винтовой насос

Формула изобретения

Винтовой насос, содержащий корпус, обойму, роторы с винтовой нарезкой, синхронизирующие шестерни, рабочий объем с полостями всасывания и нагнетания, внутреннюю полость с подшипниковыми опорами, одно уплотняющее устройство в опоре ведущего ротора со стороны привода мощности и эластичную оболочку, отличающийся тем, что оболочка крепится на фланцах с торцев корпуса с образованием между наружной поверхностью оболочки и поверхностью обоймы рабочего объема, изолированного при помощи оболочки от внутренней полости, имеющей разъем для подачи сжатого газа для отжатия оболочки от поверхности профиля винтовой нарезки, при этом винтовая нарезка имеет плавный профиль, ограничивающий деформацию оболочки в рабочих пределах, и систему отверстий и канавок для подачи вспомогательного материала, например смазки, снижающего потери на трение между профилем и оболочкой или предотвращающего соприкосновение профиля с оболочкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к винтовым насосам.

Известна конструкция одновинтового насоса (Балденко Д.Ф. и др. Винтовые насосы, Москва, Машиностроение, 1982, с. 224, рис. 39-40), состоящего из приводного вала, жестко связанного с винтом, корпуса насоса и "взвешенной обоймы", выполненной из упругого неметаллического или композиционного материала. Винт совершает чисто вращательное движение соосно приводному валу. Кинематика пары винт-обойма обеспечивается подвижностью гибкой обоймы, закрепленной с одного торца в корпусе насоса так, что она может совершать радиальное перемещение в пределах эксцентриситета, при этом геометрия рабочей поверхности обоймы не изменяется, не считая деформации в пределах натяга в паре винт-обойма.

Недостаток - ограниченность по оборотам и возможность применения только для малых подачи и давлений, т.к. их рост может привести к заклиниванию винта на входном участке.

Наиболее близким техническим решением является двухвинтовой насос RU 2094658 C1, 27.10.1997, F 04 C 2/16, содержащий корпус и установленную в корпус обойму, в цилиндрических расточках которой размещены жестко сопряженные с валами роторы с винтовой нарезкой и в резиновой оболочке, синхронизирующие шестерни, камеры всасывания нагнетания. Толщина резиновой b оболочки в зависимости от глубины H погружения мехпримеси в резиновую оболочку определяется из условия b = (1,6-2)H. Резиновая оболочка вращается вместе с ротором и в сечении повторяет профиль винта, который имеет прямоугольную или иную, как правило угловатую, форму в сечении. Валы установлены в подшипниковых опорах. Между камерами всасывания и полостями опор могут быть установлены концевые уплотнения, а могут и не устанавливаться, в последнем случае подшипники и шестерни работают в перекачиваемой среде и уплотняющее устройство по типу концевого уплотнения может устанавливаться только на опоре со стороны привода мощности. Характерным для каждого уплотняющего устройства являются ограничения по перепаду давления между уплотняющими полостями.

Недостаток - наличие объемных потерь и неэффективность при перекачке газожидкостных смесей из-за зазоров в паре винт-обойма и в сопряжении профилей винтов, отсутствие в конструкции насоса возможности регулирования по подаче, ограничения по давлению в рабочих полостях насоса из-за установки уплотняющих устройств, постановка которых также увеличивает габариты и снижает надежность, высокая стоимость замены резиновой оболочки во время ремонта, ограничения по температуре перекачиваемой среды из-за низких рабочих температур резинового покрытия.

Задачей изобретения является уменьшение объемных потерь, повышение эффективности при перекачке газожидкостных смесей, обеспечение широкого диапазона регулирования по подаче и давлению работы насоса, увеличение возможностей по температуре перекачиваемой среды, уменьшение габаритов.

