RU2079720C1

RU2079720C1 - Working member of vane-type machine

Info

Publication number: RU2079720C1
Application number: RU94041264A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Омельяненко
Original assignee: Юрий Петрович Омельяненко
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1997-05-20
Also published as: RU94041264A; UA26411C2

Abstract

FIELD: manufacture of pumps and compressors. SUBSTANCE: blades of working members of vane-type machine are located over helical line twisted in direction opposite to sense of rotation of shaft at pitch of turns equal to 0.40-0.75 of their span. Blades are tightly bent across their height with their convexities directed towards inlet hole of housing and are secured on shaft at distance of 0.40-0.80 of blade width at point of attachment. Inlet and outlet sides of blades are rounded off. Inlet side of each blade is mounted at angle of 30-100 deg relative to axis of rotation of shaft which is constant in height of blade. Outlet side of each blade is mounted at varying angle relative to axis of rotation of shaft in height of blade which is lesser than helix angle at point of attachment to shaft. This varying angle changes in height of blade and is equal to helix angle at end of blade. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к насосам и компрессорам необъемного вытеснения, а именно к насосам необъемного вытеснения с вращательным движением, и может быть использовано в насосах с осевым потоком, особенно при работе с вязкой или неоднородной средой, а также в осевых компрессорах, вентиляторах и др. The invention relates to pumps and compressors of continuous displacement, in particular to pumps of continuous displacement with rotational movement, and can be used in pumps with axial flow, especially when working with a viscous or heterogeneous medium, as well as in axial compressors, fans, etc.

Известен осевой (пропеллерный) насос, содержащий рабочее колесо по типу гребного винта, которое состоит из нескольких лопастей, прикрепленных к втулке, соединенной с вертикальным валом ("Гидравлика и гидравлические машины", учебник для Вузов, А.А. Угинчус, изд. Харьковского университета, Харьков, 1966, стр. 276, рис. 173). Known axial (propeller) pump containing an impeller of the type of propeller, which consists of several blades attached to a sleeve connected to a vertical shaft ("Hydraulics and hydraulic machines", a textbook for high schools, A. A. Uginchus, ed. Kharkov University, Kharkov, 1966, p. 276, Fig. 173).

Недостатком подобного насоса является низкий напор, не превышающий даже для водной среды 6 м. The disadvantage of such a pump is its low head, not even exceeding 6 m for an aqueous medium.

Известна осевая турбомашина (авторское свидетельство СССР N 1574835, F 01 D 1/04, F 04 D 19/00), содержащая корпус с расположенным на нем ротором с рабочими лопатками, которые установлены на роторе, по крайней мере, по одной винтовой линии, закрученной в направлении вращения ротора. Known axial turbomachine (USSR author's certificate N 1574835, F 01 D 1/04, F 04 D 19/00), comprising a housing with a rotor located on it with rotor blades that are mounted on the rotor of at least one helix, twisted in the direction of rotation of the rotor.

Недостатком осевой турбомашины является низкий напор или давление, а также сложность в изготовлении (содержит множество лопаток), вследствие чего она может быть использована только в качестве турбины или компрессора и не может быть использована в качестве насоса, особенно при работе с вязкой или неоднородной средой. The disadvantage of an axial turbomachine is the low pressure or pressure, as well as the difficulty in manufacturing (it contains many blades), as a result of which it can only be used as a turbine or compressor and cannot be used as a pump, especially when working with a viscous or heterogeneous medium.

В основу изобретения поставлена задача создания рабочего органа лопастной машины, в которой путем изменения конструкции лопастей и их установки на валу обеспечивается повышение напора или давления, а также надежности при работе с различной, в том числе с вязкой или неоднородной средой, и упрощение конструкции машины. The basis of the invention is the task of creating a working body of a blade machine, in which by changing the design of the blades and their installation on the shaft provides increased pressure or pressure, as well as reliability when working with various, including with a viscous or heterogeneous medium, and simplifying the design of the machine.

