PL167371B1

PL167371B1 - Pompa lopatkowa ze sterowaniem ruchu lopatek w kierunku promieniowym PL PL

Info

Publication number: PL167371B1
Application number: PL91297183A
Authority: PL
Inventors: Thomas C Edwards
Original assignee: Thomas C Edwards
Priority date: 1990-06-07
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1995-08-31
Also published as: AU8078691A; CA2084683C; PL297183A1; HU210369B; DE69125372D1; JPH06501758A; HU9203869D0; US5087183A; EP0532657B1; DE69125372T2; KR100195896B1; IL98242A0; WO1991019101A1; CA2084683A1; EP0532657A4; EP0532657A1; IL98242A; HUT63686A; JP3194435B2; ES2100231T3

Abstract

1. Pompa lopatkowa ze sterowaniem ruchu lopatek w kierunku promieniowym, zawierajaca obudowe ogra- niczona dwiema plytami majaca otwór wlotowy i wylo- towy i umieszczony w niej wirnik z co najmniej jedna lopatka majaca koncówke i przeciwlegle do niej wiazad- lo lopatkowe, przy czym konce wirnika sa zamontowane w plytach obudowy, w których sa takze umieszczone prowadzace pierscienie, a w nich osadzone wiazadlo lo- patkowe, znamienna tym, ze prowadzace pierscienie (50, 52, 142, 166, 178, 182) i wewnetrzna sciana (12) obudowy (10) maja te sama os (17), zas os obrotu (16) wirnika (14) jest przesunieta wzgledem osi (17) prowa- dzacych pierscieni (50, 52, 142, 166, 178, 182) i wew- netrznej sciany (12) i wirnik (14) ma uksztaltowana co najmniej jedna promieniowa szczeline (200, 202, 204, 206), a w kazdej z nich jest osadzona lopatka (20, 22, 24, 26, 100), której koncówka (T) jest usytuowana w poblizu wewnetrznej sciany (12) z zachowaniem mi- nimalnego luzu, a pomiedzy co najmniej jednym obrze- zem wiazadla lopatkowego (20a, 22a, 24a, 26a, 80, 140, 160, 170, 180) i prowadzacymi pierscieniami (50, 52, 142, 166, 178, 182) jest umieszczony zespól prze- ciwcierny. FIG 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest pompa łopatkowa ze sterowaniem ruchu łopatek w kierunku promieniowym.

Wynalazek dotyczy zwłaszcza pompy łopatkowej mającej wymuszoną regulację dwukierunkowego ruchu łopatek.

Znane są pompy łopatkowe, które mają obudowę ograniczoną dwiema płytami i posiadającą otwór wlotowy i wylotowy gazu lub cieczy. W obudowie jest umieszczony wirnik z łopatkami, którego końce są osadzone w płytach obudowy. Sterowanie ruchem łopatek w kierunku promieniowym odbywa się wskutek tarcia końcówek łopatek o ścianę wewnętrzną obudowy. Powoduje to niską wydajność pompy, ograniczenie obszaru wlotu i wylotu płynów oraz spadki ciśnienia w obszarze otworu wlotowego i wylotowego.

Znane są również pompy łopatkowe, w których łopatki są wyposażone na ich bokach w obrotowe wałki, które są umieszczone w kołowej lub niekołowej prowadnicy. Ruch wałków w prowadnicy określa promieniowe przemieszczenie łopatki umocowanej do popychacza krążkowego. Wadą tego rozwiązania jest to, że łopatka może być przesuwana w kierunku promieniowym tylko w jedną stronę, to znaczy na zewnątrz lub do wewnątrz przy danym kierunku obrotu wirnika. Zmiana promieniowego położenia łopatki w drugą stronę może nastąpić dopiero po zmianie kierunku obrotu wirnika.

Przykładowo, jeśli wałek przemieszcza się po jednej stronie prowadnicy, i z tego powodu obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, i jeżeli następnie doprowadza się ten wałek do styku z drugą stroną prowadnicy, wałek obraca się w kierunku, który można uznać za niewłaściwy. W konsekwencji, każdy wałek wpada w poślizg wewnątrz prowadnicy, dopóki nie zostanie zatrzymany. Następnie należy zmienić kierunek obrotu każdego wałka łopatki i przyspieszyć jego ruch osiągając prędkość narzuconą przez drugą stronę prowadnicy wałka. Ponieważ w praktyce w maszynach łopatkowych zazwyczaj jest wymagany ruch łopatek zarówno w kierunku do wewnątrz jak i na zewnątrz, wałki stają się niepraktyczne i niefunkcjonalne.

W innym znanym rozwiązaniu zastosowano ślizgowe wiązadła łukowe zamiast wałków łopatkowych. Wiązadła łukowe są obsadzone w kolistym, pierścieniowym rowku, który może

167 371 być obrotowy. Łukowe wiązadło łopatki daje możliwość ruchu promieniowego zarówno w kierunku do wewnątrz jak na zewnątrz. Jednakże znane wiązadła łukowe powodują znaczne tarcie mechaniczne, powstające na skutek poślizgu powierzchni łukowych wiązadeł o kolisto-pierścieniowe prowadnice, niezależnie od tego czy prowadnice są obrotowe czy nie.