Поставленная задача достигается тем, что в винтовом насосе, содержащем корпус, обойму, роторы с винтовой нарезкой, синхронизирующие шестерни, рабочий объем с полостями всасывания и нагнетания, внутреннюю полость с подшипниковыми опорами, одно уплотняющее устройство в опоре ведущего ротора со стороны привода мощности и эластичную оболочку, которая крепится на фланцах с торцев корпуса с образованием между наружной поверхностью оболочки и поверхностью обоймы рабочего объема, изолированного при помощи оболочки от внутренней полости, имеющей разъем для подачи сжатого газа для отжатия оболочки от поверхности профиля винтовой нарезки, винтовая нарезка имеет плавный профиль, ограничивающий деформацию оболочки в рабочих пределах, и систему отверстий и канавок для подачи вспомогательного материала, например смазки, снижающего потери на трение между профилем и оболочкой или предотвращающего соприкосновение профиля с оболочкой.

Суть изобретения заключается в том, что отделение оболочки от ротора путем ее крепления к фланцам корпуса позволяет изолировать рабочий объем от внутренней полости, тем самым отпадает необходимость в применении концевых уплотнений, разделяющих рабочий объем от окружающей среды и от полостей подшипниковых опор, что приводит к уменьшению габаритов и к возможности использования типовых подшипников и систем смазки. Кроме того, оболочка, которая в свободном состоянии может являться, к примеру, полым цилиндром, за счет эластичности частично обтягивает винтовой профиль и легко отслеживает контур и сопряжение профилей винтовой нарезки при вращении, тем самым изолирует друг от друга полости всасывания и нагнетания. Лучшей изоляции полостей в рабочем объеме способствует вспомогательный материал, подаваемый в промежуток между внутренней поверхностью оболочки и профилем винтовой нарезки. Практически герметичное разделение полости всасывания от полости нагнетания приводит к снижению объемных потерь и к повышению эффективности при перекачке газожидкостных смесей, в том числе смесей с высоким газовым фактором. Материал оболочки за счет требования по обеспечению эластичности может иметь дополнительные ограничения по тепловому режиму работы, по сравнению с другими деталями насоса, поэтому для перекачки сред с повышенной температурой необходим отвод тепла от оболочки, что выполнимо за счет повышения расхода вспомогательного материала, например жидкой смазки. Подача сжатого газа, безопасного для работы насоса и для обслуживающего персонала, во внутреннюю полость, т.е. под оболочку, позволяет уменьшить усилие поджатия оболочки к профилю винтовой нарезки, которое вызвано воздействием давления в рабочем объеме и упругостью самой оболочки, это в конечном счете снизит потери на трение в паре винт-оболочка. При величинах давления газа под оболочкой, превышающих величины давления в рабочем объеме, произойдет значительное отжатие оболочки от винтового профиля в зоне впадин, тем самым уменьшится рабочий объем насоса, а значит, и снизится его подача, в обратном случае, т. е. за счет снижения давления во внутренней полости, можно повысить производительность насоса.

На фиг. 1 представлен общий вид насоса, на фиг. 2 - А фиг. 1.

