RU1781460C

RU1781460C - Single-cut screw of rotor pump

Info

Publication number: RU1781460C
Application number: SU904869731A
Authority: RU
Inventors: Георгий Кузьмич Берман; Владимир Николаевич Кестельман; Георгий Семенович Хаит
Original assignee: Г.К.Берман, В.Н.Кестельман и Г.С.Хаит
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1992-12-15

Abstract

Сущность изобретени : винт выполнен в виде тела вращени с осью, смещение i относительно оси его поперечього се ни на величину эксцентриситета. Гфи диаметре (d) сечени винта и эксцентриситете (е) шаг винта равен 4е« радиус кривизны профил винта равен удвоенному эксцентриситету, наружный диаметр винта равен D d + 2е. 2 ил.The inventive screw is made in the form of a body of revolution with an axis, displacement i relative to the axis of its transverse seed by the amount of eccentricity. The diameter of the screw is eccentricity and eccentricity (e). The pitch of the screw is 4e. The radius of curvature of the screw profile is doubled eccentricity, the outer diameter of the screw is D d + 2e. 2 ill.

Description

Изобретение относитс к устройствам дл перекачки жидкостей, а именно к винтовым насосам, содержащим двухзаходный статор, размещенный е нем однозаходный винт-ротор и может быть использовано дл перекачивани разнообразных дисперсных систем в различных отрасл х народного хоз йства; нефтехимическа промышленность , агропромышленный комплекс, коммунальное хоз йство и т.д., в частности может найти применение в резинотехнической промышленности при перекачкелатек- сов и их смесей на лини х производства изделий из латекса, на лини х подачи масел (диактилфталат) при производстве изделий медицинского назначени и товаров народного потреблени из пластизолей ПВХ и т.д.The invention relates to devices for pumping liquids, namely, screw pumps containing a double-entry stator, a single-rotor rotor located therein, and can be used to pump a variety of dispersed systems in various industries; the petrochemical industry, the agro-industrial complex, municipal services, etc., in particular, can be used in the rubber industry for pumping kelekateks and their mixtures on the production lines of latex products, on the oil supply lines (diactyl phthalate) in the manufacture of medical products purposes and consumer goods from PVC plastisols, etc.

Известна конструкци винта насоса, в котором поверхность впадин винтовой нарезки и внутренн поверхность статора выполнены коническими, причем с целью увеличени стабильности параметров при эксплуатации, диаметр впадин винтовой нарезки измен етс обратно пропорционально изменению диаметра наружной поверхности .A known design of a pump screw, in which the surface of the threads of the screw threads and the inner surface of the stator are conical, is used to increase the stability of the parameters during operation, the diameter of the holes of the screw threads is inversely proportional to the change in the diameter of the outer surface.

Недостатком данной конструкции ЯРЧЯ- етс то, что коническое сопр жение ви.та- ротора со статором не обеспечигает получени максимального удельного объема (а следовательно производительности) между впадинами винта ротора и выступами статора.A drawback of this design is BRIGHT that the conical interface of the rotor with the stator does not provide the maximum specific volume (and therefore productivity) between the rotor screw cavities and the stator protrusions.

Известна конструкци насоса, у которого винт имеет профиль, образованный параболой . Однако недостатком конструкции вл етс то, что параболическа крива не охватывает в поперечном сечении максимальную дл данной геометрии винта пли- щадь, а следовательно не обеспечивает дл данной геометрии максимальную удельную производительность насоса.A pump design is known in which the screw has a profile formed by a parabola. However, the design drawback is that the parabolic curve does not cover in cross section the maximum area for a given screw geometry, and therefore does not provide the maximum specific pump capacity for this geometry.

Наиболее близка по технической сущности и числу общих признаков к предлагаемому изобретению конструкци винта одновинтового роторного насоса П8-ОНА, прин та за прототип, в которой вертикальный продольный профиль винта представ (ЛThe closest in technical essence and the number of common features to the proposed invention, the design of the screw of a single-rotor rotary pump P8-ONA, adopted for the prototype, in which the vertical longitudinal profile of the screw is presented (L

СWITH

vjvj

0000

JkJk

ь о оabout oh

л ет повтор ющиес вогнутые и выпуклые цепные линии произвольной кривизны.It has repeated concave and convex chain lines of arbitrary curvature.

