RU106678U1

RU106678U1 - SCREW MACHINE

Info

Publication number: RU106678U1
Application number: RU2011111325/06U
Authority: RU
Inventors: Юрий Апполоньевич Сазонов; Владимир Иванович Заякин; Александра Юрьевна Балака
Original assignee: Юрий Апполоньевич Сазонов
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2011-07-20

Abstract

1. Винтовая машина, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, обойму с винтовыми каналами и винт, эксцентрично размещенный в обойме, а спиральные части винта размещены в винтовых каналах обоймы, с возможностью радиального смещения обоймы относительно винта, отличающаяся тем, что обойма выполнена в виде спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса с образованием спиральных щелевых уплотнений в зазоре между спиральной пружиной и расточкой корпуса, винт размещен вблизи от поверхности расточки корпуса с образованием дополнительного щелевого уплотнения за счет зазора между наружной поверхностью винта и поверхностью расточки корпуса, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиральных камер, отделенных друг от друга посредством спиральных и дополнительных щелевых уплотнений, а винт оснащен стопорными элементами, ограничивающими перемещение спиральной пружины вдоль винтовой канавки в винте. ! 2. Винтовая машина по п.1, отличающаяся тем, что расточка корпуса, обойма в виде спиральной пружины и винт выполнены коническими, при этом объем образованных спиральных камер внутри корпуса уменьшается по мере удаления в сторону конической части расточки корпуса с меньшим диаметром. 1. The screw machine, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a cage with screw channels and a screw eccentrically placed in the cage, and the spiral parts of the screw are located in the screw channels of the cage, with the possibility of radial displacement of the cage relative to the screw, characterized in that the cage is made in in the form of a spiral spring concentrically placed in the housing bore with the formation of spiral gap seals in the gap between the spiral spring and the housing bore, the screw is placed close to the surface of the housing bore with the formation additional gap seal due to the gap between the outer surface of the screw and the surface of the bore of the housing, with the possibility of the formation inside the housing of successive spiral chambers, separated from each other by spiral and additional gap seals, and the screw is equipped with locking elements restricting the movement of the coil spring along helical grooves in the screw. ! 2. The screw machine according to claim 1, characterized in that the bore of the housing, the cage in the form of a coil spring and the screw are made conical, while the volume of the formed spiral chambers inside the housing decreases as the conical part of the bore of the housing with a smaller diameter moves away.

Description

Полезная модель относится к области производства и конструирования насосов, компрессоров, гидравлических и пневматических двигателей в различных отраслях промышленности. В частности, заявляемое техническое решение может быть использовано в нефтяной промышленности при создании насосов для добычи нефти и перекачки многофазных сред.The utility model relates to the field of production and design of pumps, compressors, hydraulic and pneumatic engines in various industries. In particular, the claimed technical solution can be used in the oil industry to create pumps for oil production and pumping multiphase media.

Известна машина - винтовой насос, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, обойму, имеющую винтовую нарезку, и эксцентрично размещенный в ней винт, смонтированный на кривошипе с возможностью относительного планетарного движения и имеющий нарезку с числом заходов нарезки обоймы, а винт кинематически связан с обоймой и имеет возможность относительного планетарного движения без вращения (см. патент РФ №2113624, МПК F04C 2/16. - Винтовой насос. Опубликовано: 20.06.1998). Недостатком известного устройства является относительно низкая технологичность при производстве и при эксплуатации, что связано с большим количеством подвижных деталей при относительно сложной кинематической схеме.A well-known machine is a screw pump, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a ferrule having a screw thread, and an eccentrically placed screw mounted thereon, mounted on a crank with the possibility of relative planetary movement and having a thread with the number of strokes of the ferrule, and the screw is kinematically connected with the ferrule and has the possibility of relative planetary motion without rotation (see RF patent No. 2113624, IPC F04C 2/16. - Screw pump. Published: 06/20/1998). A disadvantage of the known device is the relatively low manufacturability during production and during operation, which is associated with a large number of moving parts with a relatively complex kinematic scheme.

