Пластинчатый насос

Полезная модель относится к области роторных пластинчатых насосов и может быть использована для перекачивания высоковязкой жидкости с высоким содержанием газа.
Известен пластинчатый насос, характеризующийся тем, что содержит корпус, во внутренней полости которого установлены статор и ротор с пластинами, размещенными в его радиальных пазах, торцевые диски, в которых выполнены нагнетательные отверстия и вырезы для входа жидкости между статором и дисками [RU 2564961 С2, МПК F04C 2/344, опубл. 10.10.2015]. За счет того, что статор имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность, направляющая которой образована двумя парами симметрично расположенных дуг разных радиусов и сопрягающими кривыми от дуг одного радиуса к дугам другого, причем дуги одинаковых радиусов расположены напротив друг друга, и между поверхностями с постоянным радиусом кривизны вырезаны четыре окна два для входа и два для нагнетания жидкости, а корпус имеет окна для входа жидкости, при этом нагнетательные окна в статоре выполнены размером, соизмеримым с размером нагнетательной камеры, обеспечивается необходимый ресурс работы насоса без существенного снижения кпд для перекачивания высоковязких жидкостей с высоким содержанием механических примесей и газа.
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является то, что имеет место увеличение объема между пластинами. В результате происходит падание давления и возможно возникновение кавитации при перекачке жидкостей с высоким содержанием растворенного газа. Кавитация нарушает нормальный режим работы насоса, ведет к резкому падению КПД и усиленному износу деталей, вплоть до полного отказа насоса.
Также известен пластинчатый насос, содержащий полый корпус с нагнетательными каналами, статор с внутренней полостью, ротор с пазами и размещенными в них пластинами, отличающийся тем, что в стенках корпуса и статора противоположно друг другу выполнены проемы, высота которых соответствует высоте пластин, и шириной, равной длине дуги, описываемой пластиной с момента начала и до конца выхода из паза ротора [RU 2296211 С1, МПК E21В 43/00, опубл. 27.03.2007]. За счет того, что всасывающие камеры между пластинами отсутствуют, работа насоса сводится только к процессу нагнетания, что обеспечит добычу высоковязкой нефти и нефти с высоким содержанием газа.
В данной конструкции имеются значительные угловые зоны, в которых пространство между пластинами одновременно соединено с окнами нагнетания и всасывания, от чего возникают значительные перетечки перекачиваемой среды, и как следствие сильное падение объемного КПД.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является многоступенчатый абразивостойкий пластинчатый насос, состоящий из ступеней, содержащих цилиндрический корпус с профилированной внутренней поверхностью, ограниченный верхним и нижним основаниями с впускными и выпускными окнами, и установленный на валу соосно корпусу ротор с прорезями для перемещения рабочих пластин, снабженных ножками, для которых в основаниях выполнены замкнутые пазы расположенные эквидистантно внутренней поверхности корпуса на расстоянии, обеспечивающем образование зазора между концом рабочей пластины и внутренней поверхностью корпуса, для обеспечения прохода абразивных частиц [RU 2554664 С2, F04C 2/344, опубл. 27.06.2015]. За счет того, что замкнутые пазы в основаниях выполнены с монотонно меняющейся кривизной, обеспечивается монотонное изменение ускорения при движении пластин, что гарантирует отсутствие ударов разрушающих ножки пластин.
Недостатком данного насоса является невозможность его применения для перекачивания высоковязкой жидкости с высоким содержанием газа, поскольку имеет место увеличение объема между пластинами, что приводит к паданию давления и кавитации.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является, обеспечение возможности использования пластинчатых насосов для перекачивания высоковязких жидкостей и жидкостей с высоким содержанием газа.
Технический результат достигается в пластинчатом насосе для перекачивания высоковязких жидкостей с высоким содержанием газа, содержащем корпус, состоящий из двух гильз с профилированной внутренней поверхностью, торцевые крышки с нагнетательными каналами и каналами, сообщающими пространство между пластинами с атмосферным воздухом, концентрично корпусу установленный ротор с радиальными пазами и размещенными в них разделительными пластинами, при этом, каждая разделительная пластина имеет поводок, который опирается на направляющую поверхность в торцевых крышках, позволяет открыть доступ для поступления перекачиваемой среды, как в осевом, так и в радиальном направлении, что увеличивает всасывающую способность.
Кроме того, окна для подвода жидкости расположены только в тех областях, в которых пластина движется по постоянному радиусу направляющих поверхностей, таким образом, объем между пластинами остается постоянным и не происходит падание давления на входе в насос.
