ДВУХВАЛЬНАЯ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МАШИНА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
TWO-SHAFT MULTI-STAGE RADIAL-FLOW SPECIAL-PURPOSE MACHINE

Изобретение относится к области насосостроения, технике очистки газов, теплообменной технике и может быть использовано в различных технологических процессах.
Известен двухвальный многоступенчатый центробежный насос для перекачки нефти, содержащий двигатель, два расположенных параллельно вала, на которых насажены лопастные рабочие колеса, образующие с отводами в виде изогнутых диффузоров ступени (RU 2278301 C1, 20.06.2006). В расширенной части диффузоров выполнены отверстия для отвода жидкости к рабочему колесу следующей ступени.
Недостатками данного устройства является большая масса и габариты, а также способность перекачки жидкости только в одном направлении.
Наиболее близким к изобретению является двухвальная многоступенчатая центробежная машина, содержащая корпус, впускные и выпускные патрубки, два расположенных параллельно друг другу вала со смежными роторными ступенями, установленными с возможностью частичного перекрытия своих торцевых поверхностей и сообщающимися между собой диффузорными каналами, выход из которых соответствует входу в смежную ступень, и общий для двух валов привод (US 4025225 A, 24.05.1977). Известная машина представляет собой дисковый насос или компрессор двухвального многоступенчатого исполнения с криволинейными диффузорными каналами вокруг рабочих колес, представляющих собой пакет плоских перфорированных дисков, разнесенных между собой. Перекачка среды со ступени на ступень осуществляется через отверстие в расширенной части диффузора.
Недостатками известной машины являются относительно низкая производительность, сложность конструкции и способность перекачки среды только в одном направлении.
Задачей изобретения является создание многофункциональной машины для использования в качестве насоса или компрессора, мокрого очистителя газов, теплообменника и регенератора тепла, повышение КПД машины и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в двухвальной многоступенчатой центробежной машине многофункционального назначения, содержащей корпус, впускные и выпускные патрубки, два расположенных параллельно друг другу вала со смежными роторными ступенями, установленными с возможностью частичного перекрытия своих торцевых поверхностей и сообщающимися между собой диффузорными каналами, выход из которых соответствует входу в смежную ступень, и общий для двух валов привод, согласно изобретению роторные ступени каждого вала выполнены из проницаемого пористого диска и тарельчатого клапана, установленного на валу с возможностью принудительного перемещения вдоль вала с помощью механического или магнитного управляющего устройства, открывающего вход в диффузор следующей ступени, изменяя при этом направление потока перекачиваемой среды на противоположное без остановки двигателя, а сами валы выполнены полыми с возможностью подачи сорбента через радиальные отверстия в пористые диски
Предлагаемая машина выполнена с возможностью многофункционального назначения и обеспечивает перекачку газообразных и/или жидких сред с совмещением функций очистки, тепло- и массообмена между средами. Указанный результат достигается благодаря тому, что в качестве рабочих колес в двухвальной многоступенчатой машине используются проницаемые пористые диски, обладающие рядом уникальных свойств: при вращении диск всасывает окружающую среду торцевыми поверхностями и выбрасывает ее с цилиндрических поверхностей, причем при наличии ограждающих боковых поверхностей вокруг диска можно получать различные конфигурации течений среды в около- и внутридисковом пространстве. Кроме того, всесторонняя проницаемость пористых дисков, большая удельная их поверхность, высокие тепло- и массообменные характеристики обуславливают способность к многофункциональному применению их, особенно в сочетании с использованием тарельчатых клапанов, установленных с возможностью открывания-закрывания входа в диффузор следующей ступени, позволяет изменять направление потока перекачиваемой среды на противоположное без остановки двигателя.
На фиг.1 изображен общий вид двухвальной 4-ступенчатой центробежной машины многофункционального назначения (в разрезе); на фиг.2 - вид сверху.
Двухвальная многоступенчатая центробежная машина многофункционального назначения имеет корпус 1, в котором размещены параллельно друг другу два полых вала 2 и 3 со смежными роторными ступенями 4-7, содержащими каждая проницаемые пористые диски 8 и сообщающиеся между собой диффузорные каналы 9, а также входные 10, 11 и выходные 12, 13 патрубки. Ступени 4-7 каждого вала 2, 3 отделены друг от друга донной частью корпуса 1. Полые валы 2, 3 в местах стыковки с пористыми дисками 8 имеют радиальные отверстия для подачи, по необходимости, жидкостной или газовой среды в тело пористого диска 8. Диффузорные каналы 9 каждой предшествующей ступени имеют расширение в сторону дисков 8 последующей смежной ступени. Ввиду двусторонней проницаемости пористых дисков 8 направление потока перекачиваемой среды определяется положением на валу 2, 3 каждой ступени 4-7 тарельчатых клапанов 14, перемещаемых толкателями 15, установленными на штанге 16, которая движется вверх-вниз принудительно механическим или электромагнитным устройством. Машина имеет общий для двух валов 2, 3 привод двигателя (не показан).
