RU220514U1 - Секторный нагнетатель - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нагнетательным установкам и может использоваться, в частности, в вентиляторостроении и компрессоростроении.

Техническая проблема заключается в упрощении конструкции и улучшении рабочих характеристик нагнетателя.

Технический результат настоящей полезной модели состоит в повышении к.п.д. нагнетателя, что обусловлено снижением механических потерь на приведение в движение рабочего органа при использовании кривошипно-шатунного механизма привода и минимизацией объема «мертвого пространства» между рабочим органом и обратными клапанами в конце процессов выталкивания перемещаемой среды из рабочей камеры.

Поставленная проблема решается тем, что секторный нагнетатель, содержащий корпус, включающий плоские и криволинейные стенки, ограничивающие рабочий объем, впускной и выпускной патрубки, клапаны, размещенные в корпусе вал привода, посаженный на подшипники, и плоскую прямоугольную лопасть, имеет корпус, выполненный в виде сектора цилиндра, плоская прямоугольная лопасть разделяет рабочий объем на две камеры и одной своей стороной жестко закреплена на валу привода, а другие ее стороны по периметру примыкают с минимальным зазором к внутренним поверхностям стенок корпуса, радиально расположенные плоские стенки корпуса имеют впускные и выпускные окна, к которым примыкают закрепленные на внешних сторонах стенок клапанные коробки, соединенные с помощью коллекторов соответственно с впускными и выпускными патрубками, в клапанных коробках установлены обратные клапаны, вал привода соединен с валом двигателя при помощи кривошипно-шатунного механизма с возможностью совершать качательные движения совместно с плоской прямоугольной лопастью. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к нагнетательным установкам и может использоваться, в частности, в вентиляторостроении и компрессоростроении.

Широко используемые для перемещения газовых сред лопастные нагнетатели центробежного и осевого типов имеют низкий создаваемый напор и невысокий к.п.д. Повышение создаваемого напора путем многоступенчатого исполнения нагнетателей значительно усложняет их конструкцию [Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия,1977. с. 194-206, с. 233-240].

Высокий создаваемый напор могут обеспечивать нагнетатели объемного типа. В известных нагнетателях такого типа с возвратно-поступательным движением рабочего органа - поршня или диафрагмы - подача перемещаемой среды осуществляется прерывисто, а рабочий орган имеет холостой ход. В нагнетателях с вращательным движением рабочего органа - ротационных, винтовых, шестеренных - из-за малого объема рабочей камеры нагнетателей их подача обычно не велика. Недостатком является и значительный износ элементов рабочего органа и сопрягаемых с ним поверхностей трения в процессе работы нагнетателей.

Например, в известном нагнетателе [Абдурашитов С.А., Тупеченков А.А., Вершинин И.М., Тененгольц С.М. Насосы и компрессоры. М.: Недра, 1974. с. 168 (рис. 71.1)], содержащем корпус в виде цилиндрического статора с боковыми стенками, размещенный в корпусе вал привода с охватывающей его ступицей, в радиальном пазу которой расположена лопасть, в процессе работы происходит повышенный износ кромки лопасти, трущейся о поверхность статора, и возможно заклинивание лопасти при радиальных ее перемещениях в пазу ступицы во время вращательного движения рабочего органа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является нагнетатель, содержащий корпус, включающий плоские и криволинейные стенки, ограничивающие рабочий объем, впускной и выпускной патрубки, клапаны, размещенные в корпусе вал привода, посаженный на подшипники, и плоскую прямоугольную лопасть [Патент на изобретение RU №2442022 С1, МПК F04C 18/077, от 05.07.2010. Опубл. 10.02.2012. Бюл. №4] - прототип.

Недостатком известного устройства является наличие в составе нагнетателя зубчатых зацеплений с шестернями, имеющими внутренние зубья с разрывами по окружности, что создает шум при работе и снижает надежность устройства из-за износа трущихся элементов зацеплений. Кроме того, необходимость тщательной центровки и балансировки вращающихся элементов нагнетателя усложняет технологию его изготовления.

Техническая проблема заключается в упрощении конструкции и улучшении рабочих характеристик нагнетателя.

Технический результат настоящей полезной модели состоит в повышении к.п.д. нагнетателя, что обусловлено снижением механических потерь на приведение в движение рабочего органа при использовании кривошипно-шатунного механизма привода и минимизацией объема «мертвого пространства» между рабочим органом и обратными клапанами в конце процессов выталкивания перемещаемой среды из рабочей камеры.

