НАСОС ВАКУУМНЫЙ ПЛАСТИНЧАТО-РОТОРНЫЙ
ROTARY VANE VACUUM PUMP

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к пластинчато-роторным устройствам, предназначенным для использования при комплектации вакуумного агрегата, создающего и поддерживающего вакуумметрическое давление в оборудовании, в частности при машинном доении коров.
Известен роторно-лопастной вакуумный насос, содержащий корпус насоса, ротор, выпускной фильтр, верхний ротор, снабженный клапаном узла проверки, верхним слив- фильтром, снабженным отделителем масла, верхним сепаратором масла (Патент CN №204646664 Опубл. 16.09.2015).
Однако известный насос предназначен для нефтяной промышленности и не предназначен для его использования в сельскохозяйственной технике.
Известен вакуумный пластинчато-роторный насос, содержащий цилиндрический корпус с рабочей полостью, торцевую крышку, прокладку, входной штуцер, ротор, размещенный на валу эксцентрично корпусу по меньшей мере с тремя пластинами, расположенными в радиальных пазах ротора с возможностью радиального и осевого перемещения. Пластины выполнены из материала с низким короблением. Периферийная часть пластин выполнена закругленной. На входном штуцере расположен отвод, установленный между входным штуцером и корпусом через две уплотнительные прокладки, имеющий возможность поворота относительно оси штуцера на 360°. На оси ротора и перпендикулярно этой оси выполнены центральный и боковые каналы, обеспечивающие равномерную смазку ротора и пластин маслом от масляной системы двигателя (Патент RU №2358158. Опубл. 10.06.2009).
Однако известный вакуумно-пластинчато-роторный насос предназначен для автомобильных двигателей и не предназначен для использования в сельском хозяйстве для поддержания вакуумметрического давления при машинном доении коров.
Известен раздвижной лопастной роторно-вакуумный насос с корпусом 1, который имеет цилиндрическую внутреннюю камеру, и эксцентрично установленный в упомянутой внутренней камере ротор 2, у которого скользящие направляющие лопатки 4 расположены в подвижной лопасти и выталкиваются наружу в радиальном направлении, в котором насос ротора 2 имеет полость 11, впускной трубопровод 12, ротационные вставки 5, предусмотренные на одном конце машины, подшипники, распределительные каналы 15, расположенные вокруг полости 11 в роторе 2, насос, вводящий смазочный материал (Патент DE №3335188 (А1) 04.04. 1985).
Однако известный раздвижной лопастной роторно-вакуумный насос не предназначен для использования в сельскохозяйственном оборудовании.
Известно роторно-пластинчатое устройство, содержащее корпус, торцевые крышки, ротор с радиальными пазами и рабочими пластинами в них. Корпус снабжен внутренней вставкой, рабочая внутренняя поверхность которой выполнена овальной формы таким образом, что в поперечном сечении рабочей внутренней поверхности, проходящем через центр масс корпуса, параллельном его торцевым крышкам, в центре корпуса размещен сборный, из двух половин ротор, имеющий сквозные пазы для рабочих пластин и глухие пазы внутри ротора для противовесов. Противовесы соединены с рабочими пластинами посредством гибких сочленений, охватывающих втулки, установленные на гладких стержнях, пронизывающих пазы в стенках ротора. На выступающих за габариты ротора частях гладких стержней установлены втулки с возможностью их обкатывания по внутренним поверхностям вставок овальной формы, установленных в торцевых крышках. Внутри каждого противовеса размещены подпружиненные пластины с возможностью смещения их вдоль оси пазов противовесов, при этом масса рабочих пластин изначально превалирует над массой своих противовесов. Продольное сечение внутренней поверхности корпуса, внешней поверхности ротора и внешней поверхности каждой из рабочих пластин выполнено прямоугольной формы. Одна из торцевых крышек выполнена составленной из двух частей - неподвижной несущей части с пневмоцилиндрами и герметизирующей межлопастные объемы части с возможностью ее смещения вдоль оси ротора. В торцевых крышках и роторе на одинаковом удалении от главной оси устройства выполнены продувочные отверстия (Патент RU №2287062. Опубл. 10.11.2006).
