жидкостно-кольцевая машина
Классы МПК: | F04C7/00 Роторные машины или насосы с жидкостным кольцом F04C19/00 Роторные компрессоры с жидкостным кольцом |
Патентообладатель(и): | Данилин Александр Сергеевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-08-06 публикация патента:
20.09.1998 |
Жидкостно-кольцевая машина может быть использована в области компрессоростроения и вакуумной технике. Жидкостно-кольцевая машина содержит корпус 1, торцевые крышки 2 со всасывающими и нагнетательными окнами 3, 4, эксцентрично размещенное в корпусе 1 рабочее колесо 5 с лопатками 6. Лопатки 6 изогнуты против направления вращения. Диаметр колеса 5 определяется из соотношения
где Q - производительность при 40 кПа, B - ширина колеса, A - коэффициент пропорциональности, n - частота вращения. Повышается КПД при давлении меньше 40 кПа, уменьшается расход уплотняющей жидкости, материалоемкость и стоимость конструкции. 2 ил.,1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098t.gif)
Формула изобретения
Жидкостно-кольцевая машина, содержащая корпус, эксцентрично размещенное в корпусе рабочее колесо, отличающаяся тем, что лопатки колеса изогнуты против направления вращения, а величина диаметра колеса D определяется из соотношения![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-18t.gif)
где Q - производительность ЖКМ при давлении всасывания 40 кПа, м3/с;
B - ширина колеса, м;
n - частота вращения, 1/с;
A - коэффициент пропорциональности: A = 1,25 ... 2,48 и n = 25 ... 50 1/с, если Q
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области компрессоростроения и вакуумной техники, конкретно, к жидкостнокольцевым насосам и к компрессорам. Известна двухступенчатая жидкостнокольцевая машина (ЖКМ), содержащая корпус, торцевые крышки с каналами подвода и отвода рабочей среды, два рабочих колеса с лопатками, изогнутыми в направлении вращения, эксцентрично размещенные в корпусе (см. Фролов Е.С. и др. Механические вакуумные насосы. - М.: Машиностроение, 1989, с. 192). Недостатками указанной конструкции являются:- Низкий КПД при давлении больше 20 кПа, т. к. в двухступенчатых ЖКМ каждая ступень работает в узком интервале давлений;
- Высокая материалоемкость и сложность конструкции. Наиболее близкой по технической сущности является ЖКМ, содержащая корпус, торцевые крышки с каналами подвода и отвода рабочей среды, эксцентрично размещенное в корпусе рабочее колесо с лопатками, изогнутыми в направлении вращения (см. Фролов Е.С. и др. Механические вакуумные насосы. - М.: Машиностроение, 1989, с. 197, рис. 136). Недостатками этой конструкции являются:
- Низкий КПД при давлении меньшем 40 кПа из-за значительных перетечек газа с нагнетания на всасывание на торцевых поверхностях ступицы колеса;
- Большой расход жидкости на уплотнение торцевых поверхностей ступицы колеса;
- Высокая материалоемкость конструкции. Техническая задача изобретения - повышение КПД ЖКМ при давлении меньшем 40 кПа, уменьшение расхода уплотняющей жидкости, материалоемкости и стоимости конструкции. Поставленная задача достигается в жидкостнокольцевой машине, содержащей корпус, эксцентрично размещенное в корпусе рабочее колесо, выполнением лопаток колеса изогнутыми против направления вращения и подбором размеров проточной части ЖКМ таким образом, чтобы величина диаметра колеса определялась из оптимального соотношения диаметра колеса и отношения производительности к ширине колеса. Известно (см. Фролов Е. С. и др. Механические вакуумные насосы. - М.: Машиностроение, 1989), что ЖКМ имеют низкий КПД при давлении меньше 40 кПа из-за потерь производительности от перетечек газа с нагнетания на всасывание по торцевым поверхностям ступицы колеса. Очевидно, что величина торцевых перетечек для ЖКМ разной производительности определяется диаметральными размерами колеса. Известно также (см. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. - М.: Машиностроение, 1960), что выполнение лопаток колеса, изогнутыми против направления вращения при одновременном увеличении частоты вращения, приводит к уменьшению диаметральных размеров колеса. Отличительным признаком предложенной жидкостнокольцевой машины является то, что лопатки колеса выполнены изогнутыми против направления вращения, а величина диаметра колеса D определяется из соотношения
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-3t.gif)
где
Q - производительность ЖКМ при давлении всасывания 40 кПа, м3/с;
B - ширина колеса, м;
n - частота вращения;
A - коэффициент пропорциональности: A = 1,25 ... 2,48 и n = 25 ...50 1/с, если Q
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-4t.gif)
где
P1 - давление газа на стороне всасывания;
P2 - давление газа на стороне нагнетания;
R - газовая постоянная;
g - ускорение свободного падения;
T2 - температура газа на нагнетании;
Kp - коэффициент, определяемый по графику (см. Сакун И.А. Винтовые машины, 1970, рис. 116). Все последующие графики берутся из указанной книги;
F - площадь торцевого зазора между ступицей колеса и торцевой крышкой
F=
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/916.gif)
где
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/916.gif)
R1 - радиус втулки колеса;
RВ - радиус вала. При расчете в первом приближении за исходную величину принимается удельный критический расход Qкр для щели
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-5t.gif)
где
K - показатель адиабаты;
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/961.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-6t.gif)
где
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/956.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-7t.gif)
где
l - длина щели. По графику рис. 117 находится значение
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-8t.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-9t.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-10t.gif)
Далее методом последовательных приближений по формулам 5, 6, 7 окончательно определяется значение Kр и по формуле 1 значение Gу. Величина перетечек Qпер, выраженная объемным расходом, находится по формуле
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-11t.gif)
где