Поставленная проблема решается тем, что секторный нагнетатель, содержащий корпус, включающий плоские и криволинейные стенки, ограничивающие рабочий объем, впускной и выпускной патрубки, клапаны, размещенные в корпусе вал привода, посаженный на подшипники, и плоскую прямоугольную лопасть, имеет корпус, выполненный в виде сектора цилиндра, плоская прямоугольная лопасть разделяет рабочий объем на две камеры и одной своей стороной жестко закреплена на валу привода, а другие ее стороны по периметру примыкают с минимальным зазором к внутренним поверхностям стенок корпуса, радиально расположенные плоские стенки корпуса имеют впускные и выпускные окна, к которым примыкают закрепленные на внешних сторонах стенок клапанные коробки, соединенные с помощью коллекторов соответственно с впускными и выпускными патрубками, в клапанных коробках установлены обратные клапаны, вал привода соединен с валом двигателя при помощи кривошипно-шатунного механизма с возможностью совершать качательные движения совместно с плоской прямоугольной лопастью.

В отличие от известного устройства, совокупность отличительных признаков позволяет упростить конструкцию и улучшить рабочие характеристики нагнетателя.

Выполнение корпуса в виде сектора цилиндра с впускными и выпускными окнами на радиальных плоских стенках дает возможность минимизировать зазор между поверхностями радиальных стенок и рабочим органом - плоской прямоугольной лопастью - в конце его рабочего хода при качательных движениях в процессе работы. Мертвое пространство рабочего объема нагнетателя при этом минимально и ограничивается подклапанным пространством за окнами в радиальных плоских стенках. Объемный к.п.д. нагнетателя за счет уменьшения мертвого пространства повышается.

Использование кривошипно-шатунного механизма для передачи момента силы от двигателя к рабочему органу позволяет уменьшить механические потери в приводе, что повышает механический к.п.д. нагнетателя, и дает возможность улучшить такие его характеристики как бесшумность работы и надежность.

На фиг. 1 показана схема секторного нагнетателя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - кинематическая схема привода.

Секторный нагнетатель содержит корпус, состоящий из плоских боковых 1 и радиальных 2 стенок и криволинейных стенок 3 и 4, ограничивающих рабочий объем 5. В корпусе размещен вал привода 6, посаженный на подшипники 7 и снабженный уплотнениями 8. На вале привода 6 жестко закреплена одной своей стороной плоская прямоугольная лопасть 9, разделяющая рабочий объем 5 на две камеры а и в, и примыкающая другими своими сторонами с минимальным зазором 10 к внутренним поверхностям плоских боковых стенок 1 и криволинейной стенки 3. Радиальные плоские стенки 2 имеют впускные 11 и выпускные 12 окна, к которым примыкают закрепленные на внешних сторонах стенок 2 клапанные коробки 13 с установленными в них обратными клапанами 14. Клапанные коробки 13, примыкающие к впускным окнам 11, с помощью коллектора 15 соединены с впускным патрубком 16. Клапанные коробки 13, примыкающие к выпускным окнам 12, с помощью коллектора 17 соединены с выпускным патрубком 18. Вал привода 6 имеет уплотнение 19 в кольцевом зазоре с криволинейной стенкой 4 корпуса, препятствующее перетокам перемещаемой среды между камерами а и в рабочего объема 5. Соединение вала привода 6 с валом двигателя 20 осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, включающего в себя кривошипы 21 и 22 со ступицами 23 и 24, имеющими шпоночное соединение с валами 6 и 20, и шарнирно соединенный с кривошипами 21 и 22 шатун 25.

Секторный нагнетатель работает следующим образом. При круговом вращении вала двигателя 20 и закрепленной на нем ступицей 24 с кривошипом 22 через шатун 25 передается на кривошип 21 момент силы переменного направления. При этом кривошип 21, вал привода 6, имеющий шпоночное соединение через ступицу 23 с кривошипом 21, а также жестко закрепленная одной своей стороной на валу привода 6 плоская прямоугольная лопасть 9 будут совершать качательные движения, заключающиеся в угловых поворотах вокруг оси вала привода 6 на величину угла раскрытия секторного корпуса нагнетателя. Угловые движения лопасти 9 от одной радиально расположенной стенки 2 корпуса до другой, противоположной, стенки 2 и назад в процессе качания приведут к постоянно меняющемуся во времени распределению рабочего объема 5 между камерами а и в и переменному в них давлению. Переменное давление и наличие обратных клапанов 14 в клапанных коробках 13 позволяют осуществлять подачу перемещаемой среды через каждую камеру а и в по принципу действия поршневых нагнетателей.

