ЛОПАСТНЫЙ НАСОС
IMPELLER PUMP

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение в насосах для гидромелиорации и в других отраслях промышленности для перекачивания воды, однородных жидкостей и их смесей, эмульсий, суспензий и взвесей, содержащих измельченные твердые вещества, а также в нефтяной промышленности для перекачивания нефти и нефтепродуктов, сжиженных углеводородов и жидкостей, сходных по физическим и химическим свойствам с нефтью и нефтепродуктами, а также для откачивания нефтяного шлама, ЖКХ для обеспечения городских объектов необходимым объемом воды, МЧС для эффективного тушения пожаров за счет повышения производительности и увеличения дальнобойности водяной струи, в горнодобывающей промышленности для перекачки пульпы, в том числе в качестве рабочего инструмента гидромонитора для разрушения и смыва горных пород, машиностроении в качестве гидромотора (когда необходимы небольшие скорости вращения при большом создаваемом моменте вращения, например, поворот башни некоторых автомобильных кранов), пресс для брикетирования сжимаемых жидкостей, в энергетике, как гидравлическая турбина и в других целях.
Известен лопастный насос, производителем которого является компания ООО «Бош Рексрот», http://pkmoscow.ru/uploads/wys/File/RRS%2010335_1197.pdf.
Известный насос является лопастным с постоянным рабочим объемом. На вал (1) насажено рабочее колесо (2), вращающееся в рабочей камере (3). В пазах рабочего колеса находятся лопатки (4), которые при вращении прижимаются ко внутренней поверхности рабочей камеры за счет центробежной силы. Рабочие камеры с торцов ограничиваются распределительными дисками (5). Рабочее колесо имеет двойной эксцентриситет, что создает две зоны всасывания и две зоны нагнетания (см. чертеж прототипа).
Недостатки аналога:
1. Давление, создаваемое в насосе недостаточно, например, для обеспечения дальности струи при тушении пожаров. Это объясняется тем, что в пазах рабочего колеса находятся лопатки, которые при вращении прижимаются к внутренней поверхности рабочей камеры за счет центробежной силы, и при больших оборотах на данные лопатки оказывается значительное давление, это может привести к повреждению лопаток.
2. Низкая производительность насоса, так как рабочая камера имеет форму эллипса, данная форма рабочей камеры не позволяет задействовать весь объем.
3. Лопатки имеют строгую геометрическую форму в виде квадрата или прямоугольника, это отрицательно сказывается на производительности насоса и его надежности. Это связано с тем, что динамика движения жидкости в каналах с сечением в округлой форме лучше, чем в квадратных каналах, так как увеличение числа оборотов рабочего колеса может вызвать кавитацию и дальнейшее разрушение насоса.
Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков.
Технический результат обеспечивается за счет того, что в лопастном насосе, включающем корпус, расположенную внутри корпуса рабочую камеру с всасывающими и нагнетательными патрубками и вал с установленным на нем рабочим колесом и лопатками, согласно изобретению рабочая камера выполнена в виде сопряженных между собой в нижней части тороидальных каналов, расположенных под углом друг к другу, которые в нижней части сливаются в один канал, а затем расходятся.
При этом лопатки могут быть выполнены с сечением, совпадающим с сечением тороидальных каналов для обеспечения максимальной производительности насоса.
Внутренняя полость нагнетательного патрубка может быть расположена до точки, в которой тороидальные каналы расходятся друг с другом.
Технический результат заключается в повышении производительности насоса и создании более высокого давления за счет выполнения рабочей камеры в виде каналов тороидальной формы, сопряженных между собой в нижней части и установленных под углом друг к другу, образуя в нижней части (в точке сопряжения) один канал. Это дает возможность увеличить объем жидкости, подаваемый двумя и более рабочими колесами (если насос 3-х и более канальный), обеспечивая более высокую производительность. С другой стороны, вода устремляется из двух тороидальных каналов в сторону их слияния в точке сопряжения (соединения), способного пропустить лишь один объем, тем самым создается избыточное давление в насосе, что дает возможность увеличить напор воды, высоту и дальность подачи струи, например, при тушении пожаров.
На фиг.1 представлена принципиальная схема насоса, на фиг.2 показан вид насоса со стороны ведущего вала с нагнетательным и всасывающим патрубками (вид А), на фиг.3 - рабочее колесо (вид А), на фиг.4 - рабочее колесо, вид А-А.
Лопастный насос (фиг.1) состоит из двух корпусов 1 и 2, в каждом из которых расположены подшипниковые опоры 3, в которых установлены ведущий вал 4 и ведомый вал 5, соединенные друг с другом под углом синхронной угловой муфтой 6. На ведущем и ведомом валах установлены соответственно рабочие колеса 7 и 8, в пазах рабочих колес расположены лопатки 9 (фиг.4).
Лопатки 9 расположены в рабочих камерах, выполненных в форме тороидальных каналов 10, с всасывающим патрубком 11 и нагнетательным патрубком 12 (фиг.2), которые выполнены съемными, что позволяет регулировать рабочее давление в рабочей камере и на выходе нагнетательного патрубка.
Сечение тороидальной рабочей камеры может быть любой формы, например, квадратной, эллиптической, треугольной, в форме звездочки и т.п., а лопатки выполнены с сечением, совпадающим с сечением тороидальной рабочей камеры.
За счет установки ведущего 4 и ведомого 5 валов под углом друг к другу две тороидальные рабочие камеры установлены под тем же углом друг к другу таким образом, что в своей нижней точке они сливаются в один канал того же сечения, а затем расходятся, при этом всасывающий патрубок 11 и нагнетательный патрубок 12 расположены до точки, в которой тороидальные каналы расходятся друг с другом, что позволяет улучшить гидродинамику.
Насос работает следующим образом.
При включении двигателя происходит вращение ведущего вала 4, который в свою очередь передает вращательное движение ведомому валу 5 через синхронную угловую муфту 6. Одновременно с валами 4 и 5 вращаются рабочие колеса 7 и 8, а лопатки 9 начинают двигаться в тороидальных рабочих камерах 10.
Поскольку тороидальные каналы сливаются в единый канал в своей нижней точке, а потом расходятся, то образовавшаяся рабочая камера обладает значительно большим объемом (в два раза).
В своей нижней точке тороидальные рабочие камеры 10 образуют единый канал, в котором двигаются лопатки 9, после прохождения нижней точки (точки соединения каналов) лопатки начинают выходить в область рабочей камеры большего объема, тем самым образуется вакуум, и рабочая жидкость поступает во внутреннюю полость всасывающего патрубка 11, после чего рабочая жидкость поступает в рабочие камеры 10, дальше жидкость продвигается по каналам лопатками 9, после этого рабочие колеса начинают входить в рабочее межлопаточное пространство смежного колеса, а в самой нижней точке заходят в это пространство полностью. Таким образом, два объема жидкости, подаваемой двумя рабочими колесами 7, 8, устремляются в сторону сужения, способного пропустить лишь один объем. За счет этого создается избыточное давление, способное сжать жидкость в 2 раза (если насос будет иметь 3 и более рабочих камер, выполненных в форме тора, то в три и более раз). Однако вода и большинство прокачиваемых жидкостей либо несжимаемы, либо сжимаемы незначительно, поэтому с точки начала пересечения рабочих камер 10, выполненных в форме тора, или даже чуть выше, во избежание механического разрушения элементов конструкции насоса начинается внутренняя полость нагнетательного патрубка 12, при этом чем меньше будет рабочее сечение этого патрубка 12, тем большее давление и напор будет создаваться насосом.