НАСОС

Полезная модель относится к области производства и конструирования гидравлических машин в различных отраслях промышленности. В частности, она может быть использована в нефтяной промышленности при создании насосной техники для добычи высоковязкой нефти.
Известен насос, содержащий корпус с входом и выходом, секционную обойму с винтообразными каналами и винтообразный ротор, эксцентрично размещенный в обойме, с возможностью радиального смещения обоймы относительно ротора, размещенного на опорах. Обойма выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиралевидных камер, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями. Обойма выполнена из отдельных секций, следующих друг за другом, с возможностью углового смещения отдельных секций друг относительно друга и каждая секция обоймы оснащена стопорным элементом, выполненным на роторе (RU №124931, 2013).
Недостатком известного устройства является увеличение гидравлических сопротивлений в спиралевидных камерах при увеличении скорости вращения ротора, что приводит к повышенному износу насоса и, соответственно, к снижению ресурса его работы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является насос, содержащий корпус с входным и выходным каналами, секционную обойму с винтообразными каналами и винтообразный ротор, эксцентрично размещенный в обойме, с возможностью радиального смещения обоймы относительно ротора, размещенного на опорах, секции обоймы установлены друг за другом с возможностью углового смещения их относительно друг друга, и каждая секция обоймы выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиралевидных камер, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями, при этом каждая секция обоймы оснащена стопорным элементом, выполненным на роторе, и цилиндрическим промежуточным стержнем, размещенным вдоль ротора в разгрузочной канавке, выполненной в роторе, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня относительно ротора (RU №165039, 2016).
Недостатком известного устройства является увеличение объемных потерь мощности и контактных напряжений при возрастании давления, что приводит к повышенному износу насоса и, соответственно, к снижению ресурса его работы.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является повышение ресурса работы насоса.
Указанная проблема решается тем что, в насосе, содержащем корпус с входным и выходным каналами, секционную обойму с винтообразными каналами и винтообразный ротор, эксцентрично размещенный в обойме с возможностью радиального смещения обоймы относительно ротора, размещенного на опорах, секции обоймы установлены друг за другом с возможностью углового смещения их относительно друг друга, и каждая секция обоймы выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиралевидных камер, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями, при этом каждая секция обоймы оснащена стопорным элементом, выполненным на роторе, и промежуточным стержнем, размещенным вдоль ротора в разгрузочной канавке, выполненной в роторе, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня относительно ротора, согласно полезной модели, промежуточный стержень в зоне контакта со стопорным элементом выполнен с плоской поверхностью, а в зоне контакта с расточкой корпуса имеет цилиндрическую поверхность и выполнен с номинальным диаметром, равным номинальному диаметру расточки корпуса.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении расширения диапазона рабочих давлений насоса за счет снижения контактных напряжений между секциями обоймы, расточкой корпуса и стопорным элементом.
Расширение диапазона рабочих давлений насоса обеспечит в свою очередь расширение области применения предлагаемой конструкции насоса.
Для удобства описания полезной модели на фигурах 1-4 с применением приемов трехмерного моделирования, представлен заявляемый насос и его отдельные узлы и детали.
На фигуре 1 представлен продольный разрез насоса.
На фигуре 2 в изометрии представлен ротор со спиралевидной обоймой, выполненной из отдельных секций, следующих друг за другом.
На фигуре 3 представлена одна секция обоймы, которая оснащена промежуточным стержнем.
На фигуре 4 представлен ротор, в котором выполнены канавки.
Насос содержит корпус 1 с входным 2 и выходным каналами 3, секционную обойму 4 с винтообразными каналами и винтообразный ротор 5, эксцентрично размещенный в обойме 4, с возможностью радиального смещения обоймы 4 относительно ротора 5, размещенного на опорах 6 и 7. Обойма 4 выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке 8 корпуса 1. Ротор 5 размещен вблизи от поверхности расточки 8 корпуса 1 с образованием щелевого уплотнения 9 в зазоре между наружной поверхностью ротора 5 и поверхностью расточки 8 в корпусе 1, с возможностью образования внутри корпуса 1 следующих друг за другом спиралевидных камер 10, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями 9. Ротор 5 оснащен стопорными элементами 11, ограничивающими перемещение обоймы 4 относительно ротора 5. Обойма 4 выполнена из отдельных секций 12, 13 следующих друг за другом, с возможностью углового смещения отдельных секций 12, 13 друг относительно друга. Каждая секция обоймы 4, например, секция 13 оснащена стопорным элементом 11, выполненным на роторе 5. Стопорный элемент 11 может представлять собой плоскую опорную поверхность, выполненную на роторе 5. Секции в обойме 4 расположены вдоль винтовой линии с образованием ступенчатой структуры, подобно ступеням на винтовой лестнице.
В полости спиралевидных камер 10, как в известных технических решениях, может быть размещена дополнительная опора 14 для ротора 5, и в дополнительной опоре выполнены проточные каналы 15, сообщающиеся через щелевые уплотнения 9 с входом 2 и с выходом 3 корпуса 1. В конструкции может быть использован фиксатор 16, который исключает поворот опоры 6, 7, 14 внутри корпуса 1.
Ротор 5 установлен на опорах 6, 7 и 14, которые обеспечивают условия, чтобы ротор 5 был эксцентрично размещен в обойме 4, и, соответственно, эксцентрично размещен внутри расточки 8 в корпусе 1. При этом обойма 4 выполнена концентрично размещенной в расточке 8 корпуса 1.
Каждая секция обоймы 12 оснащена промежуточным стержнем 17, расположенным вдоль ротора 5 в канавке 18, выполненной в роторе 5, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня 17
относительно ротора 5. Промежуточный стержень 17 может быть установлен с зазором в канавке 18, для обеспечения возможности радиального смещения промежуточного стержня 17 относительно ротора 5.
