НАСОС

Полезная модель относится к области производства насосов и может применяться при создании вентиляторов, компрессоров или других динамических машин (гидравлических и пневматических двигателей) в различных отраслях промышленности. В частности, заявляемое техническое решение может быть использовано в нефтяной промышленности при создании насосов для добычи и перекачки нефти и многофазных сред различной вязкости.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является насос, содержащий корпус, входной и выходной каналы, размещенную в корпусе обойму с выполненными в ней канавками. Установленный в обойме ротор, состоит из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу. А каждая секция ротора содержит установленные на приводном валу разделительный диск и лопастное колесо, межлопастные каналы которого сообщаются через канавки в обойме с межлопастными каналами колеса в последующей секции ротора [Патент на полезную модель №57389. МПК F04C 2/00. Насос. Заявка №2006106593/22 от 02.03.2006. Опубл. БИ №28, 10.10.2006].
Недостатком известного устройства является его относительно невысокий коэффициент полезного действия при перекачке высоковязких сред, что связано с преобладанием роли вихревых рабочих процессов, по сравнению с лопастными рабочими процессами. Также недостатком является относительно низкая технологичность при производстве и при эксплуатации, что связано с большим количеством деталей, где требуется высокая точность изготовления.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение, как коэффициента полезного действия при перекачке высоковязких сред, так и технологичности при производстве и при эксплуатации, за счет усовершенствования гидродинамической схемы машины, при уменьшении количества дорогостоящих деталей.
Техническим результатом является создание более эффективных и более технологичных насосов, за счет использования более простой гидродинамической схемы насоса и более надежной конструкции для осуществления рабочего процесса в насосе.
Указанный технический результат достигается тем, что в насосе, содержащем корпус, входной и выходной каналы, размещенную в корпусе обойму с выполненными в ней канавками, установленный в обойме ротор, состоящий из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу, а каждая секция ротора содержит установленные на приводном валу разделительный диск и лопастное колесо, межлопастные каналы которого сообщаются через канавки в обойме с межлопастными каналами колеса в последующей секции ротора, согласно полезной модели обойма выполнена в виде трубы, в которой проходной канал сформирован четырьмя или тремя пересекающимися плоскостями, при этом проходной канал в обойме имеет, соответственно, квадратное или треугольное поперечное сечение, вместе с тем лопастное колесо выполнено в виде шнека, а межлопастные каналы лопастного колеса выполнены в виде многозаходной винтовой нарезки, при этом ротор с зазором установлен внутри обоймы с возможностью выведения секций ротора из обоймы посредством осевого перемещения ротора относительно обоймы.
Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве насосов (или других динамических машин).
На фигуре 1 представлен продольный разрез насоса.
На фигуре 2 представлен поперечный разрез насоса, когда применяется обойма с квадратным поперечным сечением канала.
На фигуре 3 представлен насос в изометрии, часть вида у корпусных деталей удалена для удобства описания конструкции.
На фигуре 4 представлена одна секция насоса в изометрии, часть вида у корпусных деталей удалена для удобства описания конструкции.
На фигуре 5 представлена обойма в изометрии, с квадратным поперечным сечением канала.
На фигуре 6 представлена одна секция насоса в изометрии, когда применяется обойма с треугольным поперечным сечением канала, часть вида у корпусных деталей удалена для удобства описания конструкции.
На фигуре 7 представлена обойма в изометрии, с треугольным поперечным сечением канала.
Насос, по фигурам 1-7, содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 каналы, размещенную в корпусе 1 обойму 4 с выполненными в ней канавками 5. Установленный в обойме 4 ротор 6, состоит из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу 7. А каждая секция ротора 6 содержит установленные на приводном валу 7 разделительный диск 8 и лопастное колесо 9, межлопастные каналы 10 у колеса 9 сообщаются через канавки 5 в обойме 4 с межлопастными каналами 10 колеса 9 в последующей секции ротора 6. Лопастное колесо 9 выполнено в виде шнека, а межлопастные каналы 10 лопастного колеса 9 выполнены в виде многозаходной винтовой нарезки. Ротор 6 с зазором установлен внутри обоймы 4 с возможностью выведения секций ротора 6 из обоймы 4 посредством осевого перемещения ротора 6 относительно обоймы 4. Обойма 4 выполнена в виде трубы, в которой проходной канал сформирован четырьмя или тремя пересекающимися плоскостями 11, при этом проходной канал имеет, соответственно, квадратное или треугольное поперечное сечение. Наружная поверхность разделительного диска 8, в поперечном сечении насоса, может представлять собой окружность, вписанную в квадрат или в треугольник, если применяется квадратная или, соответственно, треугольная труба - обойма 4. Через центр такой вписанной окружности проходит ось вращения 12 ротора 6, при этом в разделительный диск 8 может быть встроена втулка 13, с функциями радиальной опоры, например, опоры скольжения. Разделительный диск 8 может быть выполнен сборным из нескольких частей, и при этом, может иметь две конические наружные поверхности: 14 и 15. В направлении от входа к выходу насоса, коническая поверхность 14 обеспечивает плавное уменьшение площади сечения проходного канала между обоймой 4 и диском 8. В направлении от входа к выходу насоса, коническая поверхность 15 обеспечивает плавное увеличение площади сечения проходного канала между обоймой 4 и сборным диском 8, при этом между обоймой и разделительным диском сформирован расширяющийся диффузорный канал 16. Плоскости 11 в обойме 4 могут быть соединены друг с другом через поверхности сопряжения 17.
