close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4602

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4602
(13)
C1
7
(51) F 04B 43/08
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И ГЕРМЕТИЧНЫЙ
НАСОС ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
(21) Номер заявки: 970635
(22) 1997.11.21
(46) 2002.09.30
(71) Заявитель: Богачев Г.И. (BY)
(72) Авторы: Богачев Г.И., Богачев Ю.Г. (BY)
(73) Патентообладатель: Богачев Геннадий Иванович
(BY)
BY 4602 C1
(57)
1. Способ перекачивания текучей среды, заключающийся в том, что вращают рабочие элементы, воздействующие на текучую среду, при этом рабочую полость насоса герметизируют с помощью гибкой непроницаемой оболочки, через которую пропускают текучую среду, отличающийся тем, что оболочку вращают
вокруг оси, на которой закреплены ее концы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оболочку вращают с угловой частотой, кратной частоте вращения рабочих элементов.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что оболочку вращают с угловой частотой, равной половине
частоты вращения рабочих элементов.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что нагруженные участки оболочки дополнительно приводят во вращение с помощью механической передачи от привода при угловой частоте, синхронной с частотой
вращения этих участков.
BY 4602 C1
5. Герметичный насос для перекачивания текучей среды, содержащий привод, вал которого соединен с
ведущим элементом, и рабочую полость насоса, при этом для герметизации рабочей полости использована
гибкая непроницаемая оболочка, концы которой закреплены в корпусе, отличающийся тем, что концы оболочки закреплены в корпусе соосно, оболочка выполнена из чередующихся по ее длине гибких и жесткого
участков, а жесткий участок снабжен синхронизирующими шестернями, кинематически связанными с корпусом и ведущим элементом, причем рабочие элементы выполнены на внутренней поверхности жесткого
участка, а гибкие участки изогнуты с возможностью размещения жесткого участка соосно с концами оболочки, при этом вход и выход каналов для текучей среды жесткого участка противоположны входу и выходу
каналов для текучей среды концов гибкой оболочки, закрепленных на фланцах корпуса.
(56)
Черноусов Н.П. и др. Герметические химико-технологические машины и аппараты. - М-Л.: Машиностроение, 1965. - С. 34, фиг. 13.
SU 1779774 A1, 1992.
Изобретение относится к насосам для нефтяной, химической и для других отраслей промышленности,
рабочие жидкости которых представляют опасность для окружающей среды, и касается средств, обеспечивающих герметичность.
Для герметизации валов, передающих вращение от электродвигателей к рабочему колесу насоса,
обычно используются различные уплотнения, наибольшее распространение из которых в насосостроении
получили торцовые уплотнения (см. [l] стр. 288-297, табл. 9.1). Однако при эксплуатации колебания температуры и давления приводят к появлению протечек через уплотнительные кольца, что снижает надежность
герметизации.
Известны технические решения, позволяющие получить полную герметичность передачи вращения при
высокой надежности работы. Например, по [2] для герметизации передачи вращения через перегородку различных аппаратов использован сильфон, что и обеспечивает повышение надежности работы узла уплотнения, полную герметичность аппарата.
Однако это техническое решение не получило широкого распространения из-за своего существенного
недостатка, связанного с высокой стоимостью сильфонов.
Известно также использование экранированных электродвигателей для обеспечения полной герметизации передачи вращения на исполнительное устройство. Например, приведенное в [6], стр. 15, фиг. 1. В этом
техническом решении для герметизации использована гильза, установленная между статором и ротором
электродвигателя, агрегатированного с исполнительным устройством - рабочим колесом насоса.
В известном техническом решении может быть получена полная герметичность для агрессивных и токсичных сред. Такое решение позволяет исключить протечки в окружающую среду, однако, затраты при эксплуатации значительно возрастают из-за увеличенных потерь энергии при передачи вращения с помощью
электромагнитного поля через гильзу.
Известно так же использование муфт с постоянными магнитами для передачи вращательного движения
от вала электродвигателя к валу насоса, например "Герметичный насосный агрегат" [4].
В этом техническом решении передача вращательного движения осуществляется с помощью вращения
постоянных магнитов ведущей полумуфты, установленной на валу двигателя. Вращающееся магнитное поле
приводит во вращение ведомую полумуфту с постоянными магнитами, установленную на валу насоса.