Примем за начальное крайнее правое (см. фиг. 1) положение плоской прямоугольной лопасти 9 в непосредственной близости у правой радиальной стенки 2. При этом положении лопасти 9 объем камеры в близок к нулю, а камера а занимает практически весь рабочий объем 5 корпуса нагнетателя. Движение лопасти 9 по направлению против часовой стрелки приводит к увеличению объема камеры в и уменьшению объема камеры а. Как следствие, давление в камере в уменьшается, а в камере а увеличивается. Возникают разнонаправленные разности давлений, действующие на верхние и нижние обратные клапаны 14 в клапанных коробках 13 и приводящие соответствующие клапаны в состояние «открыто» или «закрыто». Поступающая через впускной патрубок 16 перемещаемая среда проходит через коллектор 15, открытый нижний обратный клапан 14 камеры в и через правое впускное окно 11 заполняет расширяющийся объем камеры в. Верхний обратный клапан 14 камеры в, а также нижний обратный клапан 14 камеры а в это время закрыты. Сжимаемая в камере а перемещаемая среда при повышенном давлении проходит через левое выпускное окно 12 и верхний открытый обратный клапан 14 камеры а в коллектор 17, далее в выпускной патрубок 18, откуда направляется к месту использования.

После достижения крайнего левого положения, в процессе качательного движения плоская прямоугольная лопасть 9 перемещается в направлении по часовой стрелке. Функции камер а и в при этом меняются. Под действием изменившихся разностей давлений перемещаемой среды, действующих на обратные клапаны 14, последние изменяют свое положение «открыто» - «закрыто» на противоположное. При данном движении лопасти 9 перемещаемая среда, проходя от впускного патрубка 16 через коллектор 15, открытый нижний обратный клапан 14 камеры а, левое впускное окно 11, заполняет расширяющийся объем камеры а. Верхний обратный клапан 14 камеры а и нижний обратный клапан 14 камеры в в это время закрыты. Сжимаемая в камере в перемещаемая среда с повышенным давлением проходит через правое выпускное окно 12 и верхний открытый обратный клапан 14 камеры в в коллектор 17, затем в выпускной патрубок 18, откуда направляется по назначению.

Далее рабочий цикл повторяется в указанной выше последовательности. Таким образом, осуществляется непрерывная подача перемещаемой среды нагнетателем.

При работе нагнетателя с высоким давлением сжатия перемещаемой среды для повышения его к.п.д. важно, чтобы зазор 10 между кромками плоской прямоугольной лопасти 9 и внутренними поверхностями плоских боковых стенок 1 и криволинейной стенки 3 был минимален настолько, насколько позволяет технология изготовления нагнетателя и условия его эксплуатации. Важное значение для недопущения перетоков перемещаемой среды из камеры а в камеру в и наоборот имеют уплотнения 19, установленные в щелевом пространстве между валом привода 6 и криволинейной стенкой 4 корпуса нагнетателя. Для обеспечения герметичности рабочего объема корпуса нагнетателя служат уплотнения 8, установленные на вале привода 6 в непосредственной близости к подшипникам 7.

Расчетные оценки показывают, что за счет исключения перетоков перемещаемой среды и минимизации «мертвого пространства» предлагаемый секторный нагнетатель может иметь объемный к.п.д. (коэффициент подачи) 0,98 и выше.

Исполнение предлагаемого секторного нагнетателя, например, с углом раскрытия радиальных стенок корпуса 120°, со сторонами прямоугольной лопасти 0,75 м (в радиальном направлении) и 1 м, при частоте качательного движения лопасти 1 рабочий ход в секунду от одного крайнего положения до другого, обеспечивает подачу перекачиваемой среды 2000 м³/ч. При этом напор может достигать 0,5-1 кг/см², а при соответствующем механическом укреплении стенок корпуса и выше.

Основные преимущества предлагаемого секторного нагнетателя по сравнению с известными аналогичными устройствами следующие:

- простота конструкции и технологичность изготовления;

- независимость подачи от создаваемого напора;

- малая шумность при работе;

- повышенные надежность и срок службы;

- высокий К.П.Д.

Claims (1)

1. Секторный нагнетатель, содержащий корпус, включающий плоские и криволинейные стенки, ограничивающие рабочий объем, впускной и выпускной патрубки, клапаны, размещенные в корпусе вал привода, посаженный на подшипники, и плоскую прямоугольную лопасть, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде сектора цилиндра, плоская прямоугольная лопасть разделяет рабочий объем на две камеры и одной своей стороной жестко закреплена на валу привода, а другие ее стороны по периметру примыкают с минимальными зазорами к внутренним поверхностям стенок корпуса, радиально расположенные плоские стенки корпуса имеют впускные и выпускные окна, к которым примыкают закрепленные на внешних сторонах стенок клапанные коробки, соединенные с помощью коллекторов соответственно с впускными и выпускными патрубками, в клапанных коробках установлены обратные клапаны, вал привода соединен с валом двигателя при помощи кривошипно-шатунного механизма с возможностью совершать качательные движения совместно с плоской прямоугольной лопастью.

Images