RU2195581C2

RU2195581C2 - Helical rotor pump and rotor drive coupling

Info

Publication number: RU2195581C2
Application number: RU2000113782A
Authority: RU
Inventors: А.А. Анферов; М.И. Бурнышев; З.И. Еременко
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2002-12-27

Abstract

FIELD: construction, petrochemical, food and other industries. SUBSTANCE: helical rotor pump has rotor in form of single-start screw whose round cross-section is displaced relative to screw axis by value of eccentricity, station provided with double-start surface whose cross-section is formed by two semicircles connected by lines, and drive shaft connected with rotor. Axis of rotor is displaced at any moment relative to drive shaft axis by value of eccentricity. Two coupling members with tenon, arranged eccentrically in each coupling member and made in parallel with longitudinal axis, are secured on end faces of rotor and drive shaft. Tenons are connected by tie-rod. Coupling of rotor drive of helical rotor pump has coupling members with tenons secured on end faces of rotor and drive shafts. Axis of rotor is displaced at moment relative to axis of drive shaft by value of eccentricity. Flexible tie-rod is placed between tenons. Ends of tie rod are rigidly secured on tenons. Use of coupling in helical rotor pump makes it possible to transmit torque from drive shaft to rotor through units in which friction losses are reduced owing to reduction of contact stresses in points of mating of units and dispensing with units with reciprocating displacements along flat surfaces. EFFECT: improved distribution of load between coupling units. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к одновинтовым насосам, и может быть использовано в конструкциях одновинтовых насосов, предназначенных для перекачивания различных составов в строительной, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности. The invention relates to mechanical engineering, in particular to single-screw pumps, and can be used in the construction of single-screw pumps designed for pumping various compositions in the construction, petrochemical, food and other industries.

Известен одновинтовой насос, в котором для соединения ротора с ведущим валом использован гибкий упругий вал или скрученная пластина (патент GB 1379907, F 04 С 1/06, 05.05.1971). A single-screw pump is known in which a flexible elastic shaft or twisted plate is used to connect the rotor to the drive shaft (GB patent 1379907, F 04 C 1/06, 05/05/1971).

Известен одновинтовой насос, в котором для соединения ротора с ведущим валом использована крестово-кулисная муфта (муфта Ольдгэма), состоящая из двух полумуфт, каждая из которых имеет на торце по одному поперек оси расположенному шипу, входящему в соответствующий ему паз на расположенной между двумя полумуфтами шайбе (диске), при этом пазы на шайбе выполнены с разных ее сторон и взаимно перпендикулярны (Справочник металлиста. /Под редакцией канд. техн. наук С.А.Чернавского. М.: Машгиз, 1985, том 2, стр. 423). Его недостатком является то, что полумуфты, передающие через боковые поверхности шипов в пазах крутящий момент от ведущего вала ротору насоса, возвратно-поступательно перемещаясь в шайбе, работают с трением скольжения при больших контактных нагрузках, на преодоление которого расходуется мощность привода. В результате снижается коэффициент полезного действия насоса. A single-screw pump is known in which a cross-rocker coupling (Oldham coupling) is used to connect the rotor to the drive shaft, consisting of two half-couplings, each of which has a spike located at one end across the axis, which enters its groove located between two half-couplings washer (disk), while the grooves on the washer are made from different sides and are mutually perpendicular (Handbook of metalworker. / Edited by Candidate of Technical Sciences S.A. Chernavsky. M: Mashgiz, 1985, Volume 2, p. 423) . Its disadvantage is that the half couplings transmitting torque through the lateral surfaces of the studs in the grooves from the drive shaft to the pump rotor, reciprocatingly moving in the washer, work with sliding friction at high contact loads, to overcome which drive power is consumed. As a result, the efficiency of the pump is reduced.

