Жидкостно-кольцевая машина

 

Изобретение относится к вакуумной и компрессорной технике и может быть использовано в жидкостно-кольцевых машинах (ЖКМ). Жидкостно-кольцевая машина содержит корпус с цилиндрической внутренней расточкой, торцовые крышки со всасывающими и нагнетательными окнами, эксцентрично установленное в расточке рабочее колесо со ступицей и лопатками, а также концентрично установленную в расточке с возможностью вращения тонкостенную втулку с продольными пазами на внутренней поверхности. Задняя по направлению вращения стенка каждого паза расположена по нормали к поверхности втулки, а передняя стенка сопряжена с задней у ее основания с образованием острого угла и выполнена плоской или криволинейной. Эксцентриситет определяется по определенной зависимости. Повышается точность расчета величины эксцентриситета, сокращается продолжительность и стоимость доводочных работ, направленных на уменьшение удельной мощности ЖКМ. 1 ил.

Изобретение относится к вакуумной и компрессорной технике и может быть использовано в жидкостно-кольцевых машинах (ЖКМ).

Известна жидкостно-кольцевая машина (RU 2000480 С1, F 04 С 7/00, F 04 С 19/00, 07.09.1993), содержащая корпус с цилиндрической внутренней расточкой, торцовые крышки с всасывающими и нагнетательными окнами и эксцентрично установленное в расточке рабочее колесо со ступицей и лопатками, в которой эксцентриситет определяется из соотношения

где - относительный эксцентриситет, б/р;

е - абсолютный эксцентриситет, м;

- коэффициент загромождения объема рабочего колеса, б/р;

а - минимальная величина погружения лопаток рабочего колеса в жидкостное кольцо (в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса), м;

=r1/r2, б/р;

r1 = радиус ступицы рабочего колеса, м;

r2 = наружный радиус рабочего колеса, м;

= /r2, б/р;

- минимальный зазор между лопатками рабочего колеса и внутренней расточкой корпуса (минимальная высота безлопаточного пространства), м;

=b/b0, б/р;

b - ширина безлопаточного пространства, м;

b0 - длина ротора без учета толщины ребра жесткости, м;

k1 - эмпирический коэффициент, учитывающий отход внутренней поверхности жидкостного кольца от ступицы рабочего колеса в сечении с минимальной высотой безлопаточного пространства, б/р;

k11 - эмпирический коэффициент, характеризующий величину отношения средней окружной скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наименьшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса к окружной скорости концов лопаток рабочего колеса, б/р;

k22 - эмпирический коэффициент, характеризующий величину отношения средней окружной скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса к окружной скорости концов лопаток рабочего колеса, б/р.

Недостатком данной конструкции является значительная потеря мощности на трение жидкостного кольца о внутреннюю расточку корпуса.

Известна также жидкостно-кольцевая машина (SU 1629611, F 04 С 7/00; F 04 С 19/00, опубл. 23.02.91), содержащая корпус с цилиндрической внутренней расточкой, торцовые крышки с всасывающими и нагнетательными окнами, эксцентрично установленное в расточке рабочее колесо со ступицей и лопатками, а также концентрично установленную в расточке с возможностью вращения тонкостенную втулку с продольными пазами на внутренней поверхности. При вращении рабочего колеса под действием центробежных сил жидкость отбрасывается к периферии, образуя жидкостное кольцо, которое вращает тонкостенную втулку с частотой, близкой к частоте вращения рабочего колеса. Это приводит к увеличению средней скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в тангенциальном направлении и уменьшению градиента скорости жидкости в радиальном направлении. Благодаря этому уменьшается жидкостное трение в кольце и, следовательно, затрата мощности на привод ЖКМ.

Недостатком данной конструкции является отсутствие учета влияния тонкостенной втулки с пазами, вращаемой жидкостным кольцом, на изменение скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве ЖКМ, а также точности определения величины эксцентриситета.

Технической задачей изобретения является уменьшение удельной мощности ЖКМ.

