RU2360147C1

RU2360147C1 - Vacuum sliding blade rotary pump

Info

Publication number: RU2360147C1
Application number: RU2007138127/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Авдеев (RU); Александр Владимирович Авдеев; Александр Юрьевич Галкин (RU); Александр Юрьевич Галкин; Владимир Михайлович Елькин (RU); Владимир Михайлович Елькин; Виктор Григорьевич Охотников (RU); Виктор Григорьевич Охотников; Рашит Равильевич Шехмаметьев (RU); Рашит Равильевич Шехмаметьев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Транспневматика"
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2009-06-27
Also published as: RU2007138127A

Abstract

FIELD: motors and pumps.

SUBSTANCE: vacuum sliding blade rotary pump contains cylindrical housing with operating cavity, end cover, gasket, inlet connection, outlet connection, adapter, rotor, which is placed on the shaft eccentrically as regard to housing, and at least four blades located in radial grooves of the rotor and centrally symmetrically to the rotor axis. The said four blades are installed so that they can move in radial direction. The pump is also comprised of rolling bearings, retaining ring, gland and pulley ensured with fastening elements. The blades are located so that they can move in axial direction. The rotor seats on the shaft with minimum guaranteed clearance so that it can centre independently in axial direction relative to the body cavity and cover during pump operation due to the sliding seating. The seating itself is made cylindrical on the most of the shaft. The other smaller part is provided with fastening element, for example cylinder with flats to prevent cranking.

EFFECT: simple design of pump, improved efficiency factor and highest attainable vacuum, minimised friction between rotor ends and cover or body surfaces while pump compression is maximised.

4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вакуумным роторным насосам, которые можно использовать в автомобильной промышленности для создания вакуума в усилителях тормозного привода автомобиля, а также в гидравлических или пневматических системах. Известна роторно-пластинчатая машина [RU 2146338 С1, 10.03.2000, F04C 2/344], которая может быть использована в насосах, компрессорах, гидромоторах, пневмодвигателях, детандерах. Машина содержит корпус с крышками, в которых расположены соответственно распределительные шайбы с каналами для подвода и отвода рабочей среды. Внутри корпуса установлены статор на опорах качения с возможностью вращения относительно корпуса и эксцентрично расположенный ротор (с величиной эксцентриситета относительно статора), в радиальных пазах которого подвижно установлены пластины. На торцевых поверхностях ротора в кольцевых пазах установлены кольца с возможностью перемещения в радиальных направлениях. Величина наружного диаметра каждого кольца определяется по формуле d=D-2h, где D - внутренний диаметр статора, h - высота пластины. Повышается надежность машины путем упрощения конструкции.The invention relates to mechanical engineering, in particular to vacuum rotary pumps, which can be used in the automotive industry to create a vacuum in the brake booster of a vehicle, as well as in hydraulic or pneumatic systems. Known rotary vane machine [RU 2146338 C1, 03/10/2000, F04C 2/344], which can be used in pumps, compressors, hydraulic motors, air motors, expanders. The machine comprises a housing with covers in which distribution washers with channels for supplying and discharging a working medium are located respectively. Inside the housing, a stator is mounted on rolling bearings with the possibility of rotation relative to the housing and an eccentrically located rotor (with an eccentricity relative to the stator), in the radial grooves of which the plates are movably mounted. On the end surfaces of the rotor in the annular grooves installed rings with the ability to move in radial directions. The value of the outer diameter of each ring is determined by the formula d = D-2h, where D is the inner diameter of the stator, h is the height of the plate. The reliability of the machine is increased by simplifying the design.

Недостатками представленного в качестве аналога насоса являются большое количество деталей, несопоставимое с решаемой задачей, и сложность в изготовлении и монтаже деталей и насоса в целом.The disadvantages of being presented as an analogue of the pump are a large number of parts, incomparable with the problem being solved, and the difficulty in manufacturing and installing parts and the pump as a whole.

