Винтовой насос
SCREW PUMP

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям винтовых насосов, предназначенных для перекачивания различных жидких, газообразных, мелкозернистых сыпучих продуктов, материалов и смесей в нефтяной, газовой, пищевой, строительной и других отраслях промышленности.
Из уровня техники известно большое количество винтовых насосов, статор которых выполнен в виде сложной винтовой поверхности, облегающей зубья ротора, например одновинтовый насос (патент РФ №2195581, МПК F16D 3/50, опубликовано 27.12.2002), содержащий ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и ведущий вал, соединенный с ротором. Ось ротора в любой момент может быть смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета.
Недостатком этого насоса является сложное конструктивное исполнение и винтовая форма внутренней поверхности статора, требующие больших затрат на их производство.
Известен винтовой насос (патент РФ №101109, МПК F04D 3/02, опубликовано 10.01.2011), содержащий цилиндрический корпус с входным патрубком с впускным отверстием и выходным патрубком с выпускным отверстием, шнек, выполненный в виде размещенной внутри полости корпуса соосно с ним цилиндрической винтовой спирали со сплошной винтовой лопастью вдоль продольной оси, и привод вращения шнека относительно корпуса. Внутри шнека соосно с ним и корпусом установлен вал, причем шнек установлен с возможностью вращения относительно вала.
Недостатком данного насоса является низкая производительность и сложное конструктивное выполнение, включающее дополнительную установку вала, на котором монтируется шнек, что повышает затраты на его производство.
Наиболее близким техническим решением является винтовой насос (патент РФ №2642681, МПК F04D 3/02, опубликовано 25.01.2018), включающий цилиндрический корпус, внутри которого соосно с ним расположен вал, снабженный объемной винтовой нарезкой, который с одной стороны закреплен на первой опоре, а с другой стороны через вторую опору связан с двигателем, при этом объемная винтовая нарезка выполнена внешней, однозаходной, многовитковой с заданным шагом, и имеет со стороны первой опоры заданное количество объемных витков, соединенных посредством кольцевых проточек, имеющих диаметр, меньший диаметра вала на заданную величину, с равным количеством цилиндрических объемных полостей, выполненных с заданным шагом в пространствах между витками объемной винтовой нарезки и сообщающихся со сквозными отверстиями, выполненными в заданном количестве в корпусе, для прохода жидкости извне, дальнейшего ее перемещения объемной винтовой нарезкой и нагнетания через частично срезанный последний объемный виток в камеру выхода перекачиваемой жидкости, образованную между торцем вала и его второй опорой.
Недостатком этого насоса является повышенная трудоемкость изготовления его вала с цилиндрическими объемными полостями сложной конфигурации. Кроме того, кольцевые проточки меньшего диаметра делают соединяемые с ними витки объемной винтовой нарезки меньшими по диаметру и негерметичными, что снижает объем всасываемой жидкости и давление в насосе в начале процесса всасывания, которые будут возрастать только при перемещении жидкости в цельные витки объемной винтовой нарезки, что снижает эффективность работы насоса.
Задачей изобретения является создание конструкции винтового насоса, менее трудоемкого в промышленном производстве и более эффективного в условиях эксплуатации.
Техническим результатом является повышение эффективности насоса за счет увеличения объема всасывания жидкости (далее жидкого продукта), повышения рабочего давления и, в целом, производительности при одновременном упрощении его конструкции.
Задача решается и технический результат достигается винтовым насосом включающим цилиндрический корпус, внутри которого соосно с ним расположен вал, снабженный объемной винтовой нарезкой и закрепленный с одной стороны на первой опоре, а с другой стороны через вторую опору связанный с двигателем, при этом объемная винтовая нарезка, находящаяся в контакте с гладкой рабочей поверхностью корпуса, выполнена внешней, однозаходной, многовитковой, с заданным шагом, и имеет со стороны первой опоры заданное количество объемных витков, сообщающихся со сквозными отверстиями, выполненными в заданном количестве в корпусе, для прохода жидкости извне, дальнейшего ее перемещения по объемной винтовой нарезке и нагнетания через частично срезанный последний виток в камеру выхода перекачиваемой жидкости, образованную между торцом вала и его второй опорой.
В отличие от прототипа объемная винтовая нарезка выполнена непрерывной по всей рабочей длине вала с цельными объемными витками, при этом сквозные отверстия в корпусе расположены по геометрической осевой линии, образующей объемную винтовую нарезку.
