жидкостно-кольцевая машина
Классы МПК: | F04C7/00 Роторные машины или насосы с жидкостным кольцом F04C19/00 Роторные компрессоры с жидкостным кольцом |
Автор(ы): | Райзман Исак Абрамович, Данилин Александр Сергеевич |
Патентообладатель(и): | Райзман Исак Абрамович, Данилин Александр Сергеевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-04-01 публикация патента:
27.08.1996 |
Использование: в компрессоростроении и вакуумной технике, а именно в жидкостнокольцевых насосах и компрессорах. Сущность изобретения: периферийные участки лопаток рабочего колеса выполнены изогнутыми в направлении вращения таким образом, что угол между перпендикулярном к нормали, опущенной из конца лопатки колеса к периферийной поверхности спинки соседней с ней лопатки, и касательной к периферийной поверхности спинки лопатки в конечной ее точке находится в пределах от 0 до 15o. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Жидкостно-кольцевая машина, содержащая корпус, торцовые крышки с всасывающими и нагнетательными окнами, эксцентрично размещенное рабочее колесо с лопатками, изогнутыми в направлении вращения, отличающаяся тем, что периферийные участки лопаток выполнены профилированными, при этом угол между перпендикуляром к нормали, опущенной из конца лопатки колеса к периферийной поверхности спинки соседней с ней лопатки, и касательной к периферийной поверхности спинки лопатки в конечной ее точке находится в пределах 0 15o. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что периферийные участки лопаток выполнены профилированными по прямой линии с минимальной длиной прямоугольного участка, определяемой из соотношения1>0,4r2sin(/z),
где r2 наружный радиус колеса;
z число лопаток колеса.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к компрессоростроению и вакуумной технике, конкретно к жидкостно-кольцевым насосам и компрессорам. Известна жидкостно-кольцевая машина (ЖКМ), содержащая корпус, торцовые крышки с каналами подвода и отвода рабочей среды, эксцентрично размещенное рабочее колесо с лопатками, изогнутыми в направлении вращения (Головинцов А. Г. Ротационные компрессоры. М. Машгиз, 1964, с.153, фиг.97). Недостатком указанной конструкции является низкий КПД из-за потерь мощности на вихреобразование при отрыве пограничного слоя на внешней стороне периферийных частей лопаток при обтекании жидкостью лопаток рабочего колеса, а также возникающий из-за этого высокий шум, износ поверхностей лопаток и внутренней поверхности корпуса. Известна также жидкостно-кольцевая машина, содержащая корпус, торцовые крышки с каналами подвода и отвода рабочей среды, эксцентpично размещенное рабочее колесо с лопатками, изогнутыми в направлении вращения, при этом периферийные части лопаток выполнены изогнутыми против направления вращения с радиусом кривизны 0,01 0,25 радиуса колеса, а угол между касательными к окружности колеса и окружности изгиба лопатки в точке их соединения находится в пределах 90 140o (SU, N 1405490, кл. F 04 C 7/00, 1986). Недостатками этой конструкции являются:низкий КПД и неустойчивая работа ЖКМ на режимах высокого вакуума из-за уменьшения скорости жидкости в безлопаточном пространстве вследствие увеличения угла выхода лопаток колеса (угла между касательной к средней линии лопатки и касательной к окружности колеса) на его наружном диаметре до значений 90 140o;
потери мощности на турбулизацию потока жидкости в безлопаточном пространстве из-за несовпадения линий тока в безлопаточном пространстве и на наружном диаметре колеса;
сложность технологии и высокая стоимость изготовления лопаток такого профиля;
большой износ концевых поверхностей по сравнению с остальными частями лопаток. Наиболее близкой по технической сущности является ЖКМ, содержащая корпус с окнами всасывания и нагнетания и эксцентрично расположенное в корпусе рабочее колесо, выполненное в виде ступицы с криволинейными лопатками, при этом периферийный участок каждой лопасти выполнен со скосом, причем кромка лопатки образована внешней криволинейной рабочей поверхностью лопатки и поверхностью скоса, а угол между плоскостями, касательными к указанным поверхностям со стороны кромки лопасти, является острым (SU, N 1700282, кл. F 04 C 7/00, 19/00, 1988). Недостатком указанной конструкции является низкий КПД из-за увеличения потерь мощности на вихреобразование при отрыве пограничного слоя на внешней стороне периферийных частей лопаток, вызванном увеличением диффузорности канала между лопатками. Техническая задача повышение КПД ЖКМ, уменьшение шума и износа поверхностей лопаток. Технический результат достигается тем, что в предложенной жидкостно-кольцевой машине периферийные части лопаток выполняются профилированными таким образом, чтобы угол между перпендикуляром к нормали, опущенной из конца лопатки колеса к периферийной поверхности спинки соседней с ней лопатки, и касательной к периферийной поверхности спинки лопатки был в пределах 0 15o. На фиг.1 представлена жидкостно-кольцевая машина, на фиг.2 фрагмент рабочего колеса ЖКМ, на фиг.3 фрагмент колеса ЖКМ с криволинейными лопатками, изогнутыми в направлении вращения, на фиг.4 фрагмент колеса с лопатками, периферийные участки которых выполнены прямолинейными. Жидкостно-кольцевая машина содержит корпус 1, торцовые крышки 2 со всасывающими и нагнетательными окнами 3 и 4, эксцентрично размещенное рабочее колесо 5 с лопатками 6, изогнутыми в направлении вращения. Периферийные поверхности лопаток 7 выполнены профилированными таким образом, чтобы угол между перпендикулярно 8 к нормали 9, опущенной из конца лопатки 10 к периферийной поверхности спинки 11 соседней к ней лопатки, и касательной 12 в конечной точке к периферийной поверхности спинки лопатки был в пределах 0 15o. Форма лопатки описывается уравнениями, принятыми при проектировании ЖКМ (Фролов Е.С. и др. Механические вакуумные насосы). Rc R1 + (R2 R1)/3
R5=(R22-R2c)/(2R2cos(2л));
R1 0,4R2
где Rc радиус точек сопряжения криволинейной и радиальной части лопатки;
R2 наружный радиус колеса;
R5 радиус средней линии криволинейной части лопатки;
R3 радиус центров окружностей, описывающих криволинейную часть лопатки;
R1 радиус втулки колеса. Из точки К (конец лопатки) проведена дуга окружности до касания с периферийной поверхностью спинки соседней с ней лопатки в точке. Тогда КЛ - нормаль к указанной поверхности. Нормаль КЛ проходит также через точку С - центр, из которого очерчена периферийная поверхность спинки лопатки; ЛЛ" - перпендикуляр к нормали КЛ. Пусть KK" и DD" касательные к двум соседним лопаткам в токах на наружном радиусе колеса, угол между ними равен углу между двумя соседними лопатками, т.е. 2/Z. Тогда затылочный угол равен
где т.к. , то
и т.к. , то
Угол ВКС равен
где ,
Тогда
Тогда находится
DC r5,
Тогда
где KD=2r2sin(/Z);
Из точки К (конец лопатки) проведена дуга окружности до касания с периферийной поверхностью спинки соседней лопатки в точке L. Тогда KL нормаль к указанной поверхности; LL" перпендикуляр к нормали KL. , DD" касательная к лопатке. Затылочный угол равен углу между LL" и ED или углу между перпендикулярам к ним, т.е. углу . Если периферийная поверхность спинки лопатки прямолинейная, по крайней мере, до пересечения с нормалью, опущенной из точки К, то величина затылочного угла равна нулю. Тогда минимальная длина прямолинейного участка 1 определяется длиной ED равной ND, т.е. ED ND, . Из треугольника KND
ND=KDcos(2л-/Z)
KD=2r2sin(/Z)
Однако, так как величина затылочного угла ограничена 15o, то минимальная длина прямолинейного участка периферийной части лопатки может быть соответственно уменьшена на величину NE. Приняв из треугольника и NKE определяем длины NL и LE. NL KNtg(15o)
KN=KDsin(2л-/Z)
LE r5sin(15o). Тогда длина отрезка ED может быть приближенно определена
Учтем погрешность изготовления лопаток, составляющую 0,85 0,95 от длины периферийной части лопатки 1. Окончательно длина прямолинейного участка периферийной поверхности лопатки 1 составит
Так как угол 2л в ЖКМ всегда находится в пределах 30 60o, z 12 36, 0,2r2 < r5 < r2 (Фролов В.С. и др. Механические вакуумные насосы. М. Машиностроение, 1989). Тогда, 1>0,4r2sin(/Z)
Жидкостно-кольцевая машина работает следующим образом. При вращении колеса 5 образуется жидкостное кольцо. На стороне всасывания жидкость выходит между лопатками 6 колеса 5 к корпусу 1 и происходит всасывание газа через всасывающие окна 3. На стороне сжатия жидкость выходит между лопатками 6 в колесо 5 и выталкивает газ в нагнетательное окно 4. Таким образом выполнение периферийных частей лопаток профилированными приводит к повышению КПД жидкостнокольцевой машины, так как снижаются потери мощности на вихреобразование.
Класс F04C7/00 Роторные машины или насосы с жидкостным кольцом
жидкостно-кольцевая машина - патент 2492360 (10.09.2013) | |
жидкостно-кольцевая машина - патент 2492359 (10.09.2013) | |
двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина - патент 2411396 (10.02.2011) | |
центробежная парогазогидравлическая машина (варианты) - патент 2374493 (27.11.2009) | |
жидкостно-кольцевой вакуумный насос - патент 2347109 (20.02.2009) | |
двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина - патент 2343316 (10.01.2009) | |
вакуумный жидкостно-кольцевой насос - патент 2342562 (27.12.2008) | |
жидкостно-кольцевой насос винтового типа - патент 2341687 (20.12.2008) | |
жидкостно-кольцевой вакуумный насос - патент 2322613 (20.04.2008) | |
жидкостно-кольцевая машина - патент 2307261 (27.09.2007) |
Класс F04C19/00 Роторные компрессоры с жидкостным кольцом