Ponadto, w żadnej ze znanych publikacji nie wskazano jaki powinien być zarys wewnętrznej ściany obudowy, aby końcówki łopatek były umieszczone bezstykowo, ale szczelnie przy wewnętrznej ścianie obudowy.

Według wynalazku, pompa łopatkowa ze sterowaniem ruchu łopatek w kierunku promieniowym, zawierająca obudowę ograniczoną dwiema płytami, mającą otwór wlotowy i wylotowy i umieszczony w niej wirnik z co najmniej jedną łopatką mającą końcówkę i przeciwległe do niej wiązadło łopatkowe, przy czym końce wirnika są zamontowane w płytach obudowy, w których są także umieszczone prowadzące pierścienie, a w nich osadzone wiązadło łopatkowe, charakteryzujące się tym, że prowadzące pierścienie i wewnętrzna ściana obudowy mają tą samą oś, zaś oś obrotu wirnika jest przesunięta względem osi prowadzących pierścieni i wewnętrznej ściany. Wirnik ma ukształtowaną co najmniej jedną promieniową szczelinę, a w każdej z nich jest osadzona łopatka, której końcówka jest usytuowana w pobliżu wewnętrznej ściany z zachowaniem minimalnego luzu. Pomiędzy co najmniej jednym obrzeżem wiązadła łopatkowego i prowadzącymi pierścieniami jest umieszczony zespół przeciwciemy.

Korzystnie wirnik zawiera dwie łopatki osadzone po przeciwnych stronach osi obrotu wirnika.

Korzystnie wirnik zawiera co najmniej trzy łopatki osadzone w szczelinach symetrycznie rozmieszczonych względem osi obrotu wirnika.

Korzystnie wirnik zawiera cztery łopatki osadzone w szczelinach symetrycznie rozmieszczonych względem osi obrotu wirnika.

Korzystnie zespół przeciwciemy jest zamontowany w każdym prowadzącym pierścieniu.

Korzystnie obrzeże wirnika styka się szczelnie z wewnętrzną ścianą obudowy na obszarze oddzielającym strefę niskiego ciśnienia cieczy wewnątrz obudowy.

Korzystnie zespół przeciwciemy jest zamontowany na zewnętrznym obrzeżu każdego wiązadła łopatkowego.

Korzystnie zespół przeciwciemy stanowi łożysko wałeczkowe.

Korzystnie zespół przeciwciemy stanowi zestaw swobodnie obracających się wałków.

Korzystnie zespół przeciwciemy jest zamontowany na wewnętrznym obrzeżu każdego wiązadła łopatkowego.

Korzystnie zespół przeciwciemy stanowi łożysko wałeczkowe.

Korzystnie zespoły przeciwcieme są zamontowane na obrzeżach wewnętrznym i zewnętrznym każdego wiązadła łopatkowego.

Korzystnie zespół przeciwciemy, umieszczony na wewnętrznym obrzeżu wiązadła łopatkowego, stanowi zestaw swobodnie obracających się wałków, a zespół przeciwciemy zamontowany na jego zewnętrznym obrzeżu stanowi łożysko wałeczkowe.

Korzystnie zespoły przeciwcieme zamontowane na wewnętrznych i zewnętrznych obrzeżach wiązadła łopatkowego stanowią łożysko wałeczkowe.

Korzystnie zespół przeciwciemy jest umieszczony zarówno na wewnętrznym i zewnętrznym obrzeżu każdego wiązadła łopatkowego, przy czym na zewnętrznym obrzeżu jest umieszczony zestaw swobodnie obracających się wałków, a na wewnętrznym obrzeżu jest umieszczone łożysko wałeczkowe.

Korzystnie co najmniej jedno obrzeże prowadzonych pierścieni jest wyposażone w oddzielne, hartowane obręcze.

Korzystnie pomiędzy wewnętrznymi obrzeżami wiązadeł łopatkowych i wewnętrznymi obrzeżami prowadzących pierścień jest zachowany luz w kierunku promieniowym, a między

167 371 końcówkami łopatek i wewnętrzną ścianą obudowy jest utworzony mały odstęp zabezpieczający przed wysokim ciśnieniem w obudowie.

