КОЛОВРАТНЫЙ НАСОС С ОПТИМИЗИРОВАННЫМИ ВПУСКАМИ И ВЫПУСКАМИ
LOBE ROTARY PUMP WITH OPTIMIZED INLETS AND OUTLETS

Данное изобретение относится к коловратному насосу для нагнетания жидкостей и для нагнетания содержащих твердые вещества жидкостей. Коловратный насос состоит из корпуса насоса, который снабжен впуском и выпуском. Корпус насоса имеет футеровку. В корпусе насоса или же в пределах футеровки расположены по меньшей мере два противоположно вращающихся ротора, которые во время их вращения образуют насосные камеры. Во время вращательного движения роторы уплотнены по отношению друг к другу, по отношению к корпусу насоса и по отношению к футеровке.
Немецкая заявка на патент DE 102006041633 А1 раскрывает насос с образованным из двух пересекающихся цилиндрических участков корпусом, причем на противоположным друг другу сторонах предусмотрены впускные отверстия и выпускные отверстия, а в каждом цилиндрическом участке расположено вращающееся вокруг его средней продольной оси рабочее колесо. Большие поперечные оси рабочих колес располагаются по меньшей мере в одной фазе перемещения, в каждом случае примерно перпендикулярно друг другу, причем рабочие колеса обкатываются с уплотнением друг относительно друга и по отношению к внутренней стенке корпуса, а исходящие от точки пересечения больших поперечных осей образующие линии каждого рабочего колеса простираются в противоположных друг другу направлениях с наклоном к соответствующей средней продольной оси. Каждое рабочее колесо содержит два примерно шишкообразных участка, которые на их более узком конце соединены друг с другом посредством поджатая. Когда большие поперечные оси обоих рабочих колес располагаются перпендикулярно друг другу, шишкообразный участок одного рабочего колеса входит в зацепление с поджатием другого рабочего колеса и оба рабочих колеса обкатываются с уплотнением друг относительно друга. В каждой фазе вращательного движения оба рабочих колеса образуют равномерно увеличивающийся всасывающий объем перед впускным отверстием и равномерно уменьшающийся нагнетающий объем перед выпускным отверстием. Для повышения производительности насоса и повышения износостойкости предусмотрено, что действующие в качестве линий уплотнения образующие линии выполнены в форме синусоид.
В немецкой полезной модели DE 202009012158 U1 раскрыт коловратный насос для нагнетания содержащей твердые вещества текучей среды. Насос выполнен с двумя роторами с входящими в зацепление друг с другом роторными лопастями и в каждом случае с осью вращения и внешним периметром, причем оси вращения обоих роторов отстоят друг от друга и расположены параллельно друг другу, а внешние периметры обоих роторов частично пересекаются, и с корпусом с впускным отверстием и с выпускным отверстием, а также с внутренней стенкой и с внешней стенкой, причем внутренняя стенка корпуса окружает в каждом случае один участок внешних периметров роторов, и причем коловратный насос выполнен для перекачивания рабочей среды с направлением подачи от впускного к выпускному отверстию.
Немецкая полезная модель DE 202006020113 U1 раскрывает коловратный насос для нагнетания содержащих твердые вещества жидкостей. Лежащей в основе зарегистрированного образца целью является такое перекачивание содержащих твердые вещества жидкостей, которое предотвращает повреждения в насосе, прежде всего, в роторе. Эта цель достигнута посредством по меньшей мере одной специально изготовленной наклонной площадки, которая оптимизирует впускание. Этой оптимизацией обеспечено, что твердые вещества направляются к заданному месту в рабочей камере коловратного насоса. Кроме того, достигнуто уменьшение кавитации за счет особого выполнения наклонных площадок во впускной и выпускной областях коловратного насоса. Для достижения уменьшения кавитации настоятельно необходимо увеличение так называемого угла корпуса. При этом, тем не менее, является достаточным, когда только нижний половинный угол корпуса составляет угол >90°.
Немецкая патентная публикация DE 94751 А показывает нагнетатель закрытого типа, в котором перемещаются два противоходных поршня, посредством которых воздух уплотняется и направляется к выпуску. Воздуходувное устройство оснащено двумя особыми однозубыми валиками С, каждый из которых взаимодействует с нагнетающим поршнем таким образом, что каждая лопасть нагнетающего поршня пропускается в условиях плотного соприкосновения с валиком С, вследствие чего валик С закатывается в последующий проем и сжимает воздух до тех пор, пока лопасть не освобождает выход в пространство под давлением.
