RU2197641C1

RU2197641C1 - Rotary pump

Info

Publication number: RU2197641C1
Application number: RU2001120829A
Authority: RU
Inventors: В.П. Румянцев
Original assignee: Румянцев Валентин Павлович; Левшуков Вячеслав Николаевич
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; rotary machines. SUBSTANCE: invention relates to pumps and compressors. Pump has housing with inlet and outlet holes, driving and driven rotors mounted on shafts inside housing, shafts being coupled by synchronizing gears and provided with identical teeth with curvilinear side surfaces made to elongated epicycloids and with external cylindrical surface with radius R. Each surface of rotors arranged between surfaces of elongated epicycloids is made in form of convex cylindrical surface with radius r=0.414 R. Distance between axes of rotor shafts is equal to sum of said radii, edges in places of mating of outer cylindrical surface with surfaces of elongated epicycloids are rounded off to radius r₁ = 0,4-1,2 mm, length of all cylindrical surfaces being smaller than one fourth of generatrices of their circumferences by value of edge rounding off. Two crescent-shaped recesses are made either in one of housing walls or in both walls, perpendicular to rotor shafts at inner side. Recesses are arranged symmetrically relative to axis passing through centers of shafts, being pointed by their concave parts towards each other. EFFECT: provision of reliable operation at no cavitation. 6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, и в частности к роторным машинам, преимущественно к насосам и компрессорам. The invention relates to the field of engineering, and in particular to rotary machines, mainly to pumps and compressors.

Известна роторная объемная машина, содержащая корпус, впускной и выпускной патрубки, размещенные в корпусе ведущий и ведомый роторы с идентичными зубьями, синхронизирующие шестерни, закрепленные на валах роторов. Боковой профиль головки каждого зуба представляет собой кривую, которая близка к эпициклоиде, описываемой точкой на окружности основания при зацеплении зуба с сопряженным ротором. Боковой профиль ножки представляет собой кривую, описываемую вершиной зуба (патент Франции 2394670, МПК 7 F 01 С 1/08, 12.01.79). Known rotary volumetric machine containing a housing, inlet and outlet nozzles, housed in the housing of the driving and driven rotors with identical teeth, synchronizing gears mounted on the shafts of the rotors. The lateral profile of the head of each tooth is a curve that is close to the epicycloid, described by a point on the circumference of the base when the tooth engages with an associated rotor. The lateral profile of the leg is a curve described by the top of the tooth (French patent 2394670, IPC 7 F 01 C 1/08, 12.01.79).

Данная машина имеет сложную конструкцию, при этом возможны утечки перекачиваемой среды, так как вершина головки каждого зуба имеет острую кромку, которая в процессе эксплуатации неминуемо изнашивается, что снижает надежность работы машины: и ее характеристики. This machine has a complex structure, and leaks of the pumped medium are possible, since the top of the head of each tooth has a sharp edge, which inevitably wears out during operation, which reduces the reliability of the machine: and its characteristics.

Известна роторная машина, содержащая корпус с впускным и выпускным отверстиями, ведущий и ведомый роторы из разнородного материала, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие идентичные зубья с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными в виде циклоиды и с внешней цилиндрической поверхностью, образованной окружностью, имеющей в местах сопряжения с циклоидой острые кромки, причем каждая из поверхностей роторов, расположенная между поверхностями циклоиды, выполнена в виде выпуклой цилиндрической поверхности. При этом между внешними цилиндрическими поверхностями зубьев и стенками корпуса выполнены значительные зазоры, для устранения перетечек по которым на корпусе установлены уплотнительные устройства (патент Германии 1444, Н.кл. 27, 07.12.77). A rotary machine is known, comprising a housing with inlet and outlet openings, driving and driven rotors of heterogeneous material, located inside the housing on shafts connected by synchronizing gears and having identical teeth with curved side surfaces made in the form of a cycloid and with an external cylindrical surface formed by a circle having sharp edges at the interface with the cycloid, each of the surfaces of the rotors located between the surfaces of the cycloid is made in ide convex cylindrical surface. At the same time, significant gaps were made between the outer cylindrical surfaces of the teeth and the walls of the housing, to eliminate leakages along which sealing devices were installed on the housing (German patent 1444, N.cl. 27, 12/07/07).

Данная машина также имеет сложную конструкцию самих роторов и уплотнительных устройств, что снижает надежность работы, при этом наличие упомянутых острых кромок у зубьев роторов может привести к возникновению процесса кавитации перекачиваемой среды, что влечет за собой разрушение элементов конструкции машины. This machine also has a complex design of the rotors and sealing devices themselves, which reduces the reliability of operation, while the presence of the mentioned sharp edges at the teeth of the rotors can lead to the cavitation of the pumped medium, which entails the destruction of the structural elements of the machine.