Obecny wynalazek nie tylko eliminuje poślizgowe tarcie mechaniczne występujące w znanych rozwiązaniach, ale również upraszcza konstrukcję maszyny łopatkowej. Obecny wynalazek zapewnia wymuszony ruch łopatek w kierunku promieniowym wskutek właściwego ukształtowania wewnętrznej ściany obudowy i zastosowania beztarciowych elementów prowadzących. Dzięki temu urządzenie odznacza się dużą wydajnością i niezawodnością. Zapewnione jest doskonałe bezstykowe uszczelnienie pomiędzy końcówkami łopatki i wewnętrzną ścianą obudowy.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pompę łopatkową w rzucie pionowym, ze zdjętą jedną końcową płytą w celu ukazania wirnika, wyposażonego w przesuwne łopatki z wiązadłami, wraz z pierścieniem prowadnikiem łopatki, fig. la - łopatkę z wiązadłem w widoku z boku, fig. 2 - pompę z fig. 1 w częściowym przekroju osiowym i częściowym widoku z boku, fig. 2a - łopatkę z wiązadłem z fig. 2 w widoku z boku, fig. 3 - wirnik w czołowym rzucie z zaznaczonym zarysem prowadzących pierścieni i wraz z zestawem łopatek, odłączonych od wirnika, fig. 4a łopatkę z fig. 1-3 z wiązadłem łopatkowym zamontowanym w prowadzącym pierścieniu, w powiększonym widoku z boku i w częściowym przekroju poprzecznym, fig. 4b - drugi przykład wykonania łopatki z wiązadłem łopatkowym zamontowanym w prowadzącym pierścieniu w powiększonym widoku z boku i w częściowym przekroju poprzecznym, fig. 4c trzeci przykład wykonania łopatki z wiązadłem łopatkowym zamontowanym w prowadzącym pierścieniu w powiększonym widoku z boku i w częściowym przekroju poprzecznym, fig. 4d - czwarty przykład wykonania łopatki z wiązadłem łopatkowym zamontowanym w prowadzącym pierścieniu w powiększonym widoku z boku i w częściowym przekroju poprzecznym, fig. 4e - piąty przykład wykonania łopatki z wiązadłem łopatkowym zamontowanym w prowadzącym pierścieniu w powiększonym widoku z boku i w częściowym przekroju poprzecznym, fig. 4f - szósty przykład wykonania łopatki z wiązadłem łopatkowym zamontowanym w prowadzącym pierścieniu w powiększonym widoku z boku i w częściowym przekroju poprzecznym, fig. 5 - szczegóły geometrii zarysu wewnętrznej ściany obudowy pompy.

Przedstawiona na fig. 1 pompa łopatkowa, według wynalazku ma obudowę 10 ze ścianą wewnętrzną 12. W obudowie 10 jest osadzony wirnik 14, którego oś obrotu 16 jest umieszczona mimośrodowo względem ściany wewnętrznej 12 obudowy 10. Wirnik 14 ma rozmieszczone identyczne łopatki 20, 22, 24, 26, których liczba może być różna zależnie od zastosowania.

Łopatki 20, 23, 24, 26 są zaopatrzone w łopatkowe wiązadła 20a, 22a, 24a, 26a. Wiązadła łopatkowe 20a, 22a, 24a, 26a są korzystnie identyczne i są połączone z łopatkami 20, 22, 24, 26 za pomocą czopów 30, 32, 34, 36. Łopatki 20, 22, 24 oraz 26 przedstawiono bardziej szczegółowo na fig. 3.

W obudowie 10 pompa ma ukształtowany otwór wlotowy 17 i otwór wylotowy 18 sprężonej cieczy.

Na fig. 1a przedstawiono przykładową łopatkę z jej wiązadłem 22a. Łopatka 22 ma końcówkę T ukształtowaną łukowo. Kształt końcówki T łopatki 22 umożliwia przemieszczanie jej stycznie do ściany wewnętrznej 12 obudowy 10 w jej bezpośredniej bliskości ale bez występowania tarcia 24a, 24aa umieszczonymi po obu stronach. Wiązadła łopatkowe 20a, 22a, 24a, 26a i odpowiadające im przeciwległe wiązadła łopatkowe są odpowiedzialne z odpowiednie ustawienie końcówek T łopatek 20, 24, 26 względem ściany wewnętrznej 12 obudowy 10.

Jak pokazano na fig. 2, obudowa 10 jest ograniczona z obu stron płytami końcowymi pierwszą 40 i drugą 42, które są identyczne, z wyjątkiem obszaru środkowego. Druga płyta końcowa 42 ma otwór przelotowy, przez który wystaje wał 44 przy pomocy typowych elementów mocujących, takich jak na przykład śruby.

167 371

Jak wiadomo, obroty wirnika 14 powodują zmiany objętości obszarów pomiędzy wirnikiem 14 i ścianą wewnętrzną 12 obudowy 10, spowodowane mimośrodowym usytuowaniem osi wirnika 14 oraz połączonych z nich łopatek 20, 22, 24, 26, względem wewnętrznej ściany 12 obudowy 10. Wskutek tego ciecz, napływająca z otworu wlotowego 17 jest sprzężana i wydalana lub pompowana przez otwór wylotowy 18. Jednakże, aby osiągnąć efektywne sprzężenie i/lub pompowanie, obrzeże 15 wirnika 14 musi szczelnie przylegać do ściany wewnętrznej 12 profilu obudowy 10 w obszarze 13 pomiędzy otworem wlotowym 17 i otworem wylotowym 18.

Jak uwidoczniono na fig. 2, wirnik 12 jest zamocowany obrotowo w końcowych płytach 40 i 42, za pośrednictwem wału 44. Wirnik 14 korzystnie stanowi z wałem 14 integralną część lub jest na nim osadzony z ciasnym pasowaniem ślizgowym i bez możliwości wzajemnej obróbki. Wał 44 i wirnik 14 jest osadzony w końcowych płytach 40, 42 za pośrednictwem łożysk w celu uzyskania swobodnego obrotu wału 44 wirnika 14. Przeciwległe powierzchnie czołowe wirnika 14 są osadzone szczelnie względem wewnętrznych ścian końcowych płyt 42, 44 ale z możliwością obrotu. Odpowiednie powierzchnie przylegające sąnaolejone.

