Роторный насос
Изобретение относится к насосным устройствам и может быть использовано для перекачки жидкостей, в том числе и агрессивных. Роторный насос содержит разъемный корпус с внутренними торцовыми коническими стенками, дисковый ротор со ступицей. Вершины конусов стенок расположены на расстоянии друг от друга с возможностью плотного прилегания рабочих поверхностей ротора к образующим стенок при волновом его обкатывании этих образующих поверхностей. Ротор жестко скреплен со ступицей, выполненной в виде ступицы-полусферы, входящей своей выпуклой стороной в сферическое углубление, выполненное в смежной торцовой стенке. Ступица-полусфера жестко закреплена на приводном валу. Рабочая полость насоса ограничена по радиальной периферии сферической кольцевой поверхностью. Ступица-полусфера выполнена со сквозными отверстиями и вогнутой противоположной стороной, которая имеет возможность качания вокруг сферического выступа, расположенного на смежной стенке. Приводной вал ступицы-полусферы закреплен непроницаемой для жидкости эластичной муфтой в сферическом выступе стенки. На стыке стенок корпуса и сферической кольцевой поверхности выполнены щели для перепуска жидкости в круговую приемную камеру, расположенную над сферической кольцевой поверхностью. Со стороны круговой приемной камеры щели выполнены в виде полукруглых канавок-ложементов, каждая из которых снабжена эластичным кольцом, перекрывающим щель по всему ее периметру. Центры дискового ротора, ступицы-полусферы, сферической кольцевой поверхности сферического выступа одной конической торцовой стенки, сферического углубления другой конической торцовой стенки, эластичной муфты совпадают и находятся в общем центре конструкции насоса. Коническая торцовая стенка корпуса, имеющая сферическое углубление, снабжена впускным отверстием, соединенным с этим углублением. Выпускное отверстие расположено на круговой приемной камере. Упрощается конструкция насоса. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к роторным насосам и может быть использовано для перекачки жидкостей, в том числе и агрессивных.
Известен роторный насос, содержащий разъемный корпус с внутренними коническими торцовыми стенками, которые имеют вершину в одной точке в центре камеры, между которыми размещен дисковый ротор, образующие поверхности которого пересекаются в центре ротора, являющегося вершиной конусов торцовых стенок. Ротор снабжен сферической ступицей. Каждая торцовая стенка снабжена подвижными секторными заслонками, постоянно прижатыми своими торцами с помощью пружины к рабочим поверхностям ротора (см. SU 787727 A, 15.12.1980, F 04 С 11/00).
Недостатком данной конструкции насоса является его относительная сложность.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является конструкция роторного насоса, содержащая разъемный корпус с внутренними коническими торцовыми стенками, дисковый ротор со ступицей, при этом вершины конусов торцовых стенок корпуса расположены на расстоянии друг от друга с возможностью плотного прилегания рабочих поверхностей дискового ротора к образующим конических торцовых стенок при волновом его обкатывании этих образующих поверхностей. Дисковый ротор жестко скреплен со ступицей, выполненной в виде ступицы-полусферы, входящей своей выпуклой стороной в сферическое углубление, выполненное в смежной торцовой стенке. При этом ступица-полусфера жестко закреплена на приводном валу. Рабочая полость насоса ограничена по радиальной периферии сферической кольцевой поверхностью (см.US 5435705 А, 25.07.1995, F 04 С 9/00).
Задачей изобретения является упрощение конструкции насоса.
Поставленная задача достигается тем, что в роторном насосе, содержащем разъемный корпус с внутренними торцовыми коническими стенками, дисковый ротор со ступицей, при этом вершины конусов торцовых стенок корпуса расположены на расстоянии друг от друга с возможностью плотного прилегания рабочих поверхностей дискового ротора к образующим конических торцовых стенок при волновом его обкатывании этих образующих поверхностей, дисковый ротор жестко скреплен со ступицей, выполненной в виде ступицы-полусферы, входящей своей выпуклой стороной в сферическое углубление, выполненное в смежной торцовой стенке, а ступица-полусфера жестко закреплена на приводном валу, при этом рабочая полость насоса ограничена по радиальной периферии сферической кольцевой поверхностью, согласно изобретению ступица-полусфера выполнена со сквозными отверстиями и вогнутой противоположной стороной, которая имеет возможность качания вокруг сферического выступа, расположенного на смежной торцовой конической стенке, при этом приводной вал ступицы-полусферы закреплен непроницаемой для жидкости эластичной муфтой в сферическом выступе конической торцовой стенки корпуса, при этом на стыке конических торцовых стенок корпуса и сферической кольцевой поверхности выполнены щели для перепуска жидкости в круговую приемную камеру, расположенную над сферической кольцевой поверхностью, а со стороны круговой приемной камеры щели выполнены в виде полукруглых канавок-ложементов, каждая из которых снабжена эластичным кольцом, перекрывающим щель по всему ее периметру, при этом центры дискового ротора, ступицы-полусферы, сферической кольцевой поверхности, сферического выступа одной конической торцовой стенки, сферического углубления другой конической торцовой стенки, эластичной муфты совпадают и находятся в общем центре конструкции насоса, а коническая торцовая стенка корпуса, имеющая сферическое углубление, снабжена впускным отверстием, соединенным с этим углублением, а выпускное отверстие расположено на круговой приемной камере.