В представленном техническом решении, как и в известных лабиринтных, шнековых и лопастных насосах, возможно исполнение ротора 6 конической формы, при этом площадь поперечного сечения обоймы 4 меняется при смещении вдоль оси вращения 12, то есть плоскости 11 расположены под острым углом к оси вращения 12. Лопасти лопастного колеса 9 могут быть различного исполнения: лопасти радиальные; лопасти, отогнутые вперед или назад; или лопасти в виде шнека.
Насос, по фигурам 1-7, работает следующим образом. При вращении приводного вала 7, ротора 6 и соответственно лопастного колеса 9, осуществляется силовое воздействие на жидкость (перекачиваемую среду), заполняющую все межлопастные каналы 10, реализуется преобразование механической энергии в гидравлическую энергию и при этом создается поток жидкости, в направлении от входа 2 к выходу 3, в корпусе 1 насоса. Под действием центробежных сил жидкость отводится в канавки 5, в обойме 4. В канавках 5 значение скорости течения уменьшается, что сопровождается ростом статической составляющей давления. Квадратная или треугольная форма сечения проходного канала в обойме 4 способствует замедлению вращательного движения жидкости, особенно при высокой вязкости перекачиваемой среды, что благоприятно сказывается на росте КПД насоса. В канавках 5 жидкость стремится перемещаться вдоль оси ротора 12, поскольку пересекающиеся плоскости 11 задают именно это направление движения для жидкости. Из канавок 5 жидкость направляется на вход следующего лопастного колеса 9, где цикл передачи и преобразования энергии повторяется. Разделительный диск 8 и поверхности 14, 15 перекрывают центральную часть внутри обоймы 4 и препятствуют возвратному течению жидкости, из зоны с высоким давлением в зону с низким давлением, что способствует росту коэффициента полезного действия.
В направлении от входа к выходу насоса, коническая поверхность 14 обеспечивает плавное уменьшение площади сечения проходного канала между обоймой 4 и сборным диском 8. В направлении от входа к выходу насоса, коническая поверхность 15 обеспечивает плавное увеличение площади сечения проходного канала между обоймой 4 и сборным диском 8, таким образом, между обоймой 4 и поверхностью 15 на этом участке сформирован расширяющийся диффузорный канал 16. Такое исполнение поверхностей, формирующих проходной канал между сборным диском 8 и обоймой 4, способствует уменьшению гидравлических потерь давления, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение КПД насоса.
Лопастное колесо 9 может быть выполнено в виде шнека, а межлопастные каналы 10 лопастного колеса 9 выполнены в виде многозаходной винтовой нарезки. При таком исполнении на входе в лопастное колесо 9 создаются более благоприятные условия для проявления лопастного рабочего процесса, в дополнение к тому, что в канавках 5 имеются условия для вихревого рабочего процесса. Обойма с прямоугольным или треугольным сечением проходного канала замедляет вращение потока и выполняет функции безлопаточного направляющего аппарата, а это способствует росту КПД при перекачке высоковязких сред, так как известно, что лопастной рабочий процесс более эффективен по сравнению с вихревым рабочим процессом.
В разделительный диск 8 может быть встроена втулка 13, с функциями радиальной опоры, например, опоры скольжения. При использовании радиальной опоры можно исключить касание лопастного колеса 9 о стенки 11 в обойме 4, при этом уменьшаются потери мощности, и увеличивается КПД насоса.
Ротор 6 может быть установлен с зазором внутри обоймы 4, с возможностью выведения секций ротора 6 из обоймы 4 посредством осевого перемещения ротора 6 относительно обоймы 4 (на фигурах это не представлено, из-за очевидной логики и простоты такого решения). При таком перемещении ротора 6 открываются дополнительные возможности для регулирования насоса, так как при этом изменяется количество работающих секций ротора 6. Кроме того, такая конструкция более технологична при эксплуатации насоса, так как есть возможность заменять ротор 6 без замены обоймы 4 и корпуса 1 (при проведении ремонтных работ или при настройке насоса на заданный режим работы). При этом обойма 4 может быть длиннее ротора 6, и по мере износа обоймы 4 на одном участке, можно смещать ротор 6 (вдоль оси вращения 12) на новый и пока неизношенный участок в обойме 4. Как видим, если длина обоймы 4 больше длины ротора 6, то можно располагать ротор 6 в любом участке обоймы 4, в зависимости от степени износа обоймы 4 или с учетом регулировки насоса. При этом значительно повышается эффективность работы насоса.
В связи с тем, что ротор 6 с зазором установлен внутри обоймы 4, а рабочие поверхности ротора 6 и обоймы 4 образованы простыми геометрическими формами, открываются возможности для удешевления технологии обработки ответственных поверхностей ротора 6 и обоймы 4. Для повышения технологичности производства обоймы 4 в качестве заготовок могут, например, применяться серийно выпускаемые трубы стальные квадратные по ГОСТ 8639-82. Возможно и изготовление специальных квадратных или треугольных труб для подобных насосов. Видны и дополнительные возможности для повышения технологичности деталей, если, например, применять технологии литья. Таким образом, полезная модель обеспечивает повышение технологичности и при производстве насосов, и при их эксплуатации.