RU2172429C1

RU2172429C1 - Guide-vane pump

Info

Publication number: RU2172429C1
Application number: RU99127915/06A
Authority: RU
Inventors: С.А. Кузьмин; О.Е. Волков; А.П. Самойлюк; М.С. Юхим
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: positive displacement hydraulic machines. SUBSTANCE: invention relates to hydraulic machines with rotating working members, vanes , reciprocating relative to inner member, in particular, to rotary vane pumps. It can be used in differential industries. Proposed guided-vane pump has housing whose inner space has shaped cylindrical working surface with suction and discharge ports, rotor arranged in housing inner space and made in form of starting circular cylinder whose axis coincides with axis of pump shaft, and radially movable vanes engaging with shaped working surface. Vanes are fitted in radial slots of rotor made without opening on end face surfaces of rotor. Length 1 of radial slots is 0,9980...0,9995 of length L of rotor generatrix. EFFECT: increased reliability of pump. 1 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения с вращающимися рабочими органами с лопастями, перемещающимися возвратно-поступательно относительно внутреннего элемента, в частности к роторным пластинчатым насосам, и может применяться в различных отраслях промышленности в составе подвижных и стационарных насосных агрегатов для перекачивания жидкостей и газов. The invention relates to hydraulic volume displacement machines with rotating working bodies with blades moving reciprocating relative to the internal element, in particular to rotary vane pumps, and can be used in various industries as part of mobile and stationary pumping units for pumping liquids and gases.

Известен пластинчатый насос, состоящий из корпуса с патрубками всасывания и нагнетания, внутренняя полость которого имеет рабочую цилиндрическую профилированную поверхность с всасывающими и нагнетательными окнами, крышки корпуса с внутренними плоскими рабочими поверхностями и размещенный во внутренней полости корпуса ротор с радиальными пазами, в которых размещены подвижные в радиальном направлении пластины, взаимодействующие с рабочей цилиндрической профилированной поверхностью корпуса. Ротор выполнен в виде прямого кругового цилиндра, ось которого совпадает с осью вала насоса. Пазы выходят (открыты) на цилиндрическую и торцевые поверхности ротора [1 - Топливораздаточная колонка "Нара-28" тип 1КЭД-50-0,25-1 в кн. Бондарь В.А., Зоря Е. И., Цагарели Д.В. "Операции с нефтепродуктами. Автозаправочные станции" - М. : АОЗТ "Паритет", 1999 г. - С. 178]. Недостатком этого насоса является неравномерный износ торцевых (боковых) граней пластины из-за скольжения по шероховатостям (царапинам) внутренней плоской поверхности каждой крышки корпуса. Положение пластины в пазе ротора насоса определяется сложными явлениями, задаваемыми профилированной рабочей поверхностью корпуса процессами перетока перекачиваемой жидкости (газа) в паз ротора под пластину, физическими свойствами перекачиваемой жидкости, динамикой движения пластины в пазе и т. д. Неравномерный износ пластин по боковой поверхности возникает вследствие перекоса пластины к наружной поверхности ротора. Указанный износ пластин от 1 до 3 мм возникает в месте контакта пластины с внутренними поверхностями крышек корпуса, пластины насоса приобретают форму трапеции, при этом износ внутренних поверхностей крышек составляет от 20 до 40 мкм [2 - Акты плановой ревизии пластинчатого насоса ПН-60/8 зав. N 01, проходящего предварительные испытания на установке МНУМ-60. г. Ясногорск Тульской обл. - АО "Ясногорский машиностроительный завод" - 1996 г.]. Known vane pump, consisting of a housing with suction and discharge nozzles, the internal cavity of which has a working cylindrical profiled surface with suction and discharge windows, housing covers with internal flat working surfaces and a rotor with radial grooves located in the internal cavity of the housing, in which movable radial direction of the plate, interacting with the working cylindrical profiled surface of the body. The rotor is made in the form of a straight circular cylinder, the axis of which coincides with the axis of the pump shaft. The grooves extend (open) to the cylindrical and end surfaces of the rotor [1 - Fuel dispensing column "Nara-28" type 1KED-50-0.25-1 in the book. Bondar V.A., Zorya E.I., Tsagareli D.V. "Operations with petroleum products. Gas stations" - M.: AOZT "Parity", 1999 - S. 178]. The disadvantage of this pump is the uneven wear of the end (side) faces of the plate due to sliding along the roughnesses (scratches) of the inner flat surface of each housing cover. The position of the plate in the groove of the pump rotor is determined by complex phenomena defined by the profiled working surface of the housing by the processes of transfer of the pumped liquid (gas) into the groove of the rotor under the plate, the physical properties of the pumped liquid, the dynamics of the plate in the groove, etc. Uneven wear of the plates along the side surface occurs due to the skew of the plate to the outer surface of the rotor. The specified wear of the plates from 1 to 3 mm occurs at the place of contact of the plate with the inner surfaces of the housing covers, the pump plates take the form of a trapezoid, and the wear of the inner surfaces of the covers is from 20 to 40 microns [2 - Acts of a planned audit of the plate pump PN-60/8 Head N 01, undergoing preliminary tests at the installation of MNUM-60. Yasnogorsk, Tula region - JSC "Yasnogorsk Engineering Plant" - 1996].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является пластинчатый насос, содержащий корпус, внутренняя полость которого имеет рабочую цилиндрическую профилированную поверхность с всасывающим и нагнетательным окнами, размещенный во внутренней полости корпуса ротор, выполненный в виде прямого кругового цилиндра, ось которого совпадает с осью насоса, и взаимодействующие с рабочей профилированной поверхностью корпуса подвижные в радиальном направлении пластины, размещенные в радиальных пазах ротора, выполненных без выхода на торцевые поверхности ротора [3 - Патент США N 5833438 A F 04 C 2/344 от 10.11.98 г. - прототип]. The closest in technical essence to the present invention is a vane pump containing a housing, the internal cavity of which has a working cylindrical profiled surface with suction and discharge windows, a rotor located in the internal cavity of the housing, made in the form of a straight circular cylinder, the axis of which coincides with the axis of the pump, and interacting with the working profiled surface of the casing, radially movable plates placed in the radial grooves of the rotor are made 's without entering the end surface of the rotor [3 - US patent N 5833438 A F 04 C 2/344 of 11.10.98 g - prototype].