T1 - температура газа на всасывании. Действительная производительность ЖКМ Q определится как разность между теоретической производительностью Qтеор. и величиной перетечек Qпер. Q = Qтеор - Qпер. Из формулы 1 очевидно, что при прочих равных условиях (физические константы откачиваемого газа, давление всасывания и нагнетания) величина Gу зависит только от площади зазора между ступицей колеса и торцевой крышкой F. F=
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/916.gif)
где
R1 - радиус ступицы колеса, R1=
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119062/948.gif)
R2 - радиус колеса,
Rв - радиус вала (см. Фролов Е.С. и др. Механические вакуумные насосы. - М.: Машиностроение, 1989, с. 178, 187). Из приведенных выше зависимостей очевидно, что величина F прямо пропорциональна радиусу колеса R2 (диаметр S) и, следовательно, для снижения перетечек газа по торцевым поверхностям колеса требуется уменьшение диаметра колеса. В ЖКМ диаметр колеса зависит от выбранных геометрических соотношений (
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/936.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119027/949.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119062/948.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-12t.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-13t.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-14t.gif)
где
Eи - число Эйлера, которое зависит от величин (
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/936.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119068/947.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119027/949.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119062/948.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/936.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/936.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119027/949.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/961.gif)
1) Подбор оптимальных соотношений
2) Увеличение числа оборотов n с одновременным изгибом лопаток колеса против направления вращения. Диаметр колеса может быть определен из формулы (см. Фролов Е.С. и др. Механические вакуумные насосы. - М.: Машиностроение, 1989, с. 178). Так как
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-15t.gif)
где
Q - действительная производительность при давлении 40 кПа
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119062/948.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119027/949.gif)
То
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-16t.gif)
Примем следующие допущения:
а) для ЖКМ с производительностью Q при давлении 40 кПа Q
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
1.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/936.gif)
2.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119068/947.gif)
3.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119085/955.gif)
4. n = 1500...3000 об/мин. б) Для ЖКМ с производительностью Q при давлении 40 кПа 0,17 < Q
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
1.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/936.gif)
2.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119068/947.gif)
3.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119085/955.gif)
4. n = 1000...1500 об/мин. в) Для ЖКМ с производительностью Q при давлении 40 кПа 0,58 < Q
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
1.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/936.gif)
2.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119068/947.gif)
3.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119085/955.gif)
4. n = 750...1000 об/мин. г) Для ЖКМ с производительностью Q при давлении 40 кПа Q > 1,25 м3/с
1.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/936.gif)
2.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119068/947.gif)
3.
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119085/955.gif)
4. n < 75 об/мин. Тогда диаметр колеса D будет равен
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119098/2119098-17t.gif)
где A = 1,25...2,48 и n= 25...50, если Q
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
![жидкостно-кольцевая машина, патент № 2119098](/images/patents/352/2119011/8773.gif)
1. Давление всасывания P1 = 10 кПа;
2. Давление нагнетания P2 = 100 кПа;
3. Рабочий газ - воздух. Из таблицы видно, что определение диаметра колеса из предлагаемых соотношений позволяет повысить производительность и, следовательно, КПД ЖКМ на 7 . .. 14%. Кроме того, снижается расход уплотняющей жидкости, материалоемкость и стоимость машины. Жидкостнокольцевая машина работает следующим образом. При вращении колеса 5 образуется жидкостное кольцо. На стороне всасывания жидкость выходит между лопатками 6 колеса 5 к корпусу 1 и происходит всасывание газа через всасывающие окна 3. На стороне сжатия жидкость входит между лопатками 6 в колесо 5 и выталкивает газ в нагнетательное окно 4. Выполнение лопаток колеса изогнутыми против направления вращения и определение диаметра колеса из предлагаемых соотношений приводит к повышению КПД жидкостнокольцевой машины, т. к. уменьшаются диаметральные размеры колеса и потери производительности от перетечек газа с нагнетания на всасывание. Кроме того, снижается расход уплотняющей жидкости, материалоемкость и стоимость машины.
Класс F04C7/00 Роторные машины или насосы с жидкостным кольцом
жидкостно-кольцевая машина - патент 2492360 (10.09.2013) | ![]() |
жидкостно-кольцевая машина - патент 2492359 (10.09.2013) | |
двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина - патент 2411396 (10.02.2011) | |
центробежная парогазогидравлическая машина (варианты) - патент 2374493 (27.11.2009) | |
жидкостно-кольцевой вакуумный насос - патент 2347109 (20.02.2009) | ![]() |
двухступенчатая жидкостно-кольцевая машина - патент 2343316 (10.01.2009) | ![]() |
вакуумный жидкостно-кольцевой насос - патент 2342562 (27.12.2008) | ![]() |
жидкостно-кольцевой насос винтового типа - патент 2341687 (20.12.2008) | ![]() |
жидкостно-кольцевой вакуумный насос - патент 2322613 (20.04.2008) | ![]() |
жидкостно-кольцевая машина - патент 2307261 (27.09.2007) | ![]() |
Класс F04C19/00 Роторные компрессоры с жидкостным кольцом