Однозаходный винт роторного насоса

 

Сущность изобретения: винт выполнен в виде тела вращения с осью, смещение i относительно оси его поперечього се ния на величину эксцентриситета. Гфи диаметре (d) сечения винта и эксцентриситете (е) шаг винта равен 4е« радиус кривизны профиля винта равен удвоенному эксцентриситету, наружный диаметр винта равен D d + 2е. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 04 С 2/1

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 48697.31/29 (22) 01.10.90 (46) 15.12.92. Ьюл. М 46 (75) Г.К.Берман, В.Н.Кестельман и Г.С.Хаит (56) Каталог "Инпродтормаш-86", конструкция одновинтового роторного насоса П8ОНА. (54) ОДНОЗАХОДНЫЙ ВИНТ РОТОРНОГО

НАСОСА

Изобретение относится к устройствам для перекачки жидкостей, а именно к винтовым насосам, содержащим двухзаходный статор, размещенный в нем однозаходный винт-ротор и может быть использовано для перекачивания разнообразных дисперсных систем в различных отраслях народного хозяйства; нефтехимическая промышленность, агропромышленный комплекс, коммунальное хозяйство и т.д., в частности может найти применение в резииотехнической промышленности при перекачке латексов и их смесей на линиях производства изделий из латекса, на линиях подачи масел (диактилфталат) при производстве изделий медицинского назначения и товаров народного потребления из пластизолей ПВХ и т.д.

Известна конструкция винта насоса, в котором поверхность впадин винтовой нарезки и внутренняя поверхность статора выполнены коническими, причем с целью увеличения стабильности параметров при эксплуатации, диаметр впадин винтовой нарезки изменяется обратно пропорциональ„„543 „, 1781460 Al

2 (57) Сущность изобретения: винт выполи н в виде тела вращения с осью, смзщеннс i относительно оси его поперечного се: ния на величину эксцентриситета. Г ри диаметре (о) сечения винта и эксцентриситете (е) шаг винта равен 4е, радиус кривизны профиля винта равен удвоенному эксцентриситету, наружный диаметр винта равен 0- d+ 2е. 2 ил. м но изменению диаметра наружной поверх» ности, Недостатком данной конструкции является то, что коническое сопряжение винтаротора со статором не обеспечивает получения максимального удельного обьема (а следовательно производительности) между впадинэли винта ротора и выступами статора.

Известна конструкция насоса. у которо- -

ro винт имеет профиль, образованный пара- /hi. болой. Однако недостатком конструкции (" является то, что параболическая кривая не С) охватывает в поперечном сечении максимальную для данкой геометрии винта площадь, а следовательно не обеспечивает для данной геометрии максимальную удельную производительность насоса.

Наиболее близка по техниче=кой сущности и числу общих признаков к предлагаемому изобретению конструкция винта одновинтового роторного насоса П8-ОНА, принятая за прототип, в которой вертикальный продольный профиль винта представ1781460 (-"1„, 6+(Яя dx. (6) ляет повторяющиеся вогнутые и выпуклые цепные линии произвольной кривизны.

В этой конструкции при вращении винта дисперсная среда, находящаяся в замкнутом объеме между наружной и 5 внутренней поверхностями винта и статора, передавливается из одного замкнутого объема в другой, перемещаясь по длине насоса к выходному патрубку. Производительность винтового насоса целиком определяется ве- 10 личиной замкнутого объема между поверхностями винта и статора, а максимальная величина замкнутого объема зависит от максимальной площади вертикального продольного профиля винта. 15 .Недостатком данной конструкции является то, что для данной геометрии винта производительность не является максимальной, так как для данной геометрии вйнта вертикальный профиль его в продольном 20 сечении образован цепной линией, то есть кривой, не охватывающей в поперечном се- ченйи винта максимальную площадь.

Целью данного изобретения является достижение максимальной производитель- - 25 ности при заданных диаметре сечения винта и эксцентриситете.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции винта гри фиксированном диаметре сечения (d) и эксцен- .30 триситете (е) его шаг равен 4е, а радиус кривизны профиля винта равен удвоенному эксцентриситету.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции вертикальный 35 продольный профиль его имеет форму ряда последовательно соприкасающихся дуг полуокружностей, описанных из центров, находящихся на касательной к наружной поверхности винта, радиусом, равным удво- 40 енному эксцентриситету указанного винта, .

: а шаг винта равен 4 е (е — эксцентриситет).

С целью упрощения технологии изготовления статоров и повышения их износостойкости радиус профиля винта 45 . принимают равным (1 851,90)е.

