НАГНЕТАТЕЛЬ
SUPERCHARGER

Изобретение относится к нагнетательным установкам и может, в частности, использоваться в вентиляторостроении.
Для перемещения газовых сред широко используются лопастные нагнетатели центробежного и осевого типов. Недостатком их является низкий создаваемый напор и невысокий к.п.д. Повышение создаваемого напора достигается путем многоступенчатого исполнения лопастных нагнетателей, что усложняет их конструкцию [Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия. 1977. с. 194-206, с. 233-240].
Значительно более высокий создаваемый напор имеют объемные нагнетатели. Известны нагнетатели объемного типа с возвратно-поступательным движением рабочего органа - поршня или диафрагмы. Подача перемещаемой среды в таких нагнетателях осуществляется прерывисто, а рабочий орган имеет холостой ход. Они конструктивно сложны и динамически неуравновешены. Известны также нагнетатели объемного типа, действие которых основано на принципе выталкивания перемещаемой среды при вращательном движении рабочего органа [Калинушкин М.П. Гидравлические машины и холодильные установки. М.: Высшая школа, 1973. с. 14-15, с. 101-109]. К их числу относятся ротационные нагнетатели [Абдурашитов С.А., Тупеченков А. А., Вершинин И.М., Тененгольц С.М. Насосы и компрессоры. М.: Недра, 1974. с. 168, рис 71.1]. Недостатком ротационных нагнетателей является повышенный износ кромки лопасти, трущейся о поверхность цилиндрического статора, и возможность заклинивания лопасти в процессе радиального ее перемещения в направляющем пазу ротора при его вращении. Недостатком является и то, что такие нагнетатели не могут обеспечить большие подачи перемещаемой среды из-за малого объема рабочего пространства, которое ограничивается допустимым радиальным перемещением лопасти.
Известные нагнетатели являются однопоточными, то есть осуществляют подачу одного потока перемещаемой среды.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является нагнетатель, содержащий корпус, включающий цилиндрический статор и боковые плоские стенки, расположенные на статоре патрубки для впуска и выпуска перемещаемой среды, выпускные клапаны, соосные со статором ступицы с жестко закрепленными на них лопастями, соединенный со ступицами через подшипники вал привода, на котором закреплены втулки с внешним пазом, стопорные устройства, установленные на внешних сторонах боковых плоских стенок и включающие в себя закрепленное на боковой плоской стенке кольцо с выемкой, поворотный храповик, ось которого соединена с торцовой частью ступицы [RU 2675634 С1, 21.12.2018, F04D 25/00] - прототип.
Известное устройство [RU 2675634 С1] имеет простую конструкцию, обеспечивает непрерывную подачу при повышенном напоре. Недостатком его является дисбаланс распределения масс по окружности ступиц, так как на каждой ступице закреплена только одна лопасть. Это может приводить к повышенным динамическим нагрузкам на элементы нагнетателя при его работе. К недостаткам относится и то, что устройство обеспечивает подачу только одного потока перемещаемой среды.
Техническая проблема заключается в необходимости улучшения рабочих характеристик нагнетателей.
Технический результат настоящего изобретения - устранение дисбаланса распределения масс по окружности ступиц и обеспечение подачи одним нагнетателем одновременно двух потоков перемещаемой среды. Последнее важно, в частности, для приточно - вытяжных вентиляционных систем, где осуществляется рекуперация теплоты вытяжного воздуха в теплообменниках поверхностного типа.
Поставленная задача решается тем, что в нагнетателе, содержащем корпус, включающий цилиндрический статор и боковые плоские стенки, расположенные на статоре патрубки для впуска и выпуска перемещаемой среды, выпускные клапаны, соосные со статором ступицы с жестко закрепленными на них лопастями, соединенный со ступицами через подшипники вал привода, на котором закреплены втулки с внешним пазом, стопорные устройства, установленные на внешних сторонах боковых плоских стенок и включающие в себя закрепленное на боковой плоской стенке кольцо с выемкой, поворотный храповик, ось которого соединена с торцовой частью ступицы, жестко закрепленные на каждой ступице две лопасти зеркально расположены друг относительно друга и' перекрывают внутреннее пространство корпуса в диаметральной плоскости. Закрепленные на боковых стенках корпуса кольца имеют дополнительную выемку, надетые на вал привода втулки имеют дополнительный паз, впускной и выпускной патрубки для каждого потока перемещаемой среды размещены на противоположных сторонах цилиндрического статора.
В отличие от известного устройства, совокупность отличительных признаков позволяет устранить дисбаланс распределения масс по окружности ступиц и обеспечить одновременную подачу двух потоков перемещаемой среды одним нагнетателем.
На фиг. 1 показан разрез заявляемого нагнетателя;
на фиг. 2 - вид справа нагнетателя на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид по А нагнетателя на фиг. 1.
