ВОДОКОЛЬЦЕВАЯ МАШИНА

Водокольцевая машина относится к области вакуумного и компрессорного машиностроения, а именно к водо- и жидкостно-кольцевым вакуумным насосам и может быть использована в различных отраслях промышленности: в химической, металлургической, целлюлозно-бумажной, пищевой, а также в сельском хозяйстве в системах машинного доения.
Известна жидкостно-кольцевая машина по авт. свид. SU №1710840 А1, 5 F04C 7/00, 19/00, приор. 1990.02.23, опубл. 1992.02.07, содержащая корпус, торцовые крышки с всасывающими и нагнетательными окнами и установленное в полости корпуса рабочее колесо со ступицей и лопатками.
Другим аналогом является жидкостно-кольцевая машина по свид. на полезную модель RU №9903 U1, приор. 1998.07.29, опубл. 1999.05.12, 6 F04C 7/00, F04B 37/16, содержащая корпус с торцовыми крышками, в которых выполнены нагнетательные и всасывающие окна и эксцентрично размещенное в корпусе рабочее колесо с лопатками.
Аналоги имеют одинаковые недостатки. Выполнение лопаток рабочего колеса прямыми в периферийной части приводит к вихреобразованию при взаимодействии лопаток с жидкостным кольцом, увеличивая при этом энергетические затраты и снижая эффективности работы в целом.
В качестве прототипа выбрана жидкостно-кольцевая машина по патенту RU №2101572 С1, 6 F04C 7/00, 19/00, приор. 1995.09.12, опубл. 1998.01.10.
Общими признаками заявляемой водокольцевой машины и прототипа является наличие корпуса, торцовых крышек с каналами подвода и отвода
носителя (газа или воздуха), эксцентрично размещенного в корпусе рабочего колеса, вал которого соединен через муфту с электродвигателем.
В прототипе достигается повышение КПД за счет подбора оптимальных размеров диаметра и ширины рабочего колеса.
Однако, особенности конструктивного исполнения деталей и узлов влияют на эффективность работы водо- и жидкостно-кольцевых машин. Так, например, выполнение лопастей рабочего колеса машин с углами между касательной к средней линии лопасти и касательной к окружности колеса до значений 90°...140° в режимах высокого вакуума ведет к уменьшению производительности машины из-за снижения скорости в безлопастном пространстве, вихреобразованию и износу рабочих поверхностей фрикционных элементов конструкции.
Использование кольцевой сальниковой набивки с буксами без возможности производить регулирование их поджима не обеспечивает необходимого уровня утечек на валу (объемных потерь) и ограничивает эксплуатационный ресурс, что влияет на КПД и эффективность работы машины.
Отсутствие в известных жидкостно-кольцевых машинах вентиля и фильтра по каналу подачи носителя не дает возможности изменят требуемые режимы работы и, следовательно, снижает эффективность работы.
Конструктивное же выполнение муфтового соединения вала с электродвигателем влияет на эксплуатационные характеристики машины - плавный пуск в ход и останов.
В целом все эти недостатки снижают эффективность работы известных водо- и жидкостно-кольцевых машин, ограничивают область их использования и ресурс работы.
В основу заявляемого технического решения поставлена задача - повышение эффективности работы водокольцевой машины и увеличение ее эксплуатационного ресурса.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемой водокольцевой машины являются:
а) снижение гидромеханических потерь на вихреобразование и трения о жидкостное кольцо, достигаемых за счет нового конструктивного выполнения лопастей рабочего колеса, что в целом повышает эффективность работы водокольцевой машины;
б) ликвидация утечек на валу (объемных потерь) за счет использования многорядных кольцевых уплотнителей с прижимами, что приводит к увеличению ресурса эксплуатации водокольцевой машины;
в) регулирование подачи очищенного от посторонних частиц носителя посредством вентиля с фильтром для обеспечения требуемого режима работы водокольцевой машины:
г) осуществление плавного пуска в ход водокольцевой машины за счет использования в электроприводе упругого муфтового соединения с пальцевыми демпфирующими элементами.
Для достижения технического результата в водокольцевой машине, содержащей корпус, торцовые крышки с каналами подвода и отвода носителя (газа или воздуха), эксцентрично размещенное в корпусе рабочее колесо с лопастями, вал которого соединен через муфту с электродвигателем, согласно изобретению предусмотрено следующее: периферийные части лопастей рабочего колеса выполнены изогнутыми против направлении вращения с образованием угла изгиба в диапазоне значений α=15°...30° с утолщением овальной формы на конце, в торцовых крышках корпуса установлены многорядные кольцевые уплотнители с прижимами, а на входном патрубке канала подвода установлен вентиль с фильтром, при этом муфтовое соединение электропривода выполнено упругим с использованием резиновых элементов со стопором.
Новые конструктивные детали и узлы: вентиль с фильтром, кольцевые уплотнители вала, прижимы, резиновые элементы (пальцы) муфты, стопор.
Новые особенности конструктивного выполнения деталей и узлов:
- лопасти в рабочем колесе у основания выполнены радиальными, а на конце с утолщением овальной формы, и их периферийные части
изогнуты против направления вращения с углом изгиба в диапазоне значений α=15°...30°;
- уплотнители вала - многорядные кольцевые с прижимами;
- муфтовое соединение выполнено упругим с использованием резиновых элементов (пальцев) и стопора.
Новые функциональные связи, взаимное расположение, взаимодействие деталей и узлов:
- вентиль с фильтром установлены на входном патрубке канала подвода носителя;
- кольцевые уплотнители вала закреплены в торцовых крышках;
- многорядные кольцевые уплотнители вала прижаты прижимами.
