ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВАЯ МАШИНА
LIQUID-RING MACHINE

Изобретение относится к компрессоростроению и вакуумной технике, конкретно, к жидкостно-кольцевым насосам и компрессорам. Предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность, производительность и коэффициент полезного действия жидкостно-кольцевой машины.
Аналогом является 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, при этом профиль лопаток корпуса очерчен по эвольвенте окружности (RU 2492360 С2).
Недостатком указанной конструкции является сложность конструкции, недостаточная прочность лопаток рабочего колеса, как следствие, недостаточная надежность, постоянство размеров и положения проходного сечения нагнетательного окна на всех режимах работы, как следствие, постоянство степени внутреннего сжатия в ячейках рабочего колеса, как следствие, перерасход мощности сжатия газовой фазы, увеличение общей потребляемой мощность на процесс вакуумирования и, как следствие, низкий коэффициент полезного действия.
Прототипом является жидкостно-кольцевая машина, содержащая торцевые крышки со всасывающими и нагнетательными окнами для газовой среды и установленным с эксцентриситетом валом, на котором расположено рабочее колесо с лопатками, нагнетательное окно снабжено механизмом регулирования размера проходного сечения, а в области всасывания осуществлена дополнительная подача рабочей жидкости (RU 2492359 С2).
Недостатком приведенной конструкции является значительные гидравлические потери на трение жидкости о неподвижный корпус насоса, что приводит к дополнительным затратам энергии, перерасход дополнительно подаваемой рабочей жидкости, значительные перетечки газовой фазы из области сжатия в область всасывания, как следствие потери производительности и снижение общего коэффициента полезного действия.
Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и коэффициента полезного действия жидкостно-кольцевой машины за счет снижения трения жидкости о неподвижный корпус, обеспечения прочности лопаток рабочего колеса и уплотнения жидкостного кольца регулируемым количеством дополнительной рабочей жидкости в области всасывания.
ж
Решение технической проблемы заключается в том, что жидкостно-кольцевая машина содержащая торцевые крышки со всасывающими и нагнетательными окнами для газовой среды и установленным с эксцентриситетом валом, на котором расположено рабочее колесо, при этом нагнетательные окна снабжены механизмами регулирования размеров проходного сечения нагнетательного окна, корпус установленный с возможностью вращения от рабочего колеса, на внутренней цилиндрической поверхности корпуса расположены жестко закрепленные лопатки, обеспечивающие передачу вращения корпусу от рабочего колеса, при этом лопатки рабочего колеса укреплены бандажами-косынками, а в области всасывания установлены штуцеры для подачи дополнительной рабочей жидкости, при чем расход дополнительно подаваемой рабочей жидкости  является функцией площади проходного сечения нагнетательного окна  и температуры жидкости в рабочей полости Т:
, где
- расход дополнительно подаваемой рабочей жидкости;
- площадь проходного сечения нагнетательного окна;
ж
Т  - температуры жидкости в рабочей полости.
Сущность изобретения.
На фиг. 1 изображен продольный разрез жидкостно-кольцевой машины; на фиг. 2 - поперечный разрез жидкостно-кольцевой машины; на фиг. 3 - рабочее колесо с лопатками, укрепленными бандажами-косынками; на фиг. 4 - продольный разрез рабочего колеса с лопатками, укрепленными бандажами-косынками; на фиг. 5 - поперечный разрез жидкостно-кольцевой машины; на фиг. 6 - первое положение нагнетательного окна и максимальной ячейки сжатия при изменении размеров проходного сечения нагнетательного окна; на фиг. 7 - второе положение нагнетательного окна и максимальной ячейки сжатия при изменении размеров проходного сечения нагнетательного окна; на фиг. 8 - третье положение нагнетательного окна и максимальной ячейки сжатия при изменении размеров проходного сечения нагнетательного окна; на фиг. 9 - четвертое положение нагнетательного окна и максимальной ячейки сжатия при изменении размеров проходного сечения нагнетательного окна; на фиг. 10 - привод корпуса жидкостно-кольцевой машины посредством зубчатого венца открытого зацепления, мультипликатора и электродвигателя.