По принципу работы наиболее близкой к заявляемому техническому решению является машина, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, обойму с винтовыми каналами и винт, эксцентрично размещенный в обойме, а спиральные части винта размещены в винтовых каналах обоймы, с возможностью радиального смещения обоймы относительно винта (см. патент РФ №43855, класс 27 с. - Коловратная машина. Опубликовано: 31.07.1935). Недостатком известного устройства является относительно низкая технологичность при производстве и при эксплуатации, что связано с большим количеством подвижных деталей при относительно сложной кинематической схеме. Из-за большой массы вращающейся обоймы имеются весьма ограниченные возможности для увеличения мощности машины за счет увеличения длины винта и за счет увеличения частоты вращения ротора.According to the principle of operation, the closest to the claimed technical solution is a machine containing a housing with inlet and outlet nozzles, a clip with screw channels and a screw eccentrically placed in the clip, and the spiral parts of the screw are placed in the screw channels of the clip, with the possibility of radial displacement of the clip relative to the screw ( see RF patent No. 43855, class 27 pp. - Rotary machine. Published: 07/31/1935). A disadvantage of the known device is the relatively low manufacturability during production and during operation, which is associated with a large number of moving parts with a relatively complex kinematic scheme. Due to the large mass of the rotating cage, there are very limited possibilities for increasing machine power by increasing the length of the screw and by increasing the rotor speed.

Технической задачей, решаемой полезной моделью, является повышение технологичности при производстве и при эксплуатации, за счет усовершенствования кинематической схемы машины, при уменьшении количества подвижных деталей и массы ротора машины.The technical problem solved by the utility model is to increase manufacturability during production and during operation, by improving the kinematic scheme of the machine, while reducing the number of moving parts and the mass of the rotor of the machine.

Техническим результатом является создание более технологичных и более мощных машин, за, счет увеличения длины винта и за счет увеличения частоты вращения ротора, при использовании более простой кинематической схемы и более надежной конструкции для осуществления рабочего процесса в машине.The technical result is the creation of more technological and more powerful machines, due to the increase in the length of the screw and due to the increase in the rotor speed, using a simpler kinematic scheme and a more reliable design for the implementation of the working process in the machine.

Указанная техническая задача решается за счет использования винтовой машины, содержащей корпус с входным и выходным патрубками, обойму с винтовыми каналами и винт, эксцентрично размещенный в обойме. Спиральные части винта размещены в винтовых каналах обоймы, с возможностью радиального смещения обоймы относительно винта. Обойма выполнена в виде спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса с образованием щелевых уплотнений в зазоре между спиральной пружиной и корпусом. Винт размещен вблизи от поверхности расточки корпуса с образованием щелевого уплотнения в зазоре между наружной поверхностью винта и поверхностью расточки в корпусе, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиральных камер, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями. Винт оснащен стопорными элементами, ограничивающими перемещение обоймы - спиральной пружины вдоль винтовой канавки в винте.The specified technical problem is solved by using a screw machine containing a housing with inlet and outlet nozzles, a clip with screw channels and a screw eccentrically placed in the clip. The spiral parts of the screw are located in the screw channels of the cage, with the possibility of radial displacement of the cage relative to the screw. The cage is made in the form of a spiral spring, concentrically placed in the bore of the housing with the formation of gap seals in the gap between the spiral spring and the housing. The screw is placed close to the surface of the housing bore with the formation of a gap seal in the gap between the outer surface of the screw and the surface of the bore in the housing, with the possibility of the formation inside the case of successive spiral chambers separated by gap seals. The screw is equipped with locking elements that limit the movement of the cage - spiral spring along the helical groove in the screw.

Винтовая машина может иметь исполнение, когда расточка корпуса, обойма в виде спиральной пружины и винт выполнены коническими, при этом объем спиральных камер внутри корпуса уменьшается по мере удаления в сторону конической части расточки корпуса с меньшим диаметром.A screw machine can be implemented when the case boring, the coil spring coil and the screw are made conical, while the volume of the spiral chambers inside the case decreases as the conical part of the case boring with a smaller diameter moves away.

На фигуре 1 представлен разрез винтовой машины на основном виде.The figure 1 presents a section of a screw machine in the main view.

На фигуре 2 представлен вид сбоку.The figure 2 presents a side view.

На фигуре 3 представлена машина в изометрии, четверть вида удалена для удобства описания конструкции.The figure 3 shows the machine in isometry, a quarter of the view removed for the convenience of describing the design.

На фигуре 4 представлена машина в изометрии (исполнение с коническими формами основных деталей), четверть вида удалена для удобства описания конструкции.The figure 4 shows the machine in isometry (version with conical shapes of the main parts), a quarter of the view is removed for the convenience of describing the design.