Однако несмотря на то, что известное изобретение относится к машиностроению, оно не предназначено для использования в аппаратах машинного доения коров.
Известен вакуумный пластинчато-роторный насос, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми крышками, с впускным и выходным патрубками, размещенный на валу эксцентрично корпусу ротор, включающий расположенные в радиальных пазах рабочие пластины, причем зазоры между соединениями насоса уплотнены рабочей жидкостью, в котором рабочей жидкостью является вода, водой уплотнены зазоры между соединениями внутри насоса, а для подачи воды в насос и ее непрерывной циркуляции во время рабочего цикла в роторе выполнены торцевые кольцевые проточки, в одной из торцевых крышек корпуса расположены две взаимно перпендикулярные связанные между собой полости, причем первая полость перпендикулярна оси вращения ротора, связана перепускным каналом с одной из кольцевых проточек ротора и в ней установлен регулировочный винт, а во второй полости размещен конец ниппеля для подачи воды от источника (Патент RU №2195582. Опубл. 27.12.2002).
Однако известный раздвижной лопастной роторно-вакуумный насос не предназначен для использования в сельскохозяйственном оборудовании.
Известен пластинчато-роторный вакуумный насос, содержащий корпус с торцовыми крышками и окнами подвода и отвода рабочей среды, эксцентрично расположенный в корпусе ротор с пазами и размещенными в них пластинами, каждая из которых выполнена составной и состоит из двух равных по длине частей. Окна подвода и отвода рабочей среды имеют в середине перемычки, делящие их на две серповидные половинки, при этом перемычки располагаются по направлению вращения ротора (Патент RU №81776. Опубл. 27.03.2009).
Однако известный пластинчато-роторный вакуумный насос предназначен лишь для использования в металлургической промышленности и не предназначен для использования в сельскохозяйственном машиностроении для аппаратом машинного доения коров.
Известен вакуумный пластинчато-роторный насос, содержащий цилиндрический корпус с рабочей полостью, торцевую крышку, прокладку, входной штуцер, опорные подшипники, ротор, размещенный на валу эксцентрично корпусу по меньшей мере с тремя пластинами, расположенными в радиальных пазах ротора с возможностью радиального и осевого перемещения, причем в полости вала имеются центральный и боковой каналы, обеспечивающие циркуляцию смазки, в котором опорные подшипники между валом и крышкой и между валом и корпусом выполнены в виде подшипников качения, причем они установлены на пути циркуляции масла, а один из них между валом и крышкой выполнен большего размера (Патент RU №73923. Опубл. 10.06.2008).
Однако известный насос не предназначен для его использования в аппаратах для машинного доения коров.
Известен ротационно-вакуумный насос лопастного типа, содержащий приводной двигатель (1, 17), взаимодействующий с вакуумным лопастным насосом и камеру (2). Электродвигатель привода (1), в частности, с воздушным охлаждением или асинхронный двигатель с водяным охлаждением. При этом асинхронный двигатель с корпусом, который с цилиндром (18) образует пространство, в котором охлаждающая жидкость циркулирует (Патент AU №2013387156. Опубл. 11.12. 2015).
Однако известное изобретение не предназначено для использования в машиностроении для сельского хозяйства, в частности для аппаратов машинного доения коров.
Известен роторно-лопастной насос для создания вакуума, содержащий корпус, насосную камеру, ротор насоса, который может вращаться в корпусе насоса и имеющий по меньшей мере одну лопасть в роторе насоса, при этом электрический привод имеет электродвигатель (Патент US №2016010646 (А1) 14.01.2016).
Однако известный роторно-лопастной насос для создания вакуума не предназначен для поддержания вакуумметрического давления в машинах для животноводства и кормопроизводства.
Известна система охлаждения ротационных вакуумных насосов доильных установок, насос снабжен водяной рубашкой между его гильзой статора и корпусом и расширительной емкостью, которая снабжена термоизоляцией, расположена выше насоса, сообщена с водяной рубашкой посредством двух оборудованных кранами трубопроводов и имеет дополнительный трубопровод для подачи воды в молокопровод доильной установки (Патент RU №2206982. Опубл. 27.06.2003).
Однако известная система охлаждения не предназначена для поддержания вакуумметрического давления.
Известна рабочая лопатка пластинчато-роторного компрессора из износостойкого полимерного композиционного материала, выполненная в виде пластины с закругленной торцевой поверхностью скольжения из износостойкого полимерного композиционного материала определенного содержания (Патент RU №2430271. Опубл. 27.09.2011).
Однако известная лопатка имеет достаточно большую степень износа в наивысшей точке закругления.
Известен насос вакуумный УВД 10 000, содержащий корпус, боковые крышки, ротор, воздушную систему охлаждения (Электронный ресурс: http://38042.ru.all.biz/vakumnye-nasosy-uvd-10000-g713716).
Однако известный вакуумный насос не предназначен для поддержания вакуумметрического давления путем дозированной подачей капель масла, сбора отработанного масла, повышения числа оборотов двигателя и линейной скорости.
Известен вакуумный насос, включающий водяную рубашку, размещаемую между гильзой статора и корпусом, расширительную емкость, снабженную термоизоляцией, расположенную выше корпуса насоса, сообщенную с водяной рубашкой посредством двух оборудованных кранами трубопроводов и имеющую в корпусе насоса сливное отверстие, в котором сменная гильза статора имеет приливы с впускными и выпускными резьбовыми отверстиями и патрубками, а боковые крышки оборудованы кольцевыми буртами с уплотнениями (Патент RU №2265321. Опубл. 10.12.2005).
Однако известный вакуумный насос не предназначен для использования в системах с низким вакуумом, а водяная рубашка не является энергоэффективной и энергосберегающей составляющей как сельскохозяйственного, так и коммунального оборудования.
Задачей настоящего изобретения является разработка энергоэффективного и энергосберегающего насоса при использовании в системах низкого вакуума как в сельскохозяйственном, так и коммунальном оборудовании.
Технический результат проявляется в повышении линейной скорости скольжения лопаток и числа оборотов ротора, герметизации зазоров между движущимися частями насоса, уменьшении потерь на трении, эффективном охлаждении рабочих поверхностей и снижении выбросов отработанного масла в атмосферу.
Поставленная задача решается тем, что в насосе вакуумном пластинчато-роторном, содержащем корпус, ротор, лопатки в виде пластины, крышки, распределительную емкость, соединенную опосредованно с корпусом, патрубки, трубопроводы, уплотнения, ротор выполнен цилиндрическим, размещен в полости корпуса с эксцентриситетом по отношению к ее вертикальной оси, оснащен с торцевых сторон цапфами, кроме того, в нем выполнены продольные пазы, в которых с возможностью перемещения установлены лопатки, при этом цапфы ротора размещены в подшипниках, закрепленных в крышках и изолированных уплотнениями и крышками-заглушками, на одной из цапф закреплена крыльчатка, изолированная кожухом, кроме того, насос оснащен системой циркуляции масла, содержащей резервуар, не менее двух регулирующих клапанов, вихревого отделителя масла и трубопроводов, при этом резервуар внутри разделен перегородкой, в которой в верхней части выполнено переливное окно, а в нижней части резервуар оснащен выходным патрубком, каждый регулирующий клапан оборудован корпусом с двумя открытыми фигурными полостями, одна из которых оснащена седлом и соединена с центральным каналом, и над которым размещена диафрагма с установленной коаксиально седлу иглой, при этом на верхнем торце корпуса закреплена крышка, оснащенная патрубком, и установлен, с возможностью перемещения, регулировочный винт, оснащенный пружиной, установленной соосно игле, на нижнем торце закреплен посредством накидной гайки стакан конической формы, выполненный за одно целое с патрубком, при этом в стакане перед патрубком размещен фильтрующий элемент, кроме того, вихревой отделитель масла выполнен в виде цилиндрической емкости, соединенной посредством конического днища и патрубка с резервуаром, оснащенной входным патрубком, расположенным в верхней части тангенциально цилиндрической емкости, выходным патрубком, расположенным в крышке, закрепленной с противоположного коническому днищу конца, при этом входной патрубок соединен трубопроводом с нагнетающим патрубком корпуса.
Целесообразно для повышения снижения потерь энергии на трение и уменьшения износа подшипники выполнить в виде подшипников качения.
В варианте выполнения насоса для отведения излишнего тепла путем отвода воздуха от корпуса целесообразно кожух оснастить отверстиями.
В варианте выполнения насоса, для визуализации количества масла в регулирующих клапанах стакан выполнить из прозрачного материала, а фильтрующий элемент из пористого материала.
Настоящее изобретение поясняют подробным описанием и схемами, на которых:
Фиг. 1 показывает общий вид насоса вакуумного пластинчато-роторного с разрезами, согласно изобретению;
Фиг. 2 - разрез корпуса насоса по оси ротора, что и на фиг. 1;
Фиг. 3 - главный вид в разрезе регулирующего клапана, то же, что на фиг. 1 и 2, в увеличенном масштабе.
Насос вакуумный пластинчато-роторный (далее насос) содержит корпус 1, имеющий сквозную внутреннюю полость 2, с обеих сторон которой закреплены крышки 3, а также всасывающий 4 и нагнетающий 5 патрубки (Фиг. 1, 2). В полости корпуса 2 установлен ротор 6 цилиндрической формы с двумя цапфами 7, оснащенный продольными пазами 8, в которых установлены лопатки 9. Каждая лопатка 9 выполнена в виде пластины из композиционного материала. Лопатка имеет возможность свободно перемещаться в пазу 8 ротора 6. Цапфы ротора 7 установлены в подшипниках качения, закрепленных в крышках 3. При этом ось ротора смещена относительно оси полости 2 корпуса 1. На одной из цапф 7 ротора закреплена крыльчатка 10 для создания воздушного потока, отводящего излишнее тепло от корпуса 1 при работающем насосе. Крыльчатка 10 затворена кожухом 11, снабженным отверстиями (не показаны) для прохода воздуха. Внутренняя полость 2 корпуса 1 уплотнена в местах выхода цапф с помощью двух крышек-заглушек 12 и резиновых уплотнений 13.
Кроме того, насос оснащен системой циркуляции масла, состоящей из резервуара 14, не менее двух регулирующих клапанов 15, вихревого отделителя масла 16 и трубопроводов 17…20. Резервуар 14 разделен перегородкой 21 с переливным окном 22.
Каждый из упомянутых регулирующих клапанов 15 оборудован корпусом 23 с двумя открытыми фигурными полостями 24 и 25, расположенными с противоположных торцов (Фиг. 3). Фигурная полость 24 соединена с центральным каналом 26. В нижней части фигурной полости 24 над центральным каналом 26 установлено седло 27 клапана 15. Седло 27 выполнено в виде втулки с конической расточкой, расположенной с противоположной стороны от центрального канала 26. В корпусе 23 выполнен боковой канал 28, ось которого перпендикулярна оси центрального канала 26. Боковой канал 28 оснащен патрубком 29 для подачи масла в верхнюю фигурную полость 24. Верхняя фигурная полость 24 корпуса 23 затворена диафрагмой 30, в которой закреплена коническая игла 31, расположенная коаксиально седлу 27 клапана 15. На верхнем торце корпуса 23 закреплена крышка 32, имеющая возможность контакта с диафрагмой 30 для ее закрепления в торце корпуса 23. При этом между диафрагмой 30 образована в крышке 32 внутренняя закрытая полость 33, которая через патрубок 34 соединена с всасывающим трубопроводом 18 насоса (Фиг. 1). В крышке 32 установлен регулировочный винт 35 для ограничения хода иглы 31, оснащенный пружиной 36 сжатия. Регулированный винт 35 расположен соосно игле 31. Пружина 36 сжатия одним торцом имеет возможность контакта с верхней частью крышки 32 со стороны закрытой полости 33. Второй конец пружины 36 сжатия имеет возможность контакта с торцом иглы 31, которая соответственно имеет возможность контакта (поджатая) с седлом 27. На нижнем торце корпуса 23 закреплен накидной гайкой 37 стакан 38 конической формы. Стакан 38 выполнен за одно целое с патрубком 39, соединенным трубопроводом 19 с полостью 2 корпуса 1 (Фиг. 1, 3). При этом стакан 38 может быть выполнен из прозрачного материала.
Внутри стакана 38 перед патрубком 39 размещен фильтрующий элемент 40, выполненный из пористого материала.
Вихревой отделитель 16 масла выполнен в виде закрытой цилиндрической емкости с коническим днищем (Фиг. 1). При этом вихревой отделитель 16 масла оборудован входным патрубком 41, расположенным в верхней части емкости тангенциально цилиндру, выходным патрубком 42, расположенным в крышке, и патрубком 43 для слива масла, расположенным в нижней части днища. Входной патрубок 41 отделителя масла 16 соединен трубопроводом 20 с нагнетающим патрубком 5 корпуса 1 насоса.
Насос вакуумный пластинчато-роторный используют следующим образом.
К свободной цапфе 7 ротора 6 присоединяют электрический или иной привод вращения и вращают ротор (Фиг. 1-3). Лопатки 9 за счет центробежной силы выдвигаются по пазам 8 до упора во внутреннюю поверхность полости 2 корпуса 1. При этом пространство между ротором 6 и корпусом 1, ограниченное соседними лопатками, уменьшается при повороте от всасывающего 4 до нагнетающего 5 патрубков. Тем самым в зоне всасывающего патрубка 4 создается необходимый вакуум. Вакуум создается и в полости 24 клапана 15, что вызывает втягивание диафрагмы 30 до упора головки иглы 31 в регулировочный винт 35. Между иглой 31 и седлом 27 образуется зазор, в который масло из полости 24 через канал 28 протекает в полость 25, а затем через фильтрующий элемент 40 и патрубок 39 поступает в полость 2 корпуса насоса. Масло заполняет зазоры между движущимися частями во внутренней полости 2 и обеспечивает снижение трения и отвод тепла от трущихся поверхностей. Количество поступающего масла определяется зазором между иглой 31 и седлом клапана 27, который регулируется винтом 35. Излишек масла с потоком воздуха через нагнетающий патрубок 5 и входной патрубок 41 уносится в вихревой отделитель 16 масла. Тангенциальное расположение входного патрубка 41 обеспечивает придание потоку воздуха вращательного движения по нисходящей спирали. При этом на частицы масла в потоке одновременно воздействуют сила тяжести, центробежная сила и тангенциально направленная сила инерции, полученная во входном патрубке 41. Под воздействием этих сил частицы масла отбрасываются на стенки маслоотделителя, стекают в его нижнюю часть по патрубку 43, посредством переливного окна 22 сливаются в резервуар 14. При выключении насоса давление в полости 24 клапана 15 восстанавливается, пружина 36 прижимает иглу 31 к седлу 27 и подача масла прекращается.
Предлагаемый насос вакуумный пластинчато-роторный является энергоэффективным и энергосберегающим при использовании в системах низкого вакуума как в сельскохозяйственном, так и коммунальном оборудовании.
Кроме того, предлагаемый насос имеет достаточно высокий КПД и производительность за счет того, что имеет возможность повысить линейную скорость скольжения лопатки, число оборотов ротора.
Предлагаемый насос позволяет осуществить герметизацию зазоров между движущимися частями насоса, уменьшение потери на трение.
Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет воплотить в жизнь эффективное охлаждение рабочих поверхностей, снизить выброс отработанного масла в атмосферу.