RU2169861C2

RU2169861C2 - Screw pump

Info

Publication number: RU2169861C2
Application number: RU98115876A
Authority: RU
Inventors: Э.М. Ахияртдинов; А.А. Багманов; А.Г. Гумеров; В.Г. Карамышев
Original assignee: Институт проблем транспорта энергоресурсов
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps. SUBSTANCE: proposed screw pump has housing, holder, screw-cut rotors, synchronizing gears, working chamber with suction and discharge spacers, inner space with bearing supports, one sealing device in support of driving rotor at side of power drive and flexible envelope secured on flanges at end faces of housing to form working chamber between outer surface of envelope and surface of holder. Working chamber is isolated by envelope form inner space provided with connector for delivery of compressed air to force envelope form surface of screw-cut profile. Screw cut has smooth profile limiting deformation of envelope within working limits, and system of holes and grooves for delivery of auxiliary material, for instance, lubricant, to reduce friction losses between profile and envelope or to prevent contact of profile and envelope. Invention provides reduction of volumetric losses at operation of pump, improves efficiency of pump handling gas-liquid mixtures, reduces number of working turns of screw cut and makes it possible to dispense with end seals. EFFECT: reduced overall dimensions of pump, provision of pump control by delivery and pressure, increased tolerable temperature of handle medium. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к винтовым насосам. The invention relates to mechanical engineering, in particular to screw pumps.

Известна конструкция одновинтового насоса (Балденко Д.Ф. и др. Винтовые насосы, Москва, Машиностроение, 1982, с. 224, рис. 39-40), состоящего из приводного вала, жестко связанного с винтом, корпуса насоса и "взвешенной обоймы", выполненной из упругого неметаллического или композиционного материала. Винт совершает чисто вращательное движение соосно приводному валу. Кинематика пары винт-обойма обеспечивается подвижностью гибкой обоймы, закрепленной с одного торца в корпусе насоса так, что она может совершать радиальное перемещение в пределах эксцентриситета, при этом геометрия рабочей поверхности обоймы не изменяется, не считая деформации в пределах натяга в паре винт-обойма. The known design of a single-screw pump (Baldenko DF and other screw pumps, Moscow, Engineering, 1982, S. 224, Fig. 39-40), consisting of a drive shaft rigidly connected to the screw, pump housing and a "weighted cage" made of elastic non-metallic or composite material. The screw performs a purely rotational motion coaxially with the drive shaft. The kinematics of the screw-cage pair is ensured by the mobility of the flexible cage fixed from one end in the pump casing so that it can radially move within the eccentricity, while the geometry of the casing working surface does not change, not counting the deformation within the interference in the screw-cage pair.

Недостаток - ограниченность по оборотам и возможность применения только для малых подачи и давлений, т.к. их рост может привести к заклиниванию винта на входном участке. The disadvantage is the limited turnover and the possibility of use only for small feeds and pressures, because their growth can lead to jamming of the screw in the inlet section.

Наиболее близким техническим решением является двухвинтовой насос RU 2094658 C1, 27.10.1997, F 04 C 2/16, содержащий корпус и установленную в корпус обойму, в цилиндрических расточках которой размещены жестко сопряженные с валами роторы с винтовой нарезкой и в резиновой оболочке, синхронизирующие шестерни, камеры всасывания нагнетания. Толщина резиновой b оболочки в зависимости от глубины H погружения мехпримеси в резиновую оболочку определяется из условия b = (1,6-2)•H. Резиновая оболочка вращается вместе с ротором и в сечении повторяет профиль винта, который имеет прямоугольную или иную, как правило угловатую, форму в сечении. Валы установлены в подшипниковых опорах. Между камерами всасывания и полостями опор могут быть установлены концевые уплотнения, а могут и не устанавливаться, в последнем случае подшипники и шестерни работают в перекачиваемой среде и уплотняющее устройство по типу концевого уплотнения может устанавливаться только на опоре со стороны привода мощности. Характерным для каждого уплотняющего устройства являются ограничения по перепаду давления между уплотняющими полостями. The closest technical solution is a twin-screw pump RU 2094658 C1, 10.27.1997, F 04 C 2/16, comprising a housing and a ferrule installed in the housing, in the cylindrical bores of which rotors with screw thread and rubber sheath are rigidly coupled to the shafts, synchronizing gears suction discharge chambers. The thickness of the rubber sheath b depending on the depth H of immersion of the solids in the rubber sheath is determined from the condition b = (1.6-2) • H. The rubber shell rotates with the rotor and in cross section repeats the profile of the screw, which has a rectangular or other, usually angular, cross-sectional shape. The shafts are mounted in bearings. End seals may or may not be installed between the suction chambers and the cavities of the supports; in the latter case, the bearings and gears operate in the pumped medium and the sealing device, like the end seal, can only be installed on the support on the power drive side. A characteristic of each sealing device is the pressure differential between the sealing cavities.