В качестве прототипа выбран известный вакуумный пластинчато-роторный насос [RU 2195582 С2, 27.12.2002, F04C 2/344], содержащий цилиндрический корпус с торцевыми крышками, с входным и выходным штуцерами, размещенный на валу эксцентрично корпусу ротор, включающий расположенные в радиальных пазах рабочие пластины, причем зазоры между соединениями насоса уплотнены рабочей жидкостью, отличающийся тем, что рабочей жидкостью является вода. Водой уплотнены зазоры между соединениями внутри насоса, а для подачи воды в насос и ее непрерывной циркуляции во время рабочего цикла в роторе выполнены торцевые кольцевые проточки, в одной из торцевых крышек корпуса расположены две взаимно перпендикулярные, связанные между собой полости, причем первая полость перпендикулярна оси вращения ротора, связана перепускным каналом с одной из кольцевых проточек ротора и в ней установлен регулировочный винт, а во второй полости помещен конец ниппеля для подачи воды от источника.As a prototype, a well-known vacuum rotary vane pump [RU 2195582 C2, 12/27/2002, F04C 2/344] is selected, comprising a cylindrical housing with end caps, with inlet and outlet fittings, an eccentric rotor housing located on the shaft, including a rotor located in radial grooves working plates, and the gaps between the pump connections are sealed with a working fluid, characterized in that the working fluid is water. The gaps between the connections inside the pump are sealed with water, and for supplying water to the pump and its continuous circulation during the working cycle, end ring grooves are made in the rotor, two mutually perpendicular, interconnected cavities are located in one of the end caps of the housing, the first cavity being perpendicular to the axis rotor rotation is connected by the bypass channel to one of the annular grooves of the rotor and an adjustment screw is installed in it, and the end of the nipple for supplying water from the source is placed in the second cavity.

Недостатками представленного прототипа является необходимость сложного расчета, точного изготовления деталей и точной сборки насоса для выставки оптимальных осевых зазоров между ротором и торцевыми крышками для предотвращения задевания этих деталей во всем температурном диапазоне условий эксплуатации. При увеличенных осевых зазорах уменьшается степень компрессии, а соответственно и КПД насоса. Кроме того, при соединении деталей вал - ротор с цилиндрическими поверхностями при изменении температуры возможно проворачивание относительно друг друга вышеназванных деталей, что ведет, как минимум, к снижению производительности насоса.The disadvantages of the prototype presented are the need for complex calculation, accurate manufacturing of parts and accurate assembly of the pump to exhibit optimal axial clearances between the rotor and end caps to prevent these parts from grazing in the entire temperature range of operating conditions. With increased axial clearances, the degree of compression, and accordingly the pump efficiency, decreases. In addition, when connecting parts of the shaft - rotor with cylindrical surfaces with a change in temperature, it is possible to rotate the above parts relative to each other, which leads, at a minimum, to a decrease in pump performance.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение конструкции насоса, повышение КПД, повышение глубины предельного вакуума, снижение до минимума трения между торцами ротора и плоскостями крышки и корпуса при максимизации компрессии насоса. Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение конструкции насоса, повышение КПД, повышение глубины продольного вакуума, снижение до минимума трения между торцами ротора и плоскостями крышки и корпуса при максимизации компрессии насоса.The problem to which this invention is directed is to simplify the design of the pump, increase efficiency, increase the depth of ultimate vacuum, minimize friction between the ends of the rotor and the planes of the cover and housing while maximizing the compression of the pump. The problem to which this invention is directed is to simplify the design of the pump, increase the efficiency, increase the depth of the longitudinal vacuum, minimize friction between the ends of the rotor and the planes of the lid and housing while maximizing the compression of the pump.

