Многоступенчатый роторный насос

Заявляемое техническое решение относится к насосному машиностроению, в частности к многоступенчатым роторным насосам, и может быть использовано в качестве нагнетающего насоса в различных гидравлических системах, в том числе для перекачки высоковязких жидкостей с механическими и газовыми примесями (загрязнениями).
Известен жидкостно-кольцевой насос, содержащий корпус с торцовыми крышками и эксцентрично расположенным в нем рабочим колесом, одна из торцовых крышек снабжена подвижной лобовиной с возможностью осевого перемещения, а рабочее колесо выполнено сборным, позволяющим при изменении положения лобовины изменять его осевой размер [Патент РФ №2307261, опубл. 27.09.2007. Бюл. №27].
Известен также жидкостно-кольцевой вакуумный насос, содержащий корпус, эксцентрично размещенное в нем с зазором и с возможностью вращения полое рабочее колесо с лопатками, образующими рабочие камеры, и распределительный полый вал с перегородкой, образующей с одного торца вала входной, а с другого - выходной патрубки, при этом на валу с эксцентриситетом размещены неподвижные части подшипников, в которых выполнены каналы подвода и отвода жидкости, корпус установлен с возможностью вращения от электродвигателя и с образованием жидкостного кольца, рабочее колесо установлено на валу на подшипниках свободно и выполнено из двух торцевых дисков и жестко соединенных с ними радиальных плоских лопаток, снабженных уплотнительными элементами, расположенными со стороны вала, который установлен на внутренних эксцентричных втулках, размещенных во внешних эксцентричных втулках, находящихся в неподвижных частях подшипников, подвижные части которых закреплены корпусе, а втулки имеют возможность независимого поворота относительно друг друга в неподвижных частях подшипников посредством механических передач, выполненных в виде рычажных передач с возможностью перемещения полого вала по вертикальной оси и регулирования эксцентриситета между полым валом и корпусом в процессе работы насоса [Патент РФ №2322613, опубл. 20.04.2008 Бюл. №11].
Недостатками известных устройств являются низкий КПД из-за больших потерь мощности и сложность конструкции.
Известен также роторный насос, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным отверстиями и вращающийся внутри корпуса ротор. Эксцентрично установленный в корпусе ротор выполнен с радиальными пазами, в которых размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения лопатки прямоугольной формы, которые образуют рабочие камеры [Патент РФ №54642, опубл. 10.07.2006. Бюл. №19].
Недостатком известного насоса является малая надежность из-за возможного заклинивания лопаток в радиальных пазах при больших оборотах ротора, и, как следствие, ограниченный диапазон производительности насоса.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является многоступенчатый роторный насос, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, установленный внутри корпуса с возможностью вращения вал, установленный на подшипниковых опорах, и роторы, жестко установленные на валу, разделенные радиальной перегородкой, закрепленной на корпусе, с образованием последовательных ступеней нагнетания рабочей среды, выполненных с рабочими камерами и всасывающими и нагнетательными окнами, сообщенными посредством каналов с входным и выходным отверстиями насоса соответственно, причем нагнетательное окно каждой ступени нагнетания рабочей среды сообщено с всасывающим окном смежной ступени, последующей по направлению движения потока рабочей среды [Патент РФ на полезную модель №55896, опубл. 27.08.2006]. Внутренний ротор установлен с эксцентриситетом относительно внешнего ротора, которые находятся в зацеплении посредством зубьев, причем число зубьев у внешнего ротора на единицу меньше числа зубьев внутреннего ротора.
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции, обусловленная применением зубчатого зацепления, кроме того, за счет зубчатого зацепления известный насос обладает низкой надежностью при перекачке вязкой среды с механическими и газовыми включениями.
Техническим результатом полезной модели является улучшение технических характеристик устройства, а именно упрощение конструкции и связанное с этим повышение надежности при работе насоса в условиях перекачки загрязненных жидкостей.
