МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ РОТОРНЫЙ НАСОС (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое техническое решение относится к области машиностроения, в частности к гидромашинам объемного вытеснения, а именно, к гидравлическим насосам с внутренним зацеплением роторов, в частности к мультифазному их использованию.
Из патентной литературы известен, принятый в качестве прототипа многоступенчатый роторный насос, полость корпуса которого закрыта с обеих сторон торцевыми крышками и снабжена двумя параллельными валами, установленными на подшипниковых опорах и синхронно вращающихся от привода, соединенного с одним из валов. Роторы, жестко установленные на валу, выполнены кулачковыми, разделены радиальными перегородками, закрепленными на корпусе и снабженными внутренними каналами, с образованием последовательных ступеней сжатия рабочей среды, выполненных с рабочими камерами и всасывающими и нагнетательными окнами, сообщенными с входным и выходным штуцерами соответственно. Нагнетательное окно каждой ступени сжатия рабочей среды сообщено со всасывающим окном смежной ступени, последующей по направлению движения потока рабочей среды (Патент РФ №1786900, 7 F 04 C 13/00, 23/00, опубл. 1995 г.). Указанный известный насос позволяет улучшить эксплуатационные свойства, однако разгрузки опор вала не предусмотрено.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности и напора насоса, а также достижение разгрузки опор подшипников при работе насоса. Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в известный многоступенчатый роторный насос, содержащий корпус, полость которого закрыта с обеих сторон торцевыми крышками, и размещенные внутри полости корпуса по меньшей мере один вал, установленный на подшипниковых опорах, и роторы, жестко установленные на валу, разделенные радиальными перегородками, закрепленными на корпусе, с образованием последовательных ступеней сжатия рабочей среды, выполненных с рабочими камерами и всасывающими и нагнетательными окнами, сообщенными посредством каналов с входным и выходным штуцерами насоса соответственно, причем нагнетательное окно каждой ступени сжатия рабочей среды сообщено со всасывающим окном смежной ступени, последующей по направлению движения потока рабочей среды.
Согласно первому варианту исполнения предлагаемой полезной модели роторы каждой ступени выполнены с внутренним зацеплением, внешний из которых выполнен с внутренними зубьями, а внутренний ротор, жестко установленный на валу, выполнен с эксцентриситетом относительно внешнего ротора и снабжен внешними зубьями, число которых на единицу
меньше числа зубьев внешнего ротора, причем рабочая камера каждой ступени сжатия рабочей среды ограничена зубьями и впадинами обоих роторов, находящихся в зацеплении, и зуб внутреннего ротора, находящийся в полном зацеплении с зубьями соответствующего внешнего ротора, в смежных ступенях сжатия рабочей среды смещен в окружном направлении на угол, равный 180°, полость корпуса в зоне расположения каждого внешнего ротора выполнена цилиндрической, и каждый внешний ротор сопряжен с внутренней поверхностью этой полости и установлен коаксиально с ней, а каждая перегородка снабжена кольцевым уплотнением со стороны вала. Внешний ротор каждой ступени сжатия рабочей среды может быть снабжен рабочими окнами во впадинах его зубьев. Внешняя поверхность подшипниковых опор сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрической полости корпуса и снабжена фиксирующими элементами. Внутренняя поверхность цилиндрической полости корпуса в зоне расположения внешних роторов каждой ступени сжатия рабочей среды может быть снабжена разгрузочными карманами, сообщенными с зоной нагнетания рабочей среды. Подшипниковые опоры могут быть выполнены герметизированными от рабочей среды или могут быть сообщены с зоной нагнетания рабочей среды.