W celu lepszego ukazania budowy pompy, na fig. 2 pokazano niektóre jej fragmenty odsłonięte. W szczególności w pierwszej płycie końcowej 40 jest umieszczony pierwszy prowadzący pierścień 50, zaś w drugiej płycie końcowej 42 - drugi prowadzący pierścień 52. Środek prowadzących pierścieni pierwszego 50 i drugiego 52 jest zgodny ze środkiem geometrycznym wewnętrznej ściany 12 obudowy 10. Zatem prowadzące pierścienie 50, 52 są koliste, a więc koszty ich wytwarzania są mniejsze, niż stosowanych pierścieni niekolistych. Korzystnie prowadzące pierścienie 50, 52 są wytwarzane oddzielnie, a następnie są montowane w płytach końcowych 40, 42.

W celu zminimalizowania tarcia pierwszy prowadzący pierścień 50 ma pierwszą obręcz 60 z hartowanej stali, a drugi prowadzący pierścień 52 ma drugą obręcz 62 z hartowanej stali.

Wiązadła łopatkowe 20a, 22a, 24a, 26a są przesuwane w pierwszej obręczy 60, a przeciwległe wiązadła łopatkowe są przesuwane w drugiej obręczy 62, podczas obrotu wirnika 14 w obudowie 10.

Korzystnie wewnątrz obręczy pierwszej 60 i drugiej 62 są umieszczone swobodnie obracające się łożyska wałeczkowe, odpowiednio pierwsze 54 i drugie 56.

Jak pokazano na fig. 2, łożyska wałeczkowe pierwsze 54 i drugie 56, są przesuwane odpowiednio wewnątrz obręczy pierwszej 60 i drugiej 62 w celu uzyskania minimalnego tarcia prowadzących pierścieni 50, 52 i wiązadeł łopatkowych 20a, 22a, 24a, 26a i ich przeciwległych odpowiedników.

Osadzenie wiązadeł łopatkowych 20a, 22a, 24a, 26a i ich odpowiedników za pośrednictwem łożysk wałeczkowych 54, 56 w prowadzących pierścieniach pierwszym 50 i drugim 52 zapewnia minimalne tarcie, a także umożliwia takie ustawienie końcówek I łopatek 20, 22, 24, 26, że zminimalizowane jest tarcie pomiędzy końcówkami T i wewnętrzną ścianą 12 obudowy 10.

Korzystnie obręcze pierwsza 60 i druga 62 stanowią zewnętrzne pierścienie nośne tradycyjnych łożysk wałeczkowych, których wewnętrzne pierścienie nośne składają się z wielu niezależnych kolistych segmentów, zamocowanych do łopatek 20, 22, 24, 26 i pełniących funkcję wiązadeł łopatkowych.

Łożyska wałeczkowe pierwsze 54 i drugie 56 działają więc w taki sam sposób jak konwencjonalne zespoły łożysk koszyczkowych. Zatem niektóre wałeczki łożysk koszyczkowych wiązadeł łopatkowych będą się zarówno ślizgały i toczyły.

Pierścienie pierwszy 50 i drugi 52 mają gładkie powierzchnie zewnętrzne 70 i 72, stanowiące wewnętrzne powierzchnie obrzeża pierścieni pierwszego 50 i drugiego 52, umieszczonych odpowiednio na końcowych płytach pierwszej 40 i drugiej 42. Poprzez współdziałanie z wewnętrznymi obrzeżami wiązań łopatkowych 20a, 22a, 24a, 26a powierzchnie zewnętrzne 70, 72 pierścieni 50, 52 mają za zadanie ograniczać przemieszczanie się łopatki 20, 22,

167 371

24, 26 w kierunku promieniowym. Zatem współdziałanie łożysk 54, 56 o ograniczonym ruchu na zewnątrz oraz obręczy 60, 62 zewnętrznymi powierzchniami 70, 72 prowadzących pierścieni 50, 52 ogranicza ruch wiązadeł łopatkowych 20a, 22a, 24a, 26a w kierunku promieniowym, a także drogę przemieszczania się końcówek T łopatek 20, 22, 24, 26.

Jak pokazano na fig. 3, łopatki 20, 22,24,26 są osadzane w rowkach 200, 202,204,206 ukształtowanych w wirnik 14. Na fig. 3 pokazano łopatki 20, 22, 24, 26 odłączone od wirnika 14, a linią przerywaną zaznaczono, zgodnie z wynalazkiem, zarys zewnętrznej powierzchni 208 i wewnętrznej powierzchni 210 prowadzących pierścień 50, 52, które są współśrodkowe względem wewnętrznej ściany obudowy pompy, a więc powierzchnie 208 ,210 prowadzących pierścień 50, 52 i zarys wewnętrznej ściany 12 obudowy 10 mają wspólną oś 17. Powierzchnie zewnętrzna 208 i wewnętrzna 210 pierścieni 50, 52 osłaniają wstawione między nimi wiązadła łopatkowe 20a, 22a, 24a, 26a i przeciwcierne łożysko 54, 56 i w ten sposób wyznaczają one kolisty tor wiązadeł łopatkowych 20a, 22a, 24a, 26a.