В этой конструкции при вращении винта дисперсна среда, наход ща с замкнутом объеме между наружной и внутренней поверхност ми винта и статора, передавливаетс из одного замкнутого объема в другой, перемеща сь по длине насоса к выходному патрубку. Производительность винтового насоса цели ком определ етс величиной замкнутого объема между поверхност ми винта и статора, а максимальна величина замкнутого объема зависит от максимальной площади вертикального продольного профил винта.In this design, when the screw rotates, the dispersed medium located in a closed volume between the outer and inner surfaces of the screw and stator is transferred from one closed volume to another, moving along the length of the pump to the outlet pipe. The performance of the screw pump of the target is determined by the value of the closed volume between the surfaces of the screw and the stator, and the maximum value of the closed volume depends on the maximum area of the vertical longitudinal profile of the screw.

Недостатком данной конструкции вл етс то, что дл данной геометрии винта производительность не вл етс максимальной , так как дл данной геометрии винта вертикальный профиль его в продольном сечении образован цепной линией, то есть кривой, не охватывающей в поперечном сечении винта максимальную площадь.A drawback of this design is that for a given screw geometry, productivity is not maximum, since for a given screw geometry its vertical profile in longitudinal section is formed by a chain line, i.e. a curve that does not cover the maximum area in the screw cross section.

Целью данного изобретени вл етс достижение максимальной производительности при заданных диаметре сечени винта и эксцентриситете.It is an object of the present invention to achieve maximum performance for a given screw diameter and eccentricity.

Указанна цель достигаетс тем, что в предлагаемой конструкции винта при фиксированном диаметре сечени (d) и эксцентриситете (е) его шаг равен 4е, а радиус кривизны профил винта равен удвоенному эксцентриситету.This goal is achieved in that in the proposed design of the screw with a fixed cross-sectional diameter (d) and eccentricity (e), its pitch is 4e, and the radius of curvature of the screw profile is doubled eccentricity.

Указанна цель достигаетс тем, что в предлагаемой конструкции вертикальный продольный профиль его имеет форму р да последовательно соприкасающихс дуг полуокружностей , описанных из центров, наход щихс на касательной к наружной поверхности винта, радиусом, равным удвоенному эксцентриситету указанного винта, а шаг винта равен 4 е (е - эксцентриситет).This goal is achieved by the fact that in the proposed design, its vertical longitudinal profile has the form of a series of consecutively touching arcs of semicircles, described from centers located tangent to the outer surface of the screw, with a radius equal to double the eccentricity of the specified screw, and the pitch of the screw is 4 e ( e - eccentricity).

С целью упрощени технологии изготовлени статоров и повышени их износостойкости радиус профил винта принимают равным (1,,90)е.In order to simplify the technology of manufacturing stators and increase their wear resistance, the radius of the screw profile is taken to be (1,, 90) e.

Отличие предложенного технического решени от прототипа заключаетс в оптимальной геометрической форме винта, вл - ющегос основным рабочим органом насоса, что позвол ет достичь максимальной производительности насоса при сохранении его основных геометрических параметров, что дает возможность считать предложенное решение соответствующим критерию изобретени - новизна.The difference between the proposed technical solution and the prototype lies in the optimal geometric shape of the screw, which is the main working body of the pump, which allows to achieve maximum pump performance while maintaining its basic geometric parameters, which makes it possible to consider the proposed solution as meeting the criteria of the invention - novelty.

Из технической и патентной литературы в заданной области техники не известны технические решени , позвол ющие аналогичным образом достичь поставленной в изобретении цели, что позвол ет считать предложенное техническое решение соответствующим критерию изобретени - су- щественные отличи .From the technical and patent literature, technical solutions are not known in a given field of technology that can similarly achieve the goals of the invention, which allows us to consider the proposed technical solution as meeting the criteria of the invention — significant differences.

Изобретение по сн етс фиг.1,2.The invention is illustrated in Fig. 1,2.