Недостаток - наличие объемных потерь и неэффективность при перекачке газожидкостных смесей из-за зазоров в паре винт-обойма и в сопряжении профилей винтов, отсутствие в конструкции насоса возможности регулирования по подаче, ограничения по давлению в рабочих полостях насоса из-за установки уплотняющих устройств, постановка которых также увеличивает габариты и снижает надежность, высокая стоимость замены резиновой оболочки во время ремонта, ограничения по температуре перекачиваемой среды из-за низких рабочих температур резинового покрытия. The disadvantage is the presence of volumetric losses and inefficiency in the pumping of gas-liquid mixtures due to gaps in the pair of screw-clips and in the pairing of screw profiles, the absence of the pump’s ability to control the flow rate, pressure limitations in the pump’s working cavities due to the installation of sealing devices, setting which also increases the dimensions and reduces reliability, the high cost of replacing the rubber shell during repair, temperature limits of the pumped medium due to the low operating temperatures of the rubber coating digging.

Задачей изобретения является уменьшение объемных потерь, повышение эффективности при перекачке газожидкостных смесей, обеспечение широкого диапазона регулирования по подаче и давлению работы насоса, увеличение возможностей по температуре перекачиваемой среды, уменьшение габаритов. The objective of the invention is to reduce volumetric losses, increase efficiency when pumping gas-liquid mixtures, provide a wide range of regulation of the flow and pressure of the pump, increase the temperature capabilities of the pumped medium, reduce the size.

Поставленная задача достигается тем, что в винтовом насосе, содержащем корпус, обойму, роторы с винтовой нарезкой, синхронизирующие шестерни, рабочий объем с полостями всасывания и нагнетания, внутреннюю полость с подшипниковыми опорами, одно уплотняющее устройство в опоре ведущего ротора со стороны привода мощности и эластичную оболочку, которая крепится на фланцах с торцев корпуса с образованием между наружной поверхностью оболочки и поверхностью обоймы рабочего объема, изолированного при помощи оболочки от внутренней полости, имеющей разъем для подачи сжатого газа для отжатия оболочки от поверхности профиля винтовой нарезки, винтовая нарезка имеет плавный профиль, ограничивающий деформацию оболочки в рабочих пределах, и систему отверстий и канавок для подачи вспомогательного материала, например смазки, снижающего потери на трение между профилем и оболочкой или предотвращающего соприкосновение профиля с оболочкой. The problem is achieved in that in a screw pump containing a housing, a cage, screw rotors, synchronizing gears, a working volume with suction and discharge cavities, an internal cavity with bearing bearings, one sealing device in the support of the driving rotor from the power drive side and elastic the shell, which is mounted on the flanges from the ends of the housing with the formation between the outer surface of the shell and the surface of the holder of the working volume, isolated with the shell from the inner cavity, I have it has a connector for supplying compressed gas to squeeze the shell from the surface of the screw thread profile, screw thread has a smooth profile that limits the deformation of the shell within the working range, and a system of holes and grooves for supplying auxiliary material, for example, a lubricant that reduces friction losses between the profile and the shell or preventing contact of the profile with the shell.

