УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЖИДКОЙ И ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДЫ

Заявляемое техническое решение относится к гидромашиностроению, а именно к насосам с качающимися рабочими органами, и предназначено для перекачивания жидких, а также газообразных сред.
Уровень техники определяется техническими решениями, отнесенными к устройствам для перемещения различных сред с качающимися рабочими органами.
Известна конструкция лопастных насосов (см. описание и фигуры к патенту Великобритании №1361694, кл. МПК F 04 C 9/00, публикация 31.06.1974 г., и к авторскому свидетельству СССР №1783164, кл. МПК F 04 C 9/00, публикация 23.12.1992 г.), которая включает корпус круглого сечения, внутри которого находится радиальная лопасть, одна сторона которой шарнирно закреплена на оси корпуса. Перекачиваемая среда подается внутрь корпуса, при этом лопасть совершает возвратно-качательное движение на 90...180° и таким образом перекачивает среду.
Известна также конструкция насоса (см. описание и фигуры к патенту США №4272229, кл. МПК F 04 C 9/00, публикация 09.06.1981 г.), в котором ось находится в центре лопасти, которая совершает возвратно-качательное движение относительно этой оси на 45°.
Указанные конструкции имеют существенный недостаток - низкий КПД из-за того, что рабочая лопасть вынуждена вращаться и преодолевать сопротивление среды, в которую она (лопасть) погружена. И чем больше вязкость среды, тем меньше КПД устройства.
Такого недостатка лишена конструкция осевых насосов (cм. описание и фигуры к патенту Франции №1418806, кл. МПК В 63 Н, F 05 G, заявитель Olivier, Geoffroy de la Roche Kerandraon, заявлен 09.03.1964 г., опубликован 18.10.1965 г.).
Это устройство содержит рабочую пластину, погруженную в перемещаемую среду. Упомянутая пластина размещена в корпусе, содержащем две стенки, нижнюю и верхнюю, к которым она примыкает в своих крайних положениях при ее возвратно-поступательном перемещении, и две
боковые стенки, между которыми перемещается рабочая пластина с небольшим зазором.
Пластина шарнирно соединена с осью, параллельной ее передней кромке, и через нее связана с силовым устройством, приводящее в возвратно-поступательное движение ось в направлении, перпендикулярном вышеуказанной оси и направлению общего потока перемещаемой среды через устройство. Вышеупомянутая ось смещена к передней кромке рабочей пластины на треть ее длины, благодаря чему рабочая пластина из-за дисбаланса моментов сначала перемещается передней кромкой, затем уже задней.
В результате этого в образующееся пространство между прилежащей стенкой и отодвигающейся рабочей пластиной среда засасывается, а из пространства между противолежащей стенкой и надвигающейся рабочей пластиной среда выталкивается.
Указанное устройство при довольно простой конструкции обеспечивает перекачку среды с высоким КПД (до 80%) из-за отсутствия вихреобразовании и вращающихся в вязкой среде масс (гребных, воздушных винтов, роторов насосов и др.).
Это устройство имеет некоторые недостатки, а именно: в тех случаях, где возможно применение данного устройства (морской и речной транспорт, авиация) очень часто требуется реверсирование потока перемещаемой среды (задний ход судна, реверс тяги для сокращения пробега самолета и т.д.), что данное устройство обеспечить не может из-за вышеописанного смещения оси в одну сторону.
Тем не менее, несмотря на эти недостатки, данное решение по совокупности признаков и близости технических результатов выбрано за прототип заявляемого устройства для перемещения жидкой и газообразной среды.
Перед авторами стояла задача усовершенствовать устройство таким образом, чтобы получить определенные технические результаты, а именно создать такое устройства для перемещения рабочей среды, которое бы могло реверсировать поток последней, при сохранении простоты конструкции и высокого КПД, а также повысить его надежность и производительность.