Наиболее близким к заявленному насосу является роторный насос, содержащий корпус с впускным и выпускным отверстиями, ведущий и ведомый роторы, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие идентичные зубья с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными по удлиненной эпициклоиде и с внешней цилиндрической поверхностью с радиусом R, причем каждая из поверхностей роторов, расположенная между криволинейными поверхностями зубьев, выполнена в форме вогнутой цилиндрической поверхности, при этом в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности с поверхностью, образованной удлиненной эпициклоидой, образуются острые кромки (см. авторское свидетельство СССР 983316, МПК 7 F 04 С 2/00, 25.12.82). Closest to the claimed pump is a rotary pump containing a housing with inlet and outlet openings, driving and driven rotors located inside the housing on shafts connected by synchronizing gears, and having identical teeth with curved side surfaces made of an elongated epicycloid and with an external a cylindrical surface with a radius R, and each of the surfaces of the rotors located between the curved surfaces of the teeth is made in the form of a concave cylindrical surface surface, at the same time, sharp edges are formed at the junctions of the outer cylindrical surface with the surface formed by the elongated epicycloid (see USSR author's certificate 983316, IPC 7 F 04 С 2/00, 25.12.82).

Данный роторный насос позволяет перекачивать вязкие массы с волокнистыми включениями, что снижает вероятность заклинивания роторов при работе, но при этом несмотря на то, что между корпусом и зубьями можно выполнить минимальный зазор, неизбежны значительные утечки перекачиваемой среды между самими роторами. Наличие острых кромок также может привести к возникновению процесса кавитации и разрушению насоса. This rotary pump allows you to pump viscous masses with fibrous inclusions, which reduces the likelihood of jamming of the rotors during operation, but despite the fact that a minimum clearance can be made between the housing and the teeth, significant leakage of the pumped medium between the rotors themselves is inevitable. The presence of sharp edges can also lead to cavitation and destruction of the pump.

Задачей изобретения является повышение надежности работы насоса за счет уменьшения утечек перекачиваемой среды и снижения вероятности возникновения кавитационных режимов работы. The objective of the invention is to increase the reliability of the pump by reducing leakage of the pumped medium and reducing the likelihood of cavitation modes of operation.

Указанный технический результат достигается за счет того, что роторный насос содержит корпус с впускным и выпускным отверстиями, ведущий и ведомый роторы, расположенные внутри корпуса на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, и имеющие идентичные зубья с криволинейными боковыми поверхностями, выполненными по удлиненной эпициклоиде и с внешней цилиндрической поверхностью с радиусом R. Каждая из поверхностей роторов, расположенная между поверхностями удлиненной эпициклоиды, выполнена в виде выпуклой цилиндрической поверхности с радиусом r = 0,414 R, расстояние между осями валов роторов равно сумме указанных радиусов, причем кромки в местах сопряжения внешней цилиндрической поверхности с поверхностями удлиненной эпициклоиды выполнены закругленными с радиусом r₁ = 0,4-1,2 мм, при этом длина всех цилиндрических поверхностей меньше четверти образующих их окружностей на величину закругления кромок, а в одной из стенок корпуса или в обеих стенках, перпендикулярных валам роторов, выполнены два серповидных углубления (глухих отверстия), расположенные симметрично относительно оси, проходящей через центры валов, и ориентированные своими вогнутыми частями навстречу друг другу. На каждой внешней цилиндрической поверхности выполнена по меньшей мере одна продольная канавка, которая может быть расположена параллельно или под острым углом к оси вала соответствующего ротора. Продольная канавка может быть выполнена с поперечным сечением в виде полукруга или прямоугольника.The specified technical result is achieved due to the fact that the rotary pump contains a housing with inlet and outlet openings, leading and driven rotors located inside the housing on shafts connected by synchronizing gears, and having identical teeth with curved side surfaces made on an elongated epicycloid and with an external cylindrical surface with a radius R. Each of the surfaces of the rotors located between the surfaces of an elongated epicycloid is made in the form of a convex cylindrical surfaces with a radius r = 0.414 R, the distance between the axes of the rotor shafts is equal to the sum of the indicated radii, and the edges at the junctions of the outer cylindrical surface with the surfaces of the elongated epicycloids are rounded with a radius r ₁ = 0.4-1.2 mm, while the length of all cylindrical surfaces are less than a quarter of their circumferences by the amount of rounding, and in one of the walls of the casing or in both walls perpendicular to the shafts of the rotors, two sickle-shaped recesses (blind holes) are located, located symmetrically but relative to the axis passing through the centers of the shafts, and oriented with their concave parts towards each other. At least one longitudinal groove is made on each outer cylindrical surface, which can be parallel or at an acute angle to the axis of the shaft of the corresponding rotor. The longitudinal groove can be made with a cross section in the form of a semicircle or rectangle.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 изображено продольное сечение роторного насоса; на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1; на фиг. 3 - схема построения зубьев роторов; на фиг.4 - вид С фиг.1; на фиг.5 - сечение по В-В фиг.4. The invention is illustrated in graphic material, where figure 1 shows a longitudinal section of a rotary pump; figure 2 is a section along aa of figure 1; in FIG. 3 is a diagram of the construction of the teeth of the rotors; figure 4 is a view With figure 1; figure 5 is a section along bb In figure 4.