Поставленная задача решается тем, что в рабочем органе лопастной машины, преимущественно для напорного перемещения вязкой жидкой или неоднородной сред, содержащем пустотелый корпус, внутренняя поверхность которого выполнена осесимметричной, с противоположных сторон корпус имеет входное и выходное отверстия, а внутри корпуса соосно ему размещен вал с радиальными лопастями, которые установлены на нем по винтовой линии, закрученной в направлении вращения вала, причем входная сторона каждой лопасти расположена к входному отверстию корпуса ближе выходной стороны предыдущей лопасти, а выходная сторона каждой лопасти расположена к входному отверстию корпуса дальше выходной стороны предыдущей лопасти, согласно изобретению: лопасти расположены по винтовой линии, которая закручена в направлении, противоположном направлению вращения вала, с шагом витков 0,40 0,75 их размаха, что позволяет перемещаемую под напором среду разделить на участки и производить увеличение напора или давления отдельно на этих участках, по длине вала, увеличивая от входного к выходному отверстию, шаг которых экспериментальным путем установлен 0,40 0,75 размаха лопастей и зависит от вязкости перемещаемой среды, скорости вращения вала и т.д. The problem is solved in that in the working body of the vane machine, mainly for the pressure movement of a viscous liquid or heterogeneous medium containing a hollow body, the inner surface of which is axisymmetric, on the opposite sides the body has inlet and outlet openings, and a shaft with radial blades that are mounted on it along a helix twisted in the direction of rotation of the shaft, and the input side of each blade is located to the inlet of the body ca closer to the output side of the previous blade, and the output side of each blade is located to the inlet of the housing further than the output side of the previous blade, according to the invention: the blades are located along a helical line, which is twisted in the opposite direction of rotation of the shaft, with a pitch of turns 0.40 0, 75 of their span, which allows the medium moved under pressure to be divided into sections and to increase the pressure or pressure separately in these sections, along the length of the shaft, increasing the cat step from the inlet to the outlet experimentally, 0.40 0.75 blade spacing was established and depends on the viscosity of the moving medium, shaft rotation speed, etc.

Лопасти выполнены плавно изогнутыми поперек их высоты и выгнутым местом направлены в сторону входного отверстия корпуса, закреплены на валу между собой на расстоянии 0,40 0,80 ширины лопасти в месте крепления к валу. Установлено опытным путем и позволяет уменьшить потери напора или давления при переходе от лопасти к лопасти, вдоль вала. The blades are made smoothly curved across their height and the curved place is directed towards the inlet of the housing, mounted on the shaft between each other at a distance of 0.40 0.80 of the width of the blade at the point of attachment to the shaft. It has been established experimentally and allows to reduce the loss of pressure or pressure during the transition from the blade to the blade along the shaft.

Входные и выходные стороны лопастей скруглены и входная сторона каждой лопасти установлена под постоянным на высоте лопасти углом к оси вращения вала, составляющим 80 100^o, а выходная сторона каждой лопасти установлена под переменным по высоте лопасти углом к оси вращения вала, который в месте ее крепления к валу меньше угла наклона к ней винтовой линии, выполнен изменяющимся по высоте лопасти и на конце лопасти равен углу наклона к оси вращения вала винтовой линии, что позволяет повысить КПД машины и улучшить захват перемещаемой среды, обеспечивая повышение напора, давления и надежности при работе с различной, в том числе и с вязкой или неоднородной средой.The input and output sides of the blades are rounded and the input side of each blade is set at a constant angle at the height of the blade to the axis of rotation of the shaft, which is 80 100 ^o , and the output side of each blade is installed at a variable height of the blade angle to the axis of rotation of the shaft, which is at the point of attachment to the shaft is less than the angle of inclination of the helix to it, it is made varying in height of the blade and at the end of the blade is equal to the angle of inclination to the axis of rotation of the shaft of the helix, which allows to increase the efficiency of the machine and improve the capture of the moving medium, both pechivaya pressure increase, pressure and reliability during operation with various, including viscous or inhomogeneous medium.

Шаг витков винтовой линии выполнен уменьшающимся в сторону выходного отверстия корпуса, что позволяет сжимать перемещаемую под напором среду между витками винтовой линии и тем дополнительно способствует повышению напора или давления, также надежности при работе с различной, в том числе с вязкой или неоднородной средой. The pitch of the turns of the helix is made decreasing towards the outlet of the housing, which allows compressing the medium moved under pressure between the turns of the helix and thereby additionally increases the pressure or pressure, as well as reliability when working with various, including viscous or inhomogeneous media.

