RO115372B1 - Pompa de viscozitate cu treapta rayleigh si geometrie variabila - Google Patents

Description

Invenția se referă la o pompă de viscozitate cu treaptă Rayleigh și geometrie variabilă, destinată unor presiuni cuprinse în domeniul 40. ..160 at. și debite relativ mici, de ordinul 0,4...1 l/min, de exemplu în construcția unor copiatoare, aparate înregistratoare, la pomparea unor fluide biologice etc.

în acest domeniu, este cunoscută o pompă rotativă de înaltă presiune și debite reduse, alcătuită dintr-un rotor-disc, montat pe capătul interior al unui arbore de antrenare, în trepte, lăgăruitîn corpul fix al pompei. Rotorul-disc este prevăzut cu o față activă, lisă, de formă circulară poziționată într-o cavitate cilindrică practicată în corpul pompei, la o mică distanță de o suprafață activă a unui stator care are rolul de capac ce închide cavitatea cilindrică menționată. Pe suprafața activă, interioară, a statorului este format un prag, continuu, de formă inelară dispus excentric față de axa rotoruluidisc. Pe jumătate din circumferința sa, pragul inelar are o înălțime mai mare decât pe cealaltă jumătate, astfel că mărimea interstițiului față de suprafața plană a rotorului-disc are două valori diferite. Un orificiu de admisie este practicat radial în cavitatea cilindrică în care evoluează rotorul-disc, evacuarea fluidului sub presiune făcându-se printr-un orificiu axial executat în stator, pe baza principiului frecării viscoase ce se produce între suprafața lisă a rotorului-disc și fluidul vehiculat de pompă.

Această pompă prezintă o geometrie constantă a treptei, atât în stare de repaus, cât și de funcționare, fapt ce determină o curbă caracteristică presiune-debit liniară. Astfel, debitul maxim se obține la presiune egală cu zero iar presiunea maximă rezultă la un debit nul.

Invenția de față rezolvă problema modificării înălțimii interstițiului ce precede treapta existentă în stator de către însăși presiunea dezvoltată în fluid, prin aceea că, pompa de viscozitate cu treaptă Rayleigh și geometrie variabilă, conform invenției, este prevăzută cu niște elemente elastice, de formă semiinelară, având o suprafață plană prin care se solidarizează prin lipire cu niște elemente de uniformizare, pe suprafața opusă a elementelor elastice, fiind practicate niște canale, cu adâncimea constantă, în plan având forma unor triunghiuri cu laturile curbe, definite de spirala lui Arhimede și care se extind de la un capăt la celălalt al elementelor elastice care, împreună cu elementele de uniformizare se introduc în niște canale executate simetric pe suprafața activă a corpuluistator, de o parte și de alta a unui canal de aducțiune dispus diametral și care comunică cu un orificiu de admisie practicat pe axa corpului-stator.

Prin aplicarea invenției, se obțin următoarele avantaje:

- creșterea stabilității parametrilor de ieșire, diminuarea variațiilor presiunii și a debitului la ieșirea pompei, ca urmare a corectării parametrilor de intrare;

-îmbunătățirea randamentului pompei;

- reducerea temperaturii de regim.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1... 10, care reprezintă:

- fig.1, secțiune longitudinală, după traseul l-l din fig.2;

- fig.2, vedere frontală din direcția săgeții II din fig.1;

-fig.3, detaliul III din fig.1, la o scară mărită;

- fig.4, detaliul IV din fig.1, la o scară mărită;

- fig.5, vedere frontală, din direcția săgeții V, a subansamblului stator A ilustrat în fig.6;

RO 115372 Bl

- fig.6, secțiune verticală după traseul VI-VI din fig.5;

- fig.7, vedere în plan a elementului elastic 17;

- fig.8, secțiune transversală, după planul VII-VII din fig.7;

- fig.9, secțiune transversală, rotită, după planul VIII-VIII din fig.2;

- fig. 10, detaliul IX din fig.9, la o scară mărită. 50

Pompa de viscozitate cu treaptă Rayleigh și geometrie variabilă, conform invenției, este alcătuită dintr-un corp 1, turnat, prevăzut cu o cavitate cilindrică a, în care se introduce și se centrează un corp stator A fixat cu ajutorul unor șuruburi 2, cu cap înecat. în cavitatea cilindrică a, sub corpul stator A este introdus un subansamblu rotor B, format dintr-un rotor-disc 3, centrat și fixat pe un arbore-rotor 4, în trepte, prevăzut 55 cu un umăr b, fixarea făcându-se cu un șurub 5 și o șaibă Grover 6. La capătul său exterior, arborele-rotor 4 prezintă un canal de pană c necesar cuplării pompei la un motor de antrenare.