Двухвальная многоступенчатая центробежная машина многофункционального назначения работает следующим образом.
1. В качестве насоса (перекачиваемая среда - жидкость) или компрессора (перекачиваемая среда - газ) машина работает следующим образом. При верхнем положении тарельчатых клапанов 14 (заштрихованы на чертеже) одновременное вращение валов 2 и 3 с пористыми дисками 8 от привода создает разрежение внутри ступеней 4-7 машины, в результате перекачиваемая среда проходит через кольцевой зазор между стенкой входного патрубка 10 и тарельчатым клапаном 14 (показано стрелкой), попадает на торцевую поверхность правого верхнего диска 8 ступени 4, проходит через его тело в радиальном направлении, выбрасывается с периферии диска 8 в диффузорный канал 9, затем попадает с увеличенным напором на верхний левый диск 8 второй ступени 5, далее процесс повторяется аналогично и на 3-й и 4-й ступенях, пока среда не покинет правый выходной патрубок 12 (траектория движения среды показана сплошной линией со стрелками). Перекачка среды в обратном направлении осуществляется перемещением штанги 16 вниз (без останова и изменения направления вращения валов 2, 3), что вызывает изменение положения тарельчатых клапанов 14 на нижнее (показано без штриховки на фиг.1). В этом случае среда поступает в нижний левый входной патрубок 11 и покидает ступени машины в левом верхнем выходном патрубке 13. Частота смены направления перекачки среды определяется частотой изменения положения клапанов и необходимостью, например, регенерации тепла при сжигании топлив или повышения качества очистки среды, ее повторном пропускании через все ступени в обратном направлении.
2. В качестве мокрого очистителя газов машина работает следующим образом. Загрязненный газ подается во входной патрубок 10, в полости валов 2 и 3 непрерывно подают жидкий сорбент, который затем поступает через отверстия в валах 2, 3 к центральным участкам пористых дисков 8, под действием центробежных сил жидкость движется в радиальном направлении в теле пористых дисков 8, где при взаимодействии с очищаемой газовой средой происходит поглощение удаляемых примесей жидким сорбентом. Затем образовавшаяся двухфазная среда выбрасывается с периферийной поверхности дисков 8 в соответствующие каналы 9, на стенках которых происходит сепарация смеси: сорбент, с поглощенными примесями, стекая со стенок, собирается на дне канала 9 и эвакуируется через сливные отверстия (на схеме не показаны), а очищенный газ поступает на следующие ступени, где происходит его доочистка аналогичным образом. Многоступенчатая последовательная очистка газов непрерывно подаваемым свежим сорбентом в каждую ступень 4-7 машины позволяет избавиться от многих трудноудаляемых примесей и существенно повысить качество очистки газов от газообразных и аэрозольных примесей.
3. В качестве теплообменника машина работает следующим образом. Теплообмен между двумя средами, например передача тепла продуктов сгорания жидкости, будет осуществляться по той же схеме, что и при мокрой очистке газов: путем одновременной подачи продуктов сгорания во входной патрубок 10 и жидкости в полые валы 2 и 3. При этом если жидкость способна поглощать (вступать в химические реакции) примеси, содержащиеся в продуктах сгорания, машина может выполнять одновременно две функции: теплообменника и очистителя газов.
4. В качестве регенератора тепла машина работает следующим образом. Например, сжигание топлива с рекуперацией осуществляется путем всасывания продуктов сгорания во входной патрубок 10, которые при прохождении через ступени 4-7 машины отдают тепло пористым дискам 8, после чего переключением тарельчатых клапанов 14 через другой входной патрубок 11 осуществляют всасывание воздуха, который, проходя через ступени 4-7 машины в обратном (продуктам сгорания) направлении, отбирает аккумулированное в пористых дисках 8 тепло, и в сжигающее устройство (на чертеже не показано) подается нагретый воздух, что существенно повышает эффективность сгорания топлива.
Благодаря использованию в качестве рабочих колес проницаемых пористых дисков с возможностью изменения направления перекачки сред на обратное и многоступенчатости конструкции обеспечивается эффективное и многофункциональное его применение в ряде технологических задач при относительно малых габаритах и простоте конструкции.
Техническим результатом изобретения является повышение экономичности и эффективности в многофункциональном многоступенчатом применении в качестве насоса, компрессора, очистителя газов, теплообменника и регенератора тепла при относительно малых габаритах машины.