Это техническое решение в настоящее время получило очень широкое распространение в насосостроении, однако высокая стоимость постоянных магнитов заставляет искать другие, более дешевые способы
обеспечения герметизации передачи вращательного движения.
Известно также техническое решение, содержащее привод, вал которого соединен с ведущим элементом,
установленным в корпусе аппарата, при этом в корпусе между рабочей полостью и ведущим элементом размещена упругая непроницаемая оболочка, выполненная в виде сильфона, который одним концом герметично
закреплен в корпусе, например, приведенная в [5] конструкция "Устройство для перемешивания". В этом
техническом решении вращение ведущего элемента через заглушку, установленную на конце сильфона, передают на перемешивающий орган, используя установленный на изогнутом участке дополнительный вал,
соединенный с ведущим элементом карданной муфтой.
Это техническое решение обеспечивает полную герметичность аппарата и качественное перемешивание
компонентов в корпусе мешалки. Однако известное решение имеет сложную конструкцию, что вызывает излишние потери при повышении частоты вращения ведущего элемента.
Известны также другие технические решения, в которых для герметизации используются сплошные гибкие оболочки, например, в [5] стр. 20-21 приведены конструкции и технические характеристики гибких ме-
2
BY 4602 C1
таллических шлангов, применяемые для прокладки соединительных трубопроводов при повышенных требованиях к герметичности.
Однако известное техническое решение имеет ряд недостатков, например увеличенную стоимость,
сложную конструкцию, что снижает область его применения и для герметизации привода насосов использование гибких металлических шлангов не известно, хотя для трубопроводной обвязки насосов в различных
установках они широко используются.
Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому в части способа перекачивания и устройства герметичного насоса по совокупности существенных признаков является конструкция
перистальтического насоса и используемый при его работе способ перекачивания текучей среды по [6] стр.
34, фиг. 13, принятые авторами за прототип заявляемого изобретения.
Принятый за прототип объект в части способа представляет собой способ перекачивания текучей среды,
заключающийся в том, что вращают рабочие элементы, воздействующие на текучую среду, при этом рабочую полость аппарата герметизируют с помощью гибкой непроницаемой оболочки, через которую пропускают текучую среду.
Принятое за прототип устройство герметичного насоса содержит привод, вал которого соединен с ведущим элементом, и рабочую полость насоса, при этом для герметизации рабочей полости использована гибкая непроницаемая оболочка, концы которой закреплены в корпусе.
Принятый за прототип способ перекачивания жидкости и устройство герметичного насоса обеспечивают
полную герметичность рабочей полости.
Однако при этом гибкая непроницаемая оболочка предельно деформируется, что вызывает повышенные
напряжения в ее материале и снижает надежность работы насоса. Производительность такого насоса недостаточна, так как способ его работы осуществляется по принципу насосов объемного типа.
Задачей предлагаемого изобретения является использование дополнительных возможностей повышения
эффективности герметичных насосов, которые предоставляет применение для герметизации рабочей полости гибкой непроницаемой оболочки.
В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в разработке
принципиально новой конструкции герметичного насоса, обеспечивающего полную герметичность при перекачивании текучей среды и высокую надежность работы насоса, гибкая оболочка разгружена от скручивающих сил, причем частота ее вращения уменьшена, а текучая среда в проточной части насоса избавлена от
влияния возмущающих сил при сложном пространственном движении, в связи с чем в качестве рабочих элементов могут быть использованы отработанные в насосостроении конструкции лопаточных аппаратов.
Использование изобретения при проектировании и изготовлении новых изделий позволит значительно
расширить технологические возможности насосов, снизить затраты на их изготовление и эксплуатацию, что
повышает конкурентоспособность заявляемого изобретения в сравнении с известными техническими решениями.
Данный технический результат достигнут тем, что при осуществлении способа перекачивания текучей
среды, заключающегося в том, что вращают рабочие элементы, воздействующие на текучую среду, при этом
рабочую полость аппарата герметизируют с помощью гибкой непроницаемой оболочки, через которую пропускают текучую среду, согласно изобретению, оболочку вращают вокруг оси, по которой закреплены ее
концы, при этом оболочку вращают с угловой частотой, кратной частоте вращения рабочих элементов, а
именно, с угловой частотой, равной половине частоты вращения рабочих элементов, кроме того, нагруженные участки оболочки дополнительно приводят во вращение с помощью механической передачи от привода
при угловой частоте, синхронной с частотой вращения этих участков.
