ОСЕВОЙ СТРУЙНЫЙ НАСОС
AXIAL JET PUMP

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к газоструйным аппаратам для вентиляции и транспортировки сред с включением твердых материалов. Изобретение может быть использовано при пожаротушении.
Известны струйные насосы самых разнообразных конструкций. Например, в книге А. Мартынова "Прикладная аэродинамика" на стр.35 изображен струйный насос. Из насадки подается струя рабочей (активной) среды, которая проходит через приемную камеру в соосную насадку с большой скоростью, создавая между насадками пониженное давление, благодаря чему отсасываемая (пассивная) среда перемещается и выбрасывается через ту же насадку вместе с рабочей средой.
Известен струйный насос, включающий те же элементы с отдельной камерой смешения (а.с. 1105698, 1985 г.), известен жидкоструйный вакуум - насос того же принципа с соплом Лаваля (а.с. 1488586, 1986 г.). Известен струйный аппарат с интенсификацией смешения сред, в котором пассивное сопло выполнено в виде лопаток под углом для закрутки потока (а.с. 1229450, 1977 г.). Известен трубоструйный насос по патенту РФ №2255249, 2006 г. Все эти насосы работают по принципу бокового забора среды, то есть недоиспользуют мощность эжекторного потока и не являются многофункциональными.
Наиболее близким аналогом осевому струйному насосу может служить вихревой струйный аппарат по а.с. 1420248, 1988 г. Здесь улиткообразная вихревая камера снабжена тангенциальным патрубком подвода активной среды. По оси корпуса установлен профилированный патрубок, образующий с корпусом активное сопло с отверстиями, истечение из которых создает зону пониженного давления для дополнительного подсоса пассивной газообразной среды. Как и все струйные насосы, прототип требует компрессора сжатого воздуха для создания разрежения в районе сопла, что создает громоздкость установки, боковой подвод активной среды уменьшает количество захвата пескообразной пассивной среды, функциональность прототипа ограничена.
Целью настоящего изобретения является создание осевого струйного насоса с осевым встроенным компрессором в реверс-драйвера и ускорителя потока, с коаксиально расположенным вытяжным стволом, компактного, эффективного и многофункционального.
Для достижения указанной цели осевой струйный насос снабжен устройством для подачи воздуха - активной среды, на валу двигателя которого установлено спаренное зубчатое колесо с венцом, зацепленным через промежуточную шестерню или гибкую передачу с зубчатым колесом центрального полого вала и вторым венцом, зацепленным с зубчатым колесом канальной трубы, имеющей по внутренней цилиндрической поверхности подсосные окна, в зоне которых крепятся реверс-винты с интервалами, в которых размещены центральные лопастные винты центрального полого вала. Вращаясь в противоположных направлениях, лопасти работают во встречных спиральных потоках, покаскадно увеличивая осевую скорость воздуха. Внутри центрального полого вала размещена центральная труба, снабженная пассивным соплом, коническим наконечником и подсосными отверстиями. Осевым перемещением центральной трубы ее пассивное сопло может быть совмещено с критическим сечением активного сопла для получения максимального эффекта эжекции.
На фиг.1 дан общий вид осевого струйного насоса.
На фиг.2 - вид А по стрелке А на фиг.1. Стрелкой показано направление вращения вала двигателя.
На фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1. Перфорированный цилиндр снят. Как вариант применена гибкая передача на центральный полый вал, направление его вращения показывает верхняя стрелка. Нижняя стрелка показывает направление вращения канальной трубы.
На фиг.4 - тушение огня объекта под напряжением.
На фиг.5 - сбор разлитых нефтепродуктов.
Осевой струйный насос состоит из реверс-драйвера 1, ускорителя потока 2 и вытяжного ствола 3.
Реверс-драйвер - устройство, приводящее в противоположное вращение пропеллерные группы ускорителя потока, содержит двигатель 4, на валу которого закреплено сдвоенное зубчатое колесо. Зубчатый венец 5 большего диаметра сдвоенного колеса зацеплен с зубчатым колесом 6, установленным на подшипнике 7. Зубчатый венец 8 меньшего диаметра через промежуточную шестерню 9 зацеплен с зубчатым колесом 10, жестко установленным на полом центральном валу ускорителя потока. Корпус 11 реверс-драйвера закреплен на торце перфорированного цилиндра 12 ускорителя потока.
