ОДНОВИНТОВОЙ НАСОС
HELICAL ROTOR PUMP

Изобретение относится к машиностроению, в частности к одновинтовым насосам, и может быть использовано в конструкциях одновинтовых насосов, предназначенных для перекачивания различных составов в строительной, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен одновинтовой насос, содержащий статор, ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, размещенные в канале статора один или несколько шлангов, при этом внутренняя поверхность статора выполнена в виде канала спиральной формы, поперечное сечение канала образовано полуокружностями, соединенными линиями, при этом направление спирали совпадает с направлением винтовой поверхности ротора (см. патент России №2265139, F04C 2/107, 2005 г.).
ст
Известен одновинтовой насос, содержащий статор, ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси вращения винта на величину эксцентриситета, размещенные в канале статора один или несколько шлангов, входящих в продольные углубления, выполненные в цилиндрическом канале статора, профиль продольных углублений выполнен в виде дуги окружности с радиусом R, и отрезков прямых от концов дуги до цилиндрического канала, при этом
ст
ср
R=D/2+ε+2δ, где
ст
R - радиус дуги окружности профиля;
cp
D - диаметр поперечного сечения ротора;
ε - эксцентриситет ротора;
δ - толщина стенки шланга;
(см. заявку №2007111026/06 (011983), по которой принято решение о выдаче патента). Данное техническое решение принято за прототип.
В данном техническом решении осуществляется обжатие каждого из шлангов ротором в нескольких точках вдоль образующей цилиндра канала статора. Количество обжатий шланга зависит от шага винтовой поверхности ротора и длины статора и определяет величину избыточного давления, обеспечиваемого насосом при работе.
Для увеличения избыточного давления необходимо увеличивать длину статора и ротора, тем самым увеличивать габариты и вес насоса.
Технической задачей изобретения является устранение указанного недостатка.
Технический результат достигается тем, что в одновинтовом насосе, содержащем статор, ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси вращения винта на величину эксцентриситета, размещенные в канале статора один или несколько шлангов, входящих в углубления, выполненные в цилиндрическом канале статора с профилем в виде дуги окружности и отрезков прямых от концов дуги до цилиндрического канала, согласно изобретению углубления выполнены по винтовой линии с направлением витков, противоположным направлению витков на поверхности ротора.
Подобное исполнение уменьшает расстояние между сжатыми участками шланга вдоль его длины, что приводит к увеличению давления на выходе из шланга без изменения длины статора с ротором.
На фиг.1 представлен общий вид насоса.
На фиг.2 представлен поперечный разрез рабочей пары насоса.
На фиг.3 приведен эскиз разверток винтовых поверхностей ротора и паза статора.
Одновинтовой насос включает в себя ротор 1 в виде однозаходного винта, статор 2, размещенный между корпусом 3 и насадком 4.
Ротор 1, например, через торсионный вал 5 соединен с ведущим валом 6.
p
cp
1
1
Винтовая поверхность ротора 1 может иметь любое направление. Ротор 1, с наружным диаметром D, имеет однозаходную винтовую рабочую поверхность, каждое сечение, нормальное к оси ротора 1, является кругом диаметром D, центр О которого смещен относительно оси O ротора на величину эксцентриситета ε. Центры поперечных сечений ротора 1 образуют винтовую линию с шагом t и углом подъема β.
ст
ст
Внутренняя поверхность статора 2 образована цилиндрическим каналом 7 диаметром D с пазом 8 (одним или несколькими), профиль которого выполнен в виде части окружности радиуса R, боковые стенки 9 представляют отрезки прямых, проходящих от окружности к цилиндрическому каналу 7.
Паз 8 выполнен по винтовой линии вдоль статора 2. Направление винтовой линии паза 8 противоположно направлению винтовой поверхности ротора 1.
Ротор 1 и статор 2 расположены соосно друг другу.
ст
cp
Между ротором 1 и внутренней поверхностью статора 2 в пазу 8 размещен шланг 10, концы которого закреплены перед входом в статор 2, к которому может быть подсоединен расходный трубопровод 11, при этом радиус R выполнен равным D/2+ε+2δ, где
ср
D - диаметр поперечного сечения ротора 1;
ε - эксцентриситет ротора 1;
δ - толщина стенки шланга 10.
Расходный трубопровод 11 может быть закреплен на насадке 4.
Повороту контура ротора 1 на угол 2 π соответствует осевое перемещение на величину хода его винтовой поверхности t.
Паз 8 статора 2 расположен по винтовой линии с шагом S вдоль оси статора.
ст
2
S=π D tg β, где
S - шаг винтовой линии паза 8;
ст
D - диаметр цилиндрического канала статора 2;
2
β - угол подъема винтовой линии паза 8.
ст
р
Диаметры D и D принимаем равными между собой по величине.
Одновинтовой насос работает следующим образом. При вращении ведущим валом 6 ротор 1 проворачивается в цилиндрическом канале 7 статора 2, при этом ось вращения ротора 1 совпадает с геометрической осью канала 7 статора 2. Центры О круглых поперечных сечений ротора 1 вращаются относительно геометрической оси канала статора 2 по окружности радиуса ε, благодаря чему ротор 1 периодически сжимает стенки шланга 10 до смыкания.
Точка сжатия шланга 10, расположенного в пазу 8 статора 2, имеющего направление винтовой линии противоположное ротору 1, перемещается вдоль паза 8 статора 2 по винтовой линии. Величина перемещения точки сжатия относительно оси статора 2 из-за обратной винтовой линии ротора 1 оказывается меньше, чем шаг t ротора 1, а количество пережатых участков на шланге 10 больше, чем в случае отсутствия винтового расположения паза 8. Объем перекачиваемой среды, находящейся за точкой сжатия, замыкается следующей точкой сжатия. Шланг 10 в точке сжатия ротором 1 пережат до размера, равного двум толщинам стенки шланга 10, в других местах вдоль паза 8 шланг 10 освобождается от обжатия.
В процессе работы насоса перекачиваемая среда заполняет свободное пространство внутри шланга, герметически изолированное от элементов насоса (ротора 1, статора 2), и, вследствие непрерывного перемещения зоны обжатия шланга 10 ротором 1 вдоль винтового паза 8 статора 2, транспортируется от входа в сторону трубопровода 11.
За один оборот ротора насос, обжимая шланг 10, вытесняет среду с расчетным объемом, пропорциональным произведению площади внутреннего сечения шланга, имеющего диаметр d, на шаг S винтовой линии паза 8 статора 2, несколько уменьшенным за счет обратной винтовой линии ротора 1. Суммарная подача определяется количеством одновременно размещенных шлангов.
При четырех точках сжатия ротором 1 шланга 10 вдоль шланга 10 имеется уже три замкнутых участка с перекачиваемой средой, что обеспечивает избыточное давление на выходе из насоса в 1,5 раза больше, чем при расположении шланга 10 вдоль образующей цилиндра статора.
При выполнении ротора 1 с правым направлением винтовой поверхности и вращении его против часовой стрелки при взгляде со стороны ведущего вала подача среды будет осуществляться в сторону расходного трубопровода 11.
Реверс подачи среды возможен при изменении направления вращения ротора.
Количество шлангов в насосе определяется возможностью выполнения пазов в статоре из расчета размещения сжатого шланга до смыкания.
Таким образом, обеспечивая перекачивание среды, исключая контакт ее с элементами насоса, предложенный насос способен на выходе создавать высокое давление перекачиваемой среды без изменения габаритов и скорости вращения ротора.