В основе изобретения лежит цель создания коловратного насоса, с помощью которого в наибольшей степени возможно нагнетание без пульсации.
Эта цель достигнута в коловратном насосе, содержащем корпус насоса, снабженный впуском и выпуском, расширяющимися к соответствующим концам, футеровку, расположенную в корпусе насоса, и по меньшей мере два противоположно вращающихся ротора, расположенных внутри футеровки, образующих во время своего вращения насосные камеры и уплотненных по отношению друг к другу и по отношению к футеровке, за счет того, что в каждой насосной камере расположены по меньшей мере две выполненные в футеровке выемки, причем расстояние от выемки до впуска или до выпуска составляет от двукратной до пятикратной величины размера поперечного сечения выемки, а футеровка имеет в области впуска и в области выпуска утолщения, уменьшающие поперечное сечение впуска и выпуска.
Предпочтительные варианты осуществления описаны признаками зависимых пунктов формулы изобретения.
Предлагаемый в изобретении коловратный насос предназначен для нагнетания жидкостей, в том числе жидкостей, содержащих твердые вещества. Как указано выше, коловратный насос состоит из корпуса насоса, который снабжен впуском и выпуском. В корпусе насоса, или же внутри футеровки, расположены по меньшей мере два противоположно вращающихся ротора, которые во время их вращения образуют насосные камеры. Во время вращательного движения роторы уплотнены по отношению друг к другу, по отношению к корпусу насоса и по отношению к футеровке. В корпусе насоса и/или в футеровке, в каждой насосной камере, расположены по меньшей мере две выемки. Выемки расположены в пространственной близости к впуску и/или к выпуску.
Вышеупомянутые утолщения выполнены на протяжении угла до 160°, предпочтительно, угла от 45 до 135°. Впуск и выпуск расширяются в направлении от утолщений к их концам. Утолщения предпочтительно имеют совместный угол охвата более 180°.
В особом варианте осуществления в каждой насосной камере расположены четыре выемки, причем выемки расположены всегда парами. В другом варианте осуществления имеются в наличии шесть выемок в каждой насосной камере, причем выемки расположены в таком случае, соответственно, тройками. Для специалиста из показанных вариантов осуществления следует, что они не представляют какого-либо окончательного ограничения изобретения. Является возможным, что несколько выемок могут быть расположены в насосных камерах. Также является возможным размещение различного числа выемок в двух насосных камерах. В качестве насосной камеры средний специалист обозначает пространство, которое образуется вращением роторов в коловратном насосе. Эта насосная камера или же насосные камеры находятся между ротором и корпусом насоса.
За счет открывания и закрывания выемок роторами предотвращается пульсация давления при работе коловратного насоса. Кроме того, за счет открывания и закрывания выемок могут быть изменены степени сжатия в насосных камерах, а также в области впуска и/или в области выпуска. Благодаря этим изменениям давления, появляющиеся вследствие пульсации удары во впуске и/или в выпуске, могут быть уменьшены или полностью предотвращены.
Расширение впуска и выпуска обеспечивает оптимизацию течения перекачиваемой среды, которая в сочетании с выемками дополнительно уменьшает пульсации давления. Сочетание выемок и утолщений выполнено таким образом, что при функционировании коловратного насоса получается оптимизированное течение, причем потери энергии при нагнетании и мертвые пространства в пределах коловратного насоса могут быть предотвращены почти полностью.
Выемки могут иметь различные поперечные сечения. Между выемками может иметься расстояние. Глубина выемок составляет по меньшей мере от десяти до тридцати процентов толщины стенки футеровки. Выемки могут иметь различные глубины. Кроме того, выемки в области впуска и выпуска, а также в рамках множественного их построения, могут иметь различные поперечные сечения и глубины. Для специалиста очевидно, что ранее сделанные разъяснения не представляют собой окончательного ограничения изобретения. Скорее они являются рекомендациями по предпочтительным вариантам осуществления. За счет различного числа и вариантов осуществления выемок является возможным различным образом модифицировать или предотвращать изменения давления в насосе и тем самым течения и пульсацию.
В дальнейшем варианты осуществления изобретение и их преимущества разъяснены более подробно посредством приложенных чертежей. Соотношения величин отдельных элементов друг к другу на чертежах не всегда соответствуют реальным соотношениям величин, поскольку некоторые формы упрощены, а другие формы для лучшей иллюстративности представлены увеличенными по сравнению с другими элементами.
Фиг. 1 показывает соответствующий изобретению коловратный насос с открытым корпусом насоса.