Эти технические результаты могут быть достигнуты тем, что в известное устройство для перемещения жидкой и газообразной среды, содержащее, по меньшей мере, корпус, открытый на входе и выходе с противоположных сторон и ограниченный вертикальными и горизонтальными стенками, при этом между последними размещена рабочая пластина, одни стороны которой размещены у открытых торцов корпуса, а другие ориентированы вдоль вертикальных стенок, причем рабочая пластина шарнирами связана с двумя вертикальными тягами силового привода, внесены следующие усовершенствования.
Тяги, приводящие в возвратно-поступательное движение рабочую пластину, расположены одна на входе устройства, другая на выходе поперек соответствующей открытой стороны корпуса в вертикальной плоскости, проходящей по продольной оси рабочей пластины. Тяги приводятся в движение попеременно. Таким образом, в зависимости от очередности работы тяг, становится возможным как прямой ход потока рабочей среды, так и обратный.
Для свободного возвратно-поступательного движения тяг последние связаны с рабочей пластиной посредством шарниров, которые введены также в проушины, выполненные на сторонах рабочей пластины у входа и выхода корпуса. Под эти шарниры в тягах выполнены отверстия. По меньшей мере в одной из тяг отверстие выполнено овальным с горизонтально удлиненной осью.
Для надежной фиксации тяг последние проходят через приливы, образованные на внешних сторонах горизонтальных стенок корпуса.
Однако при таком расположении тяги будут препятствовать прохождению потока с высокой вязкостью через устройство.
В этом случае каждая из тяг взаимосвязана с серединой отдельной пластины, размещенной вне корпуса, а каждая пластина по ее краям с обратной стороны взаимосвязана с тяговыми штоками. Каждый из этих штоков, в свою очередь, шарнирно взаимосвязан с выступами рабочей пластины, образованные на ее сторонах, ориентированных вдоль вертикальных стенок корпуса.
Эти выступы рабочей пластины введены в вертикальные пазы, выполненные в вертикальных стенках корпуса.
Каждый из тяговых штоков также введен в приливы, образованные на внешних сторонах горизонтальных стенок корпуса.
Для увеличения мощности и производительности устройство может быть выполнено в виде многопакетного устройства, в котором упомянутый корпус разделен дополнительными горизонтальными стенками на множество отдельных полостей, в каждой из которых размещена рабочая пластина.
Всем этим в совокупности обеспечиваются вышеуказанные технические результаты заявляемого решения.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на:
- фиг.1 дан объемный вид устройства для перемещения жидкой и газообразной среды с двумя тягами, расположенными на центральной продольной оси устройства;
- фиг.2 показана рабочая пластина для устройства, изображенного на фиг.1;
- фиг.3 показана тяга для устройства, изображенного на фиг.1
- фиг.4 дан объемный вид устройства для перемещения жидкой и газообразной среды с четырьмя тяговыми штоками, расположенными попарно вблизи открытых торцов корпуса;
- фиг.5 показана рабочая пластина для устройства, изображенного на фиг.4;
- фиг.6...9 представлены схемы, иллюстрирующие принцип работы заявляемого устройства «на прямом ходу»;
- фиг.10...13 представлены схемы, иллюстрирующие принцип работы заявляемого устройства «на обратном ходу»;
- фиг.14 дан объемный вид устройства для перемещения жидкой и газообразной среды с двумя тягами, расположенными на центральной продольной оси устройства в многокорпусном исполнении;
- фиг.15 представлена схема, иллюстрирующая принцип работы заявляемого устройства в многокорпусном исполнении;
- фиг.16 показаны схемы расположения многокорпусных устройств для перемещения жидкой и газообразной среды.
Устройство для перемещения жидкой и газообразной среды содержит корпус 1 (см фиг.1), который выполнен из пары боковых стенок 2, 3 и верхней и нижней стенок 4, 5, размещенных так, чтобы образовать два противоположных открытых торцевых отверстия 6 и 7 для прохождения потока рабочей среды сквозь корпус 1.
