Жидкостно-кольцевая машина

Изобретение относится к насосо-компрессоростроению и вакуумной технике, конкретно к жидкостно-кольцевым машинам. Жидкостно-кольцевая машина содержит вращающийся цилиндрический корпус 1, размещенное в нем с эксцентриситетом и возможностью вращения рабочее колесо 2 на неподвижном распределительном валу с перегородкой. Перегородка образует с одного торца вала входной, а с другой выходной патрубки. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 установлены лопатки с профилем, очерченным по эвольвенте окружности. Изобретение направлено на повышение коэффициента полезного действия жидкостно-кольцевой машины за счет снижения динамических нагрузок, повышения плавности ее работы и стабильности формы жидкостного кольца за счет обеспечения постоянства передаточного отношения от корпуса к рабочему колесу за время взаимодействия одной пары лопаток. 2 ил.

 

Изобретение относится к насосо-компрессоростроению и позволяет снизить потребляемую мощность, повысить производительность, глубину достигаемого вакуума одноступенчатых жидкостно-кольцевых машин.

Известна конструкция жидкостно-кольцевой машины (SU №1742515 А1), имеющей корпус с торцевой крышкой, размещенный в нем с зазором и с возможностью вращения барабан, установленный с эксцентриситетом, в последнем - пустотелый ротор с лопатками, образующими корытообразные рабочие камеры, размещенный в полости ротора неподвижный распределитель с впускным и выпускным каналами и приводной вал; при этом в ступице ротора выполнены сквозные радиальные каналы с возможностью периодического сообщения рабочих камер с каналами распределителя, барабан закреплен на приводном валу и снабжен герметичной крышкой, а распределитель выполнен коленчатым, при этом выпускной канал расположен концентрично впускному каналу, при этом в распределителе выполнены две радиальные прорези, сообщенные соответственно с впускным и выпускным каналами и диаметрально противоположными рабочими камерами.

Недостатком данной жидкостно-кольцевой машины, является сложность конструкции (коленчатый вал, коллекторы подачи и отвода газовой фазы, обладающие значительным сопротивлением), низкая производительность, недостаточный предельный вакуум.

Наиболее близким по техническому решению является жидкостно-кольцевая машина (RU №2294456 С1), содержащая корпус, размещенное в нем с эксцентриситетом и возможностью вращения рабочее колесо на неподвижном распределительном полом валу с перегородкой, образующей с одного торца вала входной, а с другой выходной патрубки. Корпус установлен с возможностью вращения от электродвигателя. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса расположены жестко закрепленные лопатки с углом наклона и длиной, обеспечивающими передачу вращения рабочему колесу. Число лопаток корпуса равно числу лопаток рабочего колеса. Повышается коэффициент полезного действия жидкостно-кольцевой машины за счет снижения трения жидкостного кольца о внутреннюю поверхность корпуса и достигается стабильность его геометрии за счет равенства окружных скоростей корпуса и рабочего колеса в зоне их максимального сближения.

Недостатком указанной конструкции является непостоянство передаточного отношения от корпуса к рабочему колесу за время взаимодействия одной пары лопаток, что приводит к колебаниям угловой скорости рабочего колеса, при постоянной угловой скорости корпуса. Указанное обстоятельство приводит к динамическим нагрузкам на детали машины, шуму при ее работе, повышенному износу рабочих поверхностей лопаток и снижению стабильности формы жидкостного кольца.

Задачей изобретения является снижение динамических нагрузок на детали одноступенчатой жидкостно-кольцевой машины, повышение плавности ее работы и стабильности формы жидкостного кольца за счет обеспечения постоянства передаточного отношения от корпуса к рабочему колесу за время взаимодействия одной пары лопаток.

