МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ВИХРЕВОЙ НАСОС С ОБЪЕДИНЕННЫМИ СТАТОРАМИ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в насосах, компрессорах или двигателях.
Наиболее близкой к полезной модели является многоступенчатый вихревой насос (патент на изобретение 2496006, F04D 1/00, публикация 20.10.2013), содержащий размещенный в корпусе пакет ступеней, в котором входные и выходные каналы смежных ступеней сообщены друг с другом, причем каждая ступень содержит установленный на валу ротор с диском и ступицей, связывающей ротор с валом, закрепленный в корпусе статор, между статором и ротором каждой ступени образована рабочая полость, в которой расположены вихреобразующие рабочие лопатки, связанные со статором, и разделитель, связанный с ротором, при этом статор каждой ступени выполнен в виде диска, в статорах крайних ступеней выполнены соответственно каналы для подвода и отвода рабочей среды, в каждом статоре промежуточной ступени выполнен канал для перехода рабочей среды из одной ступени в другую, каждая ступень снабжена дистанционной втулкой, обеспечивающей зазор между статорами смежных ступеней, между ротором и дистанционной втулкой выполнен кольцевой канал, в каждом роторе выполнены каналы, сообщающие рабочую полость с входным и выходным каналами, в диске ротора выполнен, по крайней мере, один разгрузочный канал, сообщающий зазор между диском и статором с рабочей полостью и направленный в сторону рабочих лопаток, а ротор выполнен с возможностью осевого перемещения.
Недостатком указанной машины в качестве насоса являются большие механические потери и гидравлические потери между ступенями.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является устранение указанных выше недостатков, повышение удельной напорности ступеней, сокращение габаритной длины за счет уменьшения количества рабочих ступеней и повышение КПД насоса.
Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является снижения механических потерь, обусловленных воздействием дифференциального давления жидкости на ротор, создающего неуравновешенную осевую силу из-за перетоков жидкости между ступенями по зазорам подшипников приводного вала, и вызывающую как потери на трение, возрастающие с повышением развиваемого насосом напора, так и перегрев контактных антифрикционных колец ротора и их разрушение.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в многоступенчатом вихревом насосе, содержащем размещенный в корпусе пакет ступеней, в котором входные и выходные каналы смежных ступеней сообщены друг с другом, причем каждая ступень содержит установленный на валу ротор с диском и ступицей, связывающей ротор с валом, закрепленный в корпусе статор, между статором и ротором каждой ступени образована рабочая полость, в которой расположены вихреобразующие рабочие лопатки, связанные со статором, и разделитель, связанный с ротором, при этом статор каждой ступени выполнен в виде диска, в статорах крайних ступеней выполнены соответственно каналы для подвода и отвода рабочей среды, в каждом статоре промежуточной ступени выполнен канал для перехода рабочей среды из одной ступени в другую, каждая ступень снабжена дистанционной втулкой, обеспечивающей зазор между статорами смежных ступеней, в котором расположен ротор с односторонним диском, связывающим ротор со ступицей, между ротором и дистанционной втулкой выполнен кольцевой канал, в каждом роторе выполнены каналы, сообщающие рабочую полость с входным и выходным каналами, согласно полезной модели, ротор выполнен с возможностью осевого перемещения, при этом на валу установлены опорные втулки, выполняющие роль подшипников скольжения в отверстиях статора, а в диске ротора выполнен, по крайней мере, один разгрузочный канал, сообщающий зазор между диском и статором с рабочей полостью и направленный в сторону вихреобразующих рабочих лопаток.
В предпочтительном варианте реализации многоступенчатого вихревого насоса разгрузочный канал, сообщающий зазор между диском и статором с рабочей полостью, и направленный в сторону вихреобразующих рабочих лопаток, выполнен в виде отверстия.
В другом предпочтительном варианте реализации многоступенчатого вихревого насоса зазор, который образуется между внешней поверхностью опорной втулки и отверстием в статоре, перекрывают торцовым уплотнением, взаимодействующим с торцом статора.
При этом торцовое уплотнение может быть выполнено в виде кольца из эластомерного материала, установленного на внешней поверхности опорной втулки. Герметизация опорной втулки по валу может быть выполнена герметиком или в виде кольца из эластомерного материала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез по рабочим ступеням (в увеличенном масштабе); на фиг. 2 - продольный разрез общего вида многоступенчатого вихревого насоса, в котором головка и основание соединены цилиндрическим корпусом; на фиг. 3 - продольный разрез по рабочим ступеням с герметизацией опорной втулки герметиком (в увеличенном масштабе); на фиг. 4 - продольный разрез по рабочим ступеням с герметизацией опорной втулки эластомерным кольцом (в увеличенном масштабе); на фиг. 5 - вид на ротор по стрелке А на фиг. 1 и на фиг. 3.
Каждая ступень вихревого насоса содержит статор 1 (фиг. 1 и фиг. 2), выполненный в виде диска, внутри которого расположен спрофилированный канал для перехода рабочей среды из одной ступени в другую, ротор 2, втулку дистанционную 3, втулку центрирующую 4.
