НАСОС - ДИСПЕРГАТОР

Полезная модель относится к области производства насосного оборудования и может применяться при создании машин для перекачки газожидкостных многофазных сред, а также при создании вентиляторов (и компрессоров) при перекачке многофазных газовых сред.
Известным техническим решением является насос-диспергатор, содержащий входной и выходной каналы, обойму с выполненными в ней канавками в виде многозаходной винтовой нарезки, ротор, состоящий из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу. Каждая секция содержит лопастное колесо, межлопастные каналы которого выполнены с возможностью сообщаться между собой через канавки в обойме, и с межлопастными каналами колеса в последующей секции. В секции между лопастными колесами установлены дистанционные втулки. Этот известный насос-диспергатор способен перекачивать жидкостно-газовые смеси (RU №66789, 2007).
Недостатком известного устройства является то, что известный насос-диспергатор снижает эффективность работы при высоких значениях газосодержания на входе в насос.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности и расширение области применения насоса-диспергатора.
Техническим результатом является создание более совершенной конструкции насоса-диспергатора, что позволит повысить эффективность работы при высоких значениях газосодержания на входе в насос, для широкого спектра свойств перекачиваемой среды.
Указанный технический результат достигается тем, что насос-диспергатор содержит корпус, входной и выходной каналы, обойму с выполненными в ней канавками в виде многозаходной винтовой нарезки, ротор, состоящий из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу. Каждая секция содержит лопастное колесо, межлопастные каналы которого выполнены с возможностью сообщаться между собой через канавки в обойме, и с межлопастными каналами колеса в последующей секции. В секции между лопастными колесами установлены дистанционные втулки. Насос-диспергатор оснащен проточной сепарационной камерой и, по крайней мере, одним дополнительным выходным каналом, выполненным в корпусе. Проточная сепарационная камера размещена в центральной части корпуса, а дополнительный выходной канал сообщается через проточную сепарационную камеру с выходным каналом.
Насос-диспергатор может иметь исполнение, где в секциях ротора на периферии каждого лопастного колеса выполнено кольцо, с образованием между соседними колесами кольцевых щелевых каналов, которые сообщаться между собой через канавки в обойме.
Насос-диспергатор может иметь исполнение, где дополнительный выходной канал расположен тангенциально по отношению к проточной сепарационной камере и оснащен диффузорным участком.
Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение эффективности работы при высоких значениях газосодержания на входе в насос. Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве насосов-диспергаторов.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего технического решения станут понятными при рассмотрении вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые рисунки.
На фигуре 1 изображена схема предлагаемого насоса-диспергатора.
На фигуре 2 изображен разрез B-B по фигуре 1.
На фигуре 3 изображен разрез C-C по фигуре 1.
На фигуре 4 изображено отдельно лопастное колесо, где на периферии лопастного колеса выполнено кольцо.
На фигуре 5 изображен разрез C-C по фигуре 1, где дополнительный выходной канал расположен тангенциально по отношению к проточной сепарационной камере, и дополнительный выходной канал оснащен диффузорным участком.
Насос-диспергатор, по фигурам 1-5, содержит входной канал 1 и выходной канал 2, обойму 3 с выполненными в ней канавками 4 в виде многозаходной винтовой нарезки, приводной вал 5 с установленным на нем ротором. Ротор состоит из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу 5, а каждая секция содержит лопастное колесо 6 и дистанционную втулку 7, обеспечивающую осевой зазор между лопастными колесами 6.
Каждая секция содержит лопастное колесо 6, межлопастные каналы которого выполнены с возможностью сообщаться между собой через канавки 4 в обойме 3, и с межлопастными каналами лопастного колеса в последующей секции. Насос-диспергатор оснащен проточной сепарационной камерой 8 и, по крайней мере, одним дополнительным выходным каналом 9, выполненным в корпусе 10. Проточная сепарационная камера 8 размещена в центральной части корпуса 10, а дополнительный выходной канал 9 сообщается через проточную сепарационную камеру 8 с выходным каналом 2. Ротор с лопастными колесами 6 и дистанционными втулками 7, обойма 3 размещены в корпусе 10.
Насос-диспергатор может иметь исполнение, где в секциях ротора на периферии каждого лопастного колеса 6 выполнено кольцо 11, с образованием между соседними колесами 6 кольцевых щелевых каналов 12, которые сообщаться между собой через канавки 4 в обойме 3.
Насос-диспергатор может иметь исполнение, где дополнительный выходной канал 9 оснащен диффузорным участком 13. При этом дополнительный выходной канал 9 расположен тангенциально по отношению к проточной сепарационной камере 8, так, что продольная ось 14 у дополнительного выходного канала 9 не пересекает ось вращения приводного вала 5.
В представленном техническом решении, как и в известных лабиринтных и шнековых насосах, возможно исполнение обоймы 3 и ротора конической формы, винтовых нарезных канавок - полукруглой, трапецеидальной, прямоугольной, треугольной или иной формы. Лопасти лопастного колеса 6 могут быть не только радиальными, но и отогнутыми вперед или назад.