Основным недостатком известного насоса является сложность конструкции, обусловленная наличием плоских направляющих поверхностей упорных шайб, фиксирующих ротор с валом в аксиальном направлении. Следует отметить также пониженный объемный КПД, низкую надежность уплотнительных элементов, которых насчитывается более шести, сложность изготовления основных деталей и повышенные требования к концентричности ротора и упорных шайб. Конструкция известного насоса полностью не исключает перекоса пластин между упорными шайбами в момент выхода пластин из ротора, т.к. паз выполнен с осевым расширением у каждого конца, в результате чего возможен контакт торцевых поверхностей пластин со стенками шайб. The main disadvantage of the known pump is the design complexity due to the presence of flat guide surfaces of thrust washers, fixing the rotor with the shaft in the axial direction. It should also be noted the reduced volumetric efficiency, the low reliability of the sealing elements, of which there are more than six, the complexity of manufacturing the main parts and the increased requirements for the concentricity of the rotor and thrust washers. The design of the known pump does not completely exclude the distortion of the plates between the thrust washers at the moment the plates exit the rotor, because the groove is made with axial expansion at each end, as a result of which the end surfaces of the plates can contact the walls of the washers.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение надежности насоса путем снижения износа пластин с одновременным упрощением конструкции насоса. The technical result of the invention is to increase the reliability of the pump by reducing wear on the plates while simplifying the design of the pump.

Указанный результат достигается тем, что в известном пластинчатом насосе, содержащем корпус, внутренняя полость которого имеет рабочую цилиндрическую профилированную поверхность с всасывающим и нагнетательным окнами, размещенный во внутренней полости корпуса ротор, выполненный в виде прямого кругового цилиндра, ось которого совпадает с осью вала насоса, и взаимодействующие с рабочей профилированной поверхностью корпуса подвижные в радиальном направлении пластины, размещенные в радиальных пазах, выполненных без выхода на торцевые поверхности ротора, согласно предлагаемому изобретению радиальные пазы ротора имеют длину l, равную 0,9995...0,9980 длины L образующей ротора. This result is achieved by the fact that in a known vane pump containing a housing, the internal cavity of which has a working cylindrical profiled surface with suction and discharge windows, a rotor located in the internal cavity of the housing, made in the form of a straight circular cylinder, the axis of which coincides with the axis of the pump shaft, and interacting with the working profiled surface of the housing, radially movable plates placed in radial grooves made without access to the end faces surface of the rotor radial rotor according to the invention, the grooves have a length l, equal to 0.9995 ... 0.9980 generatrix length L of the rotor.

Техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в создании начальных условий для параллельного движения пластины при выходе ее из ротора. The technical essence of the invention consists in creating the initial conditions for the parallel movement of the plate when it leaves the rotor.

На фиг. 1 представлен пластинчатый насос подетально в аксонометрической проекции;
фиг. 2 - пластинчатый насос (поперечный разрез);
фиг. 3 - ротор (продольный разрез).In FIG. 1 shows a submersible vane pump in axonometric projection;
FIG. 2 - vane pump (cross section);
FIG. 3 - rotor (longitudinal section).