Arborele-rotor 4 este lăgăruit cu un rulment radial-axial 7, cu bile pe un rând, montat în corpul 1 și sprijinit pe un inel elastic 8 care poate prelua eventuala strângere 60 în direcție axială, necesară eliminării jocului axial al arborelui-rotor 4. Centrarea radială a arborleui-rotor 4 se realizează cu un rulment radial 9, montat flotant într-un capac 10, cu scopul de a nu prelua sarcini axiale și de a permite compensarea variațiilor dimensionale ale subansamblului rotor B, datorate modificărilor de temperatură ce pot apare în timpul funcționării. 65

Rulmentul radial 9 se asamblează cu strângere pe arborele-rotor 4 prin intermediul unui umăr d și al unui inel elastic 11.

Capacul 10 se centrează în alezajul în care este montat rulmentul radial-axial 7 și se fixează pe corpul 1 cu ajutorul unor șuruburi 12 și șaiba Grover 13.

Un element constructiv importanții constituie un sistem de etanșare tip labirint 70 e practicat pe o suprafață înclinată f a corpului 1, aflată în cavitatea cilindrică a, așa cum se arată în fig.3.

Acest sistem de etanșare realizează reducerea presiunii și micșorarea debitului de fluid ce scapă din regiunea de pompare pe direcția radială și permite să se utilizeze, pentru etanșarea completă, o garnitură-manșetă 14, în contact cu o treaptă ga 75 arborelui-rotor 4.

Subansamblul stator A este format dintr-un corp stator 15 ce prezintă la partea superioară niște urechi de prindere h în care sunt practicate găuri de fixare i prin care trec șuruburile 2 care asigură fixarea corpului-stator 15 pe corpul 1 al pompei și strângerea unui element compensator 16, ilustrat la o scară mărită în fig.4. 80

Elementul compensator 16 se prezintă sub forma unui inel metalic de secțiune pătrată și are un dublu rol, de etanșare și de compensare, ca element de închidere în ansamblul format din subansamblele A și B. în acest scop, elementul compensator 16 trebuie realizat dintr-un material cu duritatea mai mică decât oricare din materialele din care sunt executate corpul 1 și corpul-stator 15, dar, în aceiași timp, trebuie să aibă o 8 5 duritate suficient de mare astfel încât, la strângerea sa, cu ajutorul șuruburilor 2, să nu permită o deformare mai mare de 2...4 micrometri.

Corpul-stator 15 este prevăzut pe axa sa cu un orificiu de admisie j, cu filet interior k pentru înșurubarea unui racord.

RO 115372 Bl

Fluidul sub presiune este evacuat prin două orificii I, cu filete m, dispuse diametral opus în corpul-stator 15, așa cum se arată în fig.2.

Pe o față activă n, interioară, a corpului-stator 15, aflată în contact cu o suprafață lisă o a rotorului-disc 3, sunt practicate diametral opus, două canale p, de formă inelară, având o adâncime constantă, așa cum se arată în fig.5 și 6, dispuse de o parte și de alta a unui canal de aducțiune q, a fluidului, ce se extinde diametral și comunică cu o cavitate centrală r, coaxială cu orificiul de admisie j.

în canalele p este introdus câte un element elastic 17 pe care este lipit un element de uniformizare 18.

Elementul elastic 17 - ilustrat în figura 7 și 8 - este de formă semiinelară, având o grosime constantă și o suprafață plană s, inferioară. Pe suprafața opusă sunt practicate niște canale t, cu adâncime egală și care, în plan, au forma unor triunghiuri cu laturile curbe, definite de o spirală a lui Arhimede, astfel încât, axial, elementul elastic 17 se deformează constant, pe întreaga suprafață a treptei, fiind realizat din cauciuc sau un material plastic cu proprietăți elastice.

Pe latura dreaptă a elementului elastic 17, spre care canalele t se îngustează, este practicată o decupare u, în corespondență cu orificiul de evacuare I.

Elementul de uniformizare 18 prezintă în plan o formă identică cu elementul elastic 17, dar are două suprafețe plane v și z, paralele și lise, ca în fig.6.

Elementele de uniformizare 18, solidare cu elementele elastice 17, execută în timpul funcționării pompei, o deplasare axială în canalele p din corpul-stator 15, asemenea unor pistoane.

Ele au, totodată, rolul de a proteja elementele elastice 17 de o eventuală acțiune corozivă a fluidului pompat și de a uniformiza acțiunea de deformare a elementelor elastice 17, prin împiedicarea producerii unor efecte de deformare locală.

Așa după cum se arată în fig. 10, între suprafața plană z a elementului de uniformizare 18 și suprafața lisă o a rotorului-disc 3 se formează un interstițiu treaptă x, având o înălțime h_n de circa 20...70 micrometri, iar între suprafața activă n a corpului-stator 15 și suprafața lisă o a rotorului-disc 3 se formează un interstițiu y, cu înălțimea h₂.

Constructiv, mărimea înălțimii h₁ a interstițiului treaptă x se stabilește în funcție de grosimea elementelor elastice 17. Reglarea inițială a înălțimilor h₁ și h₂ se face la ansamblarea corpului-stator 15 pe corpul 1 al pompei, prin intermediul elementului compensator 16.

Presiunea dezvoltată în fluid în timpul funcționării, modifică înălțimea h_n a interstițiului x, pompa având deci o geometrie variabilă. în consecință, va exista în permanență un răspuns al geometriei pompei la valoarea presiunii fluidului dintre suprafață lisă o a rotorului-disc 3 și suprafața activă n a corpului-stator 15, răspuns care determină, în continuare, valoarea presiunii în interstițiul treaptă x. înălțimea h_d se modifică plecând de la valoarea inițială, în stare de repaus, la o valoare ce rezultă în urma acțiunii presiunii din fluid asupra elementelor elastice 17.

Forța, care rezultă din integrarea distribuției de presiune din interstițiul treaptă x, va modifica grosimea elementelor elastice 17, cu o mărime determinată de modulul

RO 115372 Bl

135 de elasticitate și coeficientul de influență transversală al lui Poisson, specifice materialului din care sunt executate elementele elastice 17.

Orice abateri de la paralelism și de la perpendicularitate ale suprafețelor subansamblului stator A în raport cu suprafețele corespunzătoare ale subansamblului rotor B cât și erorile ce pot apărea datorită aproximațiilor făcute în integrarea numerică a ecuației Reynolds pentru aflarea distribuției de presiune pot fi, în anumite limite, compensate prin intermediul elementelor de uniformizare 18.

Caracteristica presiune-debit a acestei pompe nu mai este liniară ca în cazul pompelor similare, cunoscute, ci este de formă parabolică, definită de o ecuație polinomială de gradul patru.

Astfel, curba caracteristică prezintă un palier de constanță a debitului în apropierea valorii maxime, pentru o gamă relativ largă de presiuni de ieșire, de la o presiune nulă până la o valoare apropiată de cea maximă, unde caracteristica este mult mai abruptă decât cea liniară. De asemenea, pe această porțiune a caracteristicii, eficiența pompei ia valori apropiate de cea maximă.

Parametrii de ieșire ai pompei au variații mici atunci când unul sau mai mulți parametri de intrare au variații între anumite limite față de valorile nominale, astfel că pompa are tendința de a corecta abaterile parametrilor de intrare. Drept urmare, comportamentul pompei este superior în ceea ce privește variația debitului și a presiunii.

Claims (1)

1. Revendicare

   Pompă de viscozitate cu treaptă Rayleigh și geometrie variabilă, alcătuită dintr-un corp în care este lăgăruit un arbore în trepte, solidar cu un rotor-disc, având o suprafață lisă, rotorul-disc fiind plasat într-o cavitate cilindrică a corpului pompei, închisă cu ajutorul unui capac cu rol de stator, caracterizată prin aceea că este prevăzută cu niște elemente elastice (17), de formă semiinelară, având o suprafață plană (s) prin care se solidarizează prin lipire cu niște elemente de uniformizare (18), pe suprafața opusă a elementelor elastice (17) fiind practicate niște canale (t), cu adâncimea constantă, în plan, având forma unor triunghiuri cu laturile curbe, definite de spirala lui Arhimede și care se extind de la un capăt la celălalt al elementelor elastice (17) care, împreună cu elementele de uniformizare (18), se introduc în niște canale (p) executate simetric, pe suprafața activă (n), a corpului-stator (15), de o parte și de alta a unui canal de aducțiune (q), dispus diametral și care comunică cu un orificiu de admisie (j) practicat pe axa corpului-stator (15).