Данный технический результат достигнут также тем, что при осуществлении заявляемого способа с помощью герметичного насоса, содержащего привод, вал которого соединен с ведущим элементом, и рабочую
полость насоса, при этом для герметизации рабочей полости использована гибкая непроницаемая оболочка,
концы которой закреплены в корпусе, согласно изобретению, концы оболочки закреплены в корпусе соосно,
оболочка выполнена из чередующихся по ее длине гибких и жесткого участков, а жесткий участок снабжен
синхронизирующими шестернями, кинематически связанными с корпусом и ведущим элементом, причем
рабочие элементы выполнены по внутренней поверхности жесткого участка, а гибкие участки изогнуты таким образом, что жесткий участок размещен соосно с концами оболочки при противоположном направлении
движения текучей среды через жесткий участок относительно направления движения текучей среды через
концы оболочки.
Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что при осуществлении способа оболочку вращают вокруг оси, по которой закреплены ее концы, при этом оболочку вращают с угловой частотой,
кратной частоте вращения рабочих элементов, а именно, с угловой частотой, равной половине частоты вращения рабочих элементов, кроме того, нагруженные участки оболочки дополнительно приводят во вращение
с помощью механической передачи от привода при угловой частоте, синхронной с частотой вращения этих
участков.
3
BY 4602 C1
Такое техническое решение позволяет уменьшить нагрузку на материал оболочки, что повышает надежность работы, и в то же время разместить на участках оболочки с повышенной частотой вращения рабочие
элементы, воздействующие на текучую среду, что значительно расширяет технологические возможности
герметичного насоса, работающего по заявляемому способу.
Отличительной особенностью заявляемой конструкции герметичного насоса для осуществления способа
является то, что концы оболочки закреплены в корпусе соосно, оболочка выполнена из чередующихся по ее
длине гибких и жесткого участков, а жесткий участок снабжен синхронизирующими шестернями, кинематически связанными с корпусом и ведущим элементом, причем рабочие элементы выполнены по внутренней
поверхности жесткого участка, а гибкие участки изогнуты таким образом, что жесткий участок размещен соосно с концами оболочки при противоположном направлении движения текучей среды через жесткий участок относительно направления движения текучей среды через концы оболочки.
Использование этой отличительной особенности повышает надежность эксплуатации заявляемого герметичного насоса, так как значительно повышает надежность работы герметичной оболочки, которая полностью разгружается от скручивающих напряжений. При этом частота вращения гибкой оболочки уменьшается в два раза, в сравнении с частотой вращения ведущего элемента, вращение жесткого участка,
оснащенного рабочими элементами, осуществляется только вокруг одной оси, что значительно упрощает
расчет и конструирование элементов привода насоса. В качестве рабочих элементов могут быть использованы отработанные в насосостроении конструкции лопаточных аппаратов. При этом конструкция собственно
насоса значительно упрощается, так как в проточной части отсутствуют движущиеся относительно друг друга детали насоса, что повышает эффективность перекачивания текучей среды - отсутствуют протечки, что
уменьшает объемные потери.
Приведенные отличительные особенности позволяют получить насос с полностью герметичной рабочей
полостью и увеличить напор текучей среды за счет преобразования энергии в каналах рабочего элемента,
которое аналогично передаче энергии текучей среде в центробежных и центростремительных насосах. Кроме того, в несколько раз уменьшается энергия, требуемая для вращения оболочки вокруг оси насоса. При
снижении частоты вращения вдвое затраты мощности на движение оболочки (мощность потерь) уменьшается примерно в 8 раз, так как эти величины обычно связаны кубической зависимостью.
Таким образом, отличительные особенности изобретения позволяют получить принципиально новые
технические решения, обеспечивающие полную герметичность при существенно меньших затратах на изготовление и эксплуатацию. Приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с
известными техническими решениями позволяют создать дешевый и эффективно работающий, полностью
герметичный насос для любой промышленной энергетической или технологической установки, что соответственно обеспечит конкурентоспособность изобретения на современном рынке.
На фиг. 1 представлена конструкция насоса, поясняющая осуществление заявляемого способа. Движение
текучей среды показано стрелками. Точками "а", "б", "в", "г", "д" показана одна и та же образующая на одной из гибких частей оболочки.