Кроме того, рабочие поверхности ротора и образующие конических торцовых стенок могут быть покрыты эластичным материалом.
Кроме того, рабочие поверхности ротора и образующие конических торцовых стенок могут быть покрыты материалом с малым коэффициентом трения.
Кроме того, образующие конических торцовых стенок могут быть покрыты эластичным материалом, а рабочие поверхности дискового ротора покрыты материалом с малым коэффициентом трения или наоборот.
Кроме того, канавки-ложементы и лежащие в них эластичные кольца могут быть выполнены клиновидного сечения.
Конструкция роторного насоса достаточно проста и может быть использована для перекачки различного рода жидкостей, в том числе и агрессивных. В конструкции возможно использовать в качестве запорных эластичных колец разнообразные кольца различного сечения, например конического. Если нет необходимости запирать круговую приемную камеру от обратного тока жидкости при остановке насоса, то возможно использование колец из твердых недеформируемых материалов при условии, что их сечение будет соответствовать сечению их канавок-ложементов, а длина самого кольца будет больше, чем длина самой канавки-ложемента. В динамике работы зазоры у таких колец будут следовать за зонами подпора, что приведет к такому же вышеописанному результату. Вместо эластичной муфты приводного вала насоса можно использовать карданные подвески вала ротора с жесткими осями или сферические опоры, что более точно определит центр качения ротора, но при этом возникнет необходимость герметизации этого узла (например, эластичной пленкой или сальником). В конструкции ротора и конических торцовых стенок могут быть использованы их поверхности, покрытые эластичными материалами для уменьшения шума и более плотного прилегания пластины ротора к коническим торцовым стенкам насоса. Возможно использование различных покрытий пластины ротора и конических торцовых стенок материалами с малым коэффициентом трения (фторопласт, капролон и т.п.), а также комбинациями этих материалов.
На фиг. 1 изображен роторный насос в разрезе без движения ротора.
На фиг. 2 изображена работа роторного насоса, нижнее положение вала.
На фиг. 3 изображена работа роторного насоса, верхнее положение вала.
Фаза прижатия диска ротора к коническим торцовым стенкам корпуса насоса показана пунктиром для получения наглядности вытеснения жидкости диском ротора.
Роторный насос содержит корпус 1 (фиг. 1), имеющий рабочую полость 2, ограниченную коническими торцовыми стенками 3 и 4 и кольцевой сферической поверхностью 5. По оси симметрии насоса расположен приводной вал 6, который удерживается эластичной муфтой 7. На валу 6 закреплена ступица-полусфера 8 со сквозными отверстиями 9, на которой закреплен дисковый ротор 10. На торцовой конической стенке 3 расположено сферическое углубление 11, в которое входит ступица-полусфера 8 своей выпуклой стороной, а на конической торцовой стенке 4 расположен сферический выступ 12, на который находит ступица-полусфера 8 своей вогнутой стороной. На конической торцовой стенке 3 расположено впускное отверстие 13. По периферии насоса расположена круговая приемная камера 14. На стыке сферической кольцевой поверхности 5 и конических торцовых стенок 3 и 4 расположены щелевые отверстия 15, которые со стороны круговой приемной камеры 14 выполнены как канавки-ложементы 16, соответствующие круглому сечению эластичных колец 17, расположенных в них. У круговой приемной камеры 14 есть выпускное отверстие 18.
Роторный насос работает следующим образом.
При перемещении приводного вала 6 по конической образующей с амплитудой, при которой дисковый ротор 10 должен быть прижат к образующим торцовых конических стенок 3 и 4, фазы прижатия 19 (фиг. 2 и 3) на дисковом роторе 10 будут обегать волнообразно конические торцовые стенки 3 и 4 корпуса 1. Такое волновое передвижение дискового ротора 10 создает волновой подпор, обусловленный инерционностью жидкости и центробежным ускорением жидкости, вытесняемой перед диском ротора 10, вследствие изменения ее движения сферической кольцевой поверхностью 5, а также вытеснением жидкости ротором 10 в радиальном направлении к его краю. При этом, как уже было сказано, волновой подпор создается перед накатывающимся дисковым ротором 10, а при прохождении фазы прижатия 19 диска ротора 10 начинается подсасывание жидкости диском ротора 10. Эта динамика жидкости создается на обеих противоположных рабочих плоскостях диска ротора 10, но в противофазе. Синхронно с этой динамикой создаются условия для перепуска жидкости в подсасывающие зоны, так как ступица-полусфера 8, качаясь волнообразно в сферическом углублении 11, открывает путь для перепуска жидкости в зоны подсоса из впускного отверстия 13. Один путь жидкости проходит в зону подсоса через проход, образовавшийся между краем сферического углубления 11 и ступицей-полусферой 8 (с одной стороны диска ротора 10) (фиг. 2 и 3), а другой путь - тоже в зону подсоса жидкости, через сквозные отверстия 9 ступицы-полусферы 8 с противоположной стороны диска ротора 10. При этом из зоны подпора жидкость не уходит вследствие перекрытия ступицей-полусферой 8 пути для жидкости между сферическим углублением 11 и самой ступицей-полусферой 8, а с противоположной стороны диска ротора 10 наездом внутренней поверхности ступицы-полусферы 8 на сферический выступ 12 (фиг. 2 и 3). В связи с тем, что на обеих плоскостях диска ротора 10 имеются зоны как подпора, так и разрежения, в какой-то мере происходит переток жидкости между этими зонами, но расстояния, направленность, скорости и инерционность перемещаемых масс жидкости таковы, что служат своеобразными гидродинамическими препятствиями для такого перетока. При этом пути, проходимые жидкостью из впускного отверстия 13 в зоны подсоса, намного короче, чем расстояния перетока жидкости по диску ротора 10.
