НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ВЯЗКОСТИ
PUMP TO PUMP LIQUIDS OF VARIOUS VISCOSITY

Изобретение относится к области насосов и насосостроения и может быть использовано для перекачивания жидкости различной вязкости, преимущественно для перекачивания жидкости, где температурные или технологические условия требуют перекачивания структурированных высоковязких жидкостей.
Известен центробежный насос, включающий в себя корпус, рабочее колесо, консольно насаженное на вал, который соединен муфтой с валом электродвигателя (Турк В.И. Насосы и насосные станции. - М., Недра, 1983. - С.12).
Недостатками этого насоса являются ограниченность применения центробежных насосов вследствие необходимости увеличения числа ступеней из-за небольшой производительности и напора, а также из-за того, что при входе в насос и выходе из него теряется трехмерное воздействие на жидкость, что выражается в отсутствии вектора скорости по нормали к плоскости вращения колеса, из-за чего насос не способен перекачивать вязкую структурированную жидкость.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому насосу является насос для перекачивания жидкостей различной вязкости (Пат. РФ 2002115 ; МПК F04D 5/00; з. №5026072/29, заявл. 10.01.92, опубл. 30.10.93, бюл. №39-40). Насос содержит корпус с осевым подводом жидкости и параллельным ему отводом, рабочее колесо, расположенное в корпусе и консольно закрепленное па валу.
Недостатком этого насоса является низкая производительность при перекачке жидкости большой вязкости.
Задачей настоящего изобретения является создание насоса для перекачивания жидкости с любой степенью вязкости, вплоть до образования в ней пространственной сетки, для разрушения которой требуется постоянное воздействие на нее при всем прохождении через насос.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности работы насоса за счет обеспечения возможности перекачивания жидкости различной вязкости.
Указанный технический результат достигается тем, что насос для перекачивания жидкости различной вязкости, содержащий корпус с осевым входным патрубком и параллельным ему выходным патрубком, рабочее колесо, расположенное в корпусе и консольно закрепленное на валу, снабжен дополнительным выходным патрубком и тремя обрезиненными колесами, закрепленными подвижно и вращающимися на осях между фланцами рабочего колеса, при этом обрезиненные колеса выполнены выступающими во входном отверстии за край рабочего колеса, а также выступающими за его внешний диаметр до касания с корпусом, причем выход жидкости выполнен в стороны от плоскости вращения через выходные патрубки.
Отличительной особенностью предлагаемого насоса является то, что по воздействию рабочего органа на жидкость, его можно рассматривать как центробежный и поршневой насосы, имеющие общий рабочий орган. У центробежного насоса колесо состоит из двух фланцев и заключенных между ними лопаток, у рабочего колеса π-насоса вместо лопаток между фланцами на осях вращаются три металлических обрезиненных колеса, которые обкатывают внутреннюю поверхность корпуса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - изображена схема насоса; на фиг.2 - разрез А-А: на фиг.3 - кинематическая схема насоса; на фиг.4 - графики характеристик насоса.
Насос состоит из корпуса 1, колеса 2, с обрезиненными колесами 3, закрепленными на осях, входного патрубка 4 и выходных патрубков 5. Колесо 2 консольно закреплено на валу 7 и через уплотнение 6 в корпусе насоса приводится во вращательное движение. Входное отверстие уплотняется от внутренней полости насоса уплотнением 6 (фиг.1).
В насосе рабочее колесо выполнено в виде металлических обрезиненных колес 3, которые вращаются на осях, обкатывают внутреннюю поверхность корпуса 1.
Площадь прохода между колесами 3 равна площади входного отверстия в колесо 2, что определяет ширину колес 3.
Это необходимое условие для прохода вязкой жидкости с постоянным сопротивлением в колесо 2. Диаметры выходных патрубков 5 (фиг.2) по площади сечения должны быть не меньше площади кольцевой щели между колесом 2 и корпусом насоса. Направление выходных патрубков может быть параллельно входному патрубку насоса, т.к. направление выхода жидкости из колеса определяется в основном напряжением сдвига перпендикулярно плоскости вращения колеса, что сделает несущественным направление вращения вала насоса.