Рабочее колесо, имеющее лопасти, изогнутые в периферийной части и утолщения овальной формы на конце, позволяет уменьшить гидромеханические потери из-за вихреобразования и трение о жидкостное кольцо.
Вентиль с фильтром на входном патрубке канала подвода позволяет регулировать подачу носителя с механической очисткой.
Упругое муфтовое соединение вала с электродвигателем обеспечивает плавный пуск и останов водокольцевой машины.
Многорядные кольцевые уплотнители с прижимами не требуют дополнительного ухода, имеют увеличенный срок службы из-за высоких антифрикционных свойств, что улучшает эксплуатационные характеристики и повышает ресурс работы машины.
Перечисленные новые конструктивные детали и узлы, их расположение, взаимосвязь и взаимодействие между собой, а также новое конструктивное выполнение лопастей рабочего колеса позволяют решить поставленную задачу.
Заявляемая водокольцевая машина поясняется описанием и чертежами.
Фиг.1 - водокольцевая машина в поперечном разрезе;
Фиг.2 - водокольцевая машина в продольном разрезе;
Фиг.3 - форма выполнения лопастей рабочего колеса;
На чертежах обозначено следующее:
1 - корпус;
2 - входной патрубок;
3 - выходной патрубок;
4 - торцовые крышки;
5 - всасывающие окна;
6 - нагнетающие окна;
7 - рабочее колесо;
8 - лопасти;
9 - вал;
10 - кольцевые уплотнители;
11 - прижимы.
Водокольцевая машина содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 и 3. Стороны корпуса закрыты торцовыми крышками 4. В них выполнены всасывающие и нагнетательные окна 5 и 6, соединенные с соответствующими входными и выходными патрубками 2 и 3, образуя каналы подвода и отвода носителя. На входном патрубке 2 канала подвода носителя установлен вентиль с фильтром (на фиг.1 не показано).
В корпусе 1 установлен вал 9 с рабочим колесом 7, имеющим лопасти 8 с утолщением овальной формы на конце и изогнутыми в периферийной своей части против направления вращения. Вал 9 опирается на подшипниковые опоры. В торцовых крышках 4 корпуса 1 установлены многорядные кольцевые уплотнители 10 с прижимами 11. Один конец вала 9 свободный, а другой выходит за пределы корпуса 1 и через муфту соединен с электродвигателем (на фиг.2 не показано).
Работает водокольцевая машина следующим образом.
Первоначально включают электродвигатель, приводящий во вращение вал 9 с эксцентрично закрепленным на нем рабочим колесом 7. Затем в рабочую полость корпуса 1 подается вода. При вращении вала 9 образуется
жидкостное кольцо. Наряду с этим между рабочим колесом образуется серпообразное пространство, сообщенное с всасывающими и нагнетающими окнами для подвода и отвода носителя.
В ходе работы лопасти 8 рабочего колеса 7 то погружаются во вращающееся жидкостное колесо, то выходят из него, всасывая и или сжимая газ, находящийся между соседними лопастями, и выталкивая его, тем самым, в нагнетательный канал и далее в водоотделитель (на фиг.1 не показано). В процессе работы подпитка жидкостного кольца осуществляется от дополнительного источника.
изг
Выполнение рабочего колеса 7 с лопастями 8 изогнутого профиля и утолщением овальной формы на конце (фиг.3) из условия требуемой производительности водокольцевой машины, при которой угол изгиба периферийной части лопасти 8 рабочего колеса 7 в пределах α=15°...30° при значении радиуса изгиба R=A(α=15°) в диапазоне значений соотношения А/В=1,6...0,6 между ее прямолинейной А и периферийной В частями. Это позволяет снизить гидромеханические потери, имеющие место при входе лопастей 8 в жидкостное кольцо, и определяется углом атаки α, образованным периферийной частью лопасти (см., например, Фролов Е.С. и др. Механические вакуумные насосы. - М.: Машиностроение. 1989. с.165-204).
Использование многорядных кольцевых уплотнителей с прижимами, обладающими высокими антифрикционными свойствами и повышенным сроком службы позволяет обеспечивать герметичность вала, уменьшить потери, увеличить эксплуатационный ресурс работы и способствует повышению эффективности работы машины. Установка вентиля с фильтром на входном патрубке 2 дает возможность регулировать подачу носителя в рабочую полость машины, устанавливать требуемую производительность и режимы работы, устранять попадание в рабочую полость водокольцевой машины посторонних частиц, а следовательно, также увеличивать ее эксплуатационный ресурс.
При этом, в электроприводе машины использована упругая муфта с резиновыми демпфирующими элементами (пальцами), позволяющая осуществлять плавный пуск и останов машины, что позитивно отражается на ее эксплуатационных характеристиках.
Таким образом, заявляемая машина существенно отличается от выбранных аналогов и прототипа и позволяет обеспечить достижение положительного эффекта при ее реализации, а именно повышение эксплуатационных показателей и ресурса работы.
Водокольцевая машина выполнена на высоком техническом уровне, серийно выпускается ЗАО «ПЕНЗАГРОРЕММАШ» (фиг.4).
Источники информации
1. Авт. свид. SU №1710840 А1, 5 F04C 7/00, 19/00, приор. 1990.02.23, опубл. 1992.02.07.
2. Свидетельство на полезную модель RU №9903 U1, приор. 1998.07.29, опубл. 1999.05.12, 6 F04C 7/00, F04B 37/16,
3. Патент RU №2101572 C1, 6 F04C 7/00, 19/00, приор. 1995.09.12, опубл. 1998.01.10, прототип.