МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВОЙ КОМПРЕССОР
MULTI-STAGE LIQUID-RING COMPRESSOR

Изобретение относится к классу жидкостно-кольцевых машин, область применения которых достаточно широка и включает те отрасли промышленного и сельскохозяйственного производства, где возникает необходимость отсасывания или сжатия воздуха или газов. В указанном классе машин основным функциональным элементом является жидкостное кольцо, часть которого заполняет ограниченный объем в проточной части рабочего колеса и, перемещаясь при вращении рабочего колеса, всасывает либо вытесняет определенный объем газа, т.е. играет роль жидкостного поршня.
Известен вакуумный гидрокольцевой насос (см. RU 2240445 С2, F04C 7/00, 20.11.2004), содержащий установленный с возможностью вращения цилиндрический корпус с рабочей жидкостью, эксцентрично размещенную в нем крыльчатку, неподвижный газораспределительный патрубок, разделенный на входной и выходной каналы. Вращение через шкив сообщается крыльчатке. Рабочая жидкость передает вращение от крыльчатки к корпусу.
Представленное в качестве ближайшего прототипа устройство имеет два ротора - внешний, предназначенный для создания жидкостного кольца, и внутренний с рабочим колесом в виде крыльчатки с торцовыми дисками. Оба ротора вращаются в одном направлении, что существенно сокращает потери на трение в жидкостном кольце, дополняя набор полезных свойств жидкостно-кольцевых машин, широко применяемых в качестве компрессоров и вакуумных насосов. Однако, как и любой другой объемный одноступенчатый компрессор, рассматриваемое устройство может быть применено лишь в ограниченном диапазоне необходимых потребителю давлений газа.
Для решения задачи уменьшения негативного влияния отмеченного недостатка жидкостно-кольцевых компрессоров и расширения области их применения предлагается применить многоступенчатый жидкостно-кольцевой компрессор, в состав которого входит внешний ротор, выполненный с возможностью вращения от внешнего привода, создающий при вращении с рабочей жидкостью, поступающей из устройства подвода, жидкостное кольцо со свободной поверхностью в окружающей газовой среде, формируемое обечайкой с боковыми стенками и дисками, определяющими радиус свободной поверхности жидкостного кольца, разделенного в осевом направлении при помощи дисков на секции, образующие ступени, внутренний ротор, размещенный с эксцентриситетом в жидкостном кольце, выполненный с возможностью вращения от внешнего привода, имеющий диски, не выходящие из пределов жидкостного кольца, образующие попарно с дисками внешнего ротора гидрозатворы, между которыми в каждой секции жидкостного кольца расположена заполненная газом замкнутая полость всасывания и размещено сидящее на валу внутреннего ротора рабочее колесо, в проточной части которого расположена циклически выходящая при вращении внутреннего ротора из пределов объема секции жидкостного кольца камера всасывания, предназначенная для переноса порции газа из полости всасывания в зону повышенного давления секции жидкостного кольца, и канал нагнетания с нагнетательным клапаном, выходящий в полость всасывания рабочего колеса следующей ступени, при этом соотношение частот вращения роторов является неизменным.
На чертеже представлено схематическое изображение предлагаемого устройства.
Внешний ротор 1 вращается вокруг оси 29, получает вращение от привода 2 и предназначен для создания жидкостного кольца 6 со свободной поверхностью 8 в окружающей газовой среде. Подшипники 3 ротора 1 расположены на неподвижных цапфах 33 корпуса компрессора. При подаче к вращающемуся ротору 1 рабочей жидкости по каналу 20 расположенного на неподвижном корпусе устройства подвода образуется жидкостное кольцо, формируемое обечайкой с боковыми стенками. Диски 5, 16 определяют величину радиуса свободной поверхности жидкости. Жидкостное кольцо разделено в осевом направлении на секции при помощи дисков 11, 22. Излишки жидкости удаляются из кольца по каналу 4.