Поставленная задача решается за счет того, что в вакуумном пластинчато-роторном насосе, содержащем цилиндрический корпус с рабочей полостью, торцевую крышку, прокладку, входной штуцер, выходной штуцер, переходник, ротор, размещенный на валу эксцентрично корпусу с, по меньшей мере, четырьмя пластинами, расположенными в радиальных пазах ротора центрально симметрично оси ротора с возможностью радиального перемещения, подшипники качения, стопорное кольцо, манжету и шкив с крепежными деталями, согласно изобретению пластины расположены с возможностью осевого перемещения, посадка ротора на вал выполнена с минимальным гарантированным зазором с возможностью осевого самоцентрирования ротора по валу относительно полости корпуса и крышки во время работы насоса за счет скользящей посадки, причем на большей части вала посадка выполнена цилиндрической, другая меньшая часть вала снабжена элементом фиксации против проворота, например цилиндром с лысками.The problem is solved due to the fact that in a vacuum rotary vane pump containing a cylindrical housing with a working cavity, an end cap, a gasket, an inlet fitting, an outlet fitting, an adapter, a rotor placed on the shaft eccentrically to the housing with at least four plates arranged in radial grooves of the rotor centrally symmetrical to the rotor axis with the possibility of radial movement, rolling bearings, circlip, collar and pulley with fasteners, according to the invention, the plates are located with with the possibility of axial movement, the landing of the rotor on the shaft is made with a minimum guaranteed clearance with the possibility of axial self-centering of the rotor along the shaft relative to the cavity of the housing and the cover during operation of the pump due to the sliding fit, moreover, on most of the shaft, the landing is cylindrical, the other smaller part of the shaft is equipped with a fixing element anti-rotation, for example a cylinder with flats.

Расчет скользящей посадки вала с ротором для обеспечения осевого зазора между ротором с валом и полостью корпуса и крышки насоса применительно для конкретного исполнения на заводе-заявителе.Calculation of the sliding fit of the shaft with the rotor to ensure axial clearance between the rotor with the shaft and the cavity of the housing and the pump cover for a specific design at the applicant plant.

Ротор - ⌀17^+0,05 _+0,01; ⌀15,8^+0,1; 12^+0,12 _+0,1;Rotor - ⌀17 ^+0.05 _+0.01 ; ⌀15.8 ^+0.1 ; 12 ^+0.12 _+0.1 ;

Вал - ⌀17^-0,016 _-0,027; ⌀15,8^-0.05 _-0,15; 12^-0,1 _-0,2.Val - ⌀17 ^-0.016 _-0.027 ; ⌀15.8 ^-0.05 _-0.15 ; 12 ^-0.1 _-0.2 .

По размеру ⌀17 (Е) Фиг.3Size ⌀17 (E) Figure 3

Δ=⌀17^+0,05 _+0,01-⌀17^-0,016 _-0,027=0^+0,077 _+0,026;Δ = ⌀17 ^+0.05 _+0.01 -⌀17 ^-0.016 _-0.027 = 0 ^+0.077 _+0.026 ;

По размеру ⌀15,8 (Г) Фиг.2Size ⌀15.8 (D) Figure 2

Δ=⌀15,8^+0,1-⌀15,8^-0,05 _-0,15=0^+0,25 _+0,05;Δ = ⌀15.8 ^+0.1 -⌀15.8 ^-0.05 _-0.15 = 0 ^+0.25 _+0.05 ;

По размеру 12 (Д) Фиг.2Size 12 (D) Figure 2

Δ=12^+0,2 _+0,1-12^-0,1 _-0,2=0^+0,4 _+0,2;Δ = 12 ^+0.2 _+0.1 -12 ^-0.1 _-0.2 = 0 ^+0.4 _+0.2 ;

Высота полости между крышкой и корпусом - 49^+0,050 (и) Фиг.4:The height of the cavity between the cover and the housing is 49 ^+0.050 (and) Figure 4:

Высота ротора - 49^-0,050 _-0,075; (Ж) Фиг.4The height of the rotor - 49 ^-0.050 _-0.075; (G) Figure 4

Δ=49^+0,050-49^-0,050 _-0,075=0^+0,125 _+0,050;Δ = 49 ^+0.050 -49 ^-0.050 _-0.075 = 0 ^+0.125 _+0.050 ;

Δ/2=0^+0,0625 _+0,025;Δ / 2 = 0 ^+0.0625 _+0.025 ;