Основными параметрами дл изготовлени винта вл ютс : диаметр сечени (d), выбираемый из услови прочности матери- ал, и эксцентриситет (е), равный половине глубины канала.The main parameters for making a screw are: a cross-sectional diameter (d) selected from the condition of material strength, and an eccentricity (e) equal to half the channel depth.

Дл того чтобы выбрать оптимальную форму профил винта, рассмотрим сечение витка на длине одного шага. Обозначим че- рез D - произвольный наружный диаметр винта {D d + 2е) (1); h - глубина канала винта (h 2е, е - эксцентриситет).In order to select the optimal shape of the screw profile, we consider the cross-section of the coil over the length of one step. Denote by D the arbitrary outer diameter of the screw (D d + 2e) (1); h - screw channel depth (h 2e, e - eccentricity).

При произвольно выбранных фиксиро- ванных значени х d и е, а следовательно глубины канала винта -Ни шаге S необходимо выбрать такой профиль поперечного сечени витка, чтобы он охватывал максимальную площадь в поперечном сечении, то есть необходимо найти такую линию у f(x) заданной длины I S + 2h, котора , проход через точки А и В (фиг.1), охватывала бы максимальную площадь Fmax.For arbitrarily chosen fixed values of d and e, and therefore the depth of the screw channel — At step S, it is necessary to choose a profile of the coil cross-section so that it covers the maximum cross-sectional area, that is, it is necessary to find such a line at f (x) given length IS + 2h, which, passing through points A and B (Fig. 1), would cover the maximum area Fmax.

В этом случае объем дисперсной среды, выдавливаемый за один оборот винта, будет максимальным.In this case, the volume of the dispersed medium squeezed out per revolution of the screw will be maximum.

Q Fmax -L.(2)Q Fmax -L. (2)

где L-длина развертки винтовой линии при одном обороте винта. where L is the sweep length of the helix at one revolution of the screw.

(3)(3)

(rD)2.(rD) 2.

Площадь, ограниченную кривой у f(x), запишем в виде функционала:The area bounded by the curve of f (x) can be written as a functional:

P XiVdx WP XiVdx W

Услови посто нства дпйньгкривой линии I S + 2h запишем в виде другого функционалаWe write the conditions of the constancy of the dyngkriva line I S + 2h in the form of another functional

..

(5)(5)

Примен методы вариационного исчислени к решению функционалов (4) и (5), мы получим, что из множества семейства кривых у - f(x), проход щих через точки А и В, экстремум при фиксированном шаге S иApplying the methods of the calculus of variations to the solution of functionals (4) and (5), we obtain that, from the set of the family of curves y - f (x) passing through points A and B, the extremum at a fixed step S and

глубине h дает единственна крива , вл юща с уравнением окружности:depth h gives a single curve, which is the equation of a circle:

(x-f)4(yJ(),(x-f) 4 (yJ (),

(6)(6)

где Я - радиус окружности. Координаты центра окружности равныwhere I am the radius of the circle. The coordinates of the center of the circle are equal

W-W-

и т.etc.

СОWith

,ф Уц5, UTs5

Как видно из фиг. (1), координата окружности уц лежит на вертикали по оси yi (координата уц может находитьс в точках N, К и т.д.).As can be seen from FIG. (1), the coordinate of the circle circumference z lies vertically along the yi axis (the coordinate z may be at points N, K, etc.).

Форма канала, выполненна в виде полуокружности (уравнение), дает в сечении максимальную площадь охвата.The shape of the channel, made in the form of a semicircle (equation), gives the maximum coverage area in cross section.

На фиг.1 определим величину Fmax.In figure 1 we determine the value of Fmax.

Fmax e Реек 2 Ftp ,(8)Fmax e Rack 2 Ftp, (8)

где Реек - площадь сектора ANBM,where Reek is the area of the ANBM sector,

2Ftp - удвоенна площадь треугольника AON.2Ftp - doubled the area of the triangle AON.