Винтовая машина по фигурам 1-4, содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, обойму 4 с винтовыми каналами 5 и винт 6, эксцентрично размещенный в обойме 4. Спиральные части винта 6 размещены в винтовых каналах 5 обоймы 4, с возможностью радиального смещения обоймы 4 относительно винта 6. Обойма 4 выполнена в виде спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке 7 корпуса 1 с образованием спиральных щелевых уплотнений 8 в зазоре между спиральной пружиной - обоймой 4 и стенками спиральных частей винта 6. Так как обойма 4 выполнена в виде спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке 7 корпуса 1, то между спиральной пружиной 4 и расточкой 7 в корпусе 1 также образуется спиральное щелевое уплотнение 8. Винт 6 размещен вблизи от поверхности расточки 7 корпуса 1 с образованием дополнительного щелевого уплотнения 9, обусловленного наличием зазора между наружной поверхностью винта 1 и поверхностью расточки 7 в корпусе 1. Наличием спиральных щелевых уплотнений и дополнительного щелевого уплотнения обусловлена возможность для образования внутри корпуса 1 следующих друг за другом спиральных камер 10, отделенных друг от друга названными щелевыми уплотнениями 8 и 9. Винт 6 оснащен стопорными элементами 11 (выполненными например, в виде штифтов или винтов), ограничивающими перемещение спиральной пружины - обоймы 4 вдоль винтовой канавки в винте 6. Винт 6 установлен на подшипниках 12.The screw machine according to figures 1-4, contains a housing 1 with input 2 and output 3 nozzles, a clip 4 with screw channels 5 and a screw 6, eccentrically placed in the clip 4. The spiral parts of the screw 6 are placed in the screw channels 5 of the clip 4, with the possibility of radial displacement of the clip 4 relative to the screw 6. The clip 4 is made in the form of a spiral spring concentrically placed in the bore 7 of the housing 1 with the formation of spiral gap seals 8 in the gap between the spiral spring - the clip 4 and the walls of the spiral parts of the screw 6. Since the clip 4 is made in the form from If the spring is concentric placed in the bore 7 of the housing 1, then between the spiral spring 4 and the bore 7 in the housing 1 also forms a spiral gap seal 8. The screw 6 is placed near the surface of the bore 7 of the housing 1 with the formation of an additional gap seal 9 due to the presence of a gap between the outer surface of the screw 1 and the surface of the bore 7 in the housing 1. The presence of spiral gap seals and an additional gap seal due to the possibility for the formation inside the case 1 following each other the corner of the spiral chambers 10, separated by the aforementioned gap seals 8 and 9. The screw 6 is equipped with locking elements 11 (made, for example, in the form of pins or screws), restricting the movement of the spiral spring - clips 4 along the screw groove in the screw 6. Screw 6 is installed on bearings 12.

При вращении винта 6 спиральные камеры 10 перемещаются в направлении от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3, в камерах 10 на перекачиваемую среду оказывается силовое воздействие. Под силовым воздействием перекачиваемая среда перемещается к выходному патрубку 3. Таким образом, формируется поток перекачиваемой среды в направлении от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3 и реализуется рабочий процесс насоса, как машины для создания потока жидкой среды. Помимо жидкой среды, заявляемая машина может обеспечить перекачку газов, газожидкостных смесей и других многофазных сред.When the screw 6 is rotated, the spiral chambers 10 move in the direction from the inlet pipe 2 to the outlet pipe 3, in the chambers 10, a force is exerted on the pumped medium. Under the action of force, the pumped medium moves to the outlet pipe 3. Thus, the flow of the pumped medium in the direction from the inlet pipe 2 to the outlet pipe 3 is formed and the pump workflow is implemented, like a machine for creating a fluid flow. In addition to the liquid medium, the inventive machine can provide the transfer of gases, gas-liquid mixtures and other multiphase media.

Винтовая машина может иметь исполнение, когда расточка 7 корпуса 1, обойма 4 в виде спиральной пружины и винт 6 имеют конические формы, при этом объем спиральных камер 10 внутри корпуса 1 уменьшается по мере удаления в сторону конической части расточки 7 корпуса 1 с меньшим диаметром. Такое исполнение машины целесообразно при работе с использованием сжимаемой текучей среды.The screw machine can be implemented when the bore 7 of the housing 1, the cage 4 in the form of a spiral spring and the screw 6 are conical in shape, while the volume of the spiral chambers 10 inside the housing 1 decreases as the conical part of the bore 7 of the housing 1 with a smaller diameter moves away. This design of the machine is advisable when using compressible fluid.

