нагнетания которых соединены с патрубком.