секsec

где а- центральный угол ANBwhere a is the central angle ANB

о 2FTp -f Уц.(Ю)about 2FTp -f Uz. (U)

Таким образом действительна производительность винтового насоса будет равна:Thus, the actual performance of the screw pump will be equal to:

Q-lfi 7 fe|2 fJ „.(,,,Q-lfi 7 fe | 2 fJ „. (,,,

Как показывает анализ уравнени (11), максимальна произаодительность достигаетс при стремлении уц к нулю, то есть центр окружности (например точка должна лежать на середине касательной к наружной поверхности винта-ротора. Причем координата хц как раз и равна половине шага, т.е. S/2 (см. уравнение 7), а радиус полуокружности Я, как это видно из уравнени (7) при уц 0, будет равен также половине шага (S/2).As the analysis of equation (11) shows, the maximum performance is achieved when ts tends to zero, that is, the center of the circle (for example, the point should lie on the middle of the tangent to the outer surface of the rotor screw. Moreover, the coordinate xt is exactly equal to half a step, i.e. S / 2 (see equation 7), and the radius of the semicircle R, as can be seen from equation (7) with uc 0, will also be equal to half the step (S / 2).

Причем оптимальное расположение центра О радиуса, описывающего профиль винта, должно находитьс на середине касательной к наружной поверхности винта. Если центр кривизны будет находитьс выMoreover, the optimal location of the center O of the radius describing the profile of the screw should be in the middle tangent to the outer surface of the screw. If the center of curvature is

ше точки О по вертикали, то глубина профил винта уменьшитс , а следовательно уменьшитс производительность.If the vertical point is O, then the depth of the screw profile will decrease, and therefore productivity will decrease.

Если центр кривизны будет лежать ни5 же по вертикали точки О, то при сопр жении винта и статора будет образовыватьс пустотелый объем, и перекачиваемый материал будет вращатьс , не перемеща сь вдоль продольной оси. Кроме того смеще10 ние центра О вниз приведетк уменьшению поперечного сечени винта, то есть снижению его прочности.If the center of curvature lies below the vertical point O, then when the screw and the stator are joined, a hollow space will form, and the pumped material will rotate without moving along the longitudinal axis. In addition, a downward shift of the O center will lead to a decrease in the cross section of the screw, i.e., a decrease in its strength.

Учитыва , что глубина канала винта h равна удвоенному эксцентриситету е, то дл Taking into account that the screw channel depth h is equal to double eccentricity e, then for

15 оптимальной конструкции винта должно выполн тьс условие - шаг равен:15 of the optimal screw design, the condition must be met - the step is equal to

S 4e,(12)S 4e, (12)

а радиус кривизны должен быть равен удвоенному эксцентриситету.and the radius of curvature should be equal to double eccentricity.

20 Оптимальный наружный диаметр винта должен быть равен:20 The optimum outer diameter of the screw should be:

D d + 2e,(13)D d + 2e, (13)

где d - диаметр сечени винта.where d is the diameter of the cross section of the screw.

Оптимальна производительность на25 coca отделитс следующей зависимостью:Optimum performance at 25 coca will separate with the following dependency:

Q 1207i e2nYl6e2 +rc2(d + 2ef 10 6, м3/чQ 1207i e2nYl6e2 + rc2 (d + 2ef 10 6, m3 / h

где размерность параметров е, d (см), пwhere the dimension of the parameters e, d (cm), n

(об/мин). .(rpm). .

Испытани показали, что по сравнению с винтом, имеющим равные шаг и наружный диаметр, производительность оптимального винта в 1,7 раз больше.Tests have shown that, compared with a screw having equal pitch and outer diameter, the performance of the optimal screw is 1.7 times greater.

Claims

The claims

A single-screw rotary pump screw, made in the form of a body of revolution with an axis displaced relative to the axis of its cross section by the amount of eccentricity,

characterized in that, in order to increase productivity with a certain diameter d of the cross-section of the screw and eccentricity e, the pitch of the screw is 4e, the radius of curvature of the profile of the screw is doubled

eccentricity and the outer diameter of the screw

D d + 2e.

$ 4 & (W

Editor M. Vasilieva Tehred M. Morgenthal

Order 4264 Mintage

VNIIIPI of the State Committee for Inventions and Discover at the USSR State Committee for Science and Technology 113035, Moscow, Zh-35, Rauska nab., 4/5

Production and Publishing Plant Patent, Uzhgorod. Gagarina St., 101

fig f

Corrector P. Gereshi