Технический результат достигается тем, что в многоступенчатом роторном насосе, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, установленный внутри корпуса с возможностью вращения вал, установленный на подшипниковых опорах, и роторы, жестко установленные на валу, разделенные радиальной перегородкой, закрепленной на корпусе, с образованием последовательных ступеней нагнетания рабочей среды, выполненных с рабочими камерами и всасывающими и нагнетательными окнами, сообщенными посредством каналов с входным и выходным отверстиями насоса соответственно, причем нагнетательное окно каждой ступени нагнетания рабочей среды сообщено со всасывающим окном смежной ступени, последующей по направлению движения потока рабочей среды, согласно полезной модели, вал установлен в подшипниковых опорах с эксцентриситетом относительно оси корпуса, вал выполнен составным из жестко соединенных продольных элементов, причем каждый продольный элемент вала снабжен шейкой с диаметром меньше диаметра вала, на продольных элементах вала жестко установлены роторы, выполненные в форме полого барабана с размещенным свободно внутри полости барабана пружинным цилиндрическим кольцом, установленным с зазором относительно наружной поверхности шейки элемента вала, барабан снабжен сквозными радиальными пазами, в которых установлены цилиндрические ролики, контактирующие наружной поверхностью с одной стороны с внутренней поверхностью корпуса, а с другой стороны с наружной поверхностью пружинного цилиндрического кольца.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид многоступенчатого роторного насоса; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Многоступенчатый роторный насос состоит из цилиндрического корпуса 1 с входным и выходным отверстиями (условно не показано). Вал ротора 2 выполнен составным с продольными элементами 3, 4 и 5 и установлен внутри корпуса 1 посредством подшипниковых опор 6, 7, 8 и торцевой опоры 9. Продольные элементы 3, 4 и 5 вала 2 жестко соединены, например, посредством шлицевых соединений 10. Подшипниковые опоры 6, 7, 8 и торцевая опора 9 выполнены с эксцентричным размещением подшипников относительно оси корпуса 1, величина А такого эксцентриситета выбирается, исходя из требуемой производительности насоса. В качестве подшипников могут применяться как подшипники скольжения, так и качения. Продольные элементы 3, 4 и 5 вала 2 снабжены шейкой 11, диаметр которой меньше посадочного диаметра продольных элементов 3, 4 и 5 вала 2. На продольных элементах 3, 4 и 5 вала 2 жестко установлены роторы 12, выполненные в форме барабана с полостью 13, в которой свободно размещено пружинное цилиндрическое кольцо 14, установленное с зазором относительно наружной поверхности шейки 11 вала 2. Барабан, из которого выполнен ротор 12, снабжен сквозными радиальными пазами 15, в которых установлены цилиндрические ролики 16. Своей наружной поверхностью ролики 16 контактируют с одной стороны с внутренней поверхностью корпуса 1, а с другой стороны с наружной поверхностью пружинного цилиндрического кольца 14.
В предложенной конструкции, во внутренней полости корпуса 1 образованы камеры всасывания 17 и нагнетания 18 и область 19 не вытесняемого объема. Кроме того, вал 2 снабжен осевым отверстием 20 для отведения газа, выделяющегося при сепарации перекачиваемой жидкости во время работы насоса. Газоотводящее отверстие 20 сообщается с полостью 21 для скапливания выделившегося газа из перекачиваемой жидкости.
Многоступенчатый роторный насос работает следующим образом.
При вращении вала 2 перекачиваемая жидкость через входное отверстие (условно не показано) в подшипниковой опоре 6 поступает в камеру всасывания 17 первой ступени, образованной внутренней поверхностью корпуса 1, ротором 12, роликами 16, поджатыми с заданным усилием пружинным цилиндрическим кольцом 14, а также торцевыми частями подшипниковых опор 6 и 7, а затем перетекает в камеру нагнетания 18, где происходит вытеснение через отверстия (условно не показано) для сообщения между ступенями насоса. Заданное внутреннее давление насоса поддерживается с помощью пружинного цилиндрического кольца 14, в случае увеличения давления выше допустимого ролики 16 отжимают пружинное цилиндрического кольцо 14 и происходит перетекание жидкости через образующуюся щель, тем самым обеспечивается работа всех секций насоса с заданным номинальным давлением. При попадании твердых частиц под ролики 16 пружинное цилиндрическое кольцо 14 также отжимается, тем самым обеспечивая защиту роликов 16 от абразивного истирания и разрушения; выделившийся из перекачиваемой жидкости газ из-за действия центробежных сил, перемещается к центру ролика, проходя через зазоры между роликами 16 и радиальными пазами 5, поступает в полость 21 и далее через отверстие 20 выводится за пределы насоса, обеспечивая тем самым бескавитационную работу насоса и увеличенный ресурс его службы.
Применение нескольких ступеней в предлагаемом насосе позволяет обеспечить требуемое давление перекачиваемой среды, исходя из характеристик подшипников, свойств перекачиваемой среды и применяемых материалов.
Заявителем проведено испытание предложенного технического. Испытания подтвердили улучшенную функциональность и надежность многоступенчатого роторного насоса.