Ускоритель потока - устройство, многократно увеличивающее осевую скорость воздуха, состоит из перфорированного цилиндра 12, по оси которого на корпусе реверс-драйвера установлена обойма 13 с подшипником 14 полого центрального вала 15, на котором с интервалами закреплены центральные лопастные винты 16. Второй конец полого центрального вала опирается на подшипник 17, установленный в решетке 18 торца перфорированного цилиндра. Торец зубчатого колеса 6 соединен с торцом канальной трубы 19. В интервалах центральных лопастных винтов канальная труба несет лопастные реверс-винты 20 и заканчивается выходным реверс-винтом 21, установленным на подшипнике 22 полого центрального вала. На консольном конце полого центрального вала крепится выходной центральный лопастной винт 23 с лопастями увеличенной площади и крутизны. Все лопастные реверс-винты имеют аналогичную конструкцию. Их лопасти соединены кольцами 24, а в зонах подсосных окон 25 канальной трубы они изогнуты в сторону вращения, законцовками 26 прилегают к цилиндрической поверхности канальной трубы и крепятся винтами 27.
Вытяжной ствол - устройство, создающее разрежение для подачи рабочего материала, - пассивной среды, содержит центральную трубу 28 с соплом 29, коаксиально установленную внутри полого центрального вала. Центральная труба имеет возможность осевого смещения, а со стороны двигателя снабжена фиксирующим винтом 30, шкалой 31 и шлангом 32. Со стороны выхода центральная труба опирается на кольцо 33 решетки 34, установленной в активного сопла 35. Для увеличения разрежения центральная труба имеет подсосные отверстия 36 и конический наконечник 37. Насадка активного сопла с диффузором 38 устанавливается на патрубок 39, образуя вихревую камеру. При ручном исполнении осевого струйного насоса он снабжается ручкой 40 для переноски.
Осевой струйный насос работает следующим образом.
Любой лопастной винт при вращении индуктирует воздушный след в виде спирали. Установленный соосно еще такой же винт не дает эффекта, так как его лопасти вращаются в попутном потоке. Лопастные винты с противоположным наклоном лопастей, установленные на одной оси и вращаемые в противоположных направлениях, опираются лопатками на встречные потоки и резко увеличивают осевую скорость воздуха. Сдвоенные лопастные винты широко используются в самолетных и вертолетных движителях. Однако существующие реверс-драйверы не могут вращать более одной пары лопастных винтов, в то как для осевого струйного насоса на выходе требуется очень большая скорость воздуха при очень большом расходе. При встречном вращении пропеллерных групп активная среда - воздух - засасывается в канальную трубу 19 и гонится в сторону активного сопла 35. Индуцируемые лопастными винтами спиральные вихри сглаживаются их взаимодействием и решеткой 18. Но уплотненный конусом конического патрубка 39 воздух для увеличения эффекта снова закручивается в вихревую спираль выходным центральным лопастным винтом 23 и поступает к активному соплу 35 и коническому наконечнику 37. Активное сопло - вариант сопла Лаваля - имеет в районе диффузора 38 зону критической скорости. По закону Бернулли в этой зоне создается разрежение тем большее, чем больше эта скорость. Однако это разрежение должно быть создано на достаточно большой площади критического сечения. Чем больше расход воздуха через активное сопло 35, тем больше вытягивается пассивной среды. Воздух, выходя в диффузор, отдает кинетическую энергию пассивной среде, которая выбрасывается в нужном направлении. Разумеется, площади активного и пассивного потоков должны быть согласованы. Для более эффективной работы конический наконечник 37 с соплом 29 и подсосными отверстиями 36 перемещаются в оптимальную зону активного сопла, и центральная труба 28 закрепляется фиксирующим винтом 30.
Осевой струйный насос может применяться на любых видах аварийных и ремонтных работ. Компактные ручные аппараты могут использоваться при пескоочистке, санитарной обработке, тушении пожаров, особенно объектов под напряжением, откачке агрессивных сред, отсосе разлитых нефтяных продуктов. Более мощные аппараты подойдут для мелиорационных работ.