ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к насосам объемного действия, и может быть использована для перекачивания воздуха, газов и газовоздушных смесей, а также любых жидкостей.
Известна ротационная пластинчатая машина для перекачивания газов и воздуха, содержащая корпус с рядом расположенными каналами подвода и отвода рабочей среды, пластинчатым эксцентриковым ротором, у которой корпус имеет внутреннюю профилированную расточку, обеспечивающую большую площадь прилегания поверхности ротора к внутренней поверхности корпуса (см. А.С. SU №1827435, Кл. F04С 2/344, oп. в 1993 г.). В этом устройстве эксцентриковый ротор при своем вращении создает зону разрежения для засасывания газов и зону вытеснения для отвода газов. Подвижная пластина ротора обеспечивает разделение внутреннего пространства на две камеры и выполняет роль лопастей, перемещающих газ в зону вытеснения. Использование ротора с расположенной внутри подвижной пластиной усложняет конструкцию машины. Профилированная расточка корпуса увеличивает площадь прилегания ротора к корпусу, но ее выполнение на внутренней поверхности корпуса представляет собой технологически сложную задачу.
Известна роторная машина, содержащая статор, герметично закрытый с торцов, имеющий впускное и выпускное отверстия и подвижную перегородку с прорезью, расположенную в статоре с возможностью вращения, а также образованные в статоре переменные внутренние объемы, а также ротор, выполненный в виде тела вращения с лопастями, связанный с подвижной перегородкой с возможностью прохода лопасти через прорезь перегородки (см. патент на изобретение RU №2338070, Кл. F04С 2/00, oп. 2007 г.). В известном устройстве прорезь в перегородке в сечении по окружности вращения имеет форму параллелограмма, лопасть ротора в
поперечном сечении представляет собой многоугольник, две стороны которого равны между собой и имеют возможность контактировать с торцевой поверхностью статора, а контакт между внутренней поверхностью статора и подвижными перегородками, между внутренней поверхностью статора и конструкцией ротора, перегородками и лопастями ротора является герметичным. В этой конструкции нет эксцентрика, поэтому перекачивание рабочей среды происходит под воздействием лопастей ротора. Перегородка ротора делит внутренний объем статора на две части между рядом расположенными впускным и выпускным отверстиями. Стабильная работа этой достаточно сложной конструкции в сильной степени зависит от быстроизнашиваемых лопастей и перегородки, что требует их периодической замены, представляющей в данной конструкции большую проблему.
Известен роторный насос, содержащий корпус с цилиндрическими расточками, в которых эксцентрично установлены на параллельных эксцентриковых валах с образованием рабочих камер роторы, последние выполнены пустотелыми и установлены на эксцентриковых валах посредством подшипников с возможностью вращения в одном направлении, расточки соединены между собой перегородкой с продольными пазами, в которых с возможностью перемещения и постоянного контакта с роторами размещены разделительные пластины, по разные стороны от перегородок выполнены каналы подвода и отвода рабочей среды из камер (см. патент на изобретение RU №2065976, Кл. F01С 1/356, oп. 1996 г.). Данная конструкция не имеет недостатков предыдущих устройств, но выполнение ротора пустотелым и снабжение спаренного насоса механизмом синхронизации усложняет его изготовление и использование.
Известен пластино-статорный беспружинный насос, содержащий статор, эксцентрично выполненный ротор, пластину и золотник, соединяющий пластину с ротором, а на золотнике выполнен
цилиндрический выступ, охватывающий скругленную кромку пластины с возможностью перекрытия наружными поверхностями выступа впускного и выпускного отверстий при нахождении пластины в верхней мертвой точке, при этом на эксцентрике ротора выполнены две канавки для шариков, обеспечивающих качающееся движение золотника в процессе работы (см. патент на изобретение RU №2155277, Кл. F04С 2/00, oп. 2000 г.). В этом устройстве пластина-перегородка кинематически связана с ротором и поднимается-опускается при его повороте. Назначение пластины-перегородки - не только разделение зон всасывания и вытеснения, но и периодическое перекрытие каналов входа и выхода. Это значительно усложняет конструкцию пластины-перегородки и насоса в целом.
