Патент на изобретение №2319042

(54) РОТАЦИОННЫЙ ГИДРОНАСОС

(57) Реферат:

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к производству гидронасосов. Ротационный гидронасос содержит ротор с радиальными пластинами, скользящими по внутренней поверхности корпуса, профиль которой образован сопряженными между собой дугам окружностей с центрами, лежащими на общей оси, а сопряжения между дугами выполнены при помощи отрезков, образующих угол, равный или несколько больший половины центрального угла между пластинами. Радиальные пластины выполнены с цилиндрическими поверхностями, каждая из пластин снабжена двумя поводками, вынесенными за поверхность параллельно ее торцам, и двумя ребрами жесткости в виде секторов окружности, центры которых закреплены с возможностью вращения на штифтах, установленных соосно в роторе, изготовленном сборным из плоских дисков, пазы которых выполнены дугообразными, при сборке совпадают и образуют радиальные пазы ротора, их кривизна и оси совпадают с кривизной и осями пластин. Корпус выполнен из отдельных элементов с попарно равными линейными размерами, жестко закрепленных между торцевыми стенками и образующих между собой впускные и выпускные окна, ширина которых равна ширине пластин. В торцевых стенках выполнены канавки с прямоугольным сечением и с профилем, подобным профилю внутренней поверхности корпуса, для введения в них поводков. Повышается производительность и равномерность вращения ротора, снижаются энергетические затраты. 4 ил.

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к производству гидронасосов, и может найти широкое применение в водонасосных станциях для обеспечения населения питьевой водой, в оросительных системах и в передвижной противопожарной технике.

Известна ротационная машина, содержащая корпус с торцевыми крышками, внутренняя поверхность которого выполнена в виде конхоиды окружности, и однопластинчатый ротор, эксцентрично расположенный в корпусе, при этом для исключения контакта пластины с внутренней поверхностью корпуса в одной из торцевых крышек установлен синхронизатор смещения пластины в виде кривошипа с радиусом, равным радиусу окружности, по которой выполнена конхоида внутренней поверхности корпуса, а пластина на торце, примыкающем к этой крышке, имеет ось, соединенную с подшипником синхронизатора (авт. свид. СССР №582414, кл. F01C, F04C с приоритетом от 25.10.1972 г.).

Недостатками ротационной машины являются:

– сложность конструкции;

– ограниченная производительность, потому что полезную работу совершает только одна пластина;

– низкая надежность конструкции из-за односторонней нагрузки на вал ротора за счет эксцентричности его расположения в корпусе;

-ограниченная мощность, поскольку вся нагрузка по перекачиванию воды ложится на одну пластину;

-ограниченные конструктивные возможности, потому что кривошипный синхронизатор не позволяет увеличить число пластин или увеличить кратность действия.

Известен также нагнетатель, например компрессор, содержащий ротор с радиальными пластинами, скользящими по внутренней поверхности корпуса, профиль которой образован сопряженными между собой дугами окружностей с центрами, лежащими на общей оси, при этом сопряжение дуг выполнено при помощи прямых отрезков, образующих с осью угол, равный или больший половины центрального угла между пластинами (авт. свид. СССР №397675, кл. F04C с приоритетом от 26.03.1971 г.).

Преимущества описанного нагнетателя перед предыдущим аналогом в том, что он имеет симметричные нагрузки на вал за счет симметрично размещенных пластин, симметрично размещенных впускных и выпускных окон, повышенные мощность и производительность, позволяет увеличить скорость ротора.

Имея ряд преимуществ, указанный нагнетатель обладает следующими недостатками:

– при скольжении пластин по внутренней поверхности корпуса возникают большие потери мощности из-за преодоления сил трения;

– при скольжении пластин по внутренним поверхностям пазов в роторе трение зависит от величины соприкасающихся поверхностей;

– при касании ребер пластин торцевых крышек появляется дополнительное трение;

– не предназначен для перекачивания воды;

– при увеличении габаритов или повышении скорости конструкция ротора не обеспечивает надежности;

– при перекачивании больших объемов воды для обеспечения равномерности вращения ротора необходима инерционность ротора;

– конструкция внутренней поверхности корпуса технологически сложная, требуется высокая чистота обработки этой поверхности.