Внутри корпуса 1, между упомянутыми верхней и нижней стенками 4, 5 (см. фиг.1), размещена жесткая рабочая пластина 8 (см. фиг.2) с подсчитанным известным способом зазором относительно боковых стенок 2, 3 для обеспечения возможности свободного перемещения относительно последних.
Упомянутая рабочая пластина 8 на торцах своих коротких сторон имеет по меньшей мере по две проушины 9 и 10 с отверстиями 11 и 12, в основном симметрично размещенных относительно продольной оси пластины 8. Оси отверстий в проушинах 9, 10 перпендикулярны боковым стенкам 2 и 3 корпуса 1. В каждую пару отверстий 11 и 12 введены цилиндрические штыри 13 для обеспечения шарнирного крепления пластины 8 к цилиндрическим тягам 14, 15 в местах торцевых отверстий 6 и 7.
Каждая из упомянутых цилиндрических тяг 14, 15 (см. фиг.3) имеет посередине плоскую часть 16, в основном параллельную боковым стенкам 2 и 3. В этих частях 16 выполнены отверстия 17 для соединения упомянутых тяг 14, 15 с рабочей пластиной 8 посредством штырей 13. Для компенсации угловых перемещений пластины 8 отверстие 17, по меньшей мере в одной из тяг 14 или 15, выполнено овальным с горизонтально удлиненной осью.
На упомянутых верхней и нижней стенках 4 и 5 корпуса 1 образованы приливы 18 и 19 (см. фиг.1), в которых, в свою очередь, выполнены сквозные отверстия 20, 21.
Тяги 14, 15 проходят через отверстия 20 и 21 приливов 18, 19 перпендикулярно стенкам 4, 5 корпуса 1 устройства.
При этом рабочая пластина 8, через штыри 13 в отверстиях 11 и 12 пар проушин 9, 10 на каждом из своих торцов шарнирно соединена с тягами 14 и 15. Тяги 14 и 15 связаны с силовым устройством любого подходящего типа для обеспечения им возвратно-поступательного движения.
В качестве силового устройства могут использоваться известные пневмо- или гидроцилиндры, кривошипно-шатунный механизм, электромагнитный привод или др.
В случае, если устройство используется для перемещения сред с высокой вязкостью, то, во избежание перекрывания потока перемещаемой среды тягами 14, 15, устройство может быть выполнено в альтернативном виде (см. фиг.4).
В этом случае заявляемое устройство содержит корпус 22 (см. фиг.4), который выполнен из пары боковых стенок 23, 24 и верхней и нижней стенок 25, 26, размещенных так, чтобы образовать два противоположных открытых торцевых отверстия 27 и 28 для прохождения потока рабочей среды сквозь корпус 22.
Вблизи концов боковых стенок 23, 24 выполнены вертикальные щелевые отверстия 29, 30.
Внутри корпуса 22, между упомянутыми верхней и нижней стенкам 25, 26, размещена жесткая рабочая пластина 31 (см. фиг.5) с рассчитанным известным способом зазором относительно боковых стенок 23, 24 для обеспечения возможности свободного перемещения относительно последних.
Рабочая пластина 31 на своих продольных торцевых поверхностях имеет парные цилиндрические выступы 32, 33, которые введены в упомянутые щелевые отверстия 29, 30.
На упомянутых верхней и нижней стенках 25, 26 корпуса 1 выполнены парные приливы 34, 35 (см. фиг.4), в которых, в свою очередь, выполнены сквозные отверстия 37, 38.
Пары тяговых штоков 39, 40 расположены попарно вблизи концов боковых стенок 23, 24, проходят через отверстия 37, 38 приливов 34, 35 перпендикулярно стенкам 25, 26 корпуса 22 устройства, связаны с цилиндрическими выступами 32, 33, а также жестко соединены между собой пластинами 41, 42, в центре которых с противоположной стороны находятся тяги 43, 44, соединенные с силовым устройством.