Na fig. 4a pokazano w powiększeniu fragment pompy ukazujący konstrukcję osadzenia wiązadła łopatkowego 21a pomiędzy pierwszą obręczą 60 i swobodnie obracającym się łożyskiem oraz zewnętrzną powierzchnią 70 prowadzącego pierścienia 50. Łopatka 20 jest połączona przegubowo z wiązadłem łopatki 20a za pośrednictwem czopa 90. Identycznie są osadzone inne wiązadła łopatkowe w tym przykładzie wykonania. Pomiędzy dolną łukową powierzchnią zewnętrzną wiązadła łopatkowego 20a i kolistą powierzchnią zewnętrzną pierścienia 50 istnieje niewielki luz. Luz ten jest istotny z dwóch powodów.

Po pierwsze, dokładny styk powierzchni wiązadeł łopatkowych z wewnętrznymi gładkimi powierzchniami 70, 72 pierścieni 50, 52 zazwyczaj nie jest wymagany, a nawet jest niepożądany, ponieważ wymuszane siły dośrodkowe, wywierane na łopatki podczas eksploatacji urządzenia, są wystarczające do utrzymania ruchu łopatek w kierunku na zewnątrz wzdłuż promienia.

Po drugie, w przypadku, gdy urządzenie jest stosowane jako sprężarka pary w systemie klimatyzacji, przy rozruchu lub w warunkach nieprzewidzianych przez projekt, czasami pewna ilość płynnego czynnika chłodniczego wlewa się do otworu wlotowego 18 (uwidocznione w fig. la) urządzenia. Zjawisko to znane jest jako zalewanie. Jeżeli łopatka nie ma luzu wzdłuż jej promienia w obszarze sprężania urządzenia może powstać ogromne ciśnienie, które powoduje znaczne uszkodzenia urządzenia. A zatem luz pomiędzy powierzchniami przylegającymi gładkich powierzchni 70 i 72 i dolnymi powierzchniami wiązań łopatkowych 20a, ,2a, ,4a, ,6a, stanowią pewien zawór bezpieczeństwa. Wielkość luzu wymaganego w celu zapobieżenia uszkodzeniom w wyniku zalewania jest stosunkowo mała i wynosi około 0,2 mm.

Na fig. 4b przedstawiono drugi przykład wykonania wynalazku, w którym wiązadło łopatkowe 80, umocowane do łopatki 100 przy pomocy czopa 90, jest wyposażone w wałeczki 110. Przedłużenia 112 wałka 110 są osadzone w półkolistych gwiazdach 120 ukształtowanych w górnej powierzchni wiązadła łopatkowego 80. W tym rozwiązaniu łożysko wałeczkowe zilustrowane uprzednio jest wyeliminowane i efektywnie zastąpione przez wałeczki 110, osadzone w gniazdach 120 wiązadła łopatkowego 80.

Na fig. 4c przedstawiono inny przykład wykonania wynalazku, w którym wiązadła łopatkowe 170 mają gładkie powierzchnie, zarówno zewnętrzne jak i wewnętrzne. Zewnętrzna powierzchnia każdego wiązadła łopatkowego 170 przesuwa się po zewnętrznym większym łożysku wałeczkowym 172, a wewnętrzna powierzchnia każdego wiązadła łopatkowego 170 przesuwa się po wewnętrznym mniejszym łożysku wałeczkowym 174. Zewnętrzne łożysko wałeczkowe 172 jest umieszczone przy wewnętrznej powierzchni obręczy 176, a wewnętrzne łożysko wałeczkowe 174 jest umieszczone przy wewnętrznej powierzchni prowadzącego pierścienia 178, zapewnia wymuszoną, pozbawioną tarcia regulację przemieszczenia łopatki i wiązadła 170 w kierunku na zewnątrz i do wewnątrz wzdłuż promienia.

Na fig. 4d przedstawiono zgodnie z wynalazkiem jeszcze jeden przykład wykonania pompy z wymuszoną regulacją ruchu łopatek wzdłuż promienia. W tym przykładzie zewnę8

167 371 trzne obrzeże łukowego wiązadła łopatkowego 160 jest również wyposażone w wałki 110, których przedłużenia 112 są osadzone w gniazdach 120. Wałeczki 110 są umieszczone przy wewnętrznej powierzchni obręczy 162. Wewnętrzne obrzeże wiązadła łopatkowego 160 styka się z wewnętrznym wałeczkowym łożyskiem 164, które z kolei przesuwa się po wewnętrznej powierzchni prowadzącego pierścienia 166.

Na fig. 4e przedstawiono zgodnie z wynalazkiem jeszcze jeden przykład wykonania pompy z wymuszoną regulacją ruchu łopatek wzdłuż promienia. W tym przypadku wiązadło łopatkowe 180 jest wyposażone w wałki 110 na swoim wewnętrznym obrzeżu. Wałki 110 są toczone po zewnętrznej powierzchni pierścienia 182. Zewnętrzna powierzchnia wiązadeł łopatkowych 180 jest przesuwana po swobodnie obracającym się wałeczkowym łożysku 184, które z kolei jest przesuwane po wewnętrznej powierzchni obręczy 186.

