Роторная лопастная гидромашина

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Антоненко Александр Николаевич(72) Автор Антоненко Александр Николаевич(73) Патентообладатель Антоненко Александр Николаевич(57) 1. Роторная лопастная гидромашина, содержащая корпус с входным и выходным отверстиями, установленные в корпусе с возможностью синхронного вращения в разных направлениях два лопастных ротора с радиально направленными и равномерно расположенными лопастями, в двугранных углах между которыми расположены замыкатели,взаимодействующие поверхностью углубления с вершиной лопасти сопряженного ротора,причем величина углубления замыкателя выполнена с возможностью обеспечения в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого начала взаимодействия ближайшей лопасти этого ротора с замыкателем первого ротора и наоборот,отличающаяся тем, что замыкатели выполнены непосредственно на валу ротора, причем профиль углубления замыкателя представляет собой кривую, близкую к эпициклоиде,описываемой вершиной лопасти одного ротора на поперечном сечении другого. 2. Гидромашина по п. 1, отличающаяся тем, что вершина лопасти снабжена высокопрочной накладкой, а входное отверстие - противорежущими ножами, взаимодействующими с вершинами лопастей ротора. 3. Гидромашина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что накладки и ножи выполнены съемными.(56)970027, 1998.666296, 1979.794257, 1981.2000284 , 1969.2394670 1, 1979.4453901 , 1984. Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в гидроэнергетике, коммунальном и сельском хозяйстве. Известна роторная лопастная гидромашина, содержащая корпус, внутренняя полость которого образована двумя цилиндрическими поверхностями равного радиуса и торцовыми крышками, установленными в корпусе с возможностью вращения в разных направлениях на валах, связанных между собой синхронизирующими шестернями, лопастные роторы с радиально направленными и равномерно расположенными лопастями в двугранных углах, между которыми расположены замыкатели в виде вкладышей и взаимодействующие поверхностью углубления с вершиной лопасти сопряженного ротора, причем величина углубления замыкателя выполнена такой, что в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого, ближайшая лопасть этого ротора начинает взаимодействовать с замыкателем первого ротора и наоборот, а длина лопасти в радиальном направлении ограничена наружным радиусом, близким к радиусу цилиндрической поверхности корпуса, при этом центральный угол, соответствующий цилиндрической поверхности корпуса, больше, чем двугранный угол между лопастями 1. Основными недостатками известной роторной лопастной гидромашины являются сложность конструкции роторов и их ускоренный износ при работе с неочищенными жидкостями. Наиболее интенсивному механическому и кавитационному износу подвержена вершина лопасти. Вследствие чего увеличиваются зазоры между лопастями и замыкателями, лопастями и корпусом, что приводит к увеличению объемных потерь и снижению КПД гидромашины. Задачи изобретения - упрощение конструкции и обеспечение высокой надежности и долговечности. Указанная техническая задача решается тем, что в роторной лопастной гидромашине,содержащей корпус с входным и выходным отверстиями, установленными в корпусе с возможностью синхронного вращения в разных направлениях, два лопастных ротора с радиально направленными и равномерно расположенными лопастями, в двугранных углах между которыми выполнены замыкатели, взаимодействующие поверхностью углубления с вершиной лопасти сопряженного ротора, причем величина углубления замыкателя выполнена с возможностью обеспечения в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого начала взаимодействия ближайшей лопасти этого ротора с замыкателем первого ротора и наоборот, замыкатели выполнены непосредственно на валу ротора, причем профиль углубления замыкателя представляет собой кривую, близкую к эпициклоиде, описываемой вершиной лопасти одного ротора на поперечном сечении другого. При этом вершина лопасти снабжена высокопрочной накладкой, а входное отверстие- противорежущими ножами, взаимодействующими с вершинами лопастей ротора. Накладки и ножи выполнены съемными. Техническим результатом при использовании предложенных решений является упрощение конструкции, повышение надежности и долговечности за счет совершенствования конструкции ротора, что позволит разработать высокопроизводительные насосы большой мощности, способные перекачивать неочищенные жидкости и вязкие массы при высоком 2 5228 1 развиваемом напоре, объемные расходомеры жидкости и газа различного назначения, и использовать предлагаемую гидромашину в ГЭС и ГАЭС в качестве высоконапорной объемной обратимой гидромашины, обеспечивающей высокое значение КПД при работе в турбинных и насосных режимах и переменных расходах воды. На фиг. 1 изображена обратимая роторная лопастная гидромашина, разрез на фиг. 2 представлена конструкция роторного лопастного насоса на фиг. 3 - конструкция роторного лопастного расходомера. Роторная лопастная гидромашина (фиг. 1) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями. Для обратимой гидромашины, работающей в насосном режиме, входное отверстие является выходным - при работе в турбинном режиме и наоборот. В роторном лопастном насосе (фиг. 2) входное отверстие 2 соединяется с всасывающим патрубком, а выходное отверстие 3 - с напорным трубопроводом. В корпусе 1 с возможностью синхронного вращения в разных направлениях, например за счет синхронизирующих шестерен, установлены два лопастных ротора 4 и 5 с радиально направленными и равномерно расположенными лопастями 6. Лопасти 6 по технологии изготовления могут быть съемными с возможностью регулирования эксплуатационных зазоров (фиг. 1, фиг. 3) или