Сущность изобретения иллюстрируется следующими чертежами и расчетами: на фиг.1 - общий вид насоса в разрезе, на фиг.2 - разрез А-А в увеличенном масштабе, на фиг.3 - разрез Б-Б, на фиг.4 выноска В в увеличенном масштабе. Насос содержит цилиндрический корпус 1 с выходным штуцером 12, прокладку 2 для герметизации, торцевую крышку 3 и установленный на шарикоподшипниках 4 и 5 эксцентрично корпусу вал 11 с ротором 6 и с пластинами 7, расположенными в пазах ротора центрально симметрично относительно оси ротора. На торцевой крышке 3 имеется входной штуцер 8, переходник 9 для подачи рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости может быть использовано машинное масло, которым во время рабочего цикла уплотняются все зазоры между пластинами, ротором и корпусом. В корпусе 1 расположены стопорное кольцо 17 для фиксации подшипников 5, манжета 18 для герметизации. На валу 11 установлен шкив 10, закрепленный болтом 14 с шайбами 15 и 16. Посадка ротора 6 на вал 11 выполнена с минимальным гарантированным зазором с возможностью осевого самоцентрирования ротора 6 по валу 11 относительно полости корпуса 1 и плоскостью крышки 3 во время работы насоса за счет скользящей посадки. На большей части вала 11 посадка выполнена цилиндрической, другая меньшая часть вала 11 снабжена элементом фиксации против проворота в виде цилиндра с лысками.The invention is illustrated by the following drawings and calculations: figure 1 is a General view of the pump in section, figure 2 is a section aa on an enlarged scale, figure 3 is a section bB, figure 4 leader B in an enlarged scale. The pump comprises a cylindrical housing 1 with an outlet fitting 12, a gasket 2 for sealing, an end cap 3 and a shaft 11 mounted on ball bearings 4 and 5 eccentrically to the housing with a rotor 6 and with plates 7 located in the rotor slots centrally symmetrical with respect to the rotor axis. On the end cap 3 there is an inlet fitting 8, an adapter 9 for supplying a working fluid. As a working fluid, machine oil can be used, which during the working cycle tightens all the gaps between the plates, the rotor and the housing. In the housing 1 there is a snap ring 17 for fixing the bearings 5, a sleeve 18 for sealing. A pulley 10 is mounted on the shaft 11, fixed by a bolt 14 with washers 15 and 16. The landing of the rotor 6 on the shaft 11 is made with a minimum guaranteed clearance with the possibility of axial self-centering of the rotor 6 along the shaft 11 relative to the housing cavity 1 and the cover plane 3 during pump operation due to rolling fit. On most of the shaft 11, the landing is cylindrical, the other smaller part of the shaft 11 is equipped with a locking element against rotation in the form of a cylinder with flats.