Отличие предложенного технического

: решения от прототипа заключается в оптимальной геометрической форме винта, являющегося основным рабочим органом 50 насоса, что позволяет достичь максимальной производительности насоса при сохранении его основных геометрических параметров, что дает возможность считать предложенное решение соответствующим 55 критерию изобретения — "новизна", Из технической и патентной литературы в заданной области техники не известны технические решения, позволяющие аналогичным образом достичь поставленной в изобретении цели, что позволяет считать предложенное техническое решение соответствующим критерию изобретения — "существенные" отличия, Изобретение поясняется фиг.1, 2, Основными параметрами для изготовления винта являются; диаметр сечения (d), выбираемый из условия прочности материал, и эксцентриситет (е), равный половине глубины канала.

Для того чтобы выбрать оптимального форму профиля винта, рассмотрим сечение витка на длине одного шага. Обозначим через D - произвольный наружный диаметр винта (D = d + 2е) (1); h глубина канала ф винта(п - 2е, е — эксцентриситет).

При произвольно выбранных фиксированных зйачейиях б и е, а следовательно глубины канала винта -М и.шаге 8 необходимо выбрать такой профиль поперечного сечения витка, чтобы он охватывал максимальную площадь в поперечном, сечении, то есть необходимо найти такую линию у = f(x) заданнои длины 1= 3+2И, которая, проходя через точки А и В (фиг.1), охватывала бы максимальную площадь Рвах.

В этом случае объем дисперсной среды, выдавливаемый эа один оборот винта, будетмаксимальным, G- Fmax 1- (2) где L-длина развертки винтовой линии при одном обороте винта.

-: Й7 ::: а: !

Площадь, ограниченную кривой у = f(x), запишем в виде. функционала;

F - 7„, У . (4)

Ycfl61M$f постоянстьй флини кривой линии I 8+ 2h запишем в виде другого функционала

Применяя методы вариационного исчисления к решению функционалов (4) и (5), мы-получим, что из множества семейства кривых у =- f(x), проходящих через точки А и

В, экстремум при фиксированном шаге 8 и глубине h дает единственная кривая, являющаяся уравнением окружности:

1781460 где А — радиус окружности. Координаты центра окружности равны х = — - уц il — —. (7)

S 2 S

2 4 5

Как видно из фиг. (1), координата окруж. ности Уц лежит на веРтикали по оси У1 (координата уц может находиться в точках N, К и т.д.).

Форма канала, выполненная в виде по- 10 луокружности (уравнение), дает в сечении максимальную площадь охвата;

На фиг,1 определим величину F®ax.

Fmax Fcex 2 тр (8) где Fc

2F p — удвоенная площадь треугольника AON, гА и

Fсек (9) 20

36О0

В где а- центральный угол ANB г „= —. y„. (10)

S.

Таким образом действительная пройзводительность винтового насоса будет равна.

Q-- — — — уц и, (11) Я 30

Как показывает анализ уравн ния (11), максимагьная производительность достигается при стремлении уц к нулю, то есть центр окружности (например точка N) долж- 35 належать на середине касательной к наружной поверхностй винта-ротора. Причем координата хц как раз и равна половине шага. т.е. S/2 (см. уравнение 7), а радиус : полуокружности it, как это видно из урав- 40 нения P) при уц = О, будет равен также половине шага (8/2).

Причем оптимальное расположение центра О радиуса, описывающего профиль винта, должно находиться на середине ка- 45 сательной к наружной поверхности винта.

Если центр кривизны будет находиться выше точки О по вертикали, то глубина профиля винта уменьшится, а следовательно уменьшится производительность, Если центр кривизны будет лежать ниже по вертикали точки О, то при сопряжении винта и статора будет образовываться пустотелый обьем, и перекачиваемый мате- риал будет вращаться, не перемещаясь вдоль продольной оси. Кроме того смещение центра О вниз приведет к уменьшению поперечного сечения винта; то есть снижению его прочности.

Учитывая, что глубина канала винта И равна удвоенному эксцентриситету е, то для оптимальной конструкции винта должно выполняться условие — шаг равен:

S =4е, . (12) а радиус кривизны должен быть равен удвоенному зксцентриситету.

Оптимальный наружный диаметр винта должен быть равен:

0 = d+2e, . (13) где d — диаметр сечения винта.

Оптимальная производительность насоса отделится следующей зависимостью: с =1 pP<»

qp 6 Зу, где размерность параметров е, d (см), и (об/мин).

Испытания показали, что по сравнению с винтом, имеющим равные шаг и наружныйдиаметр, производительность оптимального винта в 1,7 раэ больше.

Формула изобретен ия

Одноэаходный винт роторного насоса, выполненный в виде тела вращения с осью, смещенной относительно оси его поперечного сечения на величину зксцентриситета, отличающийся тем. то, с целью повышения производительности при определенном диаметре б сечения винта и эксцентриситете е, шаг вийта равен 4е, радиус кривизны профиля винта равен удвоенному эксцентриситету, а наружный диаметр винта

O=d+2e.

1781460

Редактор М.Васильева Техред М.Моргентал

Корректор П.Гереши

Производственно-.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4264 ... Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5