Решение задачи заключается в том, что в одноступенчатой жидкостно-кольцевой машине, содержащей вращающийся цилиндрический корпус, размещенное в нем с эксцентриситетом и возможностью вращения рабочее колесо на неподвижном распределительном валу с перегородкой, образующей с одного торца вала входной, а с другой выходной патрубки, при этом на внутренней цилиндрической поверхности корпуса установлены лопатки, согласно изобретению, профиль лопаток корпуса очерчен но эвольвенте окружности, причем радиус этой основной окружности и радиус окружности, ограничивающей длину лопаток, определяются по формулам:

$$r_b=\frac{2R\cdot sin\frac{\pi }{z_1}\cdot sin\left(\frac{\pi }{z_{1}u}-\frac{\pi }{z_1}\right)}{\frac{cos\frac{\pi }{z_{1}u}}{cos\left(\frac{2\pi }{z_1}-\frac{\pi }{z_{1}u}\right)}-cos\frac{\pi }{z_{1}u}}$$ ,

$$R_a=\sqrt{r^2+e^2+2r\cdot e\cdot cos\left({\tau }_2\cdot {\epsilon }_{\alpha }\right)}$$

соответственно, где R - радиус корпуса;

r - радиус рабочего колеса;

u - передаточное отношение от корпуса к рабочему колесу e=R-r - эксцентриситет;

$${\tau }_2=\frac{2\pi }{z_2}$$ - угловой шаг лопаток рабочего колеса,

ε_α - коэффициент перекрытия при зацеплении лопаток корпуса с лопатками рабочего колеса,

а число лопаток корпуса z₁ и рабочего колеса z₂ связаны следующей зависимостью:

$$u=\frac{z_2}{z_1}=\frac{r}{R}$$ .

На фиг.1 изображен поперечный разрез жидкостно-кольцевой машины.

На фиг.2 - продольный разрез жидкостно-кольцевой машины.

Жидкостно-кольцевая машина (фиг.2) работает следующим образом. Вращающийся приводной корпус 1 передает вращение рабочему колесу 2, за счет взаимодействия установленных на нем лопаток с лопатками рабочего колеса с постоянным передаточным отношением. Взаимодействие лопаток происходит в зоне, ограниченной углом перекрытия

φ_α=τ₁·ε_α,

где $${\tau }_1=\frac{2\pi }{z_1}$$ - угловой шаг лопаток корпуса.

Одноступенчатая жидкостно-кольцевая машина, содержащая вращающийся цилиндрический корпус, размещенное в нем с эксцентриситетом и возможностью вращения рабочее колесо на неподвижном распределительном валу с перегородкой, образующей с одного торца вала входной, а с другой - выходной патрубки, при этом на внутренней цилиндрической поверхности корпуса установлены лопатки, отличающаяся тем, что профиль лопаток корпуса очерчен по эвольвенте окружности, причем радиус этой основной окружности и радиус окружности, ограничивающей длину лопаток, определяются по формулам:
$$r_b=\frac{2R\cdot sin\frac{\pi }{z_1}\cdot sin\left(\frac{\pi }{z_{1}u}-\frac{\pi }{z_1}\right)}{\frac{cos\frac{\pi }{z_{1}u}}{cos\left(\frac{2\pi }{z_1}-\frac{\pi }{z_{1}u}\right)}-cos\frac{\pi }{z_{1}u}}$$ , $$R_a=\sqrt{r^2+e^2+2r\cdot e\cdot cos\left({\tau }_2\cdot {\epsilon }_{\alpha }\right)}$$
соответственно, где R - радиус корпуса;
r - радиус рабочего колеса;
u - передаточное отношение от корпуса к рабочему колесу;
e=-R-r - эксцентриситет;
$${\tau }_2=\frac{2\pi }{z_2}$$ - угловой шаг лопаток рабочего колеса;
ε_α - коэффициент перекрытия при зацеплении лопаток корпуса с лопатками рабочего колеса,
а число лопаток корпуса z₁ и рабочего колеса z₂ связаны следующей зависимостью:
$$u=\frac{z_2}{z_1}=\frac{r}{R}.$$