ЦЕНТРОБЕЖНО-ВИХРЕВОЙ ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС
TWO-STAGE INCLINED-ROTOR PUMP

Изобретение относится к насосам, применяемым для перекачки жидкостей, в частности особо химически агрессивных жидкостей.
Для перекачки химически агрессивных жидкостей известен центробежный моноблочный электронасос для перекачки агрессивных жидкостей, объединяющий в едином корпусе насоса торцевой асинхронный электродвигатель, корпус насоса со спиральной камерой, уплотнительные устройства гидравлических полостей и рабочее колесо (RU 2384743 C1, 20.03.2010).
Известный центробежный насос не позволяет обеспечить достаточный напор жидкости в установках травления особо точных деталей.
Известен центробежно-вихревой насос для подачи жидких, газообразных и газожидкостных сред, содержащий корпус с осевым всасывающим и нагнетательным патрубками, внутри которого установлено лопастное колесо с криволинейными каналами (RU 2456479 C2, 20.07.2012).
В устройстве объединены центробежное и вихревое колесо, а также лопасти расположены только с одной стороны колеса. Все это не позволяет достаточно увеличить напор жидкости.
Поток жидкости, выходящий из патрубка, пульсирующий, что недопустимо при проведении технологических процессов обработки изделий электронной техники.
Наиболее близким к изобретению является центробежно-вихревой двухступенчатый насос, содержащий расположенные на приводном валу электродвигатель, фланец, корпус, в котором размещены: первая ступень, содержащая рабочую камеру, в которой размещено центробежное колесо с лопатками, вторая ступень, содержащая рабочую камеру, в которой размещено вихревое колесо, представляющее собой диск, на торцевых поверхностях которого по окружности расположены лопасти, и напорный патрубок, уплотнитель, и крышку в виде заборного патрубка (Насосы. Каталог-справочник. 3-е издание, Москва, Машгиз, 1959, с.312). Приводной вал выполнен в виде удлиняющей насадки на вал двигателя.
Недостатками этого устройства являются:
- насос не может быть использован для перекачки химических агрессивных жидкостей;
- установка удлинителя вызывает вибрации и радиальное биение рабочих колес;
- сальниковое уплотнение, не достаточное для работы с агрессивными жидкостями.
Задачей изобретения является увеличение напора и КПД насоса, обеспечение возможности перекачки особо химически агрессивных жидкостей, повышение надежности и долговечности.
Технический результат достигается тем, что в центробежно-вихревом двухступенчатом насосе, содержащем расположенные на приводном валу электродвигатель, фланец, корпус, в котором размещены: первая ступень, содержащая рабочую камеру, в которой размещено центробежное колесо с лопатками, вторая ступень, содержащая рабочую камеру, в которой размещено вихревое колесо, представляющее собой диск, на торцевых поверхностях которого по окружности расположены лопасти, и напорный патрубок, уплотнитель, и крышку в виде заборного патрубка, согласно изобретению во фланце на валу установлена крыльчатка, лопатки которой со стороны корпуса направлены к выхлопным отверстиям, выполненным на боковых поверхностях фланца, корпус выполнен из трех частей, в первой части корпуса расположена первая ступень, центробежное колесо, которой со стороны крышки представляет собой усеченный конус со спиральными лопатками, между двумя соседними лопатками в бортике колеса выполнены, по меньшей мере, три паза, во второй части корпуса расположена вторая ступень, вихревое колесо которой выполнено с возможностью перемещения вдоль оси вала и регулирования зазора между торцами лопастей и стенками рабочей камеры, причем число лопастей со стороны напорной части колеса в 1,2 раза больше, чем со стороны заборной, и центрирующий подшипник скольжения в виде двух соосных керамических колец, наружное кольцо закреплено в корпусе, а внутреннее - на валу с помощью стопорного кольца, в третьей части корпуса на валу со стороны фланца установлена уплотнительная втулка, длина которой больше диаметра вала в 2 раза, заборное отверстие в крышке выполнено в виде наклонного расширяющегося канала над заборным отверстием рабочей камеры второй ступени.
Для перекачки особо химически агрессивных жидкостей насос, то есть все его детали, кроме электродвигателя, может быть выполнен из химически стойких материалов.
Во фланце на валу установлена крыльчатка, лопатки которой со стороны корпуса направлены к выхлопным отверстиям, выполненным на его боковых поверхностях, что обеспечивает удаление паров агрессивной жидкости в атмосферу. Что исключает выход из строя подшипников электродвигателя и способствует увеличению надежности и срока службы насоса.
Корпус выполнен из трех частей, что позволяет обеспечить работу насоса в любом положении. При вертикальном расположении насос может работать с погружением корпуса в рабочую жидкость. При погружении корпус нагревается до ее температуры, что обеспечивает стабильность температуры жидкости при технологической обработке деталей, требующих такой стабильности. При этом расположении не нужно применять заборную всасывающую трубу, что упрощает использование насоса.
Расположенное в рабочей камере первой ступени центробежное колесо со стороны крышки представляет собой усеченный конус со спиральными лопатками, обеспечивает направленный поток жидкости к заборному отверстию вихревого колеса.
Между двумя соседними лопатками в бортике колеса выполнены, по меньшей мере, три паза, что позволяет дополнительно создать вихревой поток жидкости на входе в вихревое колесо. Это увеличивает общий напор насоса и повышает его КПД.