Роторный насос содержит корпус 1 со стенками 2 и патрубками, имеющими впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4, ведущий вал 5, установленный в подшипниках 6 и 7, ведомый вал 8, установленный в подшипниках 9 и 10, ведущий ротор 11 и ведомый ротор 12, каждый из роторов 11 и 12 имеет по два идентичных зуба 13, расположенных опозитно друг другу (диаметрально противоположно). На валах 5 и 8 закреплены синхронизирующие шестерни 14. Роторы 11 и 12 образуют рабочие полости 15, 16, 17 и 18, а зубья 13 роторов 11 и 12, имеющих оси в точках О и O₁, образованы внешними цилиндрическими поверхностями АВ и FG с радиусом R, боковыми поверхностями удлиненной эпициклоиды BC, DF, GM и AN и выпуклыми цилиндрическими поверхностями CD и MN с окружностью радиуса r = 0,414 R, причем кромки сопряжения внешних цилиндрических поверхностей с поверхностями удлиненных эпициклоид, то есть в точках A, B, F и G, закруглены радиусом r₁ = 0,4-1,2 мм, причем точки A, B, C, D, F, G, M и N лежат на лучах, выходящих из точки О под углом в 45^o, поэтому длина всех цилиндрических поверхностей равна четверти образующих их окружностей радиусами R и r, уменьшенной на величину закругления r₁. Расстояние между точками О и O₁ равно сумме радиусов R и r. Стенки 2 корпуса 1 расположены перпендикулярно валам 5 и 8 роторов 11 12. В одной из стенок 2 корпуса 1 или в обеих стенках 2 с внутренней стороны выполнены по два серповидных углубления 19 и 20, расположенные симметрично относительно оси, проходящей через центры валов 5 и 8, и ориентированные своими вогнутыми частями навстречу друг другу.The rotary pump comprises a housing 1 with walls 2 and nozzles having an inlet 3 and an outlet 4, a drive shaft 5 mounted in bearings 6 and 7, a driven shaft 8 installed in bearings 9 and 10, a driving rotor 11 and a driven rotor 12, each of the rotors 11 and 12 has two identical teeth 13 located oppositely to each other (diametrically opposite). Synchronizing gears 14 are fixed on the shafts 5 and 8. The rotors 11 and 12 form the working cavities 15, 16, 17 and 18, and the teeth 13 of the rotors 11 and 12, having axes at points O and O ₁ , are formed by the outer cylindrical surfaces AB and FG with radius R, the lateral surfaces of the elongated epicycloids BC, DF, GM and AN and the convex cylindrical surfaces CD and MN with a circle of radius r = 0.414 R, and the edges of the interface of the outer cylindrical surfaces with the surfaces of the elongated epicycloids, that is, at points A, B, F and G, rounded to a radius r ₁ = 0.4-1.2 mm, and the points A, B, C, D, F, G, M and N le atm for rays emanating from a point O at an angle of 45 ^o, so the length of the cylindrical surfaces equal to a quarter of the constituent circles of radii R and r, reduced by the amount of curvature r _1. The distance between points O and O ₁ is equal to the sum of the radii R and r. The walls 2 of the housing 1 are located perpendicular to the shafts 5 and 8 of the rotors 11 12. In one of the walls 2 of the housing 1 or in both walls 2, two crescent recesses 19 and 20 are arranged on the inside, located symmetrically with respect to the axis passing through the centers of the shafts 5 and 8 , and oriented with their concave parts towards each other.