крепятся жестко к валу ротора (фиг. 2) и обрабатываются вместе с ним. В двугранных углах между лопастями 6 размещены замыкатели 7, причем последние выполнены непосредственно на валу ротора, что упрощает изготовление роторов и позволяет за счет увеличения диаметра вала ротора развивать больший крутящий момент и напор. Величина углубления замыкателя выполнена такой, что в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого, ближайшая лопасть этого ротора начинает взаимодействовать с замыкателем первого ротора и наоборот, постоянно разделяя таким образом приемную и отдающую полости гидромашины. Профиль углубления замыкателя 7 представляет собой кривую, близкую к эпициклоиде, описываемой вершиной лопасти одного ротора на поперечном сечении другого. Это позволяет обеспечить минимальные эксплуатационные зазоры между вершиной лопасти и замыкателем и снизить объемные потери, а следовательно, и повысить КПД гидромашины. Вместе с тем, для облегчения изготовления ротора, поверхность замыкателя с поперечным сечением, близким к эпициклоиде,может быть образована сопряженными цилиндрическими поверхностями. Вершина каждой лопасти снабжена высокопрочной накладкой 8, а входное отверстие - противорежущими ножами 9, взаимодействующими с вершинами лопастей. У обратимых гидромашин противорежущими ножами 9 оснащается и выходное отверстии 3, которое в обратном режиме будет являться входным. При использовании гидромашины в качестве объемного счетчика-расходомера высокопрочные накладки изготовляются в виде вставок 2 (фиг. 3) из эластичного материала и выполняют роль уплотнителей. В случае поломки или износа накладки 8 и ножи 9 могут быть восстановлены или заменены новыми, так как они выполнены съемными. Принцип работы гидромашины следующий. При вращении лопастных роторов 4 и 5 от внешнего источника крутящего момента гидромашина работает в режиме насоса. Перекачиваемая среда захватывается лопастями 6 обоих роторов и переносится из приемной в отдающую полости. При этом некоторая часть, находящаяся в пространстве между двумя лопастями 6 и взаимодействующими с ними замыкателями 7 в момент выхода лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого из отдающей полости переносится обратно во всасывающую полость. Вместе с тем КПД гидронасоса не зависит от обратного перепуска жидкости, числа и формы лопастей 6. Чем меньше зазоры между лопастями 6 и корпусом 1 и лопастями 6 и замыкателями 7, тем меньше объемные потери жидкости,а объемный КПД гидромашины ближе к 1. Твердые и волокнистые включения, находящиеся в неочищенной жидкости, при прохождении через насос многократно измельчаются взаимодействующими высокопрочными накладками 8 с противорежущими ножами 9 и вместе с жидкостью вытесняются в напорный трубопровод. При работе гидромашины в 3 5228 1 насосном режимево всасывающем патрубке достигается глубокий вакуум, что расширяет функциональные возможности, позволяет использовать ее в качестве высокопроизводительного вакуум-насоса. Гидромашина в режиме гидромотора, а также гидротурбины или расходомера работает в обратном порядке. Жидкость под напором, превышающим давление в отдающей полости, подается в приемную полость гидромашины. В любой момент времени один из роторов находится в равновесии, а другой в это время работает как поворотный гидродвигатель и имеет одну рабочую лопасть, от которой в результате разности давлений в приемной и отдающей полостях образуется крутящий момент. Роторы начинают синхронно вращаться в разных направлениях, а лопасти, поочередно взаимодействуя с замыкателями взаимодействующих роторов, постоянно перекрывают межосевое пространство и препятствуют свободному переливу рабочей жидкости из приемной в отдающую полость. При этом часть рабочей жидкости, заключенной в пространстве между лопастями и замыкателями в момент выхода вершины лопасти одного ротора из зацепления с замыкателем другого переносится обратно в приемную полость и снижает расход рабочей жидкости. Для предотвращения повышенного расхода рабочей жидкости, а следовательно, и снижения КПД гидромашины, отдающая полость во время работы должна быть постоянно полностью заполнена жидкостью под минимальным напором. Следует отметить, что при взаимодействии вершины лопасти и замыкателя расстояние от линии их контакта до оси ротора постоянно меняется, соответственно изменяется и крутящий момент на валу ротора. Вследствие этого гидромашина в зависимости от взаимного расположения роторов имеет максимальное и минимальное значения крутящего момента. Чтобы получить более равномерный крутящий момент на валу гидромашины применяют роторы с несколькими смещенными по фазе вращения и разделенными перегородками секциями. При необходимости с целью снижения крутящего момента и нагрузки на зубья синхронизирующих шестерен высоконапорный агрегат можно получить и путем последовательного соединения двух и более роторных лопастных гидромашин. Таким образом, предлагаемое конструктивное исполнение роторов с замыкателями,выполненными непосредственно на валу ротора, упрощает их конструкцию и изготовление и повышает прочность, что дает возможность использовать роторную лопастную гидромашину в высоконапорных ГЭС, ГАЭС. Оснащение вершин лопастей высокопрочными накладками, а входного отверстия противорежущими ножами, взаимодействующими с вершинами лопастей ротора, обеспечивает высокую надежность и долговечность гидроагрегатов, работающих с неочищенными жидкостями и вязкими массами. Высокий объемный КПД и производительность гидромашины позволяют использовать ее в качестве объемных расходомеров вязких масс, жидкостей и газов при их транспортировании по трубопроводам. Источники информации 1. Заявка 970027, МПК 04 2/00, 1998. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5