Известен одновинтовой насос, принятый за ближайший аналог к одновинтовому насосу, содержащий ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и ведущий вал, соединенный с ротором (патент RU 2131538, F 04 С 2/197, 10.06.1999). Его недостатком также является значительный расход мощности привода, а соответственно и снижение коэффициента полезного действия. Known single-screw pump, adopted for the closest analogue to a single-screw pump, containing a rotor in the form of a single-start screw, the circular cross section of which is offset from the axis of the screw by the amount of eccentricity, a stator having a double-start screw surface, the cross section of which is formed by two semicircles connected by lines, and leading a shaft connected to the rotor (patent RU 2131538, F 04 C 2/197, 10.06.1999). Its disadvantage is also a significant consumption of drive power, and, accordingly, a decrease in efficiency.

Известна муфта для передачи крутящего момента (патент RU 2021551, F 16 D 3/50, 15.10.1994), состоящая из двух полумуфт, в каждой из которых имеются пальцы, попарно связанные между собой соединительными элементами. Пальцы разных полумуфт взаимно смещены в окружном направлении на величину, не меньшую диаметра пальца. Соединительные элементы могут быть втулками, кольцами или эллипсами, их внутренние диаметры равны двум диаметрам пальца. Недостатком является то, что при реверсировании, в случае углового перекоса полумуфт, пальцы будут ходить в соединительных элементах и возможны их биения, приводящие к разрушению от ударных нагрузок. A known coupling for transmitting torque (patent RU 2021551, F 16 D 3/50, 10/15/1994), consisting of two coupling halves, in each of which there are fingers pairwise interconnected by connecting elements. The fingers of different coupling halves are mutually offset in the circumferential direction by an amount not less than the diameter of the finger. The connecting elements can be bushings, rings or ellipses, their inner diameters equal to two diameters of the finger. The disadvantage is that when reversing, in the case of angular misalignment of the coupling halves, the fingers will walk in the connecting elements and their beats are possible, leading to destruction from shock loads.

Известна муфта привода ротора одновинтового насоса, принятая за ближайший аналог к муфте, содержащая полумуфты с размещенными по торцам шипами, закрепленные на торцах ротора и ведущего вала (патент DE 3604680, F 04 С 2/107, 18.09.1986). Ее недостатком является то, что данная муфта не может передавать крутящий момент при эксцентричном расположении валов. A known clutch of a rotor drive of a single-screw pump, adopted for the closest analogue to the coupling, containing half-couplings with spikes placed at the ends, mounted on the ends of the rotor and drive shaft (patent DE 3604680, F 04 C 2/107, 09/18/1986). Its disadvantage is that this coupling cannot transmit torque with an eccentric shaft arrangement.

Технической задачей изобретения является уменьшение потерь энергии привода насоса, повышение КПД, а также повышение его надежности. An object of the invention is to reduce the energy loss of the pump drive, increasing efficiency, as well as increasing its reliability.

Технический результат достигается тем, что в одновинтовом насосе, содержащем ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и ведущий вал, ось ротора в любой момент смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета, на торцах ротора и ведущего вала закреплены две полумуфты с шипом, эксцентрично расположенным на каждой из них и выполненным параллельно продольной оси, при этом шипы соединены между собой тягой. Технический результат также достигается тем, что в муфте привода ротора одновинтового насоса, содержащей полумуфты с размещенными по торцам шипами, закрепленные на торцах ротора и ведущего вала, ось ротора в любой момент смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета, а между шипами помещена упругая тяга, концы которой жестко закреплены в шипах. The technical result is achieved in that in a single-screw pump containing a rotor in the form of a single-start screw, the circular cross section of which is offset by the eccentricity from the axis of the screw, a stator having a double-screw surface, the cross section of which is formed by two semicircles connected by lines, and a drive shaft, the rotor axis at any time is shifted relative to the axis of the drive shaft by the amount of eccentricity, two coupling halves with a spike are fixed at the ends of the rotor and drive shaft, eccentrically located ennym on each of them and is made parallel to the longitudinal axis, the pins are interconnected by rod. The technical result is also achieved by the fact that in the rotor drive clutch of a single-screw pump containing half-couplings with spikes placed at the ends, mounted on the ends of the rotor and the drive shaft, the rotor axis at any time is offset relative to the axis of the drive shaft by the amount of eccentricity, and an elastic rod is placed between the spikes , the ends of which are rigidly fixed in spikes.