Насос-диспергатор, по фигурам 1-5, работает следующим образом. От двигателя (который не показан на схеме) механическая энергия от вращательного движения передается на приводной вал 5. При вращении ротора и соответственно при вращении рабочего лопастного колеса 6, лопасти оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду (смесь жидкости и газа). В объеме смеси из жидкости и газа, в межлопастных каналах в колесах 6, развиваются центробежные силы. Они вызывают непрерывное движение перекачиваемой среды от центра лопастного колеса 6 к его периферии. Далее перекачиваемая среда устремляется в канавки 4, выполненные в обойме 3. Ввиду неразрывности течения перекачиваемая среда из винтовых канавок 4 непрерывно втекает в межлопастные каналы колеса 6. Дистанционные втулки 7 обеспечивают осевой зазор между лопастными колесами 6, что способствует движению перекачиваемой среды из винтовых канавок 4 в межлопастные каналы в лопастном колесе 6, и что также способствует движению перекачиваемой среды из межлопастных каналов лопастного колеса 6 в винтовые канавки 4. При таком силовом воздействии на перекачиваемую среду механическая энергия преобразуется в гидравлическую энергию, и создается поток перекачиваемой среды в направлении от входного канала 1 к выходному каналу 2.
Каждая секция ротора содержит лопастное колесо 6, межлопастные каналы которого выполнены с возможностью сообщаться между собой через канавки 4 в обойме 3, и с межлопастными каналами лопастного колеса в последующей секции. Ротор с лопастными колесами 6 и дистанционными втулками 7, обойма 3 размещены в корпусе 10. В каждой секции насоса формируется вихревое течение, обеспечивающее передачу энергии от лопастного колеса 6 потоку перекачиваемой среды (смесь жидкости газа). При многократном изменении направления течения происходит измельчение пузырьков газа и реализуется процесс диспергирования. Ввиду неразрывности течения через входной канал 1 в насос-диспергатор непрерывно поступает перекачиваемая среда (смесь жидкости и газа).
Насос-диспергатор оснащен проточной сепарационной камерой 8 и, по крайней мере, одним дополнительным выходным каналом 9, выполненным в корпусе 10. Проточная сепарационная камера 8 размещена в центральной части корпуса 10, а дополнительный выходной канал 9 сообщается через проточную сепарационную камеру 8 с выходным каналом 2. При большом значении газосодержания на входе насоса-диспергатора часть газа концентрируется в центральной части ротора, поскольку под действием центробежных сил жидкость оттесняется к периферии лопастного колеса 6. За счет вращательного движения в каналах ротора, жидкость с мелкими пузырьками газа отводится в выходной канал 2. За счет инерционных сил вращательное движение реализуется и в сепарационной камере 8, при таком вращении реализуется процесс сепарации, как в известных циклонных сепараторах. Как и в известных циклонных сепараторах, сепарационная камера может иметь форму конуса, форму цилиндра или комбинированную форму, состоящую из конических и цилиндрических участков. Жидкая фракция (фаза) из-за более высокой плотности оттесняется к внутренней стенке сепарационной камеры 8 и далее оттесняется к выходному каналу 2. Газовая фракция (фаза) из-за меньшей плотности оттесняется к центру сепарационной камеры 8 и далее оттесняется к дополнительному выходному каналу 9. Поскольку часть газа не попадает в выходной канал 2, там, в канале 2, снижается значение газосодержания (газосодержание определяют как отношение объемного расхода газа к сумме объемномого расхода жидкости и объемного расхода газа). С уменьшением значения газосодержания в канале 2 повышается эффективность работы дожимного лопастного насоса, который подключен к каналу 2 (на фигурах этот дожимной насос не показан), и повышается эффективность насосной системы в целом. Таки образом, заявляемое техническое решение обеспечивает повышение эффективности работы при высоких значениях газосодержания на входе в насос-диспергатор. Достигается технический результат по созданию более совершенной конструкции насоса-диспергатора, что позволит повысить эффективность работы при высоких значениях газосодержания, для широкого спектра свойств перекачиваемой среды.
Насос-диспергатор может иметь исполнение, где в секциях ротора на периферии каждого лопастного колеса 6 выполнено кольцо 11, с образованием между соседними колесами 6 кольцевых щелевых каналов 12, которые сообщаться между собой через канавки 4 в обойме 3. Кольца 11 повышают жесткость и прочность конструкции лопастного колеса 6, такое исполнение становится пригодным для использования при повышенных нагрузках. Что расширяет спектр свойств перекачиваемой среды и спектр режимов работы насоса-диспергатора.
Насос-диспергатор может иметь исполнение, где дополнительный выходной канал 9 оснащен диффузорным участком 13. При этом дополнительный выходной канал 9 расположен тангенциально по отношению к проточной сепарационной камере 8, так, что продольная ось 14 у дополнительного выходного канала 9 не пересекает ось вращения приводного вала 5. При таком исполнении снижаются гидравлические потери давления в местных гидравлических сопротивлениях, при движении потока через дополнительный выходной канал 9. Снижение гидравлических потерь давления способствует расширению спектра свойств перекачиваемой среды и спектра режимов работы насоса-диспергатора. Количество дополнительных выходных каналов 9, при таком исполнении насоса-диспергатора, можно подбирать в зависимости от условий работы насоса-диспергатора и насосной системы в целом.
Насос-диспергатор может быть использован и как предвключенная ступень перед центробежным насосом. В этом случае насос-диспергатор обеспечивает подпор (повышение давления) на входе в центробежный насос и обеспечивает диспергирование жидкостно-газовой смеси, заключающееся в дроблении крупных пузырьков газа на множество более мелких пузырьков. Известно, что центробежные насосы работают более эффективно, если перекачиваемая жидкостно-газовая смесь предварительно обработана таким образом в диспергаторе.