Роторный насос работает следующим образом. Ведущий ротор 11 вращается против часовой стрелки, а ведомый ротор 12 вращается при этом по часовой стрелке. Перекачиваемая среда засасывается через впускное отверстие 3 в рабочую полость 15, а из рабочей полости 17 перекачиваемая среда выталкивается через выпускное отверстие 4. В это время рабочие полости 16 и 18 заполнены и перемещаются к выпускному отверстию 4, через которое они, в свою очередь, нагнетают среду потребителю. Если изменить направление вращения роторов 11 и 12, то среда будет перекачиваться в обратном направлении. Продольные канавки на каждой внешней цилиндрической поверхности (на чертеже не показаны) позволяют исключить заклинивание роторов 11 и 12 при перекачивании загрязненных сред, так как примеси имеют возможность попасть в канавки и переместиться к выпускному отверстию 4, а при использовании насоса для перекачивания чистых сред данные канавки можно заполнить любым уплотняющим элементом, например, изготовленным из резины или фторопласта, закрепив его в канавке при помощи клея. Расположение канавок под углом к оси вала также позволяет дополнительно снизить вероятность заклинивания, так как примеси при воздействии друг на друга могут смещаться вдоль самой канавки. The rotary pump operates as follows. The driving rotor 11 rotates counterclockwise, while the driven rotor 12 rotates in this case clockwise. The pumped medium is sucked through the inlet 3 into the working cavity 15, and from the working cavity 17 the pumped medium is pushed through the outlet 4. At this time, the working cavities 16 and 18 are filled and moved to the outlet 4, through which they, in turn, pump Wednesday to the consumer. If you change the direction of rotation of the rotors 11 and 12, the medium will be pumped in the opposite direction. The longitudinal grooves on each outer cylindrical surface (not shown in the drawing) can prevent jamming of the rotors 11 and 12 when pumping contaminated media, since impurities can get into the grooves and move to the outlet 4, and when using a pump to pump clean media these grooves can be filled with any sealing element, for example, made of rubber or fluoroplastic, securing it in the groove with glue. The location of the grooves at an angle to the axis of the shaft also allows to further reduce the likelihood of jamming, since impurities when acting on each other can move along the groove itself.

Для малогабаритных насосов выполняют упомянутые закругления с радиусом 0,4 мм, а для больших габаритов - 1,2 мм, что позволяет уменьшить вероятность возникновения кавитации, а для устранения возможных утечек в местах подхода закругленных кромок к поверхностям удлиненных эпициклоид, то есть в месте сопряжения их с поверхностью радиуса r, возможна постановка упомянутых уплотнительных элементов в аналогичные канавки. В этом месте уплотнительные элементы должны выступать наружу на величину закругления кромок. Размеры серповидных углублений 19 и 20 выбирают, исходя из условия свободного перетекания рабочей жидкости из полости между впадиной одного зуба 13 и наружной поверхностью другого в выпускное отверстие 4, причем центральная перемычка 22 между данными серповидными углублениями 19 и 20 выполняется с размерами, обеспечивающими перекрытие полости 21, образующейся при расположении осей симметрии зубьев 13 под углом в 45^o относительно оси, соединяющей центры валов 5 и 8 (см. фиг.2).For small-sized pumps, the aforementioned rounding is performed with a radius of 0.4 mm, and for large dimensions - 1.2 mm, which reduces the likelihood of cavitation, and to eliminate possible leaks at the places where the rounded edges approach the surfaces of elongated epicycloids, that is, at the interface them with a surface of radius r, it is possible to place the said sealing elements in similar grooves. At this point, the sealing elements should protrude outward by the amount of rounding. The dimensions of the crescent-shaped recesses 19 and 20 are selected based on the condition of free flow of the working fluid from the cavity between the cavity of one tooth 13 and the outer surface of the other into the outlet 4, and the central bridge 22 between these crescent-shaped recesses 19 and 20 is dimensioned to overlap the cavity 21 formed when the axes of symmetry of the teeth 13 are located at an angle of 45 ^o relative to the axis connecting the centers of the shafts 5 and 8 (see figure 2).

Claims

1. A rotary pump comprising a housing with inlet and outlet openings, driving and driven rotors located inside the housing on shafts connected by synchronizing gears, and having identical teeth with curved side surfaces made along an elongated epicycloid and with an external cylindrical surface with a radius R, characterized in that each of the surfaces of the rotors located between the surfaces of the elongated epicycloids is made in the form of a convex cylindrical surface with a radius of r = 0.414R, the spacing between the axes of the rotor shafts is equal to the sum of the indicated radii, and the edges at the junctions of the outer cylindrical surface with the surfaces of the elongated epicycloids are rounded with a radius r ₁ = 0.4-1.2 mm, while the length of all cylindrical surfaces is less than a quarter of their circumferences by the amount of rounding of the edges, and in one of the walls of the housing or in both walls perpendicular to the shafts of the rotors, two crescent recesses are arranged on the inside, located symmetrically relative to the axis passing through the centers of the shafts, and oriented with their concave parts towards each other.

2. The pump according to claim 1, characterized in that at least one longitudinal groove is made on each outer cylindrical surface.

3. The pump according to claim 2, characterized in that the longitudinal groove is parallel to the axis of the shaft of the corresponding rotor.

4. The pump according to claim 2, characterized in that the longitudinal groove is located at an acute angle to the axis of the shaft of the corresponding rotor.

5. The pump according to claim 3 or 4, characterized in that the longitudinal groove is made with a cross section in the form of a semicircle.

6. The pump according to claim 3 or 4, characterized in that the longitudinal groove is made with a cross section in the form of a rectangle.