Винтовой насос

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к винтовым насосам для перекачки газожидкостных смесей (ГЖС).
Известен винтовой насос, содержащий корпус, крышки, соединенные с корпусом бандажами, стянутыми винтами. Сквозь дниш,е одной из крышек проходят валы, связанные с рабочими винтами шлицевыми соединениями. Рабочие винты враш;аются в подшипниках, расположенных в другой крышке. Связь вала с приводом осуш,ествляют при помоши муфты. На валах предусмотрены сальники, состояш;ие из нажимных втулок и набивки. Для осмотра и очистки насоса необходимо снять бандаж и крышку вместе с рабочими винтами Патент ПНР №56131, кл.59е, 6-02 (F05g), 1961 г..
Недостаток насоса - ограниченные возможности насоса по частоте враш,ения из-за отсутствия механизма синхронизации. Кроме того, насос имеет низкие массовые и габаритные показатели конструкции.
Наиболее близким к заявляемому объекту является винтовой насос, предназначенный для перекачки продукции нефтяных скважин. Насос содержит корпус, установленные на подшипниках качения, размеш,енных в проставках, валы, на каждом из которых установлены размешенные в цилиндрических проточках корпуса насоса винт и механизм синхронизации, снабженный корпусом, укрепленным к проставке, которая расположена со стороны привода. Винты выполнены с правой и левой нарезкой, при этом выступы одних винтов входят во впадины других. Механизм синхронизации содержит две консольно закрепленные на корпусе насоса шестерни с элементами для передачи вращения и имеет отверстие с уплотнением, например, манжетного типа, через которое проходит цапфа привода ведущего вала. Корпус насоса и корпус механизма синхронизации разделены
вл-Vtt-.fЛ; 1-.- ч-3;::У.-5/л ;- ;- ул., .vМПК F04C2/16 Винтовой насос
уплотнением. Кроме того, насос снабжен концевыми уплотнениями для защиты подшипников от контакта с рабочей средой Рекламный проспект фирмы Leistritz, стр. 20.
Недостаток данного насоса - низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за больших объемных потерь, особенно при перекачке газожидкостных смесей (ГЖС), так как обеспечение минимальных значений рабочих зазоров, от которых зависят объемные потери, между выступами винтов и между винтами и цилиндрической расточкой в корпусе представляет собой технологически трудно выполнимую задачу. К тому же при регулировке положения винтов по отношению к корпусу, например, путем смеп ;ения проставок с подшипниками относительно корпуса, произойдет перекос в зубчатом зацеплении механизма синхронизации, что снижает надежность насоса.
Следует также отметить, что использование в насосе подшипников качения требует их защиты от агрессивной рабочей среды концевыми уплотнениями, а это значительно увеличивает длину валов между осями подшипников. При этом снижается жесткость валов, что создает ограничения по частоте вращения при больших нагрузках и оборотах и возможность деформации валов от изгибных моментов, следствием которого является выход из строя зубчатого зацепления и прикасание винтов к корпусу и их износ. Возникновению изгибных моментов способствует также деформация валов при работе насоса из-за консольного расположения шестерен механизма синхронизации.
Изобретение направлено на повышение КПД и надежности насоса с одновременным обеспечением технологичности конструкции насоса.
Это достигается тем, что в винтовом насосе, включающем установленные на подшипниках, размещенных в проставках, валы, на каждом из которых установлены расположенный в корпусе насоса винт и снабженный корпусом механизм синхронизации, каждый из указанных валов
выполнен составным, составные части вала соединены посредством муфты трансмиссии, при этом на одной части вала установлен механизм синхронизации, а на другом - винт.
На той части валов, на которой расположены винты, в качестве подшипников установлены радиальные подшипники скольжения.
Муфты выполнены съемными.
Кроме того, в качестве муфт целесообразно использовать упругокомпенсационную муфту, имеюшую жесткость или ограничитель, обеспечиваюп1,ий деформацию муфт трансмиссии в осевом направлении на величину, меньшз ю величины зазоров по боковым поверхностям винтов.
Выполнение в предлагаемом насосе валов составными позволит изменять их положение как по отношению друг к другу, так и по отношению к цилиндрическим расточкам в корпусе, путем перемеш;ения проставок с подшипниками.
Для негерметичных винтовых насосов, применяемых для перекачки ГЖС, в соответствии с Женовак Н.Г. Судовые винтовые негерметичные насосы.-Л.:Судостроение, 1972 г. характерны следующие типы рабочих зазоров: между наружной поверхностью вращаюп,ихся винтов и корпусом зазор 61, между наружной поверхностью одного винта и внутренней поверхностью другого винта - зазор 82, между боковыми поверхностями винтов - зазор 63. В результате центровки валов с винтами изменениям в основном поддадутся зазоры 61 и 62, суммарная площадь живого сечения по эти зазорам значительно превосходит площади живого сечения по зазорам 63, поэтому регулировка смещением подшипников позволит обеспечить минимальный зазор. При обеспечении минимальных зазоров уменьшается обратная перетечка перекачиваемой жидкости за счет уплотнения жидкостью зазоров на входе насоса, а это позволит снизить объемные потери и повысить КПД насоса.