Таким образом тяговые штоки 39, 40 не препятствуют прохождению потока перемещаемой среды и при высокой вязкости среды ее потери через щелевые отверстия 29, 30 в боковых стенках 23, 24 незначительны. Для этого размер отверстий 29, 30 выполняют минимальным, но достаточным
для свободного перемещения по ним парных цилиндрических выступов 32, 33.
Принцип работы вышеописанных конструкций одинаков и будет описан ниже на примере первоначальной конструкции (см. фиг.1).
«Прямой ход» при исходном положении рабочей пластины 8 у нижней стенки 5 (см. фиг.6) начинается перемещением тяги 14 вверх при заторможенном положении тяги 15. При перемещении тяги 14 передняя кромка рабочей пластины 8 занимает последовательно положения 8а, 8Ь, 8с, 8d. В образующееся пространство между нижней стенкой 5 и отодвигающейся от нее рабочей пластиной 8 перемещаемая среда засасывается, а из пространства между верхней стенкой 4 и придвигающейся к ней рабочей пластиной 8 среда выталкивается. Направление потока рабочей среды показано стрелкой А. При достижении передней кромкой рабочей пластины 8 стенки 4 тяга 14 затормаживается и начинается перемещение тяги 15 вверх (см. фиг 7). При перемещении вверх задняя кромка рабочей пластины 8 занимает последовательно положения 8е, 8f, 8n, 8р. Из пространства между стенкой 4 и надвигающейся пластиной 8 среда выталкивается, а пространство между стенкой 5 и отодвигающейся пластиной 8 заполняется средой.
При достижении пластиной 8 стенки 4 ее перемещение повторяется в обратном направлении. Сначала тяга 14 перемещается вниз при заторможенной тяге 15 (см. фиг.8), а при достижении передней кромкой пластины 8 стенки 5 начинает перемещается тяга 15 при заторможенной тяге 14 (см. фиг.9), при чем происходят процессы засасывания -выталкивания среды, описанные выше.
Если в описанном цикле «на прямом ходу» тяги перемещались из исходного положения в последовательности 14-15-14-15, то при реверсе потока («на заднем ходу») последовательность перемещения тяг 14 и 15 из исходного положения меняется на 15-14-15-14 (см. фиг.10... фиг.13), сохраняя принципы работы устройства, описанные "на прямом ходу". В этом случае перемещение среды осуществляется в противоположном направлении, показанном стрелкой Б.
Для увеличения мощности и производительности устройство может быть выполнено в виде многопакетного устройства (см. фиг.14).
В этом случае устройство для перемещения жидкой и газообразной среды содержит корпус 1, который выполнен из пары боковых стенок 2, 3 и верхней и нижней стенок 4, 5.
Внутри корпуса 1, между упомянутыми верхней и нижней стенкам 4, 5 размещены перегородки 45 в количестве т, между которыми, в свою очередь, находятся рабочие пластины 8 в количестве (m+1). взаимосвязанные с тягами 14, 15.
Расположение, взаимосвязь составных частей и принцип работы этого устройства аналогичны однопакетному исполнению и приведены выше.
Многокорпусное исполнение также позволяет повысить эффективность благодаря двухстороннему эжектирующему воздействию высокоскоростных потоков среды на заключительных стадиях выталкивания, т.к. высокоскоростные потоки А, В, С, D (см. фиг.15) с двух сторон охватывают менее скоростные потоки Е, F, G.
В зависимости от решаемой задачи многокорпусное устройство может быть выполнено в различных вариантах (линейное расположение пакетов устройств, радиальное, многоступенчатое) (см. фиг.16).
Таким образом реализуется заявляемое техническое решение.
Применяемость заявляемого устройства подтверждается положительными результатами работы опытного образца устройства на испытательном стенде 3 МКБ "Прогресс".
При испытании образца устройства зафиксирован КПД от 69 до 74% при использовании различных рабочих сред.
В настоящее время описанное техническое решение предназначено для использования в производстве.