Подшипники 28 внутреннего ротора 31 расположены в эксцентрических расточках цапф 33. Ротор 31 вращается вокруг оси 30, получает вращение от привода 18, соотношение частот вращения роторов неизменно. На валу внутреннего ротора 31 расположены диски 7, 10, 12, 14, периферийные области которых при вращении не выходят из пределов жидкостного кольца и которые попарно с соответствующими дисками 5, 11, 22, 16 внешнего ротора 1 образуют гидрозатворы, создающие заполненные газом замкнутые полости всасывания 27, 23, 21 и полость нагнетания 17. Полость 27 каналом 32 соединена с всасывающим патрубком компрессора, а из полости 17 по каналу 19 газ поступает в нагнетательный патрубок. Рабочие колеса 26, 13, 15 каждой ступени компрессора располагаются на валу внутреннего ротора 31 и помещены в соответствующие секции жидкостного кольца. Проточная часть рабочего колеса состоит из расположенной на периферии колеса камеры всасывания 9 в виде открытого сосуда с нагнетательным клапаном 25 в днище и нагнетательного канала 24, выводящего сжатый газ в полость всасывания следующей ступени. То есть нагнетательный канал каждой предыдущей ступени является всасывающим каналом для следующей за ней ступени. При вращении камеры всасывания 9 вместе с ротором 31 ее периферийные кромки выходят из пределов объема жидкостного кольца и попадают в полость всасывания, камера всасывания 9 заполняется газом и переносит порцию газа в область высокого давления жидкостного кольца, где происходит выдавливание газа через клапан 25 в канал 24.
Число ступеней может быть любым - от одной и более.
Как видно из схематического чертежа, имеется необходимость устройства уплотнения зазора между валом ротора 31 и корпусом компрессора в области всасывающего патрубка. В области высокого давления необходимо уплотнять зазор между внешним ротором 1 и корпусом компрессора, а также зазор между внутренним ротором 31 и корпусом компрессора.
Таким образом, в отличие от рассматриваемого в качестве ближайшего прототипа вакуумного гидрокольцевого насоса предлагаемое устройство имеет снабженный внешним приводом внешний ротор, предназначенный для создания жидкостного кольца со свободной поверхностью в окружающей газовой среде. Жидкостное кольцо формируется обечайкой с боковыми стенками. Радиус свободной поверхности жидкостного кольца определяется дисками. Кроме того, имеются диски, разделяющие жидкостное кольцо в осевом направлении на секции, образующие ступени.
Внутренний ротор, как и крыльчатка прототипа, расположен с эксцентриситетом в жидкостном кольце, имеет внешний привод, что, в отличие от прототипа, позволяет в сочетании с приводом внешнего ротора поддерживать неизменное соотношение частот вращения роторов.
В отличие от прототипа на валу внутреннего ротора расположены диски, периферийные области которых при вращении не выходят из пределов жидкостного кольца. Указанные диски внутреннего ротора попарно с соответствующими дисками внешнего ротора образуют гидрозатворы, создающие заполненные газом замкнутые полости всасывания и полость нагнетания, из которой газ по каналу поступает в нагнетательный патрубок.
На валу внутреннего ротора расположены также рабочие колеса, помещенные в соответствующие секции жидкостного кольца. Проточная часть каждого рабочего колеса состоит из расположенной на периферии колеса камеры всасывания в виде открытого сосуда с нагнетательным клапаном в днище и нагнетательного канала, выводящего сжатый газ в полость всасывания следующей ступени и являющегося всасывающим каналом для этой следующей ступени. При вращении камеры всасывания вместе с внутренним ротором ее периферийные кромки выходят из пределов объема жидкостного кольца и попадают в полость всасывания, камера всасывания заполняется газом и переносит порцию газа в область высокого давления жидкостного кольца, где происходит выдавливание порции газа через нагнетательный клапан в нагнетательный канал.
Таким образом, проточная часть рабочего колеса предлагаемого устройства отличается от проточной части крыльчатки ближайшего прототипа.