Na fig. 4f przedstawiono jeszcze inny przykład wykonania wynalazku. W tym przykładzie wiązadło łopatkowe 140 jest wyposażone w wałki 110, których przedłużenia 112 są umieszczone w zewnętrznych gniazdach 120 rozmieszczonych po zewnętrznej stronie wiązadła łopatkowego 140 oraz w wewnętrznych gniazdach 120 rozmieszczonych po zewnętrznej stronie wiązadła łopatkowego 140. W tym przypadku wewnętrzne wydłużone wałki 110 są przesuwane po zewnętrznej powierzchni prowadzącego pierścienia 142. Tego typu konstrukcja jest doskonale przystosowana do przenoszenia niezwykle dużych obciążeń promieniowych skierowanych do wewnątrz.

Jak wspomniano wcześniej, kształt geometryczny wewnętrznej ściany 12 obudowy 10 pompy, przedstawiony na fig. 1 jest bardzo istotny jeśli chodzi o efektywne działanie pompy. Jest to przedstawione na fig. 5. Uwidoczniony jest tu powiększony rzut zarysu wewnętrznej ściany 12 obudowy 10, według niniejszego wynalazku. Jak widać na fig. 5, linia zarysu rzutu wewnętrznej ściany 12 wyraźnie odbiega od idealnego koła. Końcówka łopatki faktycznie znacznie się cofa do wewnątrz względem toru idealnego kołowego podczas obrotu łopatek i posuwisto-zwrotnego ruchu wirnika.

Taki efekt osiąga się dlatego, że mimo iż oś czopa wiązadła łopatkowego przemieszcza się wzdłuż idealnego okręgu, mimośrodowość wirnika 14 i obudowy 10 powoduje przechylenie łopatek pod stale zmieniającym się, lecz cyklicznym kątem względem nachylenia zarysu wewnętrznej ściany 12 obudowy 10. Ponadto, punkt lub linia styczności końcówki T łopatki z wewnętrzną ścianą 12 obudowy 10 bezustannie zmienia położenie łopatek. Wynikowy ruch łopatek odbywa się zatem po torze, który przypomina koło ściśnięte przy równiku.

Efektywne sprężanie gazów lub pompowanie cieczy można osiągnąć, jeśli odległość między linią styczności zakrzywionej końcówki T łopatki i wewnętrzną ścianą 12 obudowy 10 jest bardzo niewielka, a korzystnie zawiera się w granicach setnej milimetra. Wynika stąd, że pompa działa efektywnie tylko wtedy, gdy zarys ściany wewnętrznej 12 ma niekolisty kształt. Gdyby ściana wewnętrzna 12 miała idealnie kolisty zarys, jak przedstawiono na rysunku fig. 5, powstałyby znaczne przecieki pomiędzy końcówką T łopatki i ścianą 12 obudowy

10. Prawdopodobieństwo wystąpienia przecieków w wyniku ukształtowania ściany wewnętrznej 12 o idealnie okrągłym zarysie jest większe niż dopuszczalne dla efektywnego działania pompy.

Jak przedstawiono na fig. 5, geometria końcówki T łopatki musi zapewniać jej styczność z wewnętrzną ścianą 12 we wszystkich kątowych położeniach zespołu wirnik/łopatka. Punkt styczności końcówki T łopatki z zarysem wewnętrznej ścianki 12 jest wyznaczony poprzez poprowadzenie linii prostej z geometrycznego środka Os pierścienia łopatki (który jest również środkiem zarysu ściany wewnętrznej 12 obudowy 10) do punktu stanowiącego środek Pvtc łuku końcowego T łopatki.

Jeśli ta linia prosta zostanie przedłużona do przecięcia okręgu stycznego do końcówki T łopatki, to tak otrzymany punkt przecięcia Pvt (fig. 5) określa zarys wewnętrznej ściany 12 obudowy 10. W ten sposób wyznacza się zarys ściany wewnętrznej 12 obudowy 10.

167 371

Znając warunki geometryczne niezbędne do dokładnej definicji odpowiedniego zarysu wewnętrznej ściany 12 obudowy 10 możliwe jest, poprzez zastosowanie podstawowych fUnkcji trygonometrycznych, obliczenie współrzędnych punktów należących do tego zarysu.

Wyznacza się je za pomocą algorytmu realizowanego w następujących etapach. Najpierw ustala się początkowe położenie kątowe łopatki znając kąt łopatki i promień pierścienia łopatki wyznacza się współrzędne osi Pp czopu łopatki. Znając rozmiary łopatek i korzystając z funkcji trygonometrycznych, oblicza się odpowiadający kąt między osią poziomą obudowy 10 i linią prowadzoną ze środka Os obudowy 10 do środka Pvtc zakrzywienia końcówki T łopatki. Następnie wyznacza się współrzędne środka zakrzywienia końcówki łopatki, korzystając ze znajomości kąta uprzednio obliczonego i rozmiarów liniowych łopatki. Znając promień zakrzywienia końcówki łopatki położenie kątowe środka tego zakrzywienia względem środka obudowy oblicza się współrzędne punktu styczności Pvt. Obliczenia powtarza się zwiększając wartość położenia kątowego łopatki i otrzymuje się w ten sposób wszystkie punkty wyznaczające odpowiedni zarys wewnętrznej ściany 12 obudowy 10.