Заявляемый герметичный насос содержит привод - электродвигатель 1, вал 2 которого соединен с ведущим элементом 3 при помощи зубчатых колес 4 и 5. Ведущий элемент представляет собой установленное в
корпусе 6 на подшипниках 7 водило, выполненное в виде двух цилиндрических обечаек, жестко соединенных трубами 8.
Для герметизации рабочей полости использована гибкая непроницаемая оболочка 9, концы которой закреплены в корпусе 6 на его входном 10 и выходном 11 фланцах. При этом фланцы 10, 11 и концы оболочки
9 закреплены в корпусе соосно, и эта ось совпадает с осью вращения ведущего элемента 3.
Оболочка 9 выполнена из чередующихся по ее длине двух гибких участков и жесткого участка 12 как это
показано на фиг. 1.
Жесткий участок 12 снабжен по внешнему диаметру зубьями, которые находятся в зацеплении с синхронизирующими шестернями 13. Шестерни 13 кинематически связаны с корпусом 6 - находится в зацеплении с
неподвижным зубчатым колесом 14, и с ведущим элементом 3 - установлены на трубах 8 водила с использованием подшипников скольжения.
Число зубьев у шестерен 13, нарезанных на жестком участке 12, и на неподвижном колесе 14 выполнено
с отношением 1:2:4, и за один оборот ведущего элемента 3 вокруг оси шестерни 13, обкатывая колесо 14, совершает четыре оборота, а жесткий участок 12 - два оборота. Для обеспечения вращения жестокого участка
12 относительно водила установлены подшипники 15.
Рабочие элементы - лопатки 16 выполнены по внутренней поверхности жесткого участка 12 и соединены
с размещенной по оси участка вставкой 17 с образованием каналов проточной части насоса, как это показано
на фиг. 1.
Гибкие части оболочки 9 изогнуты в плоскости, проходящей через ось вращения ведущего элемента 3,
как это показано на фиг. 1. От входного фланца 10 корпуса гибкая часть изгибается на 90°, входит в трубу 8
водила, внутри ее вместе с трубой изгибается на 180°, а затем изгибается еще раз на 90° в сторону жесткого
4
BY 4602 C1
участка 12, с которым она герметично соединена. Таким образом, вход и выход канала, проходящего внутри
этой гибкой части, направлены в противоположные стороны. Аналогично устроена другая гибкая часть оболочки, соединяющая выход из насоса - жесткого участка 12 с выходным фланцем 11.
Заявляемый способ перекачивания текучей среды осуществляют следующим образом.
При включении электродвигателя 1 привода его вал 2 вращает зубчатое колесо 4, которое через колесо 5
приводит во вращение ведущий элемент 3, установленный в подшипниках корпуса 7. С помощью труб 8 водила ведущий элемент приводит в движение шестерни 13, которые, обкатываясь по неподвижному зубчатому колесу 14, вращаются и приводят во вращение жесткий участок 12, зубчатая нарезка которого находится
в зацеплении с шестернями 13. Жесткий участок представляет собой насос, корпус которого вращается в
подшипниках 15, а его лопатки, соединяющие стенку корпуса и центральную вставку, образуют каналы, в
которых энергия, поступившая к жесткому участку 12 от привода 1, преобразуется в энергию текучей среды
- насос перекачивает текучую среду от входного фланца 10 к выходному 11. Профилирование лопаток жесткого участка 12 выполнено таким образом, что создаваемый напор суммируется.
Одновременно ведущий элемент 3 вращает гибкие части 9 оболочки, пропущенные внутри труб 8. При
этом точка "а" остается неподвижной. Точка "б", за счет изгиба оболочки, за один оборот ведущего элемента
3 совершает один оборот вокруг оси оболочки. Точка "в" совершает плоско - параллельное движение, оставаясь в одном и том же положении относительно точки "а", точка "в" за один оборот ведущего элемента 3
совершает один оборот вокруг оси оболочки, но в противоположном направлении. Точка "г" за один оборот
ведущего элемента 3, за счет изгиба оболочки 9 в противоположном от участка с точкой "б" направлении,
совершает один оборот вокруг оси оболочки, но в противоположном направлении от направления вращения
точки "б". Точка "д", за счет изгиба оболочки в сторону точки "а", за один оборот ведущего элемента совершает два оборота вокруг оси оболочки в противоположном направлении от направления вращения ведущего
элемента. Таким образом, число оборотов оболочки вокруг оси, проходящей через ее закрепленные в корпусе концы оказывается в два раза меньшим, чем число оборотов тех ее участков которые примыкают к жесткому участку, и, следовательно, в два раза меньшим, чем число оборотов жесткого участка.