Технический результат достигается тем, что в жидкостно-кольцевой машине, содержащей корпус с цилиндрической внутренней расточкой, торцовые крышки со всасывающими и нагнетательными окнами, эксцентрично установленное в расточке рабочее колесо со ступицей и лопатками, а также концентрично установленную в расточке с возможностью вращения тонкостенную втулку с продольными пазами на внутренней поверхности, при этом задняя по направлению вращения стенка каждого паза расположена по нормали к поверхности втулки, а передняя стенка сопряжена с задней у ее основания с образованием острого угла и выполнена плоской или криволинейной, а величина эксцентриситета определяется из следующего соотношения:

где - относительный эксцентриситет, б/р;

е - абсолютный эксцентриситет, м;

- коэффициент загромождения объема рабочего колеса, б/р;

а - минимальная величина погружения лопаток рабочего колеса в жидкостное кольцо (в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса), м;

=r1/r2, б/р;

r1 = радиус ступицы рабочего колеса, м;

r2 = наружный радиус рабочего колеса, м;

= /r2, б/р;

- минимальный зазор между лопатками рабочего колеса и внутренней расточкой корпуса (минимальная высота безлопаточного пространства), м;

=b/b0, б/р;

b - ширина безлопаточного пространства, м;

b0 - длина ротора без учета толщины ребра жесткости, м;

k1 - эмпирический коэффициент, учитывающий отход внутренней поверхности жидкостного кольца от ступицы рабочего колеса в сечении с минимальной высотой безлопаточного пространства, б/р;

k11 - эмпирический коэффициент, характеризующий величину отношения средней окружной скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наименьшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса к окружной скорости концов лопаток рабочего колеса, б/р;

k22 - эмпирический коэффициент, характеризующий величину отношения средней окружной скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса к окружной скорости концов лопаток рабочего колеса, б/р;

kвт - эмпирический коэффициент, учитывающий, при прочих равных условиях, увеличение средней скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве при введении в цилиндрическую внутреннюю проточку корпуса тонкостенной втулки, б/р.

Рекомендуемые диапазоны значений параметров, входящих в соотношение для определения величины эксцентриситета:

0,7 0,9,

0,005 а/r2 0,015,

0,35 0,60,

0,005 0,030.

Эмпирические коэффициенты k1, k11, k22 и kвт предлагается определять по следующим зависимостям:

где Еu=(рнвс)/рu22 - число Эйлера, б/р;

нвc - номинальная степень повышения давления, б/р;

рн, рвc - номинальное давление соответственно в нагнетательном и всасывающем патрубках, Па;

р - плотность рабочей жидкости, кг/м3;

u2=2 r2nрк - окружная скорость концов лопаток рабочего колеса, м/с;

nрк - частота вращения рабочего колеса, с-1.

Значение k1 определено для 1 3 в диапазоне 0,2 Еu 0,85 и для 3< 7,5 в диапазоне 0,2 Еu 0,55. По физическим соображениям не может быть k1>1, поэтому, если в результате вычислений по данной зависимости значение k1>1, то принимают k1=1

k11=(k11рад-k ) koc,

где k11рад=(1,583 10-3 2+0,598) - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние выходного угла наклона лопаток рабочего колеса на окружную скорость течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наименьшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса, б/р;

2 - величина выходного угла наклона лопаток рабочего колеса, град;

k - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние вязкости рабочей жидкости на скорость ее течения в безлопаточном пространстве, k =3,59;

- динамическая вязкость рабочей жидкости, Па с;

koc=(l-3 10-3/b) - эмпирический коэффициент осреднения, учитывающий неравномерность окружной скорости течения жидкости по ширине безлопаточного пространства, б/р; определен для значений b 0,03 м;

k22=(k -k ) koc kвc;

где k ={[1-(1- )/ tg 2] z}1/2 - коэффициент, учитывающий влияние формы и числа лопаток рабочего колеса, б/р;

z=[1+ sin 2/2 z (1- )]-1, б/р;

3,1416;

z - число лопаток рабочего колеса, б/р;

kвс=(1,081-2,017 10-6 Рвс) - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние давления всасывания на окружную скорость течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса, б/р.

Здесь k1, k11 и k22 определены для следующих условий работы ЖКМ:

рвс 100 кПа, 100 кПа рн 115 кПа, 1 10-3Па с 80 10-3Па с,

870 кг/м3 р 1200 кг/м3.

Для других режимов работы ЖКМ значения данных коэффициентов могут быть определены дополнительно.

kвт=1+2,5 10-3(uвт/u2)+7,5 10-2(uвт/u2)2;

так как:

uвт=2 rвтnвт - окружная скорость внутренней поверхности втулки, м/с;

rвт - радиус внутренней поверхности втулки, м;

nвт - частота вращения втулки, с-1;

следует, что:

kвт=1+2,5 10-3(rвтnвт/r2nрк)+7,5 10-2(rвтnвт/r2nрк)2.

По физическим соображениям значение nвт может составлять 0 nвт nрк. Это значит, что максимального значения коэффициент kвт достигает при nвт=nрк и составляет

kвтmax=1+2,5 10(rвт/r2)+7,5 10-2(rвт/r2)2,

а минимального, при nвт=0 (тонкостенная втулка неподвижна) и составляет kктmin=1.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан разрез ЖКМ.

Жидкостно-кольцевая машина содержит корпус 1 с цилиндрической внутренней расточкой 2, торцовые крышки 3 с всасывающими окнами 4 и нагнетательными окнами 5, эксцентрично установленное в расточке 2 рабочее колесо 6 со ступицей 7 и лопатками 8, а также концентрично установленную в расточке 2 с возможностью вращения тонкостенную втулку 9 с продольными пазами 10 на внутренней поверхности, при этом задняя по направлению вращения стенка каждого паза расположена по нормали к поверхности втулки, а передняя стенка сопряжена с задней у ее основания с образованием острого угла и выполнена плоской или криволинейной, а эксцентриситет определяется из следующего соотношения:

где - относительный эксцентриситет, б/р;

е - абсолютный эксцентриситет, м;

- коэффициент загромождения объема рабочего колеса, б/р;

а - минимальная величина погружения лопаток рабочего колеса в жидкостное кольцо (в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса), м;

=r1/r2, б/р;

r1 = радиус ступицы рабочего колеса, м;

r2 = наружный радиус рабочего колеса, м;

= /r2, б/р;

- минимальный зазор между лопатками рабочего колеса и внутренней расточкой корпуса (минимальная высота безлопаточного пространства), м;

=b/b0, б/р;

b - ширина безлопаточного пространства, м;

b0 - длина ротора без учета толщины ребра жесткости, м;

k1 - эмпирический коэффициент, учитывающий отход внутренней поверхности жидкостного кольца от ступицы рабочего колеса в сечении с минимальной высотой безлопаточного пространства, б/р;

k11 - эмпирический коэффициент, характеризующий величину отношения средней окружной скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наименьшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса к окружной скорости концов лопаток рабочего колеса, б/р;

k22 - эмпирический коэффициент, характеризующий величину отношения средней окружной скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса к окружной скорости концов лопаток рабочего колеса, б/р;

kвт - эмпирический коэффициент, учитывающий, при прочих равных условиях, увеличение средней скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве при введении в цилиндрическую внутреннюю проточку корпуса тонкостенной втулки, б/р.

Жидкостно-кольцевая машина работает следующим образом.

Находящаяся внутри корпуса 1 рабочая жидкость при вращении рабочего колеса 6 со ступицей 7 и лопатками 8 под действием центробежных сил отбрасывается к периферии, образуя жидкостное кольцо, вращающее тонкостенную втулку 9, взаимодействуя с продольными пазами 10 на ее внутренней поверхности. Между внутренней поверхностью жидкостного кольца, торцовыми крышками 3, ступицей 7 и лопатками 8 рабочего колеса 6 образуются ячейки, газовый объем которых изменяется при вращении рабочего колеса 6 вокруг его оси вследствие наличия эксцентриситета, при этом объем сначала увеличивается и газ через всасывающее окно 4 поступает в ЖКМ, а затем уменьшается и сжатый газ через нагнетательное окно 5 удаляется из ЖКМ. Максимальный объем имеет ячейка, наиболее удаленная от внутренней расточки 2 корпуса 1 или внутренней поверхности тонкостенной втулки 9, вращаемой жидкостным кольцом с частотой, близкой к частоте вращения рабочего колеса 6. Наличие вращающейся тонкостенной втулки 9 приводит к увеличению средней скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в тангенциальном направлении и уменьшению градиента скорости жидкости в радиальном направлении. Это приводит к уменьшению жидкостного трения в кольце и удельной мощности на привод ЖКМ. Благодаря установлению рабочего колеса 6 относительно внутренней расточки 2 корпуса 1 с эксцентриситетом , величина которого определяется из предложенного соотношения, данная ячейка имеет максимально возможную величину газового объема, кроме того, обеспечивается гарантированное погружение лопаток 8 рабочего колеса 6 в жидкостное кольцо, что препятствует перетеканию газа между ячейками.

