ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВАЯ МАШИНА
LIQUID RING MACHINE

Изобретение относится к насосо-компрессоростроению и позволяет снизить потребляемую мощность, повысить производительность, глубину достигаемого вакуума одноступенчатых жидкостно-кольцевых машин.
Известна конструкция жидкостно-кольцевой машины (SU №1742515 А1), имеющей корпус с торцевой крышкой, размещенный в нем с зазором и с возможностью вращения барабан, установленный с эксцентриситетом, в последнем - пустотелый ротор с лопатками, образующими корытообразные рабочие камеры, размещенный в полости ротора неподвижный распределитель с впускным и выпускным каналами и приводной вал; при этом в ступице ротора выполнены сквозные радиальные каналы с возможностью периодического сообщения рабочих камер с каналами распределителя, барабан закреплен на приводном валу и снабжен герметичной крышкой, а распределитель выполнен коленчатым, при этом выпускной канал расположен концентрично впускному каналу, при этом в распределителе выполнены две радиальные прорези, сообщенные соответственно с впускным и выпускным каналами и диаметрально противоположными рабочими камерами.
Недостатком данной жидкостно-кольцевой машины, является сложность конструкции (коленчатый вал, коллекторы подачи и отвода газовой фазы, обладающие значительным сопротивлением), низкая производительность, недостаточный предельный вакуум.
Наиболее близким по техническому решению является жидкостно-кольцевая машина (RU №2294456 С1), содержащая корпус, размещенное в нем с эксцентриситетом и возможностью вращения рабочее колесо на неподвижном распределительном полом валу с перегородкой, образующей с одного торца вала входной, а с другой выходной патрубки. Корпус установлен с возможностью вращения от электродвигателя. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса расположены жестко закрепленные лопатки с углом наклона и длиной, обеспечивающими передачу вращения рабочему колесу. Число лопаток корпуса равно числу лопаток рабочего колеса. Повышается коэффициент полезного действия жидкостно-кольцевой машины за счет снижения трения жидкостного кольца о внутреннюю поверхность корпуса и достигается стабильность его геометрии за счет равенства окружных скоростей корпуса и рабочего колеса в зоне их максимального сближения.
Недостатком указанной конструкции является непостоянство передаточного отношения от корпуса к рабочему колесу за время взаимодействия одной пары лопаток, что приводит к колебаниям угловой скорости рабочего колеса, при постоянной угловой скорости корпуса. Указанное обстоятельство приводит к динамическим нагрузкам на детали машины, шуму при ее работе, повышенному износу рабочих поверхностей лопаток и снижению стабильности формы жидкостного кольца.
Задачей изобретения является снижение динамических нагрузок на детали одноступенчатой жидкостно-кольцевой машины, повышение плавности ее работы и стабильности формы жидкостного кольца за счет обеспечения постоянства передаточного отношения от корпуса к рабочему колесу за время взаимодействия одной пары лопаток.
Решение задачи заключается в том, что в одноступенчатой жидкостно-кольцевой машине, содержащей вращающийся цилиндрический корпус, размещенное в нем с эксцентриситетом и возможностью вращения рабочее колесо на неподвижном распределительном валу с перегородкой, образующей с одного торца вала входной, а с другой выходной патрубки, при этом на внутренней цилиндрической поверхности корпуса установлены лопатки, согласно изобретению, профиль лопаток корпуса очерчен но эвольвенте окружности, причем радиус этой основной окружности и радиус окружности, ограничивающей длину лопаток, определяются по формулам:
<mrow><msub><mi>r</mi><mi>b</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi><mo>⋅</mo><mi>s</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mfrac><mi>π</mi><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>s</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>π</mi><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>u</mi></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>π</mi><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mfrac><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mfrac><mi>π</mi><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>u</mi></mrow></mfrac></mrow><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>π</mi><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>u</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>−</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mfrac><mi>π</mi><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>u</mi></mrow></mfrac></mrow></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>e</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>r</mi><mo>⋅</mo><mi>e</mi><mo>⋅</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>τ</mi><mn>2</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>ε</mi><mi>α</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msqrt></mrow>
соответственно, где R - радиус корпуса;
r - радиус рабочего колеса;
u - передаточное отношение от корпуса к рабочему колесу e=R-r - эксцентриситет;
<mrow><msub><mi>τ</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mrow><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
- угловой шаг лопаток рабочего колеса,
α
ε - коэффициент перекрытия при зацеплении лопаток корпуса с лопатками рабочего колеса,
1
2
а число лопаток корпуса z и рабочего колеса z связаны следующей зависимостью:
<mrow><mi>u</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>r</mi><mi>R</mi></mfrac></mrow>
.
На фиг.1 изображен поперечный разрез жидкостно-кольцевой машины.
На фиг.2 - продольный разрез жидкостно-кольцевой машины.
Жидкостно-кольцевая машина (фиг.2) работает следующим образом. Вращающийся приводной корпус 1 передает вращение рабочему колесу 2, за счет взаимодействия установленных на нем лопаток с лопатками рабочего колеса с постоянным передаточным отношением. Взаимодействие лопаток происходит в зоне, ограниченной углом перекрытия
α
1
α
φ=τ·ε,
<mrow><msub><mi>τ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mrow><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
где
- угловой шаг лопаток корпуса.