Эффект снижения частоты вращения оболочки в два раза объясняется тем, что при расположении рабочих элементов - лопаток жесткого участка 12 и концов оболочки на одной оси, но при изгибе оболочки в
противоположном от неподвижного конца направлении в точке "д" при вращении изогнутой гибкой части
"исправления раскручивания" направлены в одну сторону, поэтому для обеспечения условия не скручиваемости гибкой части точка "д" должна вращаться с удвоенной частотой от частоты вращения всей оболочки,
так как за один оборот оболочки точка "д" совершит один оборот относительно ее, а еще один оборот точка
"д" сделает, чтобы "догнать" повернувшиеся точки, лежащие на образующей, соединяющей все упомянутые
точки "а", "б", "в", "г", "д".
Аналогично, только в обратной последовательности, ведут себя точки, отмеченные на любой образующей второй гибкой части, соединяющей жесткий участок 12 с выходным фланцем 11, при вращении оболочки в целом концы гибких ее частей, соединенных с фланцами, остаются неподвижными, а концы, соединенные с жестким участком 12 вращаются с частотой в два раза большей, чем частота вращения ведущего
элемента 3 и оболочки в целом.
Так как число зубьев, нарезанных на шестернях 13, жестком участке 12 и на неподвижном зубчатом колесе 14, относится как 1:2:4 точка "д" вращается синхронно с жестким участком 12. Таким образом гибкие
участки 9 оказываются разгруженными от сил, возникающих в жестком участке 12 при воздействии его лопаток на перекачиваемую текучую среду. При этом частота вращения оболочки оказывается в два раза
меньше, чем частота вращения жесткого участка, представляющего собой насос с вращающимся корпусом.
Входной 10 и выходной 11 фланцы подключают к трубопроводу, по которому транспортируют текучую
среду, а так как оба конца оболочки герметично закреплены на фланцах, обеспечивается полная герметичность всего насоса. За счет того, что текучую среду пропускают через гибкую непроницаемую оболочку,
концы которой неподвижны и герметично соединены с фланцами 10 и 11 корпуса, обеспечивается полная
герметичность перекачивания текучей среды. А за счет того, что жесткий участок 12 вращают синхронно с
подсоединенными к нему гибкими участками 9 оболочки, так как жесткий участок 12 приводится в синхронное вращение от ведущего элемента 3 с помощью кинематических связей через шестерни 13, обкатывающие
зубчатое колесо 14, гибкие участки 9 оболочки разгружаются от скручивающих напряжений и работают
только на изгиб. Разгрузка гибких участков оболочки упрощает требования к их материалу и повышает надежность работы насоса. В то же время появляется возможность использовать в конструкции жесткого участка все наработанные в насосостроении приемы передачи энергии текучей среде.
Следует при этом обратить внимание, что в отличие от известных лопастных машин, предложенная конструкция жесткого участка не имеет подвижных относительно друг друга деталей, что существенно упрощает технологию изготовления такого элемента. Проектирование такого элемента с использованием компьютерной техники позволяет получить оптимальные профили и размещение каналов, а современная
5
BY 4602 C1
технология, например, литья или порошковой металлургии позволяет изготовить такой элемент с заданной
точностью и качеством поверхностей.
Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения позволяют создать
принципиально новые герметичные насосы, а в сравнении с техническим решением, приведенным в качестве прототипа, повышают конкурентоспособность заявляемого технического решения, так как оно обеспечивает повышение надежности эксплуатации, а также расширяет технологические возможности насоса.
Источники информации:
1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Под ред. А.И. Голубева. - М.: Машиностроение,
1986.
2. А.с. СССР № 148682, 47f, 2240, 1951, опубл. в Бюлл. № 13, 1962.
3. Крюков А.И. и др. Гибкие металлические рукава. - М.: Машиностроение, 1970.
4. Патент ФРГ № 3629311, F 04D 13/02, 1988.
5. А.с. СССР № 10959742, B 01F 7/16, 1982, опубл. в Бюлл. № 21, 1984.
6. Черноусов Н.П. и др. Герметические химико-технологические машины и аппараты. - М.-Л.: Машиностроение, 1965 - прототип.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
152 Кб
Теги
патент, by4602
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа