РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ВАКУУМ-НАСОС БЕЛАШОВА
BELASHOV'S ROTARY PISTON VACUUM PUMP

Изобретение относится к механическим устройствам для закачивания или выкачивания жидкостей или газов, в частности к комбинированным роторно-поршневым вакуум-насосам модульного типа, которые могут быть использованы в качестве насоса низкого вакуума или насоса высокого давления для добычи нефти и газа, перекачивания текучей среды, состоящей из газа, жидкости и нефтепродуктов, а также их смесей в любых пропорциях, для создания давления в гидрофизическом кавитационном тепловом нагревателе Белашова, для питания рабочей смеси в реактивно-роторном двигателе Белашова, для сжатия воздуха и газов, в энергетике, в машиностроении, в судостроении, в военной технике, в частности для кавитационно-реактивных торпед с разделяющимися головными частями, на подводных аппаратах, на промышленных предприятиях, на транспорте, при добыче полезных ископаемых, в коммунальных предприятиях и т.д.
Известен многоступенчатый центробежный насос, включающий корпус, направляющие аппараты, выпускные крышки, уплотнительные элементы, узел торцевого уплотнения и разгрузочное устройство (см. патент Российской Федерации №2136968, кл. F04D 1/6, 29/42, 29/62 - аналог).
Известен жидкостно-поршневой роторный вакуум-насос, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, размещенный в нем ротор с гидрокамерами для перемещения жидкостных поршней, привод ротора и устройство для подачи жидкости к гидрокамерам для перемещения жидкостных поршней (см. патент Российской Федерации №2014501, кл. F04C 7/00, 19/00 - аналог).
Известен роторно-поршневой вакуум-компрессор, содержащий корпус с профилированной внутренней поверхностью переменного радиуса, круглый цилиндрический ротор с выдвижными, качающимися на осях лопатками. Внутри ротора расположен лопаточный нагнетатель, имеющий всасывающее отверстие, а выпускное отверстие выполнено между осью качения и лопатками и имеет вид межлопаточного канала, соединенного с всасывающим отверстием, и снабжено лопатками (см. патент Российской Федерации №2202714, кл. F04C 18/44, 23/00 - аналог).
Известен вакуумный роторный насос, содержащий сборно-разборный корпус, выполненный в виде основания корпуса и крышки корпуса, которые скреплены между собой элементами крепления, систему ввода текучей среды, соединенной с камерой разряжения, систему отвода текучей среды, соединенной с камерой высокого давления и вал ротора, связанного с приводом, при этом на роторе расположен поршень, непрерывно вращающийся внутри поверхности цилиндра и поворотно-запорное устройство (см. патент Российской Федерации №2030638, кл. F04C 2/00, 2/24 - прототип).
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей модульного роторно-поршневого вакуум-насоса, повышение надежности уплотнительного узла ротора и цилиндрического поршня, уменьшение веса и содержание комплектующих деталей, унификация и технологичность производства, упрощение конструкции и повышение кпд.
На фиг.1 изображен общий вид роторно-поршневого вакуум-насоса.
На фиг.2 изображен роторно-поршневой вакуум-насос без крышки корпуса.
На фиг.3 изображен разрез А-А поворотно-запорного устройства роторно-поршневого вакуум-насоса.
На фиг.4 изображен разрез Б-Б роторно-поршневого вакуум-насоса.
На фиг.5 изображена работа запорно-пропускного механизма заслонок поворотно-запорного устройства универсального роторно-поршневого вакуум-насоса.
Сущность технического решения состоит в том, что в роторно-поршневом вакуум-насосе, выполненном в виде модуля, который содержит сборно-разборной корпус, выполненный в виде основания корпуса и крышки корпуса, которые скреплены между собой элементами крепления, систему ввода текучей среды, соединенную с камерой разряжения, систему отвода текучей среды, соединенную с камерой высокого давления и вал ротора, связанный с приводом, при этом на роторе расположен поршень, непрерывно вращающийся внутри поверхности цилиндра и поворотно-запорное устройство, согласно изобретению, основание корпуса и крышка корпуса выполнены взаимодействующими с ротором при помощи уплотнительных и маслосъемных колец, внутри основания размещено поворотно-запорное устройство, которое выполнено в виде заслонок, в каналах которых размещена система распределения текучей среды с запорно-пропускным механизмом, выполненным в виде клапана и штока, размещенных между жесткостями, при этом на штоке установлен ограничитель движения и опорные площадки, в основании размещено фиксирующее устройство поворотно-запорного устройства, которое выполнено в виде углубления, взаимодействующего со стержнем фиксатора, имеющего подпружиненный шток и электромагнитную катушку, поворотный механизм расположен в поворотно-запорном устройстве, который выполнен в виде шестерни, взаимодействующей с зубчаткой вала, соединенного с редуктором и электродвигателем, где поворотно-запорное устройство, имеющее вкладыш, через элементы качения или скольжения, взаимодействует с основанием корпуса и крышкой корпуса, а верхняя рабочая зона заслонок запорно-пропускного механизма через каналы связана с нижней рабочей зоной, причем вал поворотного механизма через устройство передачи или непосредственно взаимодействует с ротором, а электродвигатель содержит программное и регулирующее устройство.
Кроме того, для облегчения конструкции ротор содержит технологические окна.
Роторно-поршневой вакуум-насос, фиг.1, изготовлен в виде модуля 1. Каждый модуль содержит сборно-разборный корпус, выполненный в виде основания корпуса 2 и крышки корпуса 3, которые соединены между собой элементами крепления 4. В основании корпуса 2 размещена система ввода текучей среды 5 с запорно-пропускным устройством 6, система отвода текучей среды 7 с запорно-пропускным устройством 8 и фиксирующее устройство 9. Привод 10 связан, по меньшей мере, с одним модулем роторно-поршневого вакуум-насоса 1 через съемный вал 11, который при помощи шпоночного соединения 12, фиг.2, взаимодействует с ротором 13. На роторе 13 расположен поршень 14, который непрерывно вращается внутри цилиндра 15, расположенного в сборно-разборном корпусе. Поршень содержит уплотнительные кольца 16 и маслосъемные кольца 17. Крышка корпуса 3 взаимодействует с ротором 13 при помощи уплотнительных колец 18 и маслосъемных колец 19. Внутри основания корпуса 2 размещено поворотно-запорное устройство 20, которое выполнено в виде заслонки 21 и заслонки 22. В заслонках размещена система распределения текущей среды 23 с запорно-пропускным механизмом 24 и запорно-пропускным механизмом 25. Заслонка 21 имеет верхнюю рабочую зону 26, а заслонка 22 имеет верхнюю рабочую зону 27. Поворотно-запорное устройство 20 предназначено для свободного перемещения поршня 14 внутри цилиндра 15, а так же для разделения камеры разряжения при низком давлении 28 от камеры высокого давления 29. Вал 30, фиг.3, поворотно-запорного устройства 20 через элементы качения или скольжения 31 взаимодействует с крышкой корпуса 3, а через элементы качения или скольжения 32 взаимодействует с основанием корпуса 2. Верхняя рабочая зона 26 заслонки 21 через канал 33 связана с нижней рабочей зоной 34. Верхняя рабочая зона 27 заслонки 22 через канал 35 связана с нижней рабочей зоной 36. Между верхней и нижней рабочей зоной расположен вкладыш 37. Фиксирующее устройство 9 содержит углубление 38 для стержня фиксатора 39. Стержень фиксатора снабжен пружиной 40 и штоком 41, который взаимодействует с электромагнитной катушкой 42. Поворотный механизм 43 выполнен в виде шестерни 44, взаимодействующей с зубчаткой 45, расположенной на валу 46, который связан с редуктором 47 и электродвигателем 48. Причем вал поворотного механизма через устройство передачи или непосредственно взаимодействует с ротором 13, а электродвигатель 48 может содержать программное и регулирующее устройство. Основание корпуса 2 взаимодействует с ротором 13 при помощи уплотнительных колец 49 и маслосъемных колец 50. При увеличении давления или разряжении в роторно-поршневом вакуум-насосе, фиг.4, в его конструкции необходимо многократно увеличивать количество уплотнительных колец 18 и 49, а также маслосъемных колец 19 и 50, а для уменьшения веса ротора 13 необходимо изготовить окна 51. Вращение ротора 13 должно осуществляться по часовой стрелке 52.
По периметру ротора 13 размещена система торцевого уплотнения 53 для заслонки 21 и заслонки 22, которая надежно разделяет камеру разряжения 28 от камеры высокого давления 29. Запорно-пропускной механизм 24 выполнен в виде клапана 54, имеющий шток 55, который размещен между жесткостью 56 и жесткостью 57. На штоке 55 установлен ограничитель движения 58 и опорная площадка 59 для пружины 60. Запорно-пропускной механизм 25 выполнен в виде клапана 61, имеющий шток 62, который размещен между жесткостью 63 и жесткостью 57. На штоке 62 установлен ограничитель движения 64 и опорная площадка 65 для пружины 66. Система распределения текущей среды 23 содержит канал 67 для клапана 54 и канал 68 для клапана 61, через которые входит текущая среда 69.
Работает роторно-поршневой вакуум-насос следующим образом.
Первый этап работы роторно-поршневого вакуум-насоса происходит при включении привода 10, когда съемный вал 11, ротор 13 и поршень 14 начинают вращаться по часовой стрелке 52, при этом заслонка 21 поворотно-запорного устройства 20, которая зафиксирована стержнем фиксатора 39, перекрывает окружность внутри цилиндра 15. Текущая среда 69 из системы ввода текучей среды 5, через запорно-пропускное устройство 6, систему распределения текущей среды 23, канал 67, клапан 54, запорно-пропускной механизм 24 поступает в камеру разряжения 28. Продвигаясь по замкнутому цилиндру 15, заднее основание поршня 14, захватывает текущую среду 69, проходит все пространство внутри цилиндра 15 и заполняет камеру разряжения 28. После приближения переднего основания поршня 14 к рабочей зоне 26 происходит срабатывание электромагнитной катушки 42, освобождение стержня фиксатора 39 и проворачивание поворотно-запорного устройства 20. Далее при помощи шестерни 44, взаимодействующей с зубчаткой 45, расположенной на валу 46, редуктора 47 и электродвигателя 48, поворотного механизма 43 происходит проворачивание поворотно-запорного устройства 20.
Второй этап работы роторно-поршневого вакуум-насоса начинается, когда заслонка 22 поворотно-запорного устройства 20 перекроет окружность внутри цилиндра 15, зафиксируется стержнем фиксатора 39, и ротор 13 с поршнем 14 продолжат вращаться по часовой стрелке 52. Далее текущая среда 69 из системы ввода текучей среды 5, через запорно-пропускное устройство 6, систему распределения текущей среды 23, канал 68, клапан 61, запорно-пропускного механизма 24 будет поступать в камеру разряжения 28. Продвигаясь по цилиндру 15, заднее основание поршня 14 будет захватывать текущую среду 69 и заполнять камеру разряжения 28. Одновременно с этим переднее основание поршня 14 в камере 29 создает высокое давление, которое опирается на верхнюю рабочую зону 27, заслонки 22. Верхняя рабочая зона 27 через канал 35 связана с нижней рабочей зоной 36 и системой отвода текучей среды 7 с запорно-пропускным устройством 8. Высокое давление текущей среды 68, создаваемое в камере 29, при помощи запорно-пропускного устройства 8 и передним основанием поршня 14 должно быть равномерно распределено между верхней рабочей зоной 27 и нижней рабочей зоной 36 для надежного удержания стержня фиксатора 39.