Суть изобретения заключается в том, что отделение оболочки от ротора путем ее крепления к фланцам корпуса позволяет изолировать рабочий объем от внутренней полости, тем самым отпадает необходимость в применении концевых уплотнений, разделяющих рабочий объем от окружающей среды и от полостей подшипниковых опор, что приводит к уменьшению габаритов и к возможности использования типовых подшипников и систем смазки. Кроме того, оболочка, которая в свободном состоянии может являться, к примеру, полым цилиндром, за счет эластичности частично обтягивает винтовой профиль и легко отслеживает контур и сопряжение профилей винтовой нарезки при вращении, тем самым изолирует друг от друга полости всасывания и нагнетания. Лучшей изоляции полостей в рабочем объеме способствует вспомогательный материал, подаваемый в промежуток между внутренней поверхностью оболочки и профилем винтовой нарезки. Практически герметичное разделение полости всасывания от полости нагнетания приводит к снижению объемных потерь и к повышению эффективности при перекачке газожидкостных смесей, в том числе смесей с высоким газовым фактором. Материал оболочки за счет требования по обеспечению эластичности может иметь дополнительные ограничения по тепловому режиму работы, по сравнению с другими деталями насоса, поэтому для перекачки сред с повышенной температурой необходим отвод тепла от оболочки, что выполнимо за счет повышения расхода вспомогательного материала, например жидкой смазки. Подача сжатого газа, безопасного для работы насоса и для обслуживающего персонала, во внутреннюю полость, т.е. под оболочку, позволяет уменьшить усилие поджатия оболочки к профилю винтовой нарезки, которое вызвано воздействием давления в рабочем объеме и упругостью самой оболочки, это в конечном счете снизит потери на трение в паре винт-оболочка. При величинах давления газа под оболочкой, превышающих величины давления в рабочем объеме, произойдет значительное отжатие оболочки от винтового профиля в зоне впадин, тем самым уменьшится рабочий объем насоса, а значит, и снизится его подача, в обратном случае, т. е. за счет снижения давления во внутренней полости, можно повысить производительность насоса. The essence of the invention lies in the fact that the separation of the shell from the rotor by attaching it to the flanges of the housing allows isolating the working volume from the internal cavity, thereby eliminating the need for end seals separating the working volume from the environment and from the cavities of the bearing supports, which leads to a decrease dimensions and the possibility of using standard bearings and lubrication systems. In addition, the shell, which in the free state can be, for example, a hollow cylinder, partially tightens the screw profile due to its elasticity and easily monitors the contour and interface of the screw cutting profiles during rotation, thereby isolating the suction and discharge cavities from each other. The best insulation of the cavities in the working volume is facilitated by the auxiliary material fed into the gap between the inner surface of the shell and the profile of the screw thread. Almost hermetic separation of the suction cavity from the injection cavity leads to a decrease in volumetric losses and to an increase in efficiency when pumping gas-liquid mixtures, including mixtures with a high gas factor. The shell material due to the requirement to ensure elasticity may have additional restrictions on the thermal regime of operation, compared with other parts of the pump, therefore, for pumping media with high temperature, heat removal from the shell is necessary, which is feasible by increasing the consumption of auxiliary material, for example, liquid lubricant. The supply of compressed gas that is safe for pump operation and for service personnel to the internal cavity, i.e. under the shell, allows you to reduce the force pressing the shell to the profile of the screw thread, which is caused by the pressure in the working volume and the elasticity of the shell itself, this will ultimately reduce the friction loss in the pair of screw-shell. If the gas pressure under the shell exceeds the pressure in the working volume, a significant squeezing of the shell from the screw profile in the depression zone will occur, thereby reducing the pump’s working volume, and therefore, its supply will decrease, in the opposite case, i.e., due to reducing pressure in the internal cavity, it is possible to increase the pump performance.

На фиг. 1 представлен общий вид насоса, на фиг. 2 - А фиг. 1. In FIG. 1 shows a general view of the pump; FIG. 2 - A of FIG. 1.