Промежуточный стержень 17 в зоне контакта с расточкой 8 корпуса 1 имеет цилиндрическую поверхность и выполнен с номинальным диаметром, равным номинальному диаметру расточки 8 корпуса 1, а в зоне контакта со стопорным элементом 11 выполнен с плоской поверхностью.
Насос работает следующим образом.
От вала двигателя (на фигурах двигатель не показан) механическая энергия передается на ротор 5, установленный на опорах 6, 7 и 14. При вращении ротора 5 во вращательное движение вовлекается и обойма 4. Обойма 4 выполнена из отдельных секций 12, 13, следующих друг за другом, с возможностью углового смещения отдельных секций 12, 13 друг относительно друга. Каждая секция 13 обоймы 4 оснащена стопорным элементом 11, выполненным на роторе 5. При вращении ротора 5 в спиралевидных камерах 10 обеспечивается силовое воздействие на жидкость, заполняющую полости в камерах 10. Таким образом, формируется поток жидкости в направлении от входа 2 к выходу 3. Щелевые уплотнения 9 уменьшают объемные потери, поскольку ротор 5 размещен вблизи от поверхности расточки 8 корпуса 1 с образованием щелевого уплотнения 9 в зазоре между наружной поверхностью ротора 5 и поверхностью расточки 8 в корпусе 1. Внутри корпуса 1 следующие друг за другом спиралевидные камеры 10, отделены друг от друга щелевыми уплотнениями 9 и элементами секционной обоймы - секциями 12, 13.
При таком движении ротора 5 и обоймы 4 относительно расточки 8 в корпусе 1 осуществляется смещение спиралевидных камер 10 в направлении от входа 2 к выходу 3. Щелевые уплотнения 9 ограничивают значение объемных потерь мощности и обеспечивают плавное (равномерное) изменение давления по камерам 10, следующим друг за другом. Равномерное распределение (изменение) давления по камерам 9 достигается за счет
частичного возвратного перетекания части перекачиваемой среды через каналы щелевых уплотнений 9. Максимальное давление обеспечивается в спиральной камере 10, сообщающейся с выходом 3, что соответствует давлению на выходе насоса. Соответственно минимальное давление обеспечивается в спиральной камере 10, сообщающейся с входом 2, что соответствует давлению на входе насоса. Поскольку для каждой секции 12 имеется свой отдельный стопорный элемент 11, удается распределить нагрузку на большей площади при уменьшенных контактных напряжениях, что открывает возможности для создания более мощных машин.
Ротор 5 установлен на опорах 6, 7 и 14, которые обеспечивают условия, чтобы ротор 5 был эксцентрично размещен в обойме 4, и, соответственно, эксцентрично размещен внутри расточки 8 в корпусе 1. При этом обойма 4 выполнена концентрично размещенной в расточке 8 корпуса 1. С использованием нескольких промежуточных опор 14 открывается возможность для дальнейшего увеличения длины ротора 5, что позволяет создавать более мощные машины.
В полости спиралевидных камер 10 размещена, по крайней мере, одна дополнительная опора 14 для ротора 5, и в дополнительной опоре выполнены проточные каналы 15, сообщающиеся через щелевые уплотнения 9 с входом 2 и с выходом 3. Перекачиваемая среда проходит через проточные каналы 15, в направлении от входа 2 к выходу 3 насоса. В конструкции может быть использован фиксатор 16, который исключает поворот опоры 14 внутри корпуса 1. Фиксатор 16 может быть выполнен на основе механической системы, (штифтовое или шпоночное соединение).
Каждая секция обоймы 12 оснащена промежуточным стержнем 17, размещенным вдоль ротора 5 в канавке 18, выполненной в роторе 5, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня 17 относительно ротора 5.
Поскольку в зоне контакта с расточкой 8 корпуса 1 поверхность 19 промежуточного стержня 17 выполнена цилиндрической формы с
номинальным диаметром, равным номинальному диаметру расточки 8 корпуса 1, то площадь контактной поверхности увеличена, линейный контакт заменен на поверхностный контакт, а контактные напряжения снижены, при прочих равных условиях.
Кроме того, плоская поверхность промежуточного стержня 17 в зоне контакта со стопорным элементом 11 обеспечивает равномерное распределение нагрузок и контактных напряжений.
Контактные напряжения при возрастании давления находятся на более низком уровне, что приводит к замедлению процесса износа и, соответственно, растет ресурс работы насоса.
Промежуточный стержень 17 может быть установлен с зазором в канавке 18, для обеспечения возможности радиального смещения промежуточного стержня 17 относительно ротора 5. В этом случае промежуточный стержень 17 за счет перепада давления в спиралевидных камерах 10 прижимается к плоскости стопорного элемента 11, разобщая соседние спиралевидные камеры 10.
При таком конструктивном исполнении становится возможным создание более универсальных и более мощных машин, за счет усовершенствования конструкции ротора машины и ее проточной части. Помимо жидкой среды, заявляемый насос может обеспечить перекачку газов, газожидкостных смесей и других многофазных сред. Длина промежуточных стержней 17, расположенных ближе к выходу 3, может быть меньше длины промежуточных стержней 17, расположенных ближе к входу 2, для обеспечения условий перекачки сжимаемых сред, по аналогии с известными многоступенчатыми компрессорными машинами объемного типа.
Предлагаемое техническое решение позволяет расширить диапазон рабочих давлений насоса за счет снижения контактных напряжений между секциями обоймы и расточкой корпуса, обеспечивая дополнительные возможности для создания более мощных насосов с расширением области их практического применения.
За счет усовершенствования ротора и проточной части насоса решена задача повышения ресурса работы насоса, что в свою очередь обеспечивает возможность создания более универсальных и более мощных насосов.