Устройство для перекачки газообразных и жидких сред

 

Использование: в роторных насосах. Сущность изобретения: в полом статоре установлены цилиндрический ротор с возможностью вращения и образования переменного зазора между внутренней поверхностью статора и наружной ротора. Разделительные элементы механически связаны с ротором и размещены в зазоре. В пределах угла 2π зазор имеет по меньшей мере одно минимальное и одно максимальное значение. Разделительные элементы выполнены в виде эластичной пустотосодержащей структуры, закрепленной на роторе с возможностью изменения своего объема. 6 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к механике, а именно к роторным насосам, предназначенным для перекачки газообразных и жидких сред.

Известны центробежные насосы, например, насос по а.с. N 1606741, кл. F 04 D 29/16, 29/22, содержащий полый корпус с аксиально симметричной внутренней поверхностью, установленное в нем соосно с внутренней поверхностью полого корпуса рабочее колесо с закрепленными на нем в зазоре между упомянутой внутренней поверхностью и наружной поверхностью рабочего колеса лопатками, выполненными из эластичного материала.

Недостатком известного центробежного насоса является малый перепад давления между его входом и выходом при перекачке газообразных сред вследствие малой плотности этих сред и необходимость для повышения упомянутого перепада давления увеличивать скорость вращения рабочего колеса и диаметр внутренней поверхности полого корпуса.

Известен также ротационный лопастной компрессор, например, по а.с. N 1421904, кл. F 04 С 18/344, содержащий полый статор с цилиндрической внутренней поверхностью, эксцентрично установленный в нем ротор, снабженный радиальными пазами, в которых расположены жесткие пластины с возможностью радиального перемещения по отношению к ротору, образующие в своей совокупности систему переноса перекачиваемого газа. Это устройство принято за прототип.

Недостатком известного лопастного компрессора является наличие трущихся пар скольжения, образованных пластинами и ротором, что снижает долговечность компрессора, создает условия для заклинивания пластин в пазах ротора и тем самым ухудшает надежность компрессора, требует высокой точности обработки пластин и пазов, ухудшая технологичность его изготовления.

Техническая задача, решаемая при использовании изобретения, заключается в повышении долговечности, надежности и технологичности устройств, предназначенных для перекачки газообразных и жидких сред.

Технический результат в устройстве для перекачки газообразных и жидких сред, содержащем полый статор, цилиндрический ротор, установленный в нем с возможностью вращения и образованием переменного зазора между внутренней поверхностью статора и наружной поверхностью ротора, разделительные элементы, механически связанные с ротором и размещенные в зазоре, при этом в пределах угла 2π зазор имеет по меньшей мере одно минимальное значение и одно максимальное значение, и впускные и выпускные каналы достигается тем, что разделительные элементы выполнены в виде эластичной пустотосодержащей структуры, закрепленной на роторе с возможностью изменения своего объема.

Кроме того, эластичная пустосодержащая структура может быть выполнена из пористого материала.

Эластичный пористый материал может иметь пустоты в виде протяженных и ориентированных вдоль оси вращения ротора каналов, открытых по меньшей мере с одной из своих сторон.

Часть внутренней поверхности статора может быть выполнена в виде участка цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения ротора.

Эластичная структура может быть выполнена в виде ворсистой структуры.

Эластичная структура может быть выполнена в виде множества радиально расположенных плоских эластичных элементов, ориентированных вдоль оси ротора.

Полый статор может быть выполнен с возможностью вращения в ту же сторону, что и ротор.

На фиг.1 изображен вариант устройства, в котором зазор между статором и ротором имеет два минимальных и два максимальных значения, а эластичная пустотосодержащая структура выполнена из эластичного пористого материала; на фиг. 2 вариант выполнения эластичного пористого материала; на фиг.3 вариант устройства, в котором часть внутренней поверхности выполнена в виде части цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения ротора; на фиг.4 ворсистое строение эластичной пустотосодержащей структуры; на фиг.5 строение эластичной пустотосодержащей структуры, выполненной в виде множества плоских эластичных элементов; на фиг.6 вариант устройства с вращающимся статором.