По второму варианту исполнения в известный многоступенчатый роторный насос, содержащий корпус, полость которого закрыта с обеих сторон торцевыми крышками, и размещенные внутри полости корпуса по меньшей мере один вал, установленный на подшипниковых опорах, и роторы, жестко установленные на валу, разделенные радиальными перегородками, закрепленными на корпусе, с образованием последовательных ступеней сжатия рабочей среды, выполненных с рабочими камерами и всасывающими и нагнетательными окнами, сообщенными с входным и выходным штуцерами насоса соответственно, причем нагнетательное окно каждой ступени сжатия рабочей среды сообщено со всасывающим окном смежной ступени, последующей по направлению движения потока рабочей среды, согласно предлагаемой полезной модели имеет роторы каждой ступени выполненные с внутренним зацеплением, внешний из которых выполнен с внутренними зубьями, а внутренний ротор, жестко установленный на валу, выполнен с эксцентриситетом относительно внешнего ротора и снабжен внешними зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев внешнего ротора, причем рабочая камера каждой ступени сжатия рабочей среды ограничена зубьями и впадинами обоих роторов, находящихся в зацеплении, и зуб внутреннего ротора, находящийся в полном зацеплении с зубьями соответствующего внешнего ротора, в смежных ступенях сжатия рабочей среды смещен в окружном направлении на угол, равный 180°, полость корпуса в зоне расположения каждого внешнего ротора выполнена цилиндрической и каждый внешний ротор сопряжен с внутренней поверхностью этой полости и установлен коаксиально с ней, а каждая перегородка выполнена со сплошной
поверхностью разделительных торцов и снабжена кольцевым уплотнением со стороны вала. Всасывающие и нагнетательные окна смежных секций сообщены между собой посредством трубопроводов, размещенных вне корпуса и снабженных соединительными штуцерами. Внешний ротор каждой ступени сжатия рабочей среды может быть снабжен рабочими окнами во впадинах его зубьев. Внешняя поверхность подшипниковых опор сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрической полостью корпуса и снабжена фиксирующими элементами. Внутренняя поверхность цилиндрической полости корпуса в зоне расположения внешних роторов каждой ступени сжатия рабочей среды может быть снабжена разгрузочными карманами, сообщенными с зоной нагнетания рабочей среды. Подшипниковые опоры могут быть выполнены герметизированными от рабочей среды или могут быть сообщены с зоной нагнетания рабочей среды.
По третьему варианту исполнения многоступенчатый роторный насос, содержащий корпус, полость которого закрыта с обеих сторон торцевыми крышками, и размещенные внутри полости корпуса по меньшей мере один вал, установленный на подшипниковых опорах, и роторы, жестко установленные на каждом валу и разделенные радиальными перегородками, закрепленными на корпусе с образованием ступеней сжатия рабочей среды, выполненных с рабочими камерами и всасывающими и нагнетательными окнами, сообщенными с входным и выходным штуцерами насоса соответственно и размещенными с возможностью гидравлического сообщения с окнами смежных ступеней, отличающийся тем, что насос дополнительно снабжен всасывающим и нагнетательным коллекторами, примыкающими к корпусу и выполненными с осью симметрии, ориентированной перпендикулярно осям роторов, один из коллекторов сообщен со всасывающими окнами всех ступеней сжатия рабочей среды, и другой - с нагнетательными окнами всех ступеней сжатия рабочей среды с образованием гидравлического параллельного соединения смежных ступеней сжатия рабочей среды, а роторы каждой ступени выполнены с внутренним зацеплением, внешний из которых выполнен с внутренними зубьями, а внутренний ротор, жестко установленный на валу с эксцентриситетом относительно внешнего ротора, выполнен с внешними зубьями, число которых на единицу меньше числа зубьев внешнего ротора, причем рабочая камера каждой ступени сжатия рабочей среды ограничена зубьями и впадинами обоих роторов, находящихся в зацеплении, и зуб внутреннего ротора, находящийся в полном зацеплении с зубьями соответствующего внешнего ротора, в смежных ступенях сжатия рабочей среды смещен в окружном направлении на угол, равный 180°, полость корпуса в зоне расположения каждого внешнего ротора выполнена цилиндрической и каждый внешний ротор сопряжен с внутренней поверхностью этой полости и установлен коаксиально с ней, а каждая перегородка снабжена центральным сквозным перепускным каналом, сообщенным с полостью корпуса. Ротор каждой ступени сжатия рабочей среды может быть снабжен рабочими
окнами во впадинах его зубьев. Внешняя поверхность подшипниковых опор сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрической полости корпуса и снабжена радиальными фиксирующими элементами. Подшипниковые опоры могут быть выполнены герметизированными от рабочей среды или сообщенными с полостью корпуса. Внутренняя поверхность цилиндрической полости корпуса в зоне расположения внешних роторов каждой ступени сжатия снабжена разгрузочными карманами, сообщенными с зоной нагнетания рабочей среды.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графически.