Нагнетатель содержит корпус 1, состоящий из цилиндрического статора 2 и боковых плоских стенок 3 и 4. На цилиндрическом статоре 2 расположены впускные 5 и выпускные 6 патрубки. В выпускных патрубках 6 размещены выпускные клапаны 7. На одной оси с корпусом 1 находится вал привода 8, который через подшипники 9 соединен со ступицами 10 и 11. На ступице 10 жестко закреплены лопасти 12 и 13, а на ступице 11 - лопасти 14 и 15. На внешних сторонах боковых плоских стенок 3 и 4 установлены стопорные устройства, состоящие из неподвижного кольца 16 с выемкой 17 и дополнительной выемкой 18, поворотного храповика 19, ось 20 которого жестко соединена своим концом с торцовой частью соответствующей ступицы 10 и 11, втулки 21 с внешним пазом 22 и дополнительным пазом 23, которая надета на вал привода 8 без возможности проворачивания на нем. Храповик 19 имеет три ножки, радиально расходящихся по направлению от оси 20 под углом 120° друг к другу. Жестко закрепленные на каждой ступице две лопасти зеркально расположены друг относительно друга и перекрывают внутреннее пространство корпуса в диаметральной плоскости, закрепленные на боковых стенках корпуса кольца имеют дополнительную выемку, надетые на вал привода втулки имеют дополнительный паз, впускной и выпускной патрубки для каждого потока перемещаемой среды размещены на противоположных сторонах цилиндрического статора.
Нагнетатель работает следующим образом.
Потоки перемещаемой среды постоянно поступают через впускные патрубки 5 в левую и правую половины полости корпуса 1 при попеременных полукруговых движениях лопастей 12, 13 и 14, 15 в направлении по часовой стрелке (в положении на фиг. 2). Сжатые потоки выходят из нагнетателя через выпускные клапаны 7, размещенные в выпускных патрубках 6.
В состоянии нагнетателя, показанном на фиг. 1, 2 и 3 постоянно вращающийся вал привода 8 через стопорное устройство, установленное на боковой плоской стенке 4, находится в зацеплении со ступицей 10. Вращающий момент от вала привода 8 передается втулке 21. в дополнительном пазу 23 которой находится одна из ножек храповика 19, а две другие ножки храповика 19 контактируют с внутренней цилиндрической поверхностью неподвижного кольца 17 и перемещаются по ней. От втулки 21 вращающий момент через храповик 19 и его ось 20 передается ступице 10, с которой ось 20 своим концом жестко соединена. При этом ступица 10 и закрепленные на ней лопасти 12 и 13 совершают вращательное движение.
В это время с другой стороны нагнетателя в стопорном устройстве, установленном на боковой плоской стенке 3, одна из ножек поворотного храповика 19 находится в выемке 17 неподвижного кольца 16, а две другие ножки храповика 19 контактируют с внешней цилиндрической поверхностью втулки 21, вращающейся вместе с валом привода 8, и перемещаются по ней. При этом храповик 19, ось 20 которого своим концом жестко соединена со ступицей 11, сама ступица 11 и закрепленные на ней лопасти 14 и 15 неподвижны относительно оси вращения вала привода 8. Перемещаемая среда одного потока сжимается в корпусе 1 между неподвижной лопастью 14 и движущейся лопастью 12, а среда другого потока - между неподвижной лопастью 15 и движущейся лопастью 13. Одновременно идет заполнение перемещаемой средой пространства корпуса 1 за движущимися лопастями 12 и 13 через впускные патрубки 5.
По мере прохождения лопастями 12 и 13 выпускных патрубков 6, выпускные клапаны 7 закрываются, препятствуя возврату сжатой среды из выпускных патрубков 6 во внутреннее пространство корпуса 1.
При сближении движущихся лопастей 12 и 13 с неподвижными лопастями 14 и 15, одна из ножек поворотного храповика 19 в стопорном устройстве, установленном на боковой плоской стенке 4, входит в дополнительную выемку 18 неподвижного кольца 16, а две другие ножки храповика 19 вступают в контакт с внешней поверхностью втулки 21 и перемещаются по ней. Одновременно в стопорном устройстве, расположенном на боковой плоской стенке 3, одна из ножек поворотного храповика 19 входит в дополнительный паз 23 втулки 21, а две другие ножки храповика 19 вступают в подвижный контакт с внутренней цилиндрической поверхностью неподвижного кольца 16 и перемещаются по ней. При этом ступица 10 и закрепленные на ней лопасти 12 и 13 прекращают свое движение и фиксируются в неподвижном положении, а ступица 11 вместе с закрепленными на ней лопастями 14 и 15 начинают вращательное движение в корпусе нагнетателя. Сжатие перемещаемой среды осуществляется в лом случае между движущейся лопастью 14 и неподвижной лопастью 13 для одного потока и между лопастями 15 и 12 соответственно для другого потока.
После поворота вала привода 8 на 180° происходит изменение положений ножек храповиков 19 в каждом из стопорных устройств, расположенных на боковых плоских стенках 3 и 4, что приводит к прекращению движения и фиксации в неподвижном положении ступицы 11 и лопастей 14 и 15 и к вращательному движению ступицы 10 и лопастей 12 и 13. Далее рабочий процесс повторяется. Совершая периодические полукруговые движения, парные лопасти 12, 13 и 14, 15 попеременно становятся замыкающими рабочий объем корпуса 1, когда они занимают одно и то же фиксированное неподвижное положение, и сжимающими перемещаемую среду потоков при своем движении. Такого рода чередующиеся изменения функциональной роли парных лопастей 12, 13 и 14, 15 обеспечивают непрерывную подачу перемещаемой среды нагнетателем двумя обособленными потоками.
Основные преимущества предлагаемого нагнетателя по сравнению с существующими аналогичными устройствами следующие:
- уравновешенность распределения масс по окружности вращающихся рабочих органов и отсутствие, в связи с этим, динамических нагрузок, что способствует повышению надежности нагнетателя;
- нагнетатель обеспечивает одновременную подачу двух потоков перемещаемой среды;
- подача перемещаемой среды находится в слабой зависимости от давления ее сжатия.