Таким образом, изобретение позволяет уменьшить удельную мощность ЖКМ путем повышения точности расчета величины эксцентриситета.

Формула изобретения

Жидкостно-кольцевая машина, содержащая корпус с цилиндрической внутренней расточкой, торцовые крышки со всасывающими и нагнетательными окнами, эксцентрично установленное в расточке рабочее колесо со ступицей и лопатками, а также концентрично установленную в расточке с возможностью вращения тонкостенную втулку с продольными пазами на внутренней поверхности, отличающаяся тем, что задняя по направлению вращения стенка каждого паза расположена по нормали к поверхности втулки, а передняя стенка сопряжена с задней у ее основания с образованием острого угла и выполнена плоской или криволинейной, а эксцентриситет определяется из следующего соотношения:

где - относительный эксцентриситет, б/р;

е - абсолютный эксцентриситет, м;

- коэффициент загромождения объема рабочего колеса, б/р;

а - минимальная величина погружения лопаток рабочего колеса в жидкостное кольцо (в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса), м;

=r1/r2, б/р;

r1 = радиус ступицы рабочего колеса, м;

r2 = наружный радиус рабочего колеса, м;

=/r2, б/р;

- минимальный зазор между лопатками рабочего колеса и внутренней расточкой корпуса (минимальная высота безлопаточного пространства), м;

=b/b0, б/р;

b - ширина безлопаточного пространства, м;

b0 - длина ротора без учета толщины ребра жесткости, м;

k1 - эмпирический коэффициент, учитывающий отход внутренней поверхности жидкостного кольца от ступицы рабочего колеса в сечении с минимальной высотой безлопаточного пространства, б/р;

k11 - эмпирический коэффициент, характеризующий величину отношения средней окружной скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наименьшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса к окружной скорости концов лопаток рабочего колеса, б/р;

k22 - эмпирический коэффициент, характеризующий величину отношения средней окружной скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве в месте наибольшего удаления рабочего колеса от внутренней расточки корпуса к окружной скорости концов лопаток рабочего колеса, б/р.

Квт - эмпирический коэффициент, учитывающий при прочих равных условиях увеличение средней скорости течения жидкости в безлопаточном пространстве при введении в цилиндрическую внутреннюю проточку корпуса тонкостенной втулки, б/р.

РИСУНКИРисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к насосному и компрессорному машиностроению и может найти применение во всех областях науки и техники, использующих эти машины и процессы

Изобретение относится к вакуумному и компрессорному машиностроению, в частности к водокольцевым вакуумным насосам

Изобретение относится к вакуумному и компрессорному машиностроению, в частности к водокольцевым вакуумным насосам

Изобретение относится к механическим вакуумным насосам и может быть использовано для создания вакуума в доильных установках

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам специального назначения

Изобретение относится к компрессоростроению и вакуумной технике, конкретно, к жидкостнокольцевым насосам и компрессорам

Изобретение относится к вакуумной технике, конкретно к жидкостно-кольцевым вакуумным насосам

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения

Изобретение относится к насосному и компрессорному машиностроению и может найти применение во всех областях науки и техники, использующих эти машины и процессы

Изобретение относится к устройствам, применяемым к системе регенерации абсорбента для осушки природного газа, и может быть использовано в других отраслях промышленности, где по технологии используется постоянный вакуум

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам специального назначения

Изобретение относится к компрессоростроению и вакуумной технике, конкретно, к жидкостнокольцевым насосам и компрессорам

Изобретение относится к вакуумной технике, конкретно к жидкостно-кольцевым вакуумным насосам

Изобретение относится к насосо-компрессоростроению
Наверх