Устройство для перекачки газообразных и жидких сред содержит (фиг.1) полый статор 1, цилиндрический ротор 2, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси 3 вращения. Зазор между статором 1 и ротором 2 имеет минимальное d_min и максимальное d_max значения в зависимости от угловой координаты ϕ Эластичная пустотосодержащая структура 4 размещена в упомянутом зазоре и прикреплена к ротору 2. Устройство снабжено впускным 5 и выпускными 6 каналами. Направление движения перекачиваемой среды указано стрелками 7. Эластичная пустотосодержащая структура 4 сообщается с впускными 5 и выпускными 6 каналами посредством отверстий 8 (фиг.2). Направление вращения ротора 2 указано стрелкой 9. Эластичная пустотосодержащая структура 4 может быть выполнена из пористого эластичного материала с пустотами 10. Пустоты 10 могут быть выполнены в виде протяженных ориентированных вдоль оси 3 вращения ротора 2 каналов 1 (фиг. 2), открытых хотя бы с одного из своих концов. Устройство может быть выполнено таким образом, что часть 12 внутренней поверхности статора 1 выполнена в виде участка цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения ротора 2; эластичная пустотосодержащая структура 4 может быть выполнена в виде ворсистой структуры 13 (фиг.4) или в виде множества радиально расположенных плоских эластичных элементов 14 (фиг.5), ориентированных вдоль оси 3 вращения в ту же сторону, что и ротор 2 (фиг.6). Направление вращения статора 1 показано стрелкой 15. В этом случае статор 1 вращается вокруг своей оси 16 и его внутренняя поверхность имеет форму цилиндра, ось которого совпадает с осью 16 вращения статора 1.

Устройство работает следующим образом. При вращении ротора 2 пустотосодержащая эластичная структура 4, двигаясь вместе с ротором 2 вдоль зазора, испытывает последовательные циклы расширения и сжатия, в течение которых происходит соответственно всасывание в структуру 4 и выдавливание из нее перекачиваемой среды через каналы 5 и 6. Если эластичная структура 4 выполнена в виде ворсистой структуры 13, основным физическим фактором, обеспечивающим перенос перекачиваемой среды вдоль зазора, является ее вязкость и инерция. Прижатие эластичной структуры 4 к внутренней поверхности статора 1 осуществляется как за счет упругости структуры 4, так и за счет центробежных сил. В некоторых случаях и особенно при перекачке несжимаемой жидкости объем пустот структуры 4 на участке от впускного канала 5 до выпускного канала 6 не должен меняться. Для этого на упомянутом участке внутренняя поверхность статора 1 должна быть частью цилиндра, соосного с ротором 2. Если вся внутренняя поверхность статора 1 имеет цилиндрическую форму (фиг.6), то возможно привести статор 1 во вращательное движение в том же направлении, что и ротор 2. При этом значительно уменьшаются потери на трение между эластичной структурой 4 и статором 1.

Создан и успешно испытан макет устройства в варианте вакуумного насоса для бытового малошумящего пылесоса. Получен перепад давления до 0,2 атм, подтверждена надежность макета.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ГАЗООБРАЗНЫХ И ЖИДКИХ СРЕД, содержащее полый статор, цилиндрический ротор, установленный в нем с возможностью вращения и образованием переменного зазора между внутренней поверхностью статора и наружной поверхностью ротора, разделительные элементы, механически связанные с ротором и размещенные в зазоре, при этом в пределах угла 2π зазор имеет по меньшей мере одно минимальной значение и одно максимальное значение и впускные каналы, отличающееся тем, что разделительные элементы выполнены в виде эластичной пустотосодержащей структуры, закрепленной на роторе с возможностью изменения своего объема.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичная пустотосодержащая структура выполнена из пористого материала.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что эластичный пористый материал имеет пустоты в виде протяженных и ориентированных вдоль оси вращения ротора каналов, открытых по меньшей мере с одной из своих сторон.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть внутренней поверхности статора выполнена в виде участка цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения ротора.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичная структура выполнена в виде ворсистой структуры.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичная структура выполнена в виде множества радиально расположенных плоских эластичных элементов, ориентированных вдоль оси ротора.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полый статор выполнен с возможностью вращения в ту же сторону, что и ротор.