Соединение составных частей вал трансмиссионной муфтой обеспечит возможность регулирования зазора между винтами, а также между винтами и корпусом без ущерба надежности механизма синхронизации, так как не будет перекоса в зубчатом зацеплении как в насосе по прототипу из-за расположения винта и механизма синхронизации на одном валу.
На фиг. 1 изображен предлагаемый винтовой насос с подшипниками качения в качестве опоры для валов; на фиг. 2 - то же с подшипниками скольжения.
Винтовой насос содержит корпус 1 с полостями низкого и высокого давления А и Б соответственно и приемным 2 и выкидным 3 патрубками, внутри которого установлены на подшипниках 4 качения (фиг.1) или скольжения (фиг.2.), размеш;енных в проставках 5 и 6, валы, выполненные составными. Проставки 5 и 6 укреплены в передней 7 и задней 8 крышке полости А при помощи крепежных элементов 9. Один из валов выполнен из составных валов 10 и 11, соединенных муфтой 12 трансмиссии, а другой - из составных валов 13 и 14, соединенных муфтой 15 трансмиссии. Указанные муфты трансмиссии целесообразно выполнить упруго-компенсационными, имеющие жесткость или ограничитель, обеспечивающий деформацию муфт трансмиссии в осевом направлении на величину, меньшую величины зазоров по боковым поверхностям винтов. На валах 10 и 13 расположенных со стороны привода, установлен механизм синхронизации, а на валах 11 и 14, расположенных со стороны противоположной приводу, - зацепляющиеся друг с другом винты 16 и винты 17, заключенные в обойму 18. Ведущий вал 10 имеет цапфу 19 привода насоса. На проставках 5 и 6 установлены концевые уплотнения 20, например, торцового типа, для защиты подшипников от контакта с рабочей средой, причем если валы опираются на подшипники 4 качения (фиг. 1), то концевые уплотнения 20 устанавливают с обеих торцов насоса, а если они опираются на подшипники 4 скольжения (фиг. 2), то концевые уплотнения 20 устанавливают лишь со стороны
привода. Механизм синхронизации содержит ведущую 21 и ведомую 22 шестерни, установленные соответственно на ведущем валу 10 и ведомом валу 13 и снабжен корпусом 23 с фланцем 24. Валы 10 и 13 механизма синхронизации установлены на подшипниках качения 25 и снабжены уплотнениями 26, например манжетного типа. Проставка 5 насоса с подшипниками качения (фиг. 1) снабжена уплотнениями 27 для защиты подшипников 4 валов 11 и 14. Для удобства обслуживания торцовых уплотнений, подшипников и муфт в эксплуатации муфты выполнены съемными, а в корпусе механизма синхронизации имеется окно доступа. Крышка 28 закрывают полости подшипников 4.
При сборке насоса проставки 5 и 6 перемещают по ответному фланцу корпуса 1 для отрегулирования рабочего зазора между винтами 16 и 17 и между указанными винтами и обоймой 18, обеспечивающего свободное вращение валов. Затем проставки фиксируют относительно корпуса при помощи крепежных элементов 9.
Винтовой насос работает следующим образом.
От внешнего источника вращение передается через цапфу 19 ведущего вала 10 с шестерней 21 механизма синхронизации насоса и далее через муфту 12 трансмиссии ведомому валу 11с винтами 16 и через зубчатое зацепление - ведомой шестерне 22, валу 13 и через муфту 15 трансмиссии валу 14 с винтами 17. В результате вращения винтов перекачиваемая среда поступает через приемный патрубок 2, разделяется в полости А на два потока, поступает в винты 16 и 17 и перемещается встречными потоками параллельно осям винтов 16 и 17, непрерывно вытесняясь в полость Б, а из насоса - через выкидной патрубок 3. Муфты 12 и 15 трансмиссии сглаживают усилия на валы, возникающие от перекосов при вращении, и передают осевые нагрузки на подшипники 25.
Конструкция предлагаемого винтового насоса более технологична по сравнению с прототипом и обеспечит изготовление его с минимальными рабочими зазорами вследствие того, что стало возможным регулирование зазора между винтами и корпусом с обеспечением минимальных зазоров и без образования перекосов в зубчатом зацеплении механизма синхронизации. Это позволит повысить надежность насоса, снизить объемные потери и, следовательно, повысить КПД насоса.
Кроме того, при использовании в качестве опоры для валов подшипников скольжения отпадает необходимость в концевых уплотнениях со стороны противоположной приводу, а это даст возможность значительно уменьшить длину вала между осями подшипников, что влечет за собой уменьшение изгибных моментов и, следовательно, возможность увеличения частоты вращения и повышение надежности насоса.
Выполнение валов составными, а муфт съемными обеспечит при эксплуатации насоса удобство обслуживания торцовых уплотнений, подшипников и муфт.