ЛОПАСТНОЙ НАСОС
AXIAL-FLOW PUMP

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в насосных, турбонасосных агрегатах в нефте- и газотрубопроводах, теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности.
Известен лопастной насос, содержащий боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, кольцевой входной коллектор, вал, проходящий через входной коллектор, установленные на валу последовательно: лопастное колесо, винтовой насос, подшипник, импеллер и отверстия, выполненные во входном коллекторе для соединения полости коллектора с полостями подшипника и импеллера, дополнительно выполнены: над камерой импеллера камера высокого восстановленного давления, между подшипником и импеллером камера смешения, при этом камера высокого восстановленного давления сообщена с полостью импеллера тангенциальными диффузорными отверстиями и с камерой смешения - радиальными конфузорными отверстиями - форсунками, а камера смешения, кроме того, сообщена имеющимися отверстиями с входным коллектором, и зазором по валу с полостями подшипника и импеллера (патент РФ №2462621).
Недостатком лопастного насоса является сложность конструкции, низкое давление на выходе.
Наиболее близким к данному изобретению является лопастной насос, содержащий боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, кольцевой входной коллектор, вал, проходящий сквозь входной коллектор с зазором, лопастное колесо и подшипник, установленные на валу по обе стороны зазора, и отверстия, выполненные во входном коллекторе, соединяющие полость входного коллектора с полостью подшипника, отличающийся тем, что на валу по длине зазора выполнен винтовой насос с входом со стороны подшипника и выходом в сторону лопастного колеса (патент №2412378).
Недостатком данного лопастного насоса является низкое давление на выходе, вследствие чего низкая эффективность работы насоса, низкая долговечность, сложная конструкция.
Задачей изобретения является повышение эффективности и долговечности работы насоса.
Техническим результатом является повышение давления на выходе, увеличения ресурса работы подшипников, упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в лопастном насосе, содержащем боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, вал, расположенный внутри коллектора и закрепленный в подшипниковом узле, и лопастное колесо, установленное на валу, согласно изобретению коллектор соединен с боковым входным отверстием через входную втулку, а на его выходе установлена втулка с выходным отверстием, причем обе втулки выполнены из материала с эффектом памяти формы, на колесе установлены лопасти в виде биметаллических плоских элементов, состоящих из двух слоев, один слой выполнен из материала с эффектом памяти формы, а другой из материала, коэффициент объемного расширения которого меньше, чем у материала с эффектом памяти формы, кроме того, коллектор изолирован от подшипникового узла с помощью сальника.
Повышение давления на выходе лопастного насоса достигается за счет использования втулок из материала с эффектом памяти формы и лопастей, состоящих из биметаллических плоских элементов. За счет того что лопасть имеет два слоя - наноструктурированный слой с эффектом памяти формы и стальной слой, рабочая среда находится в диапазоне температур мартенситных превращений материалов с эффектом памяти формы втулок и наноструктурированного слоя лопастей, происходит изменение их геометрических размеров и формы. От выбора состава наноструктурированного материала с эффектом памяти формы зависят температуры мартенситных превращений, которые чувствительны к температуре прокачиваемой рабочей жидкости. При контакте рабочей жидкости с входным отверстием входной втулки и выходным отверстием выходной втулки из материала с эффектом памяти формы происходит сужение отверстий. Сужение отверстий происходит в результате за счет мартенситных преобразований в материале с эффектом памяти формы. Повышение долговечности работы насоса достигается за счет использования в качестве рабочего элемента плоского биметаллического элемента с наружным наноструктурированным слоем из материала с эффектом памяти формы. Отсутствие коррозионного износа подшипников обеспечивается за счет герметичности узла, достигаемой применением сальника.
Упрощение конструкции достигается предложенным лопастным насосом.
На фиг. 1 изображен рабочий общий вид лопастного насоса. На фиг. 2 изображено лопастное колесо без мартенситных преобразований наноструктурированных слоев с эффектом памяти формы биметаллических плоских элементов. На фиг. 3 изображено лопастное колесо с мартенситными преобразованиями наноструктурированных слоев с эффектом памяти формы биметаллических плоских элементов.
Лопастной насос содержит боковой входной патрубок 1 для подвода рабочей жидкости, вал 2, расположенный внутри коллектора 3 и закрепленный в подшипниковом узле 4, лопастное колесо 5, установленное на валу 2, коллектор 3 соединен с боковым входным отверстием через входную втулку 6, а на его выходе установлена втулка 7 с выходным отверстием, обе втулки выполнены из материала с эффектом памяти формы, на лопастном колесе 5 установлены лопасти 8 в виде биметаллических плоских элементов, состоящих из двух слоев, один слой наноструктурированный, выполнен из материала с эффектом памяти формы 9, а другой из материала, коэффициент объемного расширения которого меньше, чем у материала с эффектом памяти формы, например из стали 10, коллектор 3 изолирован от подшипникового узла 4 с помощью сальника 11.
Лопастной насос работает следующим образом.
Рабочая жидкость по входному патрубку 1 поступает через входное отверстие входной втулки 6 из материала с эффектом памяти формы и далее по коллектору 3 мимо вала 2 к лопастному колесу 5, закрепленному на валу 2, при контакте рабочей жидкости с лопастями 8 с наноструктурированным слоем с эффектом памяти формы 9 лопастного колеса 5 происходит их вращение и изменение геометрической формы, что способствует большему всасыванию жидкости и созданию на выходе из насоса большего давления жидкости. Далее жидкость выходит через выходное отверстие втулки 7, состоящей из материала с эффектом памяти формы. Лопасти 8 представляют собой биметаллические плоские элементы, состоящие из наружного наноструктурированного слоя, выполненного из материала с эффектом памяти формы, и внутреннего, выполненного из материала, коэффициент объемного расширения которого меньше (например, сталь), чем у материала с эффектом памяти формы. Вал 2 закреплен и вращается в подшипниковом узле 4, который закреплен в коллекторе 3. Для предотвращения попадания жидкости на подшипниковый узел 4 на валу 2 закреплен сальник 11. Подшипниковый узел с боковой части коллектора 3 зажат крышкой 12. При изменении температуры жидкости от комнатных значений лопасти 8 лопастного колеса 5 изменяют свою геометрическую форму и обеспечивают без дополнительных воздействий на жидкость повышенное давление на выходе из коллектора 3. При этом происходит сужение входного отверстия входной втулки 6 и выходного отверстия втулки 7, состоящей из материала с эффектом памяти формы.
Снижение или повышение температуры жидкости до температуры начала мартенситного превращения (в зависимости от сплава с эффектом памяти формы) приводит к тому, что наноструктурированный слой 9 с эффектом памяти формы начинает терять упругость и упругие силы лопастей 8, состоящих из плоского биметаллического элемента, возвращают его в положение фиг. 2. При этом происходит изменение геометрической формы лопастей 8.
Жидкость, циркулирующая по насосу, на фиг. 1 не показана.
Повышение надежности работы насоса достигается за счет использования в качестве рабочего элемента плоского биметаллического элемента с наружным наноструктурированным слоем из материала с эффектом памяти формы. Отсутствие коррозионного износа подшипников достигается за счет герметичности узла.