Вдоль поверхности вала в лопастях выполнены вырезы, равные 0,10 0,15 высоты лопасти. Наличие таких вырезов, величина которых установлена опытным путем, позволяет уменьшить налипание вязкой среды на вал и лопасти в месте соединения с ним, уменьшить возможность появления кавитации при увеличении скорости вращения вала, а также увеличить производительность рабочего органа в момент его пуска, что позволяет повысить напор или давление, а также надежность при работе с различной, в том числе с вязкой или неоднородной средой. Cutouts equal to 0.10 0.15 of the height of the blade are made along the surface of the shaft in the blades. The presence of such cutouts, the value of which has been established experimentally, allows to reduce the sticking of a viscous medium on the shaft and blades at the junction with it, to reduce the possibility of cavitation with increasing shaft rotation speed, and also to increase the productivity of the working body at the time of its launch, which allows to increase the pressure or pressure, as well as reliability when working with various, including with a viscous or heterogeneous environment.

Весь рабочий орган отличается простотой конструкции. The whole working body is simple in design.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг. 1 и 2, где: на фиг. 1 показан рабочий орган лопастной машины, продольный разрез; на фиг. 2 то же, вид спереди, со стороны выходного отверстия. The essence of the proposed technical solution is illustrated in FIG. 1 and 2, where: in FIG. 1 shows a working body of a blade machine, a longitudinal section; in FIG. 2 is the same, front view, from the outlet side.

Рабочий орган лопастной машины состоит из пустотелого корпуса 1, внутренняя поверхность которого выполнена осесимметричной. С противоположных его сторон имеются входное 2 и выходное 3 отверстия. Внутри корпуса 1 соосно с ним размещен вал 4 с радиальными лопастями 5, которые имеют скругленные входные 6 и выходные 7 стороны. Лопасти 5 на валу 4 расположены по винтовой линии 8, которая закручена в направлении, противоположном направлению вращения вала, и между собой, в месте крепления к валу 4, они находятся на расстоянии 0,40 0,80 ширины лопасти в этом месте. Лопасти 5 возле вала 4 внутри имеют вырезы 9, равные 0,10 0,15 высоты каждой из них, которые расположены вдоль поверхности вала 4. Лопасти 5 на винтовой линии 8 выполнены плавно изогнутыми поперек их высоты и выгнутым местом направлены в сторону входного отверстия 2 корпуса 1, причем входная сторона 6 каждой из них расположена к входному отверстию 2 корпуса 1 ближе выходной стороны 7 предыдущей лопасти и составляет с осью вращения вала 4 постоянный по высоте лопасти 5 угол 80 100^o. Кроме того, лопасти 5 на винтовой линии 8 повернуты и плавно изогнуты так, что выходная сторона 7 каждой из них расположена к входному отверстию 2 корпуса 1 дальше выходной стороны 7 предыдущей лопасти и составляет с осью вращения вала 4 угол α Этот угол увеличивается по высоте лопасти 5. В месте крепления лопасти 5 к валу 4 он меньше угла b наклона к оси вращения вала 4 винтовой линии 8. Угол a наклона выходной стороны 7 лопасти 5 изменяется по высоте лопасти и на ее конце переходит в угол g который соответствует углу b наклона к оси вращения вала 4 винтовой линии 8. Шаг витков винтовой линии 8 уменьшается, и, следовательно, угол b наклона винтовой линии 8 увеличивается в сторону выходного отверстия 3 корпуса 1.The working body of the blade machine consists of a hollow body 1, the inner surface of which is made axisymmetric. On its opposite sides there are input 2 and output 3 holes. Inside the housing 1, a shaft 4 with radial blades 5, which have rounded input 6 and output 7 sides, is placed coaxially with it. The blades 5 on the shaft 4 are located along a helical line 8, which is twisted in the opposite direction of rotation of the shaft, and between themselves, in the place of attachment to the shaft 4, they are located at a distance of 0.40 0.80 of the width of the blades in this place. The blades 5 near the shaft 4 inside have cutouts 9 equal to 0.10 0.15 of the height of each of them, which are located along the surface of the shaft 4. The blades 5 on the helical line 8 are smoothly curved across their height and the curved place is directed towards the inlet 2 case 1, and the input side 6 of each of them is located to the inlet 2 of the housing 1 closer to the output side 7 of the previous blade and is with the axis of rotation of the shaft 4 constant at the height of the blade 5 angle 80 100 ^o . In addition, the blades 5 on the helix 8 are rotated and smoothly bent so that the output side 7 of each of them is located to the inlet 2 of the housing 1 further than the output side 7 of the previous blade and makes an angle α with the axis of rotation of the shaft 4. This angle increases along the height of the blade 5. At the point of attachment of the blade 5 to the shaft 4, it is less than the angle of inclination b to the axis of rotation of the shaft 4 of the helix 8. The angle a of the inclination of the output side 7 of the blade 5 changes in height of the blade and at its end passes into an angle g which corresponds to the angle b of inclination to shaft rotation axis 4 screw howling line 8. Step 8 turns of the helix decreases, and therefore, the angle b of inclination of the helix 8 increases towards the outlet opening 3 of the housing 1.