Насос содержит: корпус, рабочий объем с полостями всасывания 23 и нагнетания 24, обойму 2, в каждой расточке 3 обоймы 2 размещена эластичная оболочка 4, ведомый и ведущий роторы, состоящие из валов 5 и 6 и втулок 7, 8 с винтовой нарезкой, подшипниковые опоры 9, 10 и синхронизирующие шестерни 11, 12, уплотняющее устройство 27 в опоре ведущего ротора со стороны привода мощности. Во внутренней полости между опорами 9, 10 и втулками 7, 8 предусмотрены полости 13, 14 для сбора и отвода вспомогательного материала (далее - смазки) из внутренней поверхности оболочек. Полости 13, 14 могут быть объединены с полостями опор 9, 10. Профиль винтовых втулок 7, 8 имеет плавную конфигурацию и высокий класс чистоты обработки поверхностей, крепятся втулки к валам при помощи штифтов 28. Валы 5, 6 имеют втулки 16 с приемными отверстиями, центральные отверстия 15 и отверстия 17 для принудительного подвода смазки на втулки 7, 8, у которых предусмотрены ответные отверстия 20 для подвода смазки к маслораспределительным канавкам 22 на вершинах винтовой нарезки, маслораспределительные канавки 22 смещены в сторону полости нагнетания 24. На втулках 7, 8 также имеются отверстия 18 и пазы 19 для отвода смазки и суфлирования межвитковых впадин. Оболочка 4 выполнена из эластичного материала и по форме может представлять собой полый цилиндр, внутренняя поверхность которого гладкая, наружная может иметь шероховатость. Крепится каждая оболочка на фланцах 21 с торцев корпуса с образованием между наружной поверхностью оболочки и поверхностью обоймы 2 рабочего объема, изолированного при помощи оболочки 4 от внутренней полости, имеющей разъем для подачи сжатого газа для отжатия оболочки 4 от поверхности профиля винтовой нарезки. Дополнительно оболочка может фиксироваться от скручивания в промежуточном сечении полости нагнетания 24. Диаметральный размер оболочек 4 выбран таким, что оболочка обтягивает вершины и часть боковых поверхностей винтовых поверхностей втулок 7, 8. Зазор между обоймой 2 и вершиной винтовой нарезки, а также между сопрягаемыми винтовыми нарезками роторов отличается от толщины цилиндрической оболочки 4 на величину слоя смазки, поступающего через маслораспределительные канавки 22 и распределенного по поверхности контакта профиля винтовых втулок и оболочки 4. Смазка подается и отводится через агрегат 25 системы подачи и отвода смазки. Подача газа для отжима оболочки 4 и регулирования рабочего объема насоса производится агрегатом 26 системы наддува внутренней полости, включающей полости 13, 14. The pump contains: a housing, a working volume with suction and discharge cavities 23, a cage 2, in each bore 3 of the casing 2 there is an elastic casing 4, driven and driving rotors, consisting of shafts 5 and 6 and bushings 7, 8 with screw thread, bearing bearings 9, 10 and synchronizing gears 11, 12, a sealing device 27 in the support of the driving rotor from the power drive side. In the inner cavity between the supports 9, 10 and the bushings 7, 8, cavities 13, 14 are provided for collecting and removing auxiliary material (hereinafter referred to as lubricants) from the inner surface of the shells. The cavities 13, 14 can be combined with the cavities of the supports 9, 10. The profile of the screw sleeves 7, 8 has a smooth configuration and a high class of surface finish, the sleeves are attached to the shafts using pins 28. The shafts 5, 6 have sleeves 16 with receiving holes, central holes 15 and holes 17 for the forced supply of lubricant to the bushings 7, 8, in which mating holes 20 are provided for supplying lubricant to the oil distribution grooves 22 at the tops of the screw threads, the oil distribution grooves 22 are biased towards the pressure cavity 24. and bushings 7, 8 also has holes 18 and grooves 19 for venting and removal of grease interturn depressions. The shell 4 is made of an elastic material and in shape may be a hollow cylinder, the inner surface of which is smooth, the outer may have a roughness. Each shell is attached to the flanges 21 from the ends of the housing with the formation between the outer surface of the shell and the surface of the casing 2 of the working volume, isolated with the shell 4 from the inner cavity having a connector for supplying compressed gas to squeeze the shell 4 from the surface of the profile of the screw thread. Additionally, the shell can be fixed from twisting in the intermediate section of the injection cavity 24. The diametrical size of the shells 4 is chosen so that the shell fits the tops and part of the side surfaces of the screw surfaces of the bushings 7, 8. The gap between the clip 2 and the top of the screw thread, as well as between the mating screw threads rotors differs from the thickness of the cylindrical shell 4 by the size of the lubricant layer entering through the oil distribution grooves 22 and distributed over the contact surface of the screw c and shell 4. Grease is supplied and discharged via the unit 25 feeding system and discharge of lubricant. The gas supply for squeezing the shell 4 and regulating the displacement of the pump is carried out by the unit 26 of the pressurization system of the internal cavity, including the cavity 13, 14.

Насос работает следующим образом. The pump operates as follows.