Пластинчатый насос состоит из корпуса 1 с всасывающим 2 и напорным 3 патрубками, крышек 4 статора, всасывающие и нагнетательные окна 5, 6 соединяют внутреннюю полость корпуса, ограниченную рабочей цилиндрической профилированной поверхностью 7, со всасывающим 2 и напорным 3 патрубками соответственно. Во внутренней полости корпуса установлен ротор 8, выполненный в виде прямого кругового цилиндра, ось которого совпадает с осью вала 9 насоса. Пазы 10 располагаются только на цилиндрической поверхности 11 ротора 8 без выхода на торцевые поверхности 12 ротора и содержат пластины 13. Пластины 13 имеют такие размеры, которые позволяют создать минимальные зазоры между стенками паза 10 и гранями пластин 13, причем зазоры между стенками паза и гранями пластин могут в процессе работы изменяться в одну сторону, не изменяя суммарного зазора. Оптимальная длина паза l выбирается в зависимости от длины L образующей ротора. The vane pump consists of a housing 1 with a suction 2 and pressure 3 nozzles, stator covers 4, suction and discharge windows 5, 6 connect the internal cavity of the housing, limited by a working cylindrical profiled surface 7, with a suction 2 and pressure 3 nozzles, respectively. In the inner cavity of the housing, a rotor 8 is installed, made in the form of a straight circular cylinder, the axis of which coincides with the axis of the pump shaft 9. The grooves 10 are located only on the cylindrical surface 11 of the rotor 8 without access to the end surfaces 12 of the rotor and contain plates 13. The plates 13 are of such dimensions that allow creating minimum gaps between the walls of the groove 10 and the faces of the plates 13, and the gaps between the walls of the groove and the faces of the plates can in the process of work change in one direction without changing the total clearance. The optimal groove length l is selected depending on the length L of the generatrix of the rotor.

Пластинчатый насос работает следующим образом: при вращении ротора 8 в направлении, указанном стрелкой ω, происходит изменение объемов элементарных камер 14, образованных частью рабочей цилиндрической профилированной внутренней поверхности 7 полости корпуса двумя соседними пластинами 13, прижимаемыми к рабочей цилиндрической профилированной внутренней поверхности 7 корпуса суммарной внешней силой, и внутренними поверхностями крышек 4 корпуса 1 и цилиндрической поверхностью 12 ротора 8, вследствие отдаления части профилированной поверхности корпуса от цилиндрической поверхности ротора. В результате изменения объема создается разрежение во всасывающем окне 5 и происходит перемещение жидкости из окна 5 в полость камеры, при этом пластина 13 перемещается параллельно самой себе, что определяется зазорами между гранями пластины 13 и стенками паза 10. При дальнейшем повороте ротора 8 после прохождения пластиной 13 камеры всасывающего окна 5 жидкость в камере перемещается к напорному окну 6 и при последующем повороте ротора 8 по ходу движения камеры пластина 13 входит в окно нагнетания 6, где, в связи с уменьшением расстояния между рабочей цилиндрической профилированной поверхностью статора 1 и цилиндрической поверхностью ротора 8 и имеющегося силового воздействия, пластины 13 перемещаются вовнутрь пазов 10, а жидкость, находящаяся в камере, перемещается в нагнетательное окно 6. В течение всего рабочего процесса пластина 13 контактирует только с профилированной поверхностью корпуса 1. Взаимодействие пластин 13 с внутренней поверхностью крышек 4 в заданном соотношении не только исключается, но и создается зазор между стенками паза и пластины, что повышает надежность насоса, так как длина l паза выполнена меньше длины L образующей ротора 8. The vane pump operates as follows: when the rotor 8 is rotated in the direction indicated by the arrow ω, the volumes of the elementary chambers 14 are formed, formed by a part of the working cylindrical profiled inner surface 7 of the housing cavity by two adjacent plates 13 pressed against the working cylindrical profiled inner surface 7 of the housing total external force, and the inner surfaces of the covers 4 of the housing 1 and the cylindrical surface 12 of the rotor 8, due to the distance of the part of the profiled surface the spine of the housing from the cylindrical surface of the rotor. As a result of the change in volume, a vacuum is created in the suction window 5 and the fluid moves from the window 5 to the chamber cavity, while the plate 13 moves parallel to itself, which is determined by the gaps between the faces of the plate 13 and the walls of the groove 10. Upon further rotation of the rotor 8 after passing through the plate 13 of the chamber of the suction window 5, the liquid in the chamber moves to the pressure window 6 and upon subsequent rotation of the rotor 8 in the direction of movement of the chamber, the plate 13 enters the discharge window 6, where, due to a decrease in the distance between the work eyes cylindrical profiled surface of the stator 1 and the cylindrical surface of the rotor 8 and the existing force, the plate 13 moves inside the grooves 10, and the liquid in the chamber moves into the discharge window 6. During the entire working process, the plate 13 is in contact only with the profiled surface of the housing 1 The interaction of the plates 13 with the inner surface of the covers 4 in a predetermined ratio is not only excluded, but a gap is created between the walls of the groove and the plate, which increases the reliability of the pump a, since the length l of the groove is made smaller than the length L of the generatrix of the rotor 8.