Рабочий орган лопастной машины работает следующим образом. Входное отверстие 2 корпуса 1 соединяется с всасывающей трубой или емкостью, а выходное отверстие 3 с нагнетательной трубой или емкостью, вал 4 соединяется с двигателем, который вращает вал 4 рабочего органа против направления закрутки винтовой линии 8 (по часовой стрелке при виде на рабочий орган со стороны выходного отверстия 3, см. фиг. 2). Так как лопасти 5 соединены с валом, то вращаются вместе с ним. Первой в работу вступает ближайшая от входного отверстия 2 лопасть 5. Частицы среды захватываются расположенной почти перпендикулярно к оси вращения вала 4 (чтобы не создавать помех движению) входной стороной 6 лопасти, скользят по передней поверхности лопасти, перемещаясь к выходной стороне 7, и уже с некоторым напором или давлением сходят с нее. При этом, для того чтобы, в основном, обеспечить одинаковую скорость движения среды, выходная сторона 7 лопасти 5 выполнена с переменным по ее высоте углом установки на валу 4. При вращении ближайшей от входного отверстия 2 лопасти 5 с тыльной ее стороны образуется разрежение, в которое устремляются частицы среды из входного отверстия. Они стремятся заполнить образующуюся пустоту, и так как среда неразрывна, то заполняют пространство за задней поверхностью лопасти 5, скользят по ее тыльной стороне и захватываются следующей, находящейся за ней по винтовой линии лопастью, которая для улучшения захвата расположена так, что ее входная сторона 6 находится к входному отверстию 2 корпуса 1 ближе выходной стороны 7 предыдущей ей по винтовой линии 8 лопасти. При этом она также под напором перемещает часть среды в сторону выходного отверстия 3. А в образовавшееся за ней пространство из входного отверстия поступают другие частицы среды, которые также захватываются следующей за ней по винтовой линии 8 лопастью 5. Так повторяется от лопасти к лопасти и создается непрерывный поток среды через рабочий орган от входного 2 к выходному 3 отверстию, а также далее, под напором. Кроме такого перемещения среды за счет действия каждой лопасти в отдельности, происходит также перемещение за счет расположения лопастей по винтовой линии, то есть за счет проскальзывания по ним всем, как в шнеке (винтовом контейнере). Увеличение напора или давления в лопастной машине происходит также за счет того, что находящиеся на винтовой линии 8 и определенным образом изогнутые лопасти 5 захватывают частицы среды из предыдущих витков винтовой линии, в которых они уже приобрели некоторую энергию, а также за счет уменьшения шага витков винтовой линии 8 в сторону выходного отверстия 3, в которых происходит дополнительное сжатие среды. The working body of the blade machine works as follows. The inlet 2 of the housing 1 is connected to the suction pipe or tank, and the outlet 3 to the discharge pipe or tank, the shaft 4 is connected to the motor, which rotates the shaft 4 of the working body against the direction of twisting of the helical line 8 (clockwise when looking at the working body with side of the outlet 3, see Fig. 2). Since the blades 5 are connected to the shaft, they rotate with it. First, the blade 5 closest to the inlet 2 enters. Particles of the medium are trapped located almost perpendicular to the axis of rotation of the shaft 4 (so as not to interfere with the movement) by the input side 6 of the blade, slide along the front surface of the blade, moving to the output side 7, and already with some pressure or pressure go off her. At the same time, in order to basically ensure the same speed of the medium, the output side 7 of the blade 5 is made with an installation angle that is variable in height on the shaft 4. When the blade 5 closest to the inlet 2 is rotated from its rear, a vacuum forms which particles of the medium rush from the inlet. They tend to fill the resulting void, and since the medium is inextricable, they fill the space behind the rear surface of the blade 5, slide along its back side and are captured by the next blade located behind it along the helix, which is located so that its input side 6 located to the inlet 2 of the housing 1 closer to the outlet side 7 of the previous one along the helical line 8 of the blade. At the same time, it also moves a part of the medium under pressure towards the outlet 3. And other particles of the medium enter the space formed after it from the inlet, which are also captured by the blade 5, which follows it along the helical line 8. This is repeated from blade to blade and is created a continuous flow of medium through the working body from the inlet 2 to the outlet 3 hole, and also further, under pressure. In addition to such a movement of the medium due to the action of each blade individually, there is also a movement due to the location of the blades along the helix, that is, due to all of them slipping along, as in a screw (screw container). The increase in pressure or pressure in the blade machine also occurs due to the fact that the curved blades 5 located on the helical line 8 and in a certain way capture the particles of the medium from previous turns of the helical line in which they have already acquired some energy, as well as by reducing the pitch of the turns of the helical line 8 towards the outlet 3, in which additional compression of the medium occurs.