Несмотря на приведенные недостатки, указанное техническое решение, как наиболее близкий аналог, может быть принято в качестве прототипа.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков прототипа и создание гидронасоса, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в:

– устранении трения пластин по внутренней поверхности корпуса, по внутренним поверхностям пазов ротора и по поверхности торцевых стенок;

– увеличении размеров впускных и выпускных окон;

– повышении надежности (прочности) ротора;

– увеличении инерционности ротора;

– упрощении технологии изготовления внутренней поверхности корпуса.

Поставленная задача достигается в ротационном гидронасосе, содержащем ротор с радиальными пластинами, скользящими по внутренней поверхности корпуса, профиль которой образован сопряженными между собой дугами окружностей с центрами, лежащими на общей оси, а сопряжения между дугами выполнены при помощи отрезков, образующих угол, равный или несколько больший половины центрального угла между пластинами, согласно изобретению радиальные пластины выполнены с цилиндрическими поверхностями, каждая из пластин снабжена двумя поводками, вынесенными за поверхность параллельно ее торцам, и двумя ребрами жесткости в виде секторов окружности, центры которых закреплены с возможностью вращения на штифтах, установленных соосно в роторе, изготовленном сборным из плоских дисков, пазы которых выполнены дугообразными, при сборке совпадают и образуют радиальные пазы ротора, их кривизна и оси совпадают с кривизной и осями пластин, корпус выполнен из отдельных элементов с попарно равными линейными размерами, жестко закрепленных между торцевыми стенками и образующих между собой впускные и выпускные окна, ширина которых равна ширине пластин, в торцевых стенках выполнены канавки с прямоугольным сечением и с профилем, подобным профилю внутренней поверхности корпуса, для введения в них поводков.

Пример выполнения предлагаемого в изобретении гидронасоса представлен на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4.

На фиг.1 изображен гидронасос со снятыми торцевой стенкой и крайним диском ротора,

на фиг.2 – собранный гидронасос со стороны корпуса,

на фиг.3 – торцевая стенка с внутренней стороны,

на фиг.4 – радиальная пластина с ребрами жесткости и поводками.

Корпус 1 выполнен из отдельных сегментов 2 под углом 45° и попарно равными линейными размерами, закрепленных между двумя торцевыми стенками 3 (см. фиг.2) так, что между сегментами 2 образуются впускные 4 и выпускные 5 окна. В корпусе 1 соосно установлен ротор 6 с валом 7, собранный из плоских дисков 8, радиальные пазы которых при сборке совпадают друг с другом, образуя пазы 9 ротора 6, и их внутренние стенки имеют цилиндрические поверхности. При этом каждый второй диск 8 с обоих торцов ротора 6 имеет выемки 10. В пазах 9 ротора 6 размещены радиальные пластины 11, выполненные с цилиндрическими поверхностями, подобными поверхностям внутренних стенок пазов 9, и имеющие по два поводка 12 и по два ребра 13 жесткости в виде секторов окружностей, центры которых лежат на осях радиальных пластин 11 и пазов 9 ротора 6. Ширина пластин 11 при этом равна ширине окон 4 и 5 между сегментами 2 корпуса 1. Ребра 13 жесткости установлены своими центрами с возможностью вращения на штифтах 14, закрепленных жестко в роторе 6 на осях симметрии пазов 9 и радиальных пластин 11. Поводки 12 установлены параллельно торцам радиальных пластин 11 и выполнены из композиционного износостойкого материала, имеющего минимальный коэффициент трения по стали, например из углепластика. В процессе сборки гидронасоса поводки 12 вводятся в канавки 15 прямоугольного сечения, имеющиеся в торцевых стенках 3 с минимальным зазором. Канавки 15 имеют профиль, подобный профилю внутренней поверхности корпуса 1. Между внутренней поверхностью корпуса 1 и боковой поверхностью ротора 6 в зоне впускного 4 и выпускного 5 окон образуются рабочие полости I и II.

Гидронасос работает следующим образом.

При вращении ротора 6, например, по часовой стрелке поводки 12 скользят по канавке 15 в торцевых стенках 3, следуя ее форме, повторяющей конфигурацию внутренней поверхности корпуса 1. В результате радиальные пластины 11, перемещаясь в радиальных пазах 9 ротора 6 своими торцами, обращенными к внутренней поверхности корпуса 1, следуют вдоль этой поверхности, повторяя все ее изгибы и сохраняя постоянный зазор с ней, равный 0,1-0,2 мм. За счет этого зазора исключается трение между радиальными пластинами 11 и внутренней поверхностью корпуса 1.

Радиальная пластина 11, находящаяся, например, в зоне окна 4 в полости I, при вращении ротора 6 по часовой стрелке смещается в сторону окна 5 без всяких усилий, проходит впускное окно 4 до его противоположной кромки. Далее пластина 11 входит в зону сегмента 2 корпуса 1 и втягивает за собой воду в пространство между внутренней поверхностью сегмента 2 и боковой поверхностью ротора 6. Одновременно она выталкивает впереди себя воду из указанного пространства через выпускное окно 5, втянутую туда предыдущей пластиной 11. Дойдя до кромки окна 5, она полностью вытесняет воду из пространства между сегментом 2 и ротором 6, втянутую туда предыдущей пластиной 11, и заполняет его водой, втянутой ею самой. В это время к сегменту 2 подходит следующая пластина 11, отсекает воду, втянутую впереди идущей пластиной 11, втягивает за собой новую порцию воды и выталкивает впереди себя предыдущую, как только впереди идущая пластина 11 переходит кромку выпускного окна 5. Такую работу выполняет каждая из пластин 11. Кроме того, пластины 11 выполняют такую же работу в полости II. В результате через окна 4 и 5 происходит перекачка воды, например, из водоема в водонапорную башню или в трубопровод водоснабжения. При этом независимо от скорости вращения ротора 6 в окнах 4 и 5 не возникает турбулентности и других явлений, которые возникают в большинстве насосов при боковых впускных 4 и выпускных 5 окнах. Пластины 11 в пазах 9 ротора 6 установлены так, что не касаются внутренних стенок пазов 9 в роторе 6, легко перемещаются в них потому, что их ребра 13 жесткости установлены на штифтах 14, закрепленных в роторе 6 в точках, лежащих на осях цилиндрических поверхностей, образующих боковые стенки пазов 9. В результате при входе и выходе пластин 11 из пазов 9 ротора 6 отсутствует трение их плоскостей о стенки пазов 9. За счет симметричности ребер 13 жесткости и их соосности на штифтах 14 отсутствует и касание боковых ребер пластин 11 о торцевые стенки 3 гидронасоса. Поскольку основные источники трения в гидронасосе исключены, и остается трение только поводков 12 о стенки канавок 15 в торцевых стенках 3, которое максимально снижается за счет подбора материала поводков 12, имеющего максимальную износостойкость и минимальный коэффициент трения по стали, в гидронасосе резко снижены затраты энергии на преодоление внутренних сил трения.

Таким образом, выполнение корпуса из отдельных фрагментов упрощает технологию сборки гидронасоса и устраняет возможность возникновения турбулентности и других явлений при увеличении скорости ротора, изготовление ротора наборным из плоских дисков позволяет подбирать его инерционность, а также решить задачи по исключению трения пластин в пазах ротора, конструкция пластин с ребрами жесткости, поводками и канавками в торцевых стеках гидронасоса обеспечивает исключение сил трения пластин по внутренней поверхности корпуса, по внутренним стенкам пазов в роторе и торцевым стенкам гидронасоса и снижает его энергопотребление на преодоление внутренних сил трения.

Формула изобретения

Ротационный гидронасос, содержащий ротор с радиальными пластинами, скользящими по внутренней поверхности корпуса, профиль которой образован сопряженными между собой дугам окружностей с центрами, лежащими на общей оси, а сопряжения между дугами выполнены при помощи отрезков, образующих угол, равный или несколько больший половины центрального угла между пластинами, отличающийся тем, что радиальные пластины выполнены с цилиндрическими поверхностями, каждая из пластин снабжена двумя поводками, вынесенными за поверхность параллельно ее торцам, и двумя ребрами жесткости в виде секторов окружности, центры которых закреплены с возможностью вращения на штифтах, установленных соосно в роторе, изготовленном сборным из плоских дисков, пазы которых выполнены дугообразными, при сборке совпадают и образуют радиальные пазы ротора, их кривизна и оси совпадают с кривизной и осями пластин, корпус выполнен из отдельных элементов с попарно равными линейными размерами, жестко закрепленных между торцевыми стенками и образующих между собой впускные и выпускные окна, ширина которых равна ширине пластин, в торцевых стенках выполнены канавки с прямоугольным сечением и с профилем, подобным профилю внутренней поверхности корпуса, для введения в них поводков.

РИСУНКИ