Расположенное в рабочей камере второй ступени вихревое колесо выполнено с возможностью перемещения вдоль оси вала и регулирования зазора между торцами лопастей и стенками рабочей камеры, что позволяет установить равные зазоры с обеих торцевых сторон колеса. Это обеспечивает равномерность потока как со стороны заборной, так и напорной стороны колеса. Число лопастей со стороны напорной части колеса в 1,2 раза больше, чем со стороны заборной, обеспечивает равномерную подачу жидкости без пульсации потока на выходе. Количество лопастей было установлено экспериментально. Это позволяет достигать точности и равномерности травления.
Центрирующий подшипник скольжения в виде двух соосных керамических колец, наружное кольцо которого закреплено в корпусе, а внутреннее кольцо закреплено на валу с помощью стопорного кольца, размещен рядом с вихревым колесом, что уменьшает радиальное биение вихревого колеса. Это способствует долговечности работы насоса. Зазор между кольцами подшипника (0,02 мм) перекрывается с помощью стопорного кольца, что препятствует проникновению рабочей жидкости к электродвигателю.
В третьей части корпуса на валу со стороны фланца установлена уплотнительная втулка, длина которой больше диаметра вала в 2 раза, что также препятствует проникновению паров жидкости к электродвигателю.
Заборное отверстие в крышке выполнено в виде наклонного расширяющегося канала над заборным отверстием рабочей камеры второй ступени и обеспечивает равномерный поток поступающей жидкости.
Для перекачки особо химически агрессивных жидкостей насос должен быть выполнен из химически стойких материалов. Детали насоса могут быть изготовлены из керамики, фторопласта и титана.
Центробежно-вихревой двухступенчатый насос поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен центробежно-вихревой двухступенчатый насос.
На фиг.2 - разрез насоса по центробежному колесу.
На фиг.3 -  сечение Б-Б на фиг.2.
На чертежах введены следующие обозначения:
приводной вал 1,
электродвигатель 2,
фланец 3
корпус 4,
рабочая камера 5 первой ступени,
центробежное колесо 6 с лопатками,
рабочая камера 7 второй ступени,
вихревое колесо 8,
лопасти 9 вихревого колеса 8,
напорный патрубок 10,
крышка 11 в виде заборного патрубка,
крыльчатка с лопатками 12,
выхлопные отверстия 13,
первая часть 14 корпуса 4,
вторая часть 15 корпуса 4,
третья часть 16 корпуса 4,
спиральные лопатки 17,
заборное отверстие 18,
зазор 19 между лопастями 9 и стенками рабочей камеры 7 второй ступени,
центрирующий подшипник 20 скольжения,
наружное кольцо 21 подшипника 20,
внутреннее кольцо 22 подшипника 20,
стопорное кольцо 23 внутреннего кольца 22 подшипника 20,
уплотнительная втулка 24,
пазы 25 в бортике колеса 6 между соседними лопатками,
наклонный расширяющийся канал 26 в крышке 11.
Пример выполнения.
Центробежно-вихревой двухступенчатый насос для перекачки смеси из соляной кислоты с перекисью водорода. Электродвигатель 2 АИР63 B20M5 с приводным валом 1, изготовленным из титана, и корпус 4 установлены на фланце 3, выполненном из фторопласта. Корпус 4 состоит из трех частей 14, 15, 16. Часть 16 выполнена из титана, а 14 и 15 - из фторопласта. Во фланце 3 установлена крыльчатка с лопатками 12, изготовленная из титана. На боковых поверхностях фланца 3 выполнены выхлопные отверстия 13. В первой части 14 корпуса 4 расположена первая ступень, имеющая рабочую камеру 5, в которой размещено центробежное колесо 6 с лопатками. Центробежное колесо 6 с лопатками со стороны крышки 11 представляет собой усеченный конус. Лопатки колеса 6 выполнены спиральными. Между каждыми соседними лопатками в бортике колеса 6 выполнены три паза 25. Во второй части 15 корпуса 4 расположена вторая ступень, имеющая рабочую камеру 7 и центрирующий подшипник 20 скольжения. В рабочей камере 7 установлено вихревое колесо 8. Колесо 8 имеет 24 лопасти 9 со стороны напорной части и 20 лопастей 9 со стороны заборной части. Центрирующий подшипник 20 скольжения изготовлен в виде двух соосных керамических колец из керамики 22ХС. Наружное кольцо 21 закреплено во второй части 15 корпуса 4, а внутреннее кольцо 22 закреплено на валу 1 с помощью стопорного кольца 23, выполненного из титана. В третьей части 16 корпуса 4 на валу 1 со стороны фланца 3 установлена уплотнительная втулка 24 из фторопласта длиной 25 мм. Заборное отверстие в крышке 11 выполнено в виде наклонного расширяющегося канала 26 над заборным отверстием 18 рабочей камеры 7. Угол наклона канала 26 равен 15°.
Центробежно-вихревой двухступенчатый насос работает следующим образом.
Включают электродвигатель 2, рабочая жидкость поступает через заборное отверстие крышки 11 в рабочую камеру 5 и по наклонной поверхности конуса колеса 6 между лопатками 17 под действием центробежных сил направляется в канал 26. На выходе из колеса 6 поток частично проходит через пазы 18, которые образуют в нем вихри. Поток через заборное отверстие - канал 26 - поступает в рабочую камеру 7 и на вихревое колесо 8. Поток жидкости усиливается, проходя через колесо 8 с лопастями 9. Поток поступает в напорный патрубок 10.
Предлагаемый центробежно-вихревой двухступенчатый насос позволяет перекачивать особо химически агрессивные жидкости, необходимые для применения в установке двухстороннего травления. Напор предлагаемого насоса составляет 35 м, что позволяет достигать высокой степени дисперсности рабочей жидкости через форсунки установки травления.