Заявляемый насос, сконструированный на основе пластинчатого насоса ПН-60/8 [4 - Насос пластинчатый ПН-60/8. Альбом чертежей. - г. Ясногорск Тульской обл. - АО "Ясногорский машиностроительный завод" - 1996 г.], прошел испытания. The inventive pump, designed on the basis of the vane pump PN-60/8 [4 - Vane pump PN-60/8. Album of drawings. - Yasnogorsk, Tula region. - JSC "Yasnogorsk Engineering Plant" - 1996], has been tested.

Результаты данных испытаний представлены в таблице сравнительных испытаний заявляемого насоса. В ходе испытаний сопоставлялись пять вариантов исполнения ротора при различных величинах длины l паза, составляющих 0,9996... 0,9975 (варианты 1-5) от длины образующей L ротора. Как показали результаты испытаний, имеется скачкообразное уменьшение износа пластин величиной от 550 мкм до 310 мкм при изменении соотношения длин l/L в диапазоне 0,9996... 0,9995, а нижний диапазон изменения соотношения ограничен минимально допустимым значением КПД насоса, равным 70%. Таким образом, при изготовлении насоса должна быть выбрана длина l паза ротора, составляющая 0,9995.... 0,9990 длины L образующей ротора. The results of these tests are presented in the table of comparative tests of the inventive pump. During the tests, five rotor designs were compared for various values of the groove length l, constituting 0.9996 ... 0.9975 (options 1-5) of the length of the generatrix L of the rotor. As the test results showed, there is an abrupt decrease in plate wear from 550 μm to 310 μm with a change in the length / l ratio in the range 0.9996 ... 0.9995, and the lower range of the ratio is limited by the minimum allowable pump efficiency of 70 % Thus, in the manufacture of the pump, the length l of the groove of the rotor should be selected, which is 0.9995 .... 0.9990 of the length L of the generatrix of the rotor.

Источники информации
1) Топливораздаточная колонка "Нара-28" тип 1КЭД-50-0,25-1 в кн. Бондарь В. А., Зоря Е.И., Цагарели Д.В. "Операции с нефтепродуктами. Автозаправочные станции" - М.: АОЗТ "Паритет", 1999 г. - С. 178.Sources of information
1) Fuel dispenser "Nara-28" type 1KED-50-0.25-1 in the book. Bondar V.A., Zorya E.I., Tsagareli D.V. "Operations with petroleum products. Petrol stations" - M.: AOZT Parit, 1999 - S. 178.

2) Акты плановой ревизии пластинчатого насоса ПН-60/8 зав. N 01, проходящего предварительные испытания на установке МНУМ-60. - г. Ясногорск Тульской обл. - АО "Ясногорский машиностроительный завод" - 1996 г. 2) Acts of a planned audit of the plate pump PN-60/8 head. N 01, undergoing preliminary tests at the installation of MNUM-60. - Yasnogorsk, Tula region. - JSC "Yasnogorsk Engineering Plant" - 1996

3) Патент США 5833438A F 04 C 2/344 от 10.11.98 г. - прототип. 3) US patent 5833438A F 04 C 2/344 from 10.11.98, the prototype.

4) Насос пластинчатый ПН-60/8. Альбом чертежей. - г. Ясногорск Тульской обл. - АО "Ясногорский машиностроительный завод" - 1996 г. 4) Lamellar pump PN-60/8. Album of drawings. - Yasnogorsk, Tula region. - JSC "Yasnogorsk Engineering Plant" - 1996

Claims

A vane pump containing a housing, the internal cavity of which has a working cylindrical profiled surface with suction and discharge windows, a rotor located in the internal cavity of the housing, made in the form of a straight round cylinder, the axis of which coincides with the axis of the pump shaft, and movable interacting with the working surface of the housing in the radial direction, the plates placed in the radial grooves of the rotor, made without access to the end surfaces of the rotor, characterized in that nye grooves have a length l equal to 0.9995 - 0.9980 generatrix length L of the rotor.