Описанное уменьшение объема спиральных камер, помимо представленного конического варианта, может быть также достигнуто путем последовательного соединения нескольких винтовых машин с цилиндрическими расточками 7, но диаметр расточки 7 у каждой последующей машины меньше, чем у предыдущей машины.The described reduction in the volume of spiral chambers, in addition to the presented conical version, can also be achieved by sequentially connecting several screw machines with cylindrical bores 7, but the diameter of the bore 7 for each subsequent machine is smaller than that of the previous machine.

Винтовая машина работает следующим образом в режиме насоса (или компрессора). От вала двигателя (на фигурах двигатель не показан) механическая энергия передается на винт 6, установленный на подшипниках 12. При вращении винта 6 во вращательное движение вовлекается и обойма 4, поскольку спиральные части винта 6 размещены в винтовых каналах 5 обоймы 4, с возможностью радиального смещения обоймы 4 относительно винта 6, а винт 6 оснащен стопорными элементами 11, ограничивающими перемещение спиральной пружины - обоймы 4 вдоль винтовой канавки в винте 6. При таком движении винта 6 и обоймы 4 относительно расточки 7 в корпусе 1 осуществляется смещение спиральных камер 10 в направлении от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3. Щелевые уплотнения 8 и 9 ограничивают значение объемных потерь мощности и обеспечивают плавное (равномерное) изменение давления по камерам 10, следующим друг за другом. Равномерное распределение (изменение) давления по камерам 10 достигается за счет частичного возвратного перетекания части перекачиваемой среды через каналы щелевых уплотнений 8 и 9. Максимальное давление обеспечивается в спиральной камере 10, сообщающейся с выходным патрубком 3, что соответствует давлению на выходе насоса. Соответственно минимальное давление обеспечивается в спиральной камере 10, сообщающейся с входным патрубком 2, что соответствует давлению на входе насоса.The screw machine operates as follows in the pump (or compressor) mode. From the motor shaft (the engine is not shown in the figures) mechanical energy is transmitted to the screw 6 mounted on the bearings 12. When the screw 6 is rotated, the clip 4 is also involved in the rotational movement, since the spiral parts of the screw 6 are placed in the screw channels 5 of the clip 4, with the possibility of radial displacements of the cage 4 relative to the screw 6, and the screw 6 is equipped with locking elements 11, restricting the movement of the coil spring - the cage 4 along the screw groove in the screw 6. With this movement of the screw 6 and the cage 4 relative to the bore 7 in the housing 1 S THE offset spiral chamber 10 in the direction from the inlet 2 to the outlet nozzle 3. Slit seal 8 and 9 limit value of volume power losses and ensure smooth (uniform) pressure change of the chamber 10, following after each other. A uniform distribution (change) of pressure over the chambers 10 is achieved due to the partial return flow of part of the pumped medium through the channels of the gap seals 8 and 9. The maximum pressure is provided in the spiral chamber 10, which communicates with the outlet pipe 3, which corresponds to the pressure at the pump outlet. Accordingly, the minimum pressure is provided in the spiral chamber 10, which communicates with the inlet pipe 2, which corresponds to the pressure at the pump inlet.

Винтовая машина по фигуре 4 может иметь исполнение, когда расточка 7 корпуса 1, обойма 4 в виде спиральной пружины и винт 6 выполнены коническими, при этом объем спиральных камер 10 внутри корпуса 1 уменьшается по мере удаления в сторону конической части расточки 7 корпуса 1 с меньшим диаметром. Такое исполнение машины целесообразно использовать при перекачке газов и газожидкостных смесей. Плавное уменьшение объема спиральных камер 10, при движении перекачиваемой среды в направлении от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3, способствует повышению эффективности рабочего процесса машины при перекачке сжимаемых сред, аналогично тем рабочим процессам, которые реализуются в известных машинах объемного типа при уменьшении объема рабочей камеры.The screw machine according to figure 4 may have a design when the bore 7 of the housing 1, the cage 4 in the form of a spiral spring and the screw 6 are conical, while the volume of the spiral chambers 10 inside the housing 1 decreases as the conical part of the bore 7 of the housing 1 decreases with a smaller diameter. This design of the machine, it is advisable to use when pumping gases and gas-liquid mixtures. A smooth decrease in the volume of spiral chambers 10, when the fluid is moved in the direction from the inlet pipe 2 to the outlet pipe 3, improves the efficiency of the machine’s working process when pumping compressible media, similar to those working processes that are implemented in known volumetric machines with a decrease in the volume of the working chamber .

Винтовая машина работает следующим образом в режиме двигателя. Во входной патрубок 2 подают под избыточным давлением рабочую жидкость (рабочий газ или газожидкостную смесь). Щелевые уплотнения 8 и 9 ограничивают значение объемных потерь мощности и обеспечивают плавное изменение давления по камерам 10, следующим друг за другом. Максимальное давление обеспечивается в спиральной камере 10, сообщающейся с входным патрубком 2, что соответствует давлению на входе двигателя. Соответственно минимальное давление обеспечивается в спиральной камере 10, сообщающейся с выходным патрубком 3, что соответствует давлению на выходе двигателя. За счет перепада давления в соседних камерах 10 возникают силы и крутящий момент, действующие на обойму 4 и винт 6, так как винт 6 эксцентрично размещен в обойме 4, а спиральные части винта 6 размещены в винтовых каналах 5 обоймы 4, с возможностью радиального смещения обоймы 4 относительно винта 6. Винт 6 вместе с обоймой 4 под действием указанных сил вовлекаются во вращательное движение. Таким образом, гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию, мощность вращающегося винта 6 может быть передана к другим машинам (эти машины на фигурах не показаны).The screw machine operates as follows in engine mode. The working fluid (working gas or gas-liquid mixture) is supplied to the inlet pipe 2 under overpressure. Slotted seals 8 and 9 limit the value of volumetric power losses and provide a smooth change in pressure along the chambers 10, one after the other. The maximum pressure is provided in the spiral chamber 10, communicating with the inlet pipe 2, which corresponds to the pressure at the inlet of the engine. Accordingly, the minimum pressure is provided in the spiral chamber 10 in communication with the outlet pipe 3, which corresponds to the pressure at the engine outlet. Due to the pressure drop in the adjacent chambers 10, forces and torque occur on the clip 4 and screw 6, since the screw 6 is eccentrically placed in the clip 4, and the spiral parts of the screw 6 are placed in the screw channels 5 of the clip 4, with the possibility of radial displacement of the clip 4 relative to the screw 6. The screw 6 together with the cage 4 under the influence of these forces are involved in rotational motion. Thus, hydraulic energy is converted into mechanical energy, the power of the rotary screw 6 can be transferred to other machines (these machines are not shown in the figures).

За счет усовершенствования кинематической схемы машины решена поставленная техническая задача: уменьшено количество подвижных деталей и масса ротора машины - использована более технологичная обойма 4 в виде спиральной пружины, использована более простая и технологичная конструкция винта 6, легко поддающаяся статической и динамической балансировке, что открывает возможности для увеличения частоты вращения ротора машины. Простые геометрические формы используемых деталей открывают возможности для более широкого применения разнообразных конструкционных материалов и технологий поверхностного упрочнения. Таким образом, достигается технический результат по созданию более технологичных и более мощных машин, в том числе за счет увеличения длины винта и за счет увеличения частоты вращения ротора, при использовании более простой кинематической схемы и, соответственно, более надежной конструкции для осуществления рабочего процесса в машине.By improving the kinematic diagram of the machine, the technical task has been solved: the number of moving parts and the rotor mass of the machine have been reduced — a more technologically advanced clip 4 in the form of a spiral spring has been used, a simpler and more technological screw design 6 has been used, which is easily amenable to static and dynamic balancing, which opens up possibilities for increasing the rotor speed of the machine. The simple geometric shapes of the parts used open up opportunities for a wider application of a variety of structural materials and surface hardening technologies. Thus, a technical result is achieved by creating more technologically advanced and more powerful machines, including by increasing the length of the screw and by increasing the rotor speed, using a simpler kinematic scheme and, accordingly, a more reliable design for implementing the work process in the machine .

Claims

1. The screw machine, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a cage with screw channels and a screw eccentrically placed in the cage, and the spiral parts of the screw are located in the screw channels of the cage, with the possibility of radial displacement of the cage relative to the screw, characterized in that the cage is made in in the form of a spiral spring concentrically placed in the housing bore with the formation of spiral gap seals in the gap between the spiral spring and the housing bore, the screw is placed close to the surface of the housing bore with the formation additional gap seal due to the gap between the outer surface of the screw and the surface of the bore of the housing, with the possibility of the formation inside the housing of successive spiral chambers, separated from each other by spiral and additional gap seals, and the screw is equipped with locking elements restricting the movement of the coil spring along helical grooves in the screw.

2. The screw machine according to claim 1, characterized in that the bore of the casing, the cage in the form of a spiral spring and the screw are made conical, while the volume of the formed spiral chambers inside the casing decreases as it moves toward the conical part of the bore of the casing with a smaller diameter.