ВАКУУМНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к роторным вакуумным насосам, предназначенным для создания вакуума и избыточного давления в емкостях, а также откачки газообразных и жидких неагрессивных сред и используемым в химической промышленности, в коммунальном хозяйстве и др.
Известен насос вакуумный (Патент РФ на ПМ №42555, Кл.7 F 04 C2/00, 2004), содержащий корпус, снабженный клапанами впуска и выпуска, и эксцентрично установленный в корпусе ротор с радиальными пазами и размещенными в них с возможностью возвратно-поступательного движения лопатками прямоугольной формы с образованием рабочих камер.
Известен насос вакуумный (Паспорт Насос вакуумный, КО-503 Б. 02.14.000, АО «Арзамасский завод коммунального машиностроения», с.6, прототип), содержащий корпус с каналами впуска и выпуска и эксцентрично установленный в корпусе ротор с радиальными пазами и размещенными в них с возможностью возвратно-поступательного движения лопатками с образованием рабочих камер.
Общим недостатком обоих вакуумных насосов является низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за наличия высокого трения между элементами конструкции насоса.
Задача, решаемая данной полезной моделью, заключается в повышении КПД насоса.
Поставленная задача решена путем поиска оптимального соотношения высоты и длины лопатки прямоугольной формы в вакуумном насосе, содержащем корпус, снабженный каналами впуска и выпуска и эксцентрично установленный в корпусе ротор с радиальными пазами и размещенными в них с возможностью возвратно-поступательного движения лопатками прямоугольной формы с образованием рабочих камер.
При увеличении высоты (h) лопатки возрастает центробежная сила, прижимающая лопатку к корпусу насоса, в результате чего увеличивается трение лопатки о корпус, а также увеличивается изгибающий момент лопатки в точке ее выхода из паза ротора.
При уменьшении высоты лопатки увеличивается относительная длина рабочих камер и, как следствие, возрастает вихревое сопротивление потокам всасываемого воздуха, что снижает наполнение рабочих (всасывающих) камер и эффективность работы насоса.
Выбором оптимальной высоты лопаток обусловлена величина трения в торцевых поверхностях лопаток.
С увеличением длины (1) лопаток величина трения в подшипниках и торцевых поверхностях лопаток (при заданной оптимальной высоте лопаток) остается прежней, а на боковых поверхностях корпуса увеличивается пропорционально длине лопаток. Следовательно, энергия, затрачиваемая на перекачивание единицы объема газообразных и жидких сред меньше с лопатками большей длины, что увеличивает КПД насоса.
Экспериментальным путем установлено, что оптимальное соотношение длины (1) и высоты (h) лопаток находится в пределах 1:h=(8÷9):1.
Дальнейшее увеличение длины лопаток приводит к увеличению
сопротивления потока перекачиваемой среды вдоль рабочих (всасывающих) камер и, как следствие, к ухудшению наполнения камер перекачиваемой средой, что снижает КПД за цикл работы насоса.
Технический результат, полученный от использования полезной модели, следующий: путем выбора оптимального соотношения длины (1) лопатки насоса снижена относительная величина трения между элементами конструкции насоса, что позволяет снизить энергию на преодоление сил трения при перекачивании единицы объема газообразных и жидких неагрессивных сред и, следовательно, повысить КПД насоса.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 изображен вакуумный насос, продольный разрез; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - график зависимости КПД насоса от соотношения длины (1) и высоты (h) лопатки прямоугольной формы.
Вакуумный насос содержит корпус 1 с двух сторон закрытый передней 2 и задней 3 крышками. Корпус 1 снабжен ребрами 4 и каналами впуска 5 и выпуска 6. Внутри корпуса 1 эксцентрично установлен ротор 7 с радиальными пазами 8 и размещенными в них с возможностью возвратно-поступательного движения лопатками 9 прямоугольной формы. Высота (h) лопатки 9 и ее длина (1) связаны соотношением 1=8h÷9h. Ротор 7 вращается на двух шарикоподшипниках 10 и 11, расположенных в крышках 2 и 3 корпуса 1 соответственно. Вследствие эксцентричного расположения ротора 7 в корпусе 1 между лопатками 9, ротором 7 и корпусом 1 образуется рабочие камеры 12, различные по объему.
Вакуумный насос работает следующим образом.
При вращении ротора 7, эксцентрично установленного в корпусе 1, между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью ротора 7 образуется серповидное пространство, разделенное лопатками 9, которые под действием центробежной силы прижимается к внутренней
поверхности корпуса 1 на рабочие камеры 12 переменного объема. При вращении ротора 7 лопатками 9 из канала 5 засасывается перекачиваемая среда, например, воздух, при этом в канале выпуска 6 сжатый воздух расширяется и выбрасывается через систему трубопроводов и глушитель в атмосферу.
Пример конкретного осуществления полезной модели.
В конструкции вакуумного насоса КО-503Б.0214.000 АО «Арзамасский завод коммунального машиностроения» (прототип) прямоугольные лопатки при высоте h=48 мм имеют длину l=270 мм, т.е. l=5,62h, или l=5h-6h.
В конструкции заявленного насоса лопатки также имеют высоту h=48 мм. Интервал соотношений длины лопатки и ее высоты, когда КПД насоса имеет наибольшее значение, получен экспериментальным путем. Результаты зависимости КПД насоса от соотношения длины лопатки и ее высоты приведены в табл.
ТаблицаЗависимость КПД вакуумного насоса от соотношения длины l лопатки и ее высоты h.
1, мм при h=48 мм
КПД насоса
5h=240
0,7
7h=336
0,78
8h=384
0,849
8,5h=408
0,85
8,7h=417,6
0,85
9h=432
0,847
10h=480
0,7
Из приведенной выше таблицы, как и из графика на фиг.3 следует, что наибольший КПД насоса соответствует соотношению длины l лопатки как l=8h÷9h.
Заявленный вакуумный насос изготовлен и испытан. В конструкции заявленного насоса лопатки при высоте h=48 мм имеют длину l=420 мм, т.е. l=8,7h. В результате энергия на преодоление сил терния при перекачивании единицы объема перекачиваемой среды снизилась, следствием чего явилось увеличение КПД насоса по сравнению с прототипом с 0,7 до 0,85. Кроме того, при одной и той же мощности насосов (прототипа и заявленного) повысилась производительность заявленного насоса в 1,5 раза.