Известен эксцентриковый насос-смеситель с подпружиненной разделительной перегородкой, расположенной в направляющих корпуса и в дополнительной обойме (см. А.С. SU №1675578, Кл. F04С 2/00, oп. 1991 г.). Этот насос с перегородкой имеет достаточно сложную конструкцию, что может привести к заклиниванию перегородки в направляющих корпуса и поломке насоса.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является насос эксцентриковый, состоящий из корпуса с входным и выходным отверстиями, эксцентрикового вала, расположенного на нем цилиндрического поршня и подвижного разделителя - в одном случае установленного на оси и отделяющего зоны высокого и низкого давления (см. фиг.1), а во втором случае выполненного в виде плоской пластины, закрепленной в цилиндрическом поршне, и уплотненной в корпусе двумя стержнями из упругого антифрикционного материала (см. фиг.2) (см. патент на изобретение RU №2330991, Кл. F04С 2/00, oп. 2008 г.). Этот насос проще в изготовлении и использовании, чем предыдущие. Однако конструкции поворотного и подвижного разделителей не обеспечивают их надежного прилегания к поверхности цилиндрического поршня-ротора, что приводит к перетеканию части нагнетаемой в камеру вытеснения рабочей
среды во входную камеру и потерям производительности.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи оптимизации работы насоса при увеличении зоны контакта рабочей части ротора с внутренней поверхностью корпуса, исключении заклинивания разделительной перегородки и увеличении зоны контакта разделительной перегородки с поверхностью ротора, увеличения производительности насоса, уменьшения его поломок и увеличения срока эксплуатации.
1
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в эксцентриковом насосе, содержащем корпус с входным и выходным каналами и торцевыми крышками, эксцентрично расположенный в корпусе на валу ротор и подвижный разделитель, ротор снабжен дополнительным эксцентриком меньшего размера, установленным на общем валу за торцевыми крышками, и выполнен с профилированной расточкой на внешней поверхности своей рабочей части с радиусом кривизны расточки, совпадающим с радиусом R окружности внутренней поверхности корпуса, причем угол β между крайними зонами расточки составляет не менее 20° окружности внутренней поверхности корпуса, а корпус выполнен со щелевой проточкой криволинейной формы, расположенной на ширину ротора параллельно оси насоса между входным и выходным каналами, при этом подвижный разделитель выполнен в виде криволинейной перегородки, расположенной в щелевой проточке корпуса на всю ее ширину с возможностью криволинейного перемещения, причем наружный конец перегородки, расположенный за пределами корпуса, снабжен как минимум одним установленным на оси рычагом, свободным концом, связанным с перегородкой, при этом конец перегородки, расположенный снаружи корпуса, снабжен механизмом синхронизации, кинематически связан с валом ротора и выполнен с продольным полукруглым углублением на торце и расположенным в этом углублении полуцилиндром, контактирующим с поверхностью ротора своей свободной поверхностью,
причем как минимум один конец полуцилиндра перегородки снабжен цилиндрическим стержнем, расположенным за торцевыми крышками и связанным посредством механизма синхронизации с дополнительным эксцентриком. Угол α по окружности корпуса между входным и выходным каналами составляет не менее 10°. Свободная поверхность полуцилиндра перегородки, контактирующая с поверхностью ротора, выполнена криволинейной в поперечном сечении, копирующей поверхность ротора. Механизм синхронизации выполнен в виде тяги, снабженной малой и большой втулками, расположенными на ее концах, и связанной с дополнительным эксцентриком посредством большой втулки с подшипником, а с втулкой перегородки - посредством малой втулки.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлено сечение эксцентрикового насоса с разделительной перегородкой. На фиг.2 - ротор, вид сбоку. На фиг.3 - механизм соединения разделительной перегородки с ротором. На фиг.4 - полуцилиндр разделительной перегородки в аксонометрии.
1
Эксцентриковый насос содержит корпус 1, с одной стороны которого имеются входной канал 2 и выходной канал 3. Угол α по окружности корпуса 1 между входным и выходным каналами 2 и 3 составляет не менее 10°. С боков корпус 1 закрыт торцевыми крышками (на рисунке не показано). В корпусе 1 эксцентрично расположен установленный на валу 4 ротор 5. Корпус 1 имеет щелевую проточку 6 криволинейной формы, расположенную на ширину ротора 5 параллельно оси насоса между входным и выходным каналами 2 и 3. В щелевой проточке 6 расположен подвижный разделитель - перегородка 7 криволинейной формы на всю ее ширину, которая продольно перекрывает внутреннюю полость корпуса 1, разделяя эту полость на две зоны: камеру всасывания 8 и камеру вытеснения 9. Ротор 5 имеет профилированную расточку на внешней поверхности своей рабочей части 10 с радиусом кривизны расточки, совпадающим с радиусом R окружности внутренней поверхности корпуса 1. Угол β между крайними зонами расточки
составляет не менее 20° окружности внутренней поверхности корпуса 1. Такая расточка обеспечивает увеличение зоны контакта поверхности рабочей части 10 ротора 5 с внутренней поверхностью корпуса 1. Ротор 5 снабжен дополнительным эксцентриком 11 меньшего размера, чем ротор 5. Эксцентрик 11 установлен на общем с ротором 5 валу 4, выполнен с ротором 5 как единое целое и расположен снаружи - за торцевыми крышками.