Следовательно, в рабочем органе лопастной машины за счет такого способа напорного перемещения происходит повышение напора или давления, а также надежности при работе с различной, в том числе с вязкой или неоднородной средой. Такой рабочий орган прост в изготовлении и не требует никакого обслуживания. Therefore, in the working body of the blade of the machine due to this method of pressure movement there is an increase in pressure or pressure, as well as reliability when working with various, including with a viscous or inhomogeneous medium. Such a working body is easy to manufacture and does not require any maintenance.

При подведении обладающей определенной энергией среды к рабочему органу со стороны выходного отверстия 3 он способен работать также в качестве турбины или гидродвигателя. When bringing a medium with a certain energy to the working body from the side of the outlet 3, it is also able to work as a turbine or hydraulic motor.

Claims

1. The working body of a vane machine, mainly for pressure transfer of viscous, liquid or gaseous media, containing a hollow casing, the inner surface of which is axisymmetric, on the opposite sides the casing has inlet and outlet openings, and a shaft with radial blades placed coaxially to it mounted on it along a helical line, with the input side of each blade located to the inlet of the housing closer to the output side of the previous blade, and the output side of each blade located to the inlet of the housing further than the output side of the previous blade, characterized in that the helix along which the blades are installed is twisted in the opposite direction to the shaft rotation direction with a pitch of 0.40 0.75 turns of their span, the blades are smoothly curved across them heights and a curved place are directed towards the inlet of the housing, fixed to the shaft between each other at a distance of 0.40 0.80 of the width of the blade at the place of attachment to the shaft, the input and output sides of the blades are rounded and the input side of each l the jaws set at a constant adjustment of the blade angle to the rotational axis, constituting 80 100 ^o, and the output side of each blade is set at a variable adjustment of the blade angle to the shaft axis of rotation, which at the point of attachment to the shaft less than the angle of inclination thereto helix, made varying in height of the blade and at the end of the blade is equal to the angle of inclination to the axis of rotation of the shaft of the helix.

2. The working body according to p. 1, characterized in that the pitch of the turns of the helix is made decreasing towards the outlet of the housing.

3. The working body according to p. 1, characterized in that along the surface of the shaft in the blades are cuts equal to 0.10 0.15 the height of the blade.