На фиг.1 показан продольный разрез многоступенчатого роторного насоса по первому и второму вариантам исполнения.
На фиг.2 показан продольный разрез многоступенчатого роторного насоса по третьему варианту исполнения, с двумя коллекторами.
На фиг.3 показан поперечный разрез многоступенчатого роторного насоса по первому и второму вариантам исполнения с последовательным гидравлическим сообщением смежных ступеней.
На фиг.4 показан поперечный разрез многоступенчатого роторного насоса по третьему варианту исполнения, с параллельным гидравлическим сообщением смежных ступеней.
Согласно первому варианту исполнения (фиг.1 и 3) многоступенчатый роторный насос содержит корпус 1, выполненный с цилиндрической полостью 2, внутри которой установлен вал 3 на подшипниковых опорах 4, внешний ротор 5 с внутренними зубьями 6 и рабочими окнами 7 во впадинах 8 его зубьев 6. Внешний ротор 5 сопряжен с внутренней поверхностью 9 цилиндрической полости 2 и коаксиален с этой полостью. Полость 2 корпуса 1 закрыта с обеих сторон торцевыми крышками 9. Внутри внешнего ротора 5 с эксцентриситетом «е» установлен внутренний ротор 11, жестко установленный на валу 3 с возможностью внутреннего зацепления. Каждый внешний ротор 5 и внутренний ротор 11 образуют одну ступень сжатия рабочей среды. Рабочая камера 12 каждой ступени сжатия рабочей среды ограничена зубьями 6 и впадинами 9 внешнего ротора 5 и зубьями 13 и впадинами 14 внутреннего ротора 11. Число зубьев внутреннего ротора 11 на один меньше числа зубьев внешнего ротора 5. Смежные ступени сжатия выполнены из таких же пар роторов 5 и 11, находящихся во внутреннем зацеплении. Зуб каждого из роторов 11 находящийся в полном зацеплении с зубьями внешнего ротора 5, в смежных ступенях сжатия рабочей среды смещен в окружном направлении на 180°.
Ступени сжатия рабочей среды разделены между собой перегородками 15. Ступени сжатия сообщены между собой каналами 16 в корпусных деталях. Каждая перегородка 15 снабжена кольцевым уплотнением 17 со стороны вала 3. Первая ступень сжатия подключена к входному штуцеру 18 насоса, а последняя - к выходному штуцеру 19 насоса. Рабочая камера каждой ступени сжатия выполнена с всасывающим 20 и нагнетательным 21 окнами.
Сообщение окон смежных ступеней между собой согласно первому варианту исполнения осуществлено посредством каналов 16, причем нагнетательное окно 21 каждой ступени сжатия рабочей среды сообщено со всасывающим окном 20 смежной ступени, последующей по направлению движения рабочей среды.
Подшипниковые опоры 4 расположены внутри корпуса 1 так, что их внешняя поверхность 22 сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрической полости 2 корпуса и снабжена фиксирующими элементами 23.
Внутренняя поверхность 9 полости 2 корпуса 1 в зоне расположения каждого внешнего ротора 5 снабжена разгрузочными карманами 24, сообщенными с зоной окна 21 нагнетания. Подшипниковые опоры 4 могут быть герметизированы от рабочей среды или могут быть выполнены с возможностью сообщения с зоной нагнетания рабочей среды вблизи нагнетательного окна 21.
Согласно второму варианту исполнения (фиг.1 и 3) многоступенчатый роторный насос содержит корпус 1, выполненный с цилиндрической полостью 2, внутри которой установлен вал 3 на подшипниковых опорах 4, внешний ротор 5 с внутренними зубьями 6 и рабочими окнами 7 во впадинах 8 зубьев 6. Внешний ротор 5 сопряжен с внутренней поверхностью 9 цилиндрической полости 2 и коаксиален с этой полостью. Полость 2 корпуса 1 закрыта с обеих сторон торцевыми крышками 10. Внутри внешнего ротора 5 с эксцентриситетом «е» установлен внутренний ротор 11, жестко установленный на валу 3 с возможностью внутреннего зацепления. Каждый внешний ротор 5 и внутренний ротор 11 образуют одну ступень сжатия рабочей среды. Рабочая камера 12 каждой ступени сжатия рабочей среды ограничена зубьями 6 и впадинами 8 внешнего ротора 5 и зубьями 13 и впадинами 14 внутреннего ротора 11. Зуб каждого из роторов находящийся в полном зацеплении с ротором 5, в смежных ступенях, сжатия рабочей среды смещен в окружном направлении на 180°. Ступени сжатия рабочей среды разделены между собой перегородками 15, разделительные торцы 25 которых выполнены сплошными, т.е. сами перегородки 15 выполнены без внутренних каналов. При таком исполнении перегородок 15 рабочие камеры 12 смежных ступеней сообщены посредством трубопроводов 26, размещенных вне корпуса и снабженных соединительными штуцерами 27, причем сообщение смежных ступеней между собой осуществлено так же, как и по первому варианту исполнения, т.е. нагнетательное окно 21 каждой ступени сжатия рабочей среды сообщено со всасывающим окном 20 смежной ступени, последующей по направлению движения рабочей среды.
Подшипниковые опоры 4 расположены внутри корпуса 1 так, что их внешняя поверхность 22 сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрической полости 2 корпуса 1 и снабжена фиксирующими элементами 23.
Внутренняя поверхность полости 2 корпуса 1 в зоне расположения каждого внешнего ротора 5 снабжена разгрузочными карманами 24, сообщенными с зоной окна 21 нагнетания. Подшипниковые опоры 4 могут быть герметизированными или выполнены возможностью сообщения с зоной нагнетания рабочей среды вблизи нагнетательного окна 21.
Согласно третьему варианту исполнения многоступенчатый роторный насос содержит корпус 1, выполненный с цилиндрической полостью 2, внутри которой установлен вал 3 на подшипниковых опорах 4, внешний ротор 5 с внутренними зубьями 6 и рабочими окнами 7 во впадинах 8 его зубьев 6. Внешний ротор 5 сопряжен с внутренней поверхностью 9 цилиндрической полости 2 и коаксиален с этой полостью. Полость 2 корпуса 1 закрыта с обеих сторон торцевыми крышками 10. Внутри внешнего ротора 5 с эксцентриситетом «е» установлен внутренний ротор 11, жестко установленный на валу 3 с возможностью внутреннего зацепления. Каждый внешний ротор 5 и внутренний ротор 11 образуют одну ступень сжатия рабочей среды. Рабочая камера 12 каждой ступени сжатия рабочей среды ограничена зубьями 6 и впадинами 8 внешнего ротора 5 и зубьями 13 и впадинами 14 внутреннего ротора 11. Число зубьев внутреннего ротора 11 на один меньше числа зубьев внешнего ротора 5. Зуб каждого из роторов находящихся в полном зацеплении с ротором 5, в смежных ступенях сжатия рабочей среды смещен в окружном направлении на 180°. Ступени сжатия рабочей среды разделены между собой перегородками 15, закрепленными на корпусе посредством фиксирующих элементов 23 с образованием ступеней сжатия рабочей среды. Рабочие камеры 11 ступеней сжатия содержат всасывающие 20 и нагнетательные 21 окна, сообщенные с входным 18 и выходным 19 штуцерами насоса соответственно.
Каждая перегородка 15 снабжена центральным сквозным перепускным каналом 28, сообщенным с полостью 2 корпуса.
Насос снабжен всасывающим 29 и нагнетательным 30 коллекторами, примыкающими к корпусу 1 и выполненными с осью симметрии, ориентированной перпендикулярно осям 31 и 32 внешнего 5 и внутреннего 11 роторов. Всасывающий 29 коллектор сообщен с всасывающими окнами всех ступеней сжатия рабочей среды с образованием параллельного гидравлического соединения смежных ступеней сжатия рабочей среды.
Всасывающий коллектор 29 сообщен с входным штуцером 18 насоса, а нагнетательный коллектор 30 - с выходным штуцером 19 насоса.
Подшипниковые опоры 4 могут быть выполнены как герметизированными от рабочей среды, так и с возможностью сообщения с полостью 2 корпуса 1.
Внутренняя поверхность полости 2 корпуса 1 в зоне расположения внешних роторов каждой ступени сжатия снабжена разгрузочными карманами 24, сообщенными с полостью 2 корпуса 1.
Работа предлагаемого многоступенчатого роторного насоса с четным количеством ступеней осуществляется следующим образом. Вал 3 приводит
во вращение внутренний ротор 11 первой ступени, который посредством внутреннего зацепления своих зубьев 13 и зубьев 6 внешнего ротора 5 приводит во вращательное движение последний. При этом рабочая среда поступает в рабочую камеру 12 всасывания первой ступени насоса, представляющую собой замкнутое межзубовое пространство, не связанное с полостью 2 корпуса 1, рабочий объем которой расширяется, а затем в результате процесса сжатия объем камеры 12 уменьшается и рабочая среда вытесняется и попадает во вторую ступень сжатия рабочей среду при последовательном гидравлическом соединении ступеней по первому и второму варианту исполнения. Причем посредством внутренних каналов, например, в корпусе или посредством соединительных трубопроводов 26, размещенных вне корпуса 1, нагнетательное окно 21 каждой ступени сжатия рабочей среды сообщено со всасывающим окном 20 смежной ступени, последующей по направлению движения потока рабочей среды.
При параллельном гидравлическом соединении смежных ступеней поток рабочей среды из входного штуцера 18 насоса поступает во всасывающий коллектор 29, сообщенный одновременно со всасывающими окнами 20 всех ступеней. Выход рабочей среды к потребителю осуществляется посредством нагнетательного коллектора 30, сообщенного одновременно с нагнетательными окнами 21 всех ступеней сжатия.
Предлагаемый насос успешно прошел опытные испытания и готовится к серийному производству.
Применение конструкции предлагаемого насоса позволит увеличить производительность и величину давления, а также позволит обеспечить разгрузку подшипниковых опор вала ротор насоса посредством использования в смежных ступенях насоса смещения на 180°в окружном направлении зуба 13 внутреннего ротора 11, находящегося в полном зацеплении с зубьями 6 внешнего ротора 5. При этом количество ступеней четное.
Кроме того, использование предлагаемой конструкции насоса позволяет повысить эффективность уплотнений в насосе, поскольку обеспечивается практически нулевой перепад давления на этих уплотнениях между полостью нагнетания рабочей среды и полостью системы смазки этого уплотнения, при негерметичном ее исполнении.
Увеличение производительности насоса достигается при параллельном гидравлическом соединении смежных ступеней сжатия насоса по третьему варианту исполнения насоса. Увеличение напора насоса достигается путем последовательного соединения ступеней насоса по первому и второму вариантам исполнения насоса.
Выполнение роторного насоса с внутренним зацеплением обоих роторов обеспечивает высокопроизводительную равномерную высоконапорную подачу рабочей среды.