Согласно изобретению цилиндрический корпус может быть изготовлен в виде трубопровода из соединенных между собой отдельных цилиндров с внутренней гладкой рабочей поверхностью, а находящийся с ней в контакте вал выполнен составным из шарнирно сочлененных частей, при этом шарниры расположены в пространствах между витками объемной винтовой нарезки.
Согласно изобретению рабочие органы винтового насоса за исключением двигателя полностью или частично могут быть изготовлены из полимерного материала, например, фторопласта.
Согласно изобретению внутри корпуса может быть установлен с плотной посадкой съемный цилиндр с отверстиями, совпадающими с отверстиями корпуса, причем внутренний гладкий диаметр съемного цилиндра равен диаметру вала.
Технический результат достигается за счет изменения конструкции вала, объемная винтовая нарезка на котором выполнена непрерывной по всей его рабочей длине, с цельными объемными витками, заданное количество которых, со стороны первой опоры, напрямую сообщается со сквозными отверстиями в корпусе, расположенными в заданном количестве по геометрической осевой линии, образующей объемную винтовую нарезку, что обеспечивает эффективное, при повышенном давлении, прямое всасывание жидкого продукта извне, его перемещение в камеру выхода перекачиваемого жидкого продукта в большем объеме.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен винтовой насос в разрезе с цельным корпусом, а на фиг. 2- с составным корпусом.
Вал 1 (фиг. 1) соосно расположен в корпусе 2, при этом закреплен одним концом на первой опоре 3 и контактирует с его гладкой рабочей поверхностью 4 своей внешней, однозаходной, многовитковой, с заданным шагом S, объемной винтовой нарезкой 5, которая выполнена непрерывной по всей его рабочей длине L, с цельными объемными витками 6, заданное количество которых сообщается со сквозными отверстиями 7 в корпусе, расположенными в заданном количестве на образующей винтовую нарезку геометрической осевой линии 8.
Заданное количество цельных объемных витков 6, напрямую соединенных со сквозными отверстиями 7, выполненными в корпусе в заданном количестве, а также заданный шаг S непрерывной объемной винтовой нарезки 5, рабочая длина L вала 1 зависят от геометрических размеров насоса и требуемой мощности привода.
Последний цельный объемный виток 9 объемной винтовой нарезки частично срезан. Через него перемещаемый вдоль винтовой нарезки вала жидкий продукт нагнетается в камеру 10 выхода перекачиваемого жидкого продукта, образованную между торцом 11 вала и его второй опорой 12, связанной с двигателем 13.
Согласно изобретению цилиндрический корпус может быть выполнен составным из соединенных между собой отдельных цилиндров 14 (фиг. 2) с внутренней гладкой рабочей поверхностью, а находящийся с ней в контакте вал 1 выполнен составным из шарнирно сочлененных частей 15, при этом шарниры 16 расположены в пространствах между витками объемной винтовой нарезки.
Насос работает следующим образом.
Перед началом работы его погружают в жидкий продукт на необходимую глубину и включают двигатель 13. Вал 1 через вторую опору 12 приходит во вращение, и жидкий продукт извне, через сквозные отверстия 7 в корпусе, со стороны первой опоры 3, напрямую всасывается вращающимися цельными объемными витками 6 и по непрерывной объемной винтовой нарезке 5, находящейся в контакте с гладкой рабочей поверхностью 4 корпуса 2, перемещается, далее через частично срезанный последний объемный виток 9 нагнетается в камеру 10 выхода перекачиваемого жидкого продукта. При этом, камера может иметь боковой выход (как показано на чертеже) или осевой выход перекачиваемого жидкого продукта.
За счет предложенного конструктивного решения винтового насоса с выполнением на валу непрерывной объемной винтовой нарезки с цельными объемными витками, часть которых, находящихся непосредственно в зоне всасывания жидкого продукта, напрямую сообщается со сквозными отверстиями в корпусе, во время работы происходит прямое всасывание жидкого продукта извне вращающимися цельными объемными витками, затем перемещение и нагнетание его в большем объеме и при повышенном давлении непрерывной объемной винтовой нарезкой на выход, что значительно увеличивает производительность насоса.
Кроме того, производительность насоса может регулироваться в сторону повышения за счет увеличения диаметра и рабочей длины вала, количества и размеров цельных объемных витков непрерывной объемной винтовой нарезки и оборотов двигателя.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить эффективность винтового насоса за счет улучшения его эксплуатационных характеристик при одновременном упрощении технологии производства.