Выход жидкости из насоса происходит в стороны от плоскости вращения через патрубки 3. Это сохраняет пространственное воздействие на жидкость в трехмерном измерении, что обеспечивает напряжение сдвига на вторичную вязкость жидкости при выходе из колеса.
При выходе жидкости из колеса возникает вектор скорости перпендикулярно плоскости его вращения, т.е. возникает напряжение сдвига в стороны от плоскости вращения, что позволяет перекачивать вязкую жидкость. Этот вектор возникает из-за конструктивных особенностей насоса, которые заключаются в том, что в отличие от колеса центробежного насоса вместо лопаток у насоса вращаются на осях три обрезиненных колеса, у которых диаметр обхватываемой поверхности определяется из соотношения:
2
1
d=πd,
1
2
где: d - входное отверстие; d - диаметр обхватываемой поверхности.
1
Вокруг входного отверстия d описываем равносторонний треугольник, в вершинах которого находятся оси обрезиненных колес, которые обкатывают внутреннюю поверхность корпуса насоса (фиг.3).
Такая конструкция позволяет рассматривать насос, как состоящий из двух насосов: центробежного и поршневого, работающих последовательно. Соотношение основных характеристик этих насосов представлено в формуле:
п
где: H - напор поршневого насоса, м;
ц
H - напор центробежного насоса, м;
п
3
Q - производительность поршневого насоса, м/ч;
ц
3
Q - производительность центробежного насоса, м/ч.
Таким образом, мощности насосов равны, и в целом мощность насоса постоянна. Это объясняется тем, что действие центробежного насоса начинается от входа в колесо и заканчивается внешним краем, действие поршневого насоса начинается от этого внешнего края колеса и заканчивается до обкатываемой поверхности. То есть, чтобы насос работал, нужно рассчитать диаметр рабочего колеса, чтобы мощности центробежного и поршневого воздействия были равны.
Части обрезиненных колес 3, вращающихся между фланцами, выполняют роль лопаток. Части колес 3, выступающих из фланцев и обкатывающих внутреннюю поверхность корпуса, выполняют роль поршня в поршневом насосе, где площадь поршня равна площади обкатываемой поверхности, а ход поршня равен расстоянию выступа колес, т.е. расстоянию от края фланца колеса до корпуса.
Части колес, выступающих из входного отверстия, оказывают первоначальное воздействие по разрушению структуры вязкой жидкости перед входом в колесо. Таким образом, в насосе воздействие на структуру жидкости происходит на всем прохождении через насос без потери трехмерного воздействия на жидкость, начиная от входа и заканчивая выходом из насоса.
1
2
Мощность, передаваемая жидкости рабочим органом на участке центробежного воздействия, равна мощности воздействия на поршневом участке, т.е. в целом мощность π-насоса постоянна. На фиг.4 приведены графики зависимостей давления и производительности насоса (H-Q) 9, а также график мощности насоса 10. Кинематическая схема (фиг.4) является векторной диаграммой в виде окружностей с диаметром d и с диаметром d, связанных между собой соотношением по формуле (1). Из приведенного графика зависимости (H-Q) можно сделать вывод о том, что любая рабочая точка на кривой графика имеет постоянную мощность насоса.
Насос работает следующим образом.
Вязкие структурированные жидкости, поступающие во входной патрубок насоса, при входе в колесо 2 подвергаются воздействию выступающих колес 3. Последние оказывают первоначальное воздействие на разрушение структуры жидкости. По мере прохождения жидкости между колесами под действием центробежной силы жидкость подпадает под действие обрезиненных колес и выдавливается из плоскости вращения колеса 2, через кольцевую щель в полость 8 и выходные патрубки 5. Во входе в насос создается пониженное давление, и под действием атмосферного давления жидкость снова поступает в насос.
За катящимися колесами 3 образуется пониженное давление, вызывающее эффект кавитации, что дополняет воздействие на жидкость по разрушению ее вязкой структуры, т.е. после такого воздействия из колеса поступает жидкость со вторичной вязкостью, близкой к воде.
Так как насос работает в кавитационном режиме, т.е. использует кавитацию для уменьшения вязкости жидкости, то колеса 3 обрезинивают, а обкатываемую поверхность корпуса армируют прочной сталью.
Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить возможность перекачивания жидкостей различной вязкости с постоянной мощностью, величина которой задается линейными размерами насоса.