Жидкостно-кольцевая машина содержит корпус 1, торцевые крышки со всасывающими и нагнетательными окнами для газовой среды, состоящие из оснований 2 и дисков 3, механизмов регулирования размеров проходного сечения нагнетательного окна 4, установленный с эксцентриситетом вал 5, на котором расположено рабочее колесо 6 (фиг. 1), корпус 1 установленный с возможностью вращения от рабочего колеса 6, на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 расположены жестко закрепленные лопатки 7 (фиг. 2), обеспечивающие передачу вращения корпусу 1 от рабочего колеса 6, при этом лопатки рабочего колеса укреплены бандажами-косынками 8, обеспечивающих надежность рабочего колеса при передачи вращения лопаткам корпуса (фиг. 3 и фиг. 4). Механизмы регулирования размеров проходного сечения нагнетательного окна 4 приводятся в действие с помощью приводов 9 под управлением блоков 10, принимающих сигнал от системы слежения 11 за параметрами рабочего процесса и параметрами жидкостно-кольцевой машины (фиг. 5). Всасывающая область снабжена штуцерами 12 для подачи дополнительной рабочей жидкости, которые управляются блоком 13, принимающего сигнал от системы слежения 11 (фиг. 2).
Кроме того, во втором частном варианте привод корпуса 1 осуществляется с помощью зубчатого венца 14 открытого зацепления, мультипликатора 15 и электродвигателя 16 (фиг. 10).
Жидкостно-кольцевая машина работает следующим образом, вращающееся рабочее колесо 6 с лопатками, укрепленными бандажами-косынками 8, обеспечивающих надежность рабочего колеса при передачи вращения лопаткам корпуса, передает вращение лопаткам 7 корпуса 1. По мере создания вакуума механизмы регулирования 4 с помощью приводов 9 под управлением блоков 10, принимающих сигнал от системы слежения 11, изменяют размеры проходных сечений нагнетательных окон, тем самым снижая перерасход мощности сжатия газовой фазы, при этом уменьшается общая потребляемая мощность на процесс вакуумирования и, как следствие, повышается общий КПД насоса.
Подача дополнительной рабочей жидкости через штуцеры 12 в область всасывания осуществляется в момент максимально возможного перетекания газовой фазы из области сжатия в область всасывания, т.е. в положении ячейки рабочей полости, характеризуемое максимальным сжатием газовой фазы  (фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9). По мере создания вакуума механизмы регулирования 4 (фиг. 2) изменяют размеры проходного сечения нагнетательных окон , соответственно изменяется положение ячейки рабочей полости, характеризуемое максимальным сжатием газовой фазы (фиг. 6 - положение 1, фиг. 7 - положение 2, фиг. 8 - положение 3 и фиг. 9 - положение 4). Измененное положение ячейки максимального сжатия газовой фазы фиксируется системой слежения 11 (фиг. 2) и в соответствии с новым положением ячейки максимального сжатия осуществляется подача дополнительной рабочей жидкости в область всасывания через штуцеры 12, посредством блока 13, принимающего сигнал от системы слежения 11. Тем самым уменьшаются перетечки газовой фазы из области сжатия в область всасывания, повышается производительность и коэффициент полезного действия жидкостно-кольцевой машины.
ж
Дополнительно система слежения 11 осуществляет контроль температуры жидкости Т в рабочей полости жидкостно-кольцевой машины. В случае нарушения теплового баланса в рабочей полости осуществляется подача необходимого количества дополнительной рабочей жидкости через штуцеры 12.
ж
Таким образом расход дополнительной рабочей жидкости  в области всасывания является функцией площади проходного сечения нагнетательного окна  и температуры жидкости в рабочей полости Т:
, где
- расход дополнительно подаваемой рабочей жидкости;
- площадь проходного сечения нагнетательного окна;
ж
Т - температуры жидкости в рабочей полости.
Такая функциональная организация подачи дополнительной рабочей жидкости позволяет снизить общий расход дополнительной рабочей жидкости и тем самым повысить общий коэффициент полезного действия жидкостно-кольцевой машины.
Во втором, частном варианте, привод корпуса 1 осуществляется с помощью зубчатого венца 14 открытого зацепления, мультипликатора 15 и электродвигателя 16 (фиг. 10).