На фиг. 1 представлен одновинтовой насос, статор которого выполнен из эластичного материала. In FIG. 1 shows a single screw pump, the stator of which is made of an elastic material.

На фиг.2 - разрез А-А активной части одновинтового насоса. Figure 2 - section aa the active part of a single-screw pump.

На фиг.3 - разрез Б-Б на муфте. Figure 3 is a section bB on the coupling.

Одновинтовой насос включает ротор 1 в виде однозаходного винта, статор 2 из эластичного материала, статор облицован гильзой 3. Винтовые поверхности ротора 1 и статора 2 имеют одинаковое направление. Ротор 1 имеет однозаходную винтовую рабочую поверхность, каждое сечение которой, нормальное оси ротора, является кругом диаметра Dp, центр которого смещен относительно оси О₁ на величину эксцентриситета Lp. Центры поперечных сечений ротора 1 образуют винтовую линию с шагом t. Статор 2 имеет двухзаходную винтовую поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными прямыми линиями. Повороту контура статора 2 на угол 2π соответствует осевое перемещение на величину хода его винтовой поверхности Т=2t. Эластичный материал статора 2 имеет твердость 50-75 ед. по Шору. Ротор 1 посредством муфты 4 соединен с ведущим валом 5. Ось ротора 1 в любой момент смещена относительно оси ведущего вала 5 на определенную величину, называемую эксцентриситетом (Lp). Муфта 4 выполнена из двух полумуфт 6 и 7, каждая из которых закреплена на ведущем валу 5 и роторе 1 соответственно. На полумуфтах 6 и 7 установлены шипы 8 и 9, между которыми размещена тяга 10. Усилие, пропорциональное крутящему моменту, передается от ведущего вала 5 через шип 8 полумуфты 6 тяге 10, соединенной с шипом 9 полумуфты 7. Эксцентриситет между осями ведущего вала 5 и ротора 1 в процессе вращения приводит к изменению плеча приложения усилия от крутящего момента. Изменение плеча приложения усилия заставляет тягу 10 испытывать изгибные напряжения, поэтому тяга 10 выполнена упругой, концы ее жестко закреплены в шипах 8, 9.A single-screw pump includes a rotor 1 in the form of a single-screw, a stator 2 made of elastic material, the stator is lined with sleeve 3. The screw surfaces of the rotor 1 and stator 2 have the same direction. The rotor 1 has a single start screw working surface, each section of which is normal to the axis of the rotor, is a circle of diameter Dp, the center of which is offset relative to the axis O ₁ by the amount of eccentricity Lp. The centers of the cross sections of the rotor 1 form a helix with a step t. The stator 2 has a two-way helical surface, the cross section of which is formed by two semicircles connected by straight lines. The rotation of the stator contour 2 by an angle of 2π corresponds to axial displacement by the value of the stroke of its helical surface T = 2t. The elastic material of stator 2 has a hardness of 50-75 units. Shore. The rotor 1 is connected via a clutch 4 to the drive shaft 5. The axis of the rotor 1 is offset at any time relative to the axis of the drive shaft 5 by a certain amount called eccentricity (Lp). The coupling 4 is made of two coupling halves 6 and 7, each of which is mounted on the drive shaft 5 and the rotor 1, respectively. On the coupling halves 6 and 7, studs 8 and 9 are installed, between which the rod 10 is placed. A force proportional to the torque is transmitted from the drive shaft 5 through the stud 8 of the coupling half 6 to the rod 10 connected to the stud 9 of the coupling half 7. Eccentricity between the axes of the drive shaft 5 and rotor 1 during rotation leads to a change in the shoulder of the application of force from the torque. Changing the shoulder of the application of force causes the thrust 10 to experience bending stresses, so the thrust 10 is made elastic, its ends are rigidly fixed in the spikes 8, 9.