Poniżej przedstawiono zależności matematyczne zastosowane w obliczeniach (w odniesieniu do fig. 5):

I. Definicje:

Rg = promień pierścienia łopatki,

Rr = promień wirnika,

Rs = pionowa półoś mniejsza zarysu wewnętrznej ściany obudowy,

Rt = odległość pomiędzy środkiem czopu wiązadła łopatkowego a środkiem zakrzywienia końcówki łopatki, rt = promień łopatki, e = Rs - Rg; mimośrodowość wirnika,

Ar = kąt początkowy wirnik/łopatka mierzony od położenia poziomego i stopniowo powiększany, tak by otrzymać punkty wyznaczające odpowiedni zarys wewnętrznej ściany obudowy.

II. Zależności algebraiczne i trygonometryczne:

1. Współrzędne kartezjańskie środków osi czopów wiązadeł łopatkowych, mierzonych względem środka Os obudowy i pierścieni:

xg = Rg | cos (Ar) | yg = Rg | sin (Ar) |.

2. Kąt Ag wyznaczony przez linię poprowadzoną ze środka wirnika do środka Pp osi czopu wiązadła łopatkowego i przez środek Pvtc zakrzywienia końcówki T łopatki, mierzony względem poziomej osi wirnika:

Ag = arctg (yg/xg).

3. Promień Rp ze środka wirnika do środka Pp osi czopu wiązadła łopatkowego:

Rp = SQRT (xgT2 + ygl'2).

4. Promień Rtc pomiędzy środkiem wirnika i środkiem zakrzywienia końcówki łopatki: Rtc = Rp + Rt.

5. Współrzędne kartezjańskie środka zakrzywienia końcówki łopatki względem środka obudowy:

xtc = Rtc | cos (Ar) | ytc = Rtc | sin (Ar) | + e.

6. Kąt At linii poprowadzonej pomiędzy środkiem obudowy i środkiem zakrzywienia łopatki, mierzony względem osi poziomej obudowy:

At = arctg | ytc/xtc |.

7. Promień Rtc łączący środek obudowy i środek zakrzywienia końcówki łopatki:

Rtc = SQRT | xtc^2 + ytcT“2 |.

8. Odległość promieniowa Rtt pomiędzy środkiem obudowy i odpowiednim punktem styczności Pvt końcówki łopatki i zarysu wewnętrznej ściany obudowy:

Rtt = Rtc + rt.

167 371

9. Współrzędne kartezjańskie punktu styczności Pvt końcówki łopatki i wewnętrznej ściany obudowy:

° xtt = Rtt | cos (At) | ytt = Rtt | sin (At) |.

Połączenie kąta At, obliczonego w (6) i odległości Rtt, obliczonej w (8), określa współrzędne biegunów szukanego odpowiedniego zarysu wewnętrznej ściany 12, zaś współrzędne kartezjańskie punktów tego zarysu otrzymuje się w (9) poprzez zwiększanie kąta wirnik/łopatka Ar do kąta pełnego (360 stopni). Bardzo mały luz pomiędzy końcówką łopatki i zarysem wewnętrznej ściany w rzeczywistej pompie jest wywarzany albo wskutek skrócenia końcówki łopatki w zależności od pożądanych rozmiarów wspomnianego luzu, albo przez powiększenie zarysu wewnętrznej ściany obudowy. Oznacza to, w pierwszym przypadku, że rzeczywista odległość Rta między środkiem czopu wiązadła łopatkowego i środkiem zakrzywienia końcówki łopatki jest równa odległości Rt pomniejszonej o wielkość luzu, na przykład 0,025 mm: Rta = Rt - 0,025 mm. Oczywiście, rzeczywisty zarys wewnętrznej ściany 12 oblicza się i wytwarza na podstawie wielkości. W drugim przypadku odległość Rt nie ulega zmianie, natomiast zarys wewnętrznej ściany 12 należy obliczyć i ukształtować w oparciu o wielkość Rtt, powiększoną o wartość luzu: Rtta = Rtt + 0,025 mm. Oba sposoby zapewniają wystarczające uszczelnienie i bezstykowy układ pomiędzy końcówką łopatki i odpowiednim zarysem wewnętrznej ściany obudowy, niezbędne w celu efektywnego działania pompy według niniejszego wynalazku.

Wynalazek został opisany w odniesieniu do pompy cieczy lub gazu. Może ona być zastosowana na przykład jako samochodowa sprężarka klimatyzacyjna.

Jednak prezentowany wynalazek może być zrealizowany w inny niż opisany powyżej sposób. Został on przedstawiony przykładowo, bez nakładania na niego dodatkowych ograniczeń. Warianty i modyfikacje są dopuszczalne bez odbiegania od zakresu i istoty wynalazku tu opisanego, a które muszą być zrealizowane i ograniczone przez załączone zastrzeżenia.