Третий этап работы роторно-поршневого вакуум-насоса происходит, когда съемный вал 11, ротор 13 и поршень 14 продолжают вращаться по часовой стрелке 52, при этом заслонка 21 поворотно-запорного устройства 20, которая зафиксирована стержнем фиксатора 39, перекроет окружность внутри цилиндра 15. Текущая среда 69 из системы ввода текучей среды 5, через запорно-пропускное устройство 6, систему распределения текущей среды 23, канал 67, клапан 54 запорно-пропускного механизма 24 поступает в камеру разряжения 28. Продвигаясь по окружности цилиндра 15, заднее основание поршня 14 будет захватывать текущую среду 69 и заполнять камеру разряжения 28. Одновременно с этим переднее основание поршня 14 в камере 29 создает высокое давление, которое опирается на верхнюю рабочую зону 26, заслонки 21. Верхняя рабочая зона 26 через канал 33 связана с нижней рабочей зоной 34 и системой отвода текучей среды 7, с запорно-пропускным устройством 8. Высокое давление текущей среды 69, создаваемое в камере 29, при помощи запорно-пропускного устройства 8 и передним основанием поршня 14 должно быть равномерно распределено между верхней рабочей зоной 26 и нижней рабочей зоной 34 для надежного удержания стержня фиксатора 39. После приближения переднего основания поршня 14 к рабочей зоне 26 происходит срабатывание электромагнитной катушки 42, освобождение стержня фиксатора 39 и проворачивание поворотно-запорного устройства 20. Далее при помощи шестерни 44, взаимодействующей с зубчаткой 45, расположенной на валу 46, редуктора 47 и электродвигателя 48, поворотного механизма 43 происходит проворачивание поворотно-запорного устройства 20. Все остальные этапы работы роторно-поршневого вакуум-насоса происходят последовательно один за другим.
Роторно-поршневой вакуум-насос создает и свободно сохраняет в подводящем трубопроводе разряжение (вакуум), а в отводящем трубопроводе высокое давление агрессивных или неагрессивных жидкостей, нефтепродуктов, газа, воды и т.д..., за один рабочий ход поршня. Все системы, детали, узлы и механизмы каждого модуля роторно-поршневого вакуум-насоса являются идентичными и взаимозаменяемыми, что облегчает процесс изготовления и ремонта, а также уменьшает его себестоимость.
С изобретением роторно-поршневого вакуум-насоса, который может одновременно создавать в подводящем трубопроводе разряжение (вакуум) и отводящем трубопроводе высокое давление в одном цикле, задача по обеспечению бесперебойной работы универсального реактивно-роторного двигателя Белашова решается очень просто:
- упрощается конструкция,
- уменьшается его масса,
- увеличивается кпд,
- удешевляется конструкция,
- уменьшается перечень комплектующих деталей,
- двигатель становится легким в обслуживании и ремонте,
- упрощается режим приготовления рабочей смеси,
- создается постоянное высокое давление,
- создается постоянное разряжение (вакуум),
- впрыск рабочей смеси и ее воспламенение на маховиковом роторе может происходить в импульсном или постоянном режиме,
- в двигателе нет необходимости иметь систему зажигания рабочей смеси, так как с этим может справиться простая нить накаливания, которая может быть включена постоянно.
Прогрессивное техническое решение, которое направлено на создание роторно-поршневого вакуум-насоса, способного изменить конструкцию экономичных и экологически чистых реактивно-роторных двигателей Белашова. Увеличить кпд гидрофизических кавитационных тепловых нагревателей Белашова. Увеличить маневренность подводных аппаратов и кавитационно-реактивных торпед с разделяющимися головными частями. Увеличить производительность добычи газа и нефти из глубоких скважин. Применить новые технологии в насосах высокого давления и разряжения в судостроении, машиностроении, передвижных энергетических модулях, промышленных предприятиях, энергетике, транспорте, добыче полезных ископаемых, подводных аппаратах, коммунальных предприятиях и т.д.