Пространство между пластинами образует рабочую камеру с изменяющимся объемом. Рабочая камера открыта в перекачиваемую среду только в моменты постоянства ее объема (угол β), что позволяет не понижать давления в камере и избежать кавитации.
Использование поводков для пластин позволяет открыть доступ для поступления перекачиваемой среды, как в осевом, так и в радиальном направлении, что благоприятно влияет на всасывающую способность жидкостей с высоким содержанием газа
Конструкция заявляемого пластинчатого насоса поясняется иллюстративными материалами, где на фиг. 1 представлен поперечный разрез пластинчатого насоса, на фиг. 2 представлен разрез А-А поперечного разреза пластинчатого насоса, на фиг. 3 представлен разрез Б-Б торцевой крышки пластинчатого насоса, на фиг. 4 пластинчатый насос в аксонометрии без торцевой крышки.
Пластинчатый насос содержит торцевые крышки 1 и 2 с направляющими поверхностями 3 и 4, гильзы 5 и 6 с профилированной внутренней поверхностью, эквидистантной поверхностям 3 и 4, образующие статор насоса. На валу 7 установлен ротор 8 с пазами со свободно перемещающимися в них пластинами 9. Пространство между пластинами 9 образует рабочую камеру с изменяющимся объемом. Пластины имеют по два поводка с торцев, которыми они соприкасаются с направляющими поверхностями 3 и 4, ограничивающие их радиальное перемещение. Перемещение пластин вдоль ротора ограничено торцами крышек 1 и 2. В крышках 1 и 2 запрессованы втулки 10 и 11, которые являются опорой вала 7. Привод насоса осуществляется через погружной электродвигатель 12.
Имеются отверстия 13 и 14 связанные с нагнетательным каналом 15, а также отверстия 16 и 17 предназначенные для связи с атмосферным воздухом. Свободное пространство 18 и 19 служит окнами для подвода перекачиваемой среды к лопаткам насоса.
Направляющие поверхности 3 и 4 выполнены с монотонно меняющейся кривизной так, чтобы на углу α происходило увеличение объема рабочей камеры, на углу β объем оставался постоянным, за счет постоянного радиуса статора, на углу γ объем рабочей камеры уменьшался до исходного размера.
В области угла α имеется осевой канал 14, сообщающий пространство между пластин с атмосферным воздухом. Через данный канал может быть организовано поступления воздуха со смазочным материалом, для улучшения условий работы насоса.
Пластинчатый насос работает следующим образом.
Пластинчатый насос с погружным электродвигателем 12 помещают в перекачиваемую среду. Погружной электродвигатель вращает вал 7 и жестко закрепленный с ним ротор 8 в опорах 10 и 11. В процессе вращения за счет центробежных сил пластины 9 перемещаются в радиальных пазах ротора 8, и, прижимаясь к направляющим поверхностям крышек 3 и 4, скользят по ним.
Пространство между соседними пластинами 9, ограниченное ротором 8, торцевыми крышками 1 и 2, а также гильзами 5 и 6, внутренний профиль которых построен эквидистантно направляющим поверхностям 3 и 4, образуют рабочую камеру с изменяющимся объемом. За счет направляющих поверхностей 3 и 4 происходит увеличение объема рабочей камеры на угле α и, соответственно, понижение давления. В пределах данного угла имеются осевые каналы 16 и 17, для подвода атмосферного воздуха. Таким образом, в момент понижения давления в рабочую камеру поступает только атмосферный воздух, что позволяет избежать кавитации.
Подвод перекачиваемой жидкости осуществляется через окна 18 и 19 в моменты постоянства ее объема (угол β), под действием окружающего давления. Таким образом, расширение перекачиваемой жидкости на входе в пластинчатый насос не происходит.
При дальнейшем повороте ротора 8 объем рабочей камеры уменьшается, давление возрастает и в момент открытия окон нагнетания 13 и 14 перекачиваемая жидкость перемещается в нагнетательный канал 15.
Использование направляющих поверхностей 3 и 4 позволяет не опирать пластины на гильзы 5 и 6 образующие статор пластинчатого насоса, в связи, с чем пропадает необходимость делать статор замкнутым и появляется возможность подвода перекачиваемой среды, как в осевом, так и в радиальном направлении
Осуществление подвода рабочей жидкости через большие окна 18 и 19 в момент постоянства объема рабочей камеры позволяет избежать падания давления, и применять данный насос для перекачивания жидкостей с высоким содержанием газа.
При прохождении пластин по углу α происходит образование вакуума в камере и поступление атмосферного воздуха через каналы 14 и 15. Возможно соединение данного канала с масленкой, для организации подачи каплей масла в данный канал, которые в виде тумана будут поступать в рабочую камеру и смазывать трущиеся детали насоса.