Перед запуском агрегатом 25 через систему отверстий в валах и втулках 7, 8 производится подача смазки к поверхностям трения оболочки и профиля винтовой нарезки (см. фиг. 1 - стрелками показано направление движения смазки). При вращении ротора перекачиваемая среда поступает в полости всасывания 23, заполняет винтовые впадины между обоймой 2 и наружной поверхностью оболочек 4 и, далее перемещаясь по винтовому рабочему объему, поступает в камеру нагнетания 24. Постоянный подвод смазки под давлением в зону контакта оболочки и профиля винтовой нарезки обеспечивает низкий коэффициент трения в зоне контакта и герметичное разделение полостей всасывания 23 и нагнетания 24. Часть тепла от трения уносится перекачиваемой средой, а часть отводится прокачиваемым маслом и элементами конструкции в окружающую среду. Параметры подаваемой смазки в зону трения оболочки и профиля винтовой нарезки выбираются из условия работы в допустимом диапазоне температуры трущихся поверхностей при полном прилегании оболочки к профилю винтовой нарезки под действием давления перекачиваемой среды. При повышенной температуре перекачиваемой среды предусматривается увеличение подачи смазки. Подача системой наддува 26 в полость трансмиссии сжатого воздуха или инертного газа обеспечит противодавление давлению перекачиваемой среды и отожмет оболочку 4 от поверхности винтового профиля втулок 7, 8, снижая потери на трение. Величиной противодавления также можно изменять рабочий объем насоса, регулируя подачу при любом давлении в полостях всасывания 23 и нагнетания 24 на любых оборотах роторов насоса. Before starting the unit 25 through the system of holes in the shafts and bushings 7, 8, lubricant is supplied to the friction surfaces of the shell and the thread profile of the screw (see Fig. 1 - arrows show the direction of movement of the lubricant). When the rotor rotates, the pumped medium enters the suction cavity 23, fills the screw cavities between the cage 2 and the outer surface of the shells 4 and, further moving along the screw working volume, enters the discharge chamber 24. A constant supply of pressure lubricant to the contact zone of the shell and the thread profile provides a low coefficient of friction in the contact zone and a tight separation of the suction cavities 23 and discharge 24. Part of the heat from friction is carried away by the pumped medium, and part is removed by the pumped oil and lementami structures in the environment. The parameters of the lubricant supplied to the friction zone of the shell and the profile of the screw thread are selected from the operating conditions in the permissible temperature range of the rubbing surfaces when the shell completely adheres to the screw thread profile under the influence of the pressure of the pumped medium. At elevated temperature of the fluid handled, an increase in the supply of lubricant is provided. The supply of pressurized air or inert gas to the transmission cavity 26 by the pressurization system 26 will provide counter pressure to the pressure of the pumped medium and wring the casing 4 from the surface of the screw profile of the bushings 7, 8, reducing friction losses. The back pressure can also change the pump displacement by adjusting the flow at any pressure in the suction cavities 23 and discharge 24 at any speed of the pump rotors.

Использование предлагаемого изобретения позволит уменьшить объемные потери при работе насоса, повысить эффективность насоса при перекачке газожидкостных смесей, уменьшить число рабочих витков винтовой нарезки и отказаться от применения концевых уплотнений, уменьшающих габариты насоса, обеспечивать регулирование по подаче и давлению работы насоса и повысить значение предельной температуры перекачиваемой среды. Using the present invention will reduce the volumetric losses during the operation of the pump, increase the efficiency of the pump when pumping gas-liquid mixtures, reduce the number of working turns of the screw thread and eliminate the use of end seals that reduce the dimensions of the pump, provide control over the flow and pressure of the pump and increase the temperature limit of the pumped Wednesday.

Claims

A screw pump comprising a housing, a ferrule, screw rotors, synchronizing gears, a displacement with suction and discharge cavities, an internal cavity with bearing bearings, one sealing device in the drive rotor support on the power drive side and an elastic shell, characterized in that the shell mounted on the flanges from the ends of the housing with the formation between the outer surface of the shell and the surface of the casing of the working volume, isolated with the help of the shell from the inner cavity having a feed connector compressed gas to squeeze the shell from the surface of the screw thread profile, while the screw thread has a smooth profile that limits the deformation of the shell within the working range, and a system of holes and grooves for supplying auxiliary material, for example, a lubricant that reduces friction losses between the profile and the shell or prevents contact profile with a shell.