Фиг. 2-4 показывают различные положения роторов в контакте с футеровкой корпуса насоса.
Фиг. 5 показывает футеровку для соответствующего изобретению коловратного насоса с двенадцатью выемками.
Фиг. 1 показывает соответствующий изобретению коловратный насос 10 с открытым корпусом 12 насоса. Коловратный насос 10 состоит из корпуса насоса 12, который снабжен впуском 14 и выпуском 16. В корпус 12 насоса привнесена футеровка 18. Футеровка 18 снабжена выемками 24а, 24b, 24с и 24d. Кроме того, футеровка 18 в области впуска 14 и выпуска 16 обладает утолщениями 26. Внутри корпуса 12 насоса расположены роторы 20а и 20b, посредством которых перекачиваемая среда перекачивается от впуска 14 к выпуску 16. Все выемки 24а, 24b, 24с и 24d открыты. В показанном положении роторов рабочая среда может втекать в выемки 24а и 24с, а из выемок 24b и 24d рабочая среда может вытекать наружу.
Фиг. 2-4 показывают различные положения роторов 20а и 20b в контакте с футеровкой 18 корпуса насоса (не представлено). Фиг. 2 показывает положение, в котором роторы 20а и 20b расположены параллельно друг другу. Насосные камеры 22а и 22b открыты. Насосная камера 22а открыта к впуску 14 таким образом, что рабочая среда может проникать в коловратный насос. Насосная камера 22b открыта к выпуску 16 таким образом, что рабочая среда может вытекать из коловратного насоса. Утолщения 26 снабжены углом w от 20 до 160°, предпочтительно углом w от 45 до 135°. За счет этого угла w сделаны возможными улучшенные затекание и вытекание рабочей среды в коловратный насос и из него. За счет утолщений 26 поперечное сечение впуска 14 и выпуска 16 уменьшено. К их концам 28 впуск 14 и выпуск 16 расширены. За счет этого расширения сделаны возможными улучшенное поступление рабочей среды в коловратный насос и лучшее откачивание рабочей среды из коловратного насоса.
Фиг. 3 показывает второе положение роторов 20а и 20b в футеровке 18 корпуса насоса (не представлено). По причинам упрощения, описание чертежей распространяется только на верхнюю область коловратного насоса, в которой расположена насосная камера 22а. Для области насосной камеры 22b процессы и этапы следует рассматривать и изучать аналогично. Насосная камера 22а перекрыта от впуска 14 к выпуску 16 ротором 20а. Выемка 24а открыта и может принимать рабочую среду. Выемка 24b заперта ротором 20а. При запирании выемки 24b ротором 20а рабочая среда из выемки 24а вытесняется наружу в направлении выпуска 16.
Фиг. 4 показывает третье положение роторов 20а и 20b в контакте с футеровкой 18 корпуса насоса (не представлено). Ротор 20а располагается горизонтально на расположенном вертикально роторе 20b. В этом положении роторов 20а и 20b насосная камера 22а заперта по отношению к впуску 14 и выпуску 16. Обе выемки 24а и 24b открыты по отношению к насосной камере 22а. При открытии выемки 24b по отношению к насосной камере 22а, рабочая среда из выемки 24b может вытекать в насосную камеру 22а. Вследствие этого давление в насосной камере 22а повышается. При последующем полном открывании насосной камеры 22а по отношению к выпуску 16, течение выравнивания давления является существенно меньшим, поскольку разность давлений между насосной камерой 22а и выпуском 16 уже была ранее заметно уменьшена.
Фиг. 5 показывает футеровку 18 для соответствующего изобретению коловратного насоса с двенадцатью выемками 24. Двенадцать выемок 24 распределены по двум насосным камерам 22а и 22b. Выемки 24 расположены в четырех группах по три выемки 24 в каждой. За счет применения дополнительных выемок 24 является возможным постепенное повышение и снижение давления в насосных камерах 22а и 22b. Также этим образом действий пульсация может быть дополнительно изменена. Выемки 24 открываются и/или запираются роторами 20а и 20b поочередно. Тем самым соответствующее давление может быть изменено постепенно.
Изобретение описано на основе предпочтительного варианта осуществления.
ССЫЛОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
10 - коловратный насос
12 - корпус насоса
14 - впуск
16 - выпуск
18 - футеровка
20 - ротор (20а, 20b)
22 - насосная камера (22а, 22b)
24 - выемка (на чертежах 24а, 24b, 24с, 24d)
26 - утолщение
28 - концы
w - угол