При волновом перемещении ротора 10 все вышеперечисленные действия сливаются в один гидродинамический процесс. При этом эластичные кольца 17 отслеживают перепады подпора жидкости и ее подсоса, образуя бегущие за фазой подпора участки поднятия 20 эластичных колец над их канавками-ложементами (фиг. 2 и 3), давая возможность прохода жидкости в круговую приемную камеру 14 через щелевые отверстия 15 и запирая обратный отток жидкости из нее в подсасывающие участки рабочей полости 2 насоса. Из круговой приемной камеры 14 жидкость выходит наружу через выпускное отверстие 18.
При этом создается равномерный поток жидкости через насос. Эластичная муфта 7 дает возможность двигаться валу 6 по конической образующей в центре корпуса 1. Кроме того, эластичная муфта 7 служит преградой от просачивания жидкости наружу. Так как длины эластичных колец 17 при их работе больше длин их канавок-ложементов 16 за счет растяжения эластичных колец 17 проходящей через щелевые отверстия 15 жидкостью, то происходит постоянное смещение эластичных колец 17 вдоль их канавок-ложементов 16, что дает возможность в какой-то мере самоочищения эластичных колец 17 и предотвращения набивания постоянных дефектов на самих канавках-ложементах 16 и эластичных кольцах 17. Такой же процесс самоочищения происходит и на диске ротора 10 в связи с его постоянным проскальзыванием по линии контакта относительно поверхностей торцовых конических стенок 3 и 4.
Роторный насос может быть использован в различного рода конструкциях, где требуется достаточно высокая надежность и равномерность при перекачке жидкостей, в том числе и загрязненных.
1. Роторный насос, содержащий разъемный корпус с внутренними торцовыми коническими стенками, дисковый ротор со ступицей, при этом вершины конусов торцовых стенок корпуса расположены на расстоянии друг от друга с возможностью плотного прилегания рабочих поверхностей дискового ротора к образующим конических торцовых стенок при волновом его обкатывании этих образующих поверхностей, дисковый ротор жестко скреплен со ступицей, выполненной в виде ступицы-полусферы, входящей своей выпуклой стороной в сферическое углубление, выполненное в смежной торцовой стенке, а ступица-полусфера жестко закреплена на приводном валу, при этом рабочая полость насоса ограничена по радиальной периферии сферической кольцевой поверхностью, отличающийся тем, что ступица-полусфера выполнена со сквозными отверстиями и вогнутой противоположной стороной, которая имеет возможность качания вокруг сферического выступа, расположенного на смежной торцовой конической стенке, при этом приводной вал ступицы-полусферы закреплен не проницаемой для жидкости эластичной муфтой в сферическом выступе конической торцовой стенки корпуса, при этом на стыке конических торцовых стенок корпуса и сферической кольцевой поверхности выполнены щели для перепуска жидкости в круговую приемную камеру, расположенную над сферической кольцевой поверхностью, а со стороны круговой приемной камеры щели выполнены в виде полукруглых канавок-ложементов, каждая из которых снабжена эластичным кольцом, перекрывающим щель по всему ее периметру, при этом центры дискового ротора, ступицы-полусферы, сферической кольцевой поверхности, сферического выступа одной конической торцовой стенки, сферического углубления другой конической торцовой стенки, эластичной муфты совпадают и находятся в общем центре конструкции насоса, а коническая торцовая стенка корпуса, имеющая сферическое углубление, снабжена впускным отверстием, соединенным с этим углублением, а выпускное отверстие расположено на круговой приемной камере.
2. Роторный насос по п. 1, отличающийся тем, что рабочие поверхности ротора и образующие конических торцовых стенок покрыты эластичным материалом.
3. Роторный насос по п. 1, отличающийся тем, что рабочие поверхности ротора и образующие конических торцовых стенок покрыты материалом с малым коэффициентом трения.
4. Роторный насос по п. 1, отличающийся тем, что образующие конических торцовых стенок покрыты эластичным материалом, а рабочие поверхности дискового ротора покрыты материалом с малым коэффициентом трения, или наоборот.
5. Роторный насос по п. 1, отличающийся тем, что канавки-ложементы и лежащие в них эластичные кольца выполнены клиновидного сечения.