167 371

FIG 5

167 371

FIG 4c

FIG 4d [λ\\\Υ\\\\\Ϋ1 /70-k

FIG4e

FIG4Z

167 371

FIG 3

FIG 4a

FIG 4b

167 371

FIG 2

167 371

FIG /

FIG ta

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Pompa łopatkowa ze sterowaniem ruchu łopatek w kierunku promieniowym, zawierająca obudowę ograniczoną dwiema płytami mającą otwór wlotowy i wylotowy i umieszczony w niej wirnik z co najmniej jedną łopatką mającą końcówkę i przeciwległe do niej wiązadło łopatkowe, przy czym końce wirnika są zamontowane w płytach obudowy, w których są także umieszczone prowadzące pierścienie, a w nich osadzone wiązadło łopatkowe, znamienna tym, że prowadzące pierścienie (50, 52, 142, 166, 178,182) i wewnętrzna ściana (12) obudowy (10) mają tę samą oś (17), zaś oś obrotu (16) wirnika (14) jest przesunięta względem osi (17) prowadzących pierścieni (50, 52, 142, 166, 178, 182) i wewnętrznej ściany (12) i wirnik (14) ma ukształtowaną co najmniej jedną promieniową szczelinę (200, 202, 204, 206), a w każdej z nich jest osadzona łopatka (20, 22, 24, 26, 100), której końcówka (T) jest usytuowana w pobliżu wewnętrznej ściany (12) z zachowaniem minimalnego luzu, a pomiędzy co najmniej jednym obrzeżem wiązadła łopatkowego (20a, 22a, 24a, 26a, 80, 140, 160, 170, 180) i prowadzącymi pierścieniami (50, 52,142, 166, 178,182) jest umieszczony zespół przeciwcierny.

2. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że wirnik (14) zawiera dwie łopatki osadzone po przeciwnych stronach osi obrotu (16) wirnika (14).

3. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że wirnik (14) zawiera co najmniej trzy łopatki osadzone w szczelinach symetrycznie rozmieszczonych względem osi obrotu (16) wirnika (14).

4. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że wirnik (14) zawiera cztery (20, 22, 24, 26) łopatki osadzone w szczelinach symetrycznie rozmieszczonych względem osi obrotu (16) wirnika (14).

5. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że zespół przeciwcierny jest zamontowany w każdym prowadzącym pierścieniu (5^, 52,142,166,178,182).

6. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że obrzeże wirnika (14) styka się szczelnie z wewnętrzną ścianą (12) obudowy (10) na obszarze oddzielającym strefę wysokiego ciśnienia cieczy i strefę niskiego ciśnienia cieczy wewnątrz obudowy (10).

7. Pompa według zastrz. 4, znamienna tym, że zespół przeciwcierny jest zamontowany na zewnętrznym obrzeżu każdego wiązadła łopatkowego (20a, 22a, 24a, 26a, 80, 140, 160, 170, 180) .

8. Pompa według zastrz. 7 znamienna tym, że zespół przeciwcierny stanowi łożysko wałeczkowe (54, 56,172,184).

9. Pompa według zastrz. 7, znamienna tym, że zespół przeciwcierny stanowi zestaw swobodnie obracających się wałków (10).

10. Pompa według zastrz. 4, znamienna tym, że zespół przeciwcierny jest zamontowany na wewnętrznym obrzeżu każdego wiązadła łopatkowego (140,160,170, 180).

11. Pompa według zastrz. 10, znamienna tym, że zespół przeciwcierny stanowi łożysko wałeczkowe (164,174).

12. Pompa według zastrz. 10, znamienna tym, że zespół przeciwcierny stanowi zestaw swobodnie obracających się wałków (110).

13. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że zespoły przeciwcierne są zamontowane na obrzeżach wewnętrznym i zewnętrznym każdego wiązadła łopatkowego (1-4(^, 160,170,180).

14. Pompa według zastrz. 13, znamienna tym, że zespół przeciwcierny, umieszczony na wewnętrznym obrzeżu wiązadła łopatkowego (180), stanowi zestaw swobodnie obracają167 371 cych się wałków (110), a zespół przeciwcierny zamontowany na jego zewnętrznym obrzeżu stanowi łożysko wałeczkowe (184).

15. Pompa według zastrz. 13, znamienna tym, że zespół przeciwcierny stanowi zestaw swobodnie obracających się wałków (110).

16. Pompa według zastrz. 13, znamienna tym, że zespoły przeciwcierne zamontowane na wewnętrznych i zewnętrznych obrzeżach wiązadła łopatkowego (170) stanowi łożyska wałeczkowe (172,174).

17. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że zespół przeciwcierny jest umieszczony zarówno na wewnętrznym i zewnętrznym obrzeżu każdego wiązadła łopatkowego (160), przy czym na zewnętrznym obrzeżu jest umieszczony zestaw swobodnie obracających się wałków (110), a na wewnętrznym obrzeżu jest umieszczone łożysko wałeczkowe (164).

18. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jedno obrzeże prowadzących pierścieni (50, 52,142, 166, 178,182) jest wyposażone w oddzielne, hartowane obręcze (60,162,176).

19. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że pomiędzy wewnętrznymi obrzeżami wiązadeł łopatkowych (20a, 22a, 24a, 26a, 80, 140, 160, 170, 180) i wewnętrznymi obrzeżami prowadzących pierścieni (50, 52, 142, 166, 178, 182) jest zachowany luz w kierunku promieniowym, a między końcówkami (T) łopatek (20, 22,24,26, 100) i wewnętrzną ścianą (12) obudowy (10) jest utworzony mały odstęp zabezpieczający przed wysokim ciśnieniem w obudowie (10).