Работа насоса осуществляется следующим образом. При запуске насоса масло из системы двигателя через переходник 9 поступает во внутреннюю полость насоса. При включении насоса вращение от электродвигателя (не показан) через клиноременную передачу и шкив 10 передается валу 11, ротору 6 с пластинами 7 с возможностью радиального и осевого перемещения для предотвращения затирания и заклинивания ротора с пластинами в корпусе. Посадка ротора 6 на вал 11 выполнена с гарантированным зазором для возможности осевого самоцентрирования ротора 6 по валу 11 относительно полости корпуса 1 и плоскостью крышки 3. Зазор выполнен минимальным для предотвращения разбаланса ротора. На большей части вала 11 посадка выполнена цилиндрической, другая меньшая часть вала 11 снабжена элементом фиксации в виде цилиндра с лысками для предотвращения проворота ротора по валу. Под действием центробежной силы пластины 7 и масло отбрасываются к внутренним стенкам корпуса 1. Масло заполняет все зазоры между соединениями насоса. В процессе работы насоса масло поступает в насос постоянно и, пройдя через него, уносится потоком газа через выходной штуцер 12. При вращении ротора 6 пластины 7 прижимаются к стенкам корпуса 1, обеспечивая изменение объема рабочей камеры 13, образующейся поверхностями корпуса 1, ротора 6 и пластин 7. В начале цикла объем камеры 13 возрастает до максимального значения (в конце процесса всасывания), затем уменьшается, обеспечивая процесс сжатия газа до соответствующего давления нагнетания. Выхлоп газа вместе с использованным маслом осуществляется через выходной штуцер 12, а поступление газа в рабочую камеру 13 из откачиваемого объема (не показан) - через входной штуцер 8. За один оборот ротора 6 совершается четыре рабочих цикла. Шкив 10, насаженный на вал 11, крепится болтом 14 с шайбой 15 и пружинной шайбой 16. В пазу корпуса 1 находится стопорная шайба 17 для осевого стопорения подшипников 5. Для защиты подшипников 5 от продуктов окружающей среды в корпусе 1 предусмотрена армированная манжета 17.The pump is as follows. When starting the pump, oil from the engine system through the adapter 9 enters the internal cavity of the pump. When the pump is turned on, rotation from an electric motor (not shown) through a V-belt drive and a pulley 10 is transmitted to the shaft 11, the rotor 6 with the plates 7 with the possibility of radial and axial movement to prevent jamming and jamming of the rotor with the plates in the housing. The landing of the rotor 6 on the shaft 11 is made with a guaranteed gap for the possibility of axial self-centering of the rotor 6 along the shaft 11 relative to the cavity of the housing 1 and the plane of the cover 3. The clearance is minimal to prevent the rotor unbalance. On most of the shaft 11, the landing is cylindrical, the other smaller part of the shaft 11 is equipped with a locking element in the form of a cylinder with flats to prevent rotation of the rotor along the shaft. Under the action of centrifugal force, the plates 7 and the oil are thrown to the inner walls of the housing 1. The oil fills all the gaps between the pump connections. During the operation of the pump, the oil enters the pump constantly and, passing through it, is carried away by the gas flow through the outlet fitting 12. When the rotor 6 is rotated, the plates 7 are pressed against the walls of the housing 1, providing a change in the volume of the working chamber 13 formed by the surfaces of the housing 1, of the rotor 6 and plates 7. At the beginning of the cycle, the volume of the chamber 13 increases to the maximum value (at the end of the suction process), then decreases, providing the process of gas compression to the corresponding discharge pressure. The gas is exhausted together with the used oil through the outlet 12, and the gas enters the working chamber 13 from the pumped volume (not shown) through the inlet 8. For one revolution of the rotor 6 four work cycles are performed. The pulley 10, mounted on the shaft 11, is fastened with a bolt 14 with a washer 15 and a spring washer 16. A lock washer 17 is located in the groove of the housing 1 for axial locking of the bearings 5. To protect the bearings 5 from environmental products, a reinforced sleeve 17 is provided in the housing 1.

Предлагаемое техническое устройство прошло все штатные испытания на дизельных двигателях автомобилей ГА3-3309 и ГА3-33081 ОАО «ГАЗ», показало хорошие результаты по основным техническим характеристикам.The proposed technical device has passed all routine tests on diesel engines of automobiles GA3-3309 and GA3-33081 of OJSC GAZ, and has shown good results in terms of basic technical characteristics.

Claims

A vacuum rotary vane pump containing a cylindrical housing with a working cavity, an end cap, a gasket, an inlet fitting, an outlet fitting, an adapter, a rotor located on the shaft eccentrically to the housing and with at least four plates located in the radial grooves of the rotor centrally symmetrically rotor axes with the possibility of radial movement, rolling bearings, circlip, cuff and pulley with fasteners, characterized in that the plates are axially movable, the rotor is mounted and the shaft is made with a minimum guaranteed clearance with the possibility of axial self-centering of the rotor along the shaft relative to the cavity of the housing and the cover during operation of the pump due to the sliding fit, moreover, the landing is made cylindrical on most of the shaft, the other, smaller, part of the shaft is provided with a locking element against rotation, for example cylinder with flats.