Насос содержит: корпус, рабочий объем с полостями всасывания 23 и нагнетания 24, обойму 2, в каждой расточке 3 обоймы 2 размещена эластичная оболочка 4, ведомый и ведущий роторы, состоящие из валов 5 и 6 и втулок 7, 8 с винтовой нарезкой, подшипниковые опоры 9, 10 и синхронизирующие шестерни 11, 12, уплотняющее устройство 27 в опоре ведущего ротора со стороны привода мощности. Во внутренней полости между опорами 9, 10 и втулками 7, 8 предусмотрены полости 13, 14 для сбора и отвода вспомогательного материала (далее - смазки) из внутренней поверхности оболочек. Полости 13, 14 могут быть объединены с полостями опор 9, 10. Профиль винтовых втулок 7, 8 имеет плавную конфигурацию и высокий класс чистоты обработки поверхностей, крепятся втулки к валам при помощи штифтов 28. Валы 5, 6 имеют втулки 16 с приемными отверстиями, центральные отверстия 15 и отверстия 17 для принудительного подвода смазки на втулки 7, 8, у которых предусмотрены ответные отверстия 20 для подвода смазки к маслораспределительным канавкам 22 на вершинах винтовой нарезки, маслораспределительные канавки 22 смещены в сторону полости нагнетания 24. На втулках 7, 8 также имеются отверстия 18 и пазы 19 для отвода смазки и суфлирования межвитковых впадин. Оболочка 4 выполнена из эластичного материала и по форме может представлять собой полый цилиндр, внутренняя поверхность которого гладкая, наружная может иметь шероховатость. Крепится каждая оболочка на фланцах 21 с торцев корпуса с образованием между наружной поверхностью оболочки и поверхностью обоймы 2 рабочего объема, изолированного при помощи оболочки 4 от внутренней полости, имеющей разъем для подачи сжатого газа для отжатия оболочки 4 от поверхности профиля винтовой нарезки. Дополнительно оболочка может фиксироваться от скручивания в промежуточном сечении полости нагнетания 24. Диаметральный размер оболочек 4 выбран таким, что оболочка обтягивает вершины и часть боковых поверхностей винтовых поверхностей втулок 7, 8. Зазор между обоймой 2 и вершиной винтовой нарезки, а также между сопрягаемыми винтовыми нарезками роторов отличается от толщины цилиндрической оболочки 4 на величину слоя смазки, поступающего через маслораспределительные канавки 22 и распределенного по поверхности контакта профиля винтовых втулок и оболочки 4. Смазка подается и отводится через агрегат 25 системы подачи и отвода смазки. Подача газа для отжима оболочки 4 и регулирования рабочего объема насоса производится агрегатом 26 системы наддува внутренней полости, включающей полости 13, 14.

Насос работает следующим образом.

Перед запуском агрегатом 25 через систему отверстий в валах и втулках 7, 8 производится подача смазки к поверхностям трения оболочки и профиля винтовой нарезки (см. фиг. 1 - стрелками показано направление движения смазки). При вращении ротора перекачиваемая среда поступает в полости всасывания 23, заполняет винтовые впадины между обоймой 2 и наружной поверхностью оболочек 4 и, далее перемещаясь по винтовому рабочему объему, поступает в камеру нагнетания 24. Постоянный подвод смазки под давлением в зону контакта оболочки и профиля винтовой нарезки обеспечивает низкий коэффициент трения в зоне контакта и герметичное разделение полостей всасывания 23 и нагнетания 24. Часть тепла от трения уносится перекачиваемой средой, а часть отводится прокачиваемым маслом и элементами конструкции в окружающую среду. Параметры подаваемой смазки в зону трения оболочки и профиля винтовой нарезки выбираются из условия работы в допустимом диапазоне температуры трущихся поверхностей при полном прилегании оболочки к профилю винтовой нарезки под действием давления перекачиваемой среды. При повышенной температуре перекачиваемой среды предусматривается увеличение подачи смазки. Подача системой наддува 26 в полость трансмиссии сжатого воздуха или инертного газа обеспечит противодавление давлению перекачиваемой среды и отожмет оболочку 4 от поверхности винтового профиля втулок 7, 8, снижая потери на трение. Величиной противодавления также можно изменять рабочий объем насоса, регулируя подачу при любом давлении в полостях всасывания 23 и нагнетания 24 на любых оборотах роторов насоса.

Использование предлагаемого изобретения позволит уменьшить объемные потери при работе насоса, повысить эффективность насоса при перекачке газожидкостных смесей, уменьшить число рабочих витков винтовой нарезки и отказаться от применения концевых уплотнений, уменьшающих габариты насоса, обеспечивать регулирование по подаче и давлению работы насоса и повысить значение предельной температуры перекачиваемой среды.