Разделительная перегородка 7 имеет возможность криволинейного перемещения в щелевой криволинейной проточке 6 корпуса 1. За пределами корпуса 1 расположен как минимум один рычаг 12, установленный на оси 13 с возможностью поворота вокруг нее. Свободный конец рычага или рычагов 12 связан с наружным концом или концами перегородки 7 с одной или с обеих ее сторон, расположенными за пределами корпуса 1. На торце перегородки 7, расположенном внутри корпуса 1, выполнено продольное полукруглое углубление. В этом углублении расположен полуцилиндр 14, контактирующий с поверхностью ротора 5 своей свободной поверхностью 15. Свободная поверхность 15 полуцилиндра 14, контактирующая с поверхностью ротора 5, выполнена криволинейной в поперечном сечении, копирующей поверхность ротора 5. Это обеспечивает увеличение зоны контакта полуцилиндра 14 перегородки 7 с ротором 5. Та часть перегородки 7, которая расположена снаружи корпуса 1, снабжена механизмом синхронизации и кинематически связана с валом 4 ротора 5. Для обеспечения кинематической связи один или оба конца полуцилиндра 14 перегородки 7 снабжены цилиндрическими стержнями 16, расположенными на одной оси с полуцилиндром 14 и жестко с ним связанными. Стержни 16 расположены за торцевыми крышками и связаны посредством механизма синхронизации, выполненного в виде тяги 17, с дополнительным эксцентриком 11 ротора 5. Тяга 17 снабжена малой втулкой 18 и большой втулкой 19, расположенными на ее концах. Тяга 17 связана с дополнительным эксцентриком 11 посредством большой втулки 19 через подшипник 20. Цилиндрический стержень 16 жестко закреплен во втулке 21 перегородки 7, а малая втулка 18
тяги 17 охватывает втулку 21. Вал 4 с осью А имеет цилиндрические утолщения 22 и 23, расположенные с обеих сторон от эксцентрикового ротора 5 с осью В, для установки подшипников торцевых крышек корпуса 1 (см. фиг.2). Дополнительный эксцентрик 11 примыкает к цилиндрическому утолщению 23.
1
Эксцентриковый насос работает следующим образом. При вращении вала 4 с эксцентриковым ротором 5 по часовой стрелке в камере 8 корпуса 1 образуется зона разрежения, в которую через канал 2 устремляется рабочая среда - газ, воздух или смесь. В камере 9 возникает зона нагнетания. При вращении ротора 5 объем этих зон постоянно изменяется, при этом ротор 5 постоянно выталкивает рабочую среду в камеру 9, из которой рабочая среда выталкивается через выходной канал 3. Разделительная перегородка 7 за счет большой криволинейной площади контакта поверхности 15 полуцилиндра 14 с поверхностью ротора 5 надежно отделяет камеру 8 и 9 друг от друга, препятствуя перетеканию рабочей среды из зоны низкого в зону высокого давления. Угол α между входным и выходным каналами 2 и 3 не превышает 10°. Это дает возможность максимально синхронизировать работу камер 8 и 9. Криволинейное выполнение проточки 6 и качающейся на оси 13 перегородки 7 обеспечивает ее радиальное перемещение без заклинивания и потерь на трение. Профилированная расточка на внешней поверхности рабочей части 10 ротора 5 с радиусом кривизны, совпадающим с радиусом R окружности внутренней поверхности корпуса 1, и углом β не менее 20° увеличивает зону контакта поверхности рабочей части 10 ротора 5 с внутренней поверхностью корпуса 1, повышая надежность протекания технологического процесса, отделяя камеры 8 и 9 друг от друга. За счет механизма синхронизации и кинематической связи перегородки 7 с эксцентриком 11 через тягу 17, связанную с втулкой 21, перегородка 7 равномерно опускается и поднимается в полости корпуса 1, без рывков и задержек, обеспечивая надежную изоляцию камер 8 и 9 друг от друга.
Таким образом, заявленная полезная модель решает техническую задачу оптимизации работы насоса при увеличении зоны контакта рабочей части ротора с внутренней поверхностью корпуса, исключении заклинивания разделительной перегородки и увеличении зоны контакта разделительной перегородки с поверхностью ротора, увеличения производительности насоса, уменьшения его поломок и увеличения срока эксплуатации.