Втулка центрирующая 4 садится на проточки статоров 1 смежных ступеней. Ротор 2 каждой ступени расположен между статорами 1 и установлен на вал 36 с возможностью осевого перемещения. Втулка дистанционная 3 зажата между статорами смежных ступеней и определяет зазор, в котором вращается ротор 2.
Пакет ступеней начинается со статора нижнего 5 и заканчивается статором верхним 6, которые представляют соответствующие половины статора 1.
Между статорами смежных ступеней и ротором каждой ступени образованы две торообразные (имеющие в меридиональном сечении овальный или круглый профиль) рабочие полости 7, и в них расположены рабочие лопатки 8, связанные со статорами, и разделитель 9 (см. фиг. 5), связанный с ротором.
Между ротором 2 и втулкой дистанционной 3 выполнен кольцевой желоб 10, а насос снабжен основанием 11, в котором выполнен канал 12 для подвода рабочей среды, и головкой 13, в которой выполнен канал 14 для отвода рабочей среды. Статор нижний 5 зажат между основанием 11 и втулкой дистанционной 3 первой ступени. Статор верхний 6 зажат между головкой 13 и втулкой дистанционной 3 последней ступени. Статоры остальных ступеней зажаты между втулками дистанционными 3 смежных ступеней.
Входной канал 15 и выходной канал 16 каждой ступени выполнены в статоре 1. Выходной канал 16 сообщен с кольцевым каналом 10, а в каждом роторе выполнены каналы 17 и 18, сообщающие рабочую полость с входным 15 и кольцевым 10 каналами.
Входной канал 15 первой ступени сообщен с каналом 12 для подвода рабочей среды, выходной канал 16 последней ступени - с каналом 14 для отвода рабочей среды.
Переход между входным и выходным каналами 15 и 16 смежных ступеней спрофилирован для минимизации гидравлических потерь и расположен в корпусе с объединенными статорами 1.
Для осевого поджатая друг к другу элементы машины располагаются в едином корпусе 22, соединяющем основание с головкой, например, по резьбе, как показано на фиг. 2, а втулка центрирующая 4 центрирует положение статоров 1 относительно корпуса 22.
На роторе 2, статоре 1, статоре нижнем 5 и статоре верхнем 6 могут быть установлены пары антифрикционных износостойких колец 24 и 25.
Насос может быть снабжен радиальными 26 и 27 и осевой 28 опорами для вала 36 привода насоса.
Для восприятия радиальных нагрузок роторов на валу 36 установлены опорные втулки 29, взаимодействующие с отверстиями в каждом статоре 1 как подшипники. Для снижения осевой силы, связанной с перепадом давления жидкости в зазоре 35 между статором 1 и ротором 2 в диске ротора 2 выполнен, по крайней мере, один разгрузочный канал 30, сообщающий пространство между статором и торцом диска, обращенным к статору, с рабочей полостью и направленный в сторону вихреобразующих рабочих лопаток.
Для устранения перетока жидкости через зазор 31 между опорной втулкой 29 и отверстием статора 1 на внешней поверхности опорной втулки 29 устанавливают торцовое уплотнение 32, контактирующее с торцовой поверхностью 33 статора 1. Торцовое уплотнение 32 предпочтительно выполнено в виде кольца из эластомерного материала, установленного на внешней поверхности опорной втулки, взаимодействующего с торцовой поверхностью статора со стороны выхода профилированного канала.
Для устранения перетока жидкости через радиальные зазоры подшипникового узла из напорной полости статора в пространство между статором и диском ротора, зазор между валом 36 и опорной втулкой 29 опорная втулка установлена на вал 36 с применением герметика 34 (фиг. 3) или эластомерного кольца 37 (фиг. 4).
Многоступенчатый вихревой насос работает следующим образом.
В режиме насоса при вращении ротора валом привода 36 рабочая среда за счет поршневого воздействия на нее разделителя 9 вовлекается в движение торообразными участками ротора 2 и взаимодействует с вихреобразующими лопатками статора 1, за счет чего, притормаживаясь, приобретает в вихреобразном движении повышение давления. Такое движение рабочей среды препятствует ее свободному перетеканию по рабочей полости 7 в направлении вращения ротора. Под воздействием перемещающегося разделителя 9 давление рабочей среды повышается и рабочая среда вытесняется в канал 18 и далее через кольцевой желоб 10 в выходной канал 16 первой ступени, а через канал 17 в рабочую полость 7 засасывается новое количество рабочей среды. Из выходного канала первой ступени рабочая среда по спрофилированной полости, расположенной в объединенном статоре, через входной канал второй ступени поступает в рабочую полость второй ступени, где аналогичным образом происходит дальнейшее повышение ее давления. Из выходного канала последней ступени рабочая среда поступает в канал для отвода среды в головке.
Настоящая полезная модель может быть использована в машиностроении при создании вихревых и объемных насосов роторного типа.