Шнек центробежного насоса

Полезная модель относится к области устройств, предназначенных для перекачки жидкостей, и может быть использована в промышленности, сельском хозяйстве и для бытовых нужд.
Известен шнек центробежного насоса, состоящий из вала, снабженного винтовой лопаткой [CN202991510, дата публикации: 12.06.2013 г. МПК: F04D 1/06].
Известен шнек центробежного насоса, состоящий из стержня и спиралевидной лопатки [US2013320148, дата публикации: 05.12.2013 г. МПК: B64D 37/02].
В качестве прототипа выбран шнек центробежного насоса, состоящий из втулки и изогнутых лопаток [US2015044026, дата публикации: 12.02.2015 г. МПК: F04D 29/44].
Недостатком прототипа является низкая жесткость шнека центробежного насоса, из-за чего в процессе эксплуатации шнека в режиме развитой кавитации под постоянным воздействием перепада давления перекачиваемой среды, возникающего между напорной и тыльной сторонами шнека, может происходить деформация, ускоренный износ, разрушение лопаток шнека и выход шнека из строя, что в значительной степени снижает надежность центробежного насоса.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности центробежного насоса.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является снижение вероятности разрушения шнека центробежного насоса.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Шнек центробежного насоса, отличающийся тем, что содержит ребра жесткости, расположенные вдоль линии тока перекачиваемой среды.
Шнек обеспечивает возможность повышения давления на входе в рабочее колесо и служит для повышения его кавитационных характеристик. Шнек содержит ступицу, которая может быть выполнена в виде стержня или втулки, содержащих одну или несколько лопаток, закрученных по спирали. Шнек может быть выполнен закрытым, что улучшает КПД шнека и центробежного насоса.
Ребра жесткости могут представлять собой выступы на поверхности шнека. Наличие ребер жесткости позволяет улучшить массогабаритные характеристики шнека за счет снижения его толщины, а также за счет обеспечения возможности его изготовления из полимерных материалов, при сохранении конструкционной прочности шнека.
Ребра жесткости расположены вдоль линии тока перекачиваемой среды, то есть таким образом, чтобы обеспечивалось минимальное гидродинамическое сопротивление потоку перекачиваемой среды. При этом в качестве образующей ребра жесткости могут иметь прямую или кривую линию.
Расположение, количество и геометрические параметры ребер жесткости могут быть определены в зависимости от необходимых прочностных, жесткостных и кавитационных характеристик шнека, а также в зависимости от механических свойств материала, из которого изготовлен шнек. Каждое ребро жесткости может быть выполнено сплошным или прерывистым, и может быть расположено по всей длине лопатки шнека, при этом каждая лопатка может содержать по одному или по несколько ребер жесткости.
Ребра жесткости могут быть расположены с любой стороны по всей ширине шнека, в том числе по его периферии. Ребра жесткости могут быть расположены с напорной стороны шнека, что обеспечивает возможность повышения кавитационных характеристик и снижения вероятности разрушения шнека. Ребра жесткости могут быть расположены с примыканием к наружному краю шнека, что обеспечивает возможность создания щелевого уплотнения между шнеком и корпусом насоса, позволяя повысить КПД шнека и снизить вероятность возникновения контакта между шнеком и корпусом, снижая вероятность разрушения шнека.
Ребра жесткости могут иметь любую форму профиля в сечении, например, прямоугольную, треугольную, квадратную, эллиптическую и др. Дополнительно для снижения гидродинамического сопротивления ребра жесткости могут быть выполнены обтекаемыми и иметь скругления, а для уменьшения концентраций напряжений ребра жесткости при основании могут содержать галтели.
Ребра жесткости могут быть расположены на расстоянии друг от друга, составляющем от 5 до 50% диаметра шнека, что обеспечивает оптимальное соотношение прочностных и массогабаритных характеристик шнека.
Количество ребер жесткости может быть определено в зависимости от диаметра шнека. Ребра жесткости могут иметь ширину, составляющую от 10 до 300% толщины сечения лопатки шнека в месте установки ребра жесткости на лопатке. Ребра жесткости могут иметь высоту, составляющую от 10 до 1000% толщины сечения лопатки шнека в месте установки ребра жесткости на лопатке. Ребра жесткости могут иметь длину (протяженность) от 10 до 100% длины их образующей линий.
Шнек и ребра жесткости могут быть изготовлены из металла, например, алюминия, стали или чугуна, либо из полимерных материалов, например, полиуретана, поливинилхлорида, полиэтилена и др., либо композиционных материалов, например, углепластика.
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что шнек содержит ребра жесткости, расположенные вдоль линии тока перекачиваемой среды, позволяющие увеличить жесткость шнека на изгиб и уменьшить деформации и напряжения, возникающие в конструкции шнека из-за разности давлений, возникающей между его напорной и тыльной сторонами, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении вероятности разрушения шнека, тем самым повышается надежность центробежного насоса.
Наличие новых отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
Фиг.1 – Шнек центробежного насоса со спиралевидными лопатками, содержащими по два ребра жесткости на напорной стороне, аксонометрический вид.
Фиг.2 – Шнек центробежного насоса с загнутыми лопатками, содержащими по два ребра жесткости на напорной стороне, аксонометрический вид.
Фиг.3 – Шнек центробежного насоса с загнутыми лопатками, содержащими по одному ребру жесткости на напорной стороне, вид сверху.
Фиг.4 – Шнек центробежного насоса с загнутыми лопатками, содержащими по два ребра жесткости на напорной стороне, вид сверху.
Фиг.5 – Закрытый шнек центробежного насоса с загнутыми лопатками, содержащими по два ребра жесткости на напорной стороне, аксонометрический вид.
Фиг.6 – Шнек центробежного насоса с загнутыми лопатками, содержащими по два ребра жесткости, одно из которых расположено с примыканием к наружному краю шнека, вид сбоку, половина разреза.
Фиг.7 – Шнек центробежного насоса со спиралевидной лопаткой, содержащей четыре ребра жесткости, две из которых расположены на напорной, а две – на тыльной стороне, вид сбоку, половина сечения.
Полезная модель работает следующим образом.
Шнек 1 центробежного насоса начинает вращаться, нагнетая жидкость на вход рабочего колеса (не показано на чертеже). При этом благодаря ребрам 2 жесткости уменьшается изгиб и деформационная нагрузка, действующая на шнек 1, из-за разности давлений перекачиваемой жидкости между его напорной и тыльной сторонами. Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении вероятности разрушения шнека центробежного насоса, тем самым повышается надежность центробежного насоса.