Одновинтовой насос работает следующим образом. При вращении ротор осуществляет планетарное движение, складывающееся из вращения поперечных сечений ротора вокруг оси ротора О₁ и вращения оси ротора О₁ вокруг оси насоса О. При этом ось ротора О₁ описывает окружность радиусом, равным Lp, а круглые поперечные сечения ротора осуществляют возвратно-поступательные перемещения вдоль оси ОО₁, перемещаясь из верхнего крайнего положения в нижнее и обратно. Величина этого перемещения в одну сторону равна 4Lp. В каждом положении сечение ротора контактирует с сечением статора, причем в двух крайних положениях контакт осуществляется по дугам, а в промежуточных - в точках. Совокупность этих точек и линий образует линии замыкания, разделяющие образованные между ротором и статором замкнутые полости. При вращении ротора полости перемещаются по винтовой линии от камеры всасывания, где они заполняются перекачиваемой средой, транспортируя ее до камеры нагнетания. За один оборот ротора винтовой насос вытесняет жидкость с расчетным объемом 4•Lp•Dp•Т. Насос при этом может создавать давление в зависимости от количества витков ротора. Требуемый крутящий момент для выполнения работы насоса по перекачиванию среды с необходимым давлением передается с ведущего вала на ротор через узлы муфты, в которых снижены потери на трение за счет уменьшения контактных напряжений в точках сопряжения узлов и устранения узлов с возвратно-поступательными перемещениями по плоским поверхностям. Происходит более благоприятное распределение нагрузки по узлам муфты.Single screw pump operates as follows. During rotation, the rotor carries out planetary motion, consisting of the rotation of the cross sections of the rotor around the axis of the rotor O ₁ and the rotation of the axis of the rotor O ₁ around the axis of the pump O. Moreover, the axis of the rotor O ₁ describes a circle with a radius equal to Lp, and the circular cross sections of the rotor carry out translational movements along the axis of OO ₁ , moving from the upper extreme position to the lower and vice versa. The magnitude of this movement in one direction is 4Lp. In each position, the rotor section is in contact with the stator section, and in the two extreme positions, the contact is made along arcs, and in the intermediate ones, at points. The combination of these points and lines forms circuit lines separating closed cavities formed between the rotor and stator. When the rotor rotates, the cavities move along a helix from the suction chamber, where they are filled with the pumped medium, transporting it to the discharge chamber. For one revolution of the rotor, a screw pump displaces a liquid with a design volume of 4 • Lp • Dp • T. The pump can create pressure depending on the number of turns of the rotor. The required torque for the pump to pump the medium with the required pressure is transmitted from the drive shaft to the rotor through the coupling units, in which friction losses are reduced by reducing contact stresses at the interface points of the units and eliminating units with reciprocating movements on flat surfaces. A more favorable load distribution occurs over the coupling nodes.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить КПД и надежность одновинтового насоса. Thus, the present invention improves the efficiency and reliability of a single-screw pump.

Claims

1. A single-screw pump containing a rotor in the form of a single-start screw, the circular cross section of which is offset by the eccentricity from the axis of the screw, a stator having a double-screw surface, the cross section of which is formed by two semicircles connected by lines, and a drive shaft connected to the rotor, characterized the fact that the rotor axis at any moment is offset relative to the axis of the drive shaft by the amount of eccentricity, two coupling halves with a spike are fixed on the ends of the rotor and drive shaft, eccentrically located ennym on each of them, and is made parallel to the longitudinal axis, the pins are interconnected by rod.

2. A single-screw pump rotor drive clutch containing half-couplings with spikes placed at the ends is fixed at the ends of the rotor and drive shaft, characterized in that the rotor axis is offset by the eccentricity value at any time from the axis of the drive shaft, and an elastic rod is placed between the spikes, the ends of which are rigidly fixed in spikes.