НАСОС
PUMP

Насос предназначен для установки в качестве предвключенной ступени центробежного насоса или для использования в качестве осевого насоса в широком диапазоне подач.
Известно, что для улучшения кавитационных характеристик насосов перед центробежным колесом устанавливается осевое колесо - шнек постоянного шага.
Это техническое решение имеет ряд недостатков - пульсации напора и подачи на режимах по подаче, меньше 50% от максимальной подачи.
Этот недостаток частично устраняется, если шнек поместить в винтовую втулку. Такая ступень получила название «осевихревой насос» (RU 2014509 С1, 15.06.1994).
Однако известный насос также имеет ряд недостатков: повышенный напор ступени по сравнению со шнеком достигается только при подачах 50% и менее от максимальной, где КПД ступени невысок. Если параметры насоса значительны, то мощность, им потребляемая, значительна, что снижает общий КПД насоса.
В известном конструктивном исполнении насоса максимально эффективно реализована теория работы шнека как объемного насоса с утечкой, предложенная автором (Б.Н.Зотов. Расчет характеристик осевихревого насоса. «Химическое и нефтегазовое машиностроение», 2006, № 7, с.20-21).
Наиболее близким аналогом изобретения является насос, состоящий из шнека, имеющего лопасти переменного шага лопастей (RU 2331797 С2, 10.12.2007). В известном насосе шнек переменного шага применяется в качестве предвключенной ступени, причем шаг лопастей шнека на входе выполняется меньше, чем шаг на выходе. Такие шнеки устанавливаются, в частности, перед центробежным колесом в насосах ракет для подачи топлива в камеры сгорания.
К недостаткам известного насоса следует отнести недостаточно эффективное повышение напора, недостаточно высокий КПД.
Задачей настоящего изобретения является повышение напора, повышение КПД, улучшение кавитационных качеств насоса при сохранении всех качеств ближайшего аналога: отсутствие пульсаций, устойчивая работа в режимах частично развитой кавитации, работа на газожидкостной смеси.
1
Технический результат достигается за счет того, что в насосе, состоящем из шнека, имеющего лопасти переменного шага, согласно изобретению шаг лопастей изменяется от входа к выходу, причем шаг на входе S больше шага лопастей на выходе.
Изобретение поясняется чертежами, где схематично показаны варианты исполнения насоса.
На фиг.1 показан разрез насоса со ступенчато изменяемым шагом лопастей шнека.
На фиг.2 - лопастная система на фиг.1 в развертке по наружному диаметру лопастей D и направление окружной скорости.
На фиг.3 - разрез предлагаемого насоса с плавно изменяемым шагом лопастей шнека.
1
1
2
3
Насос содержит шнек, состоящий из цилиндрической втулки 1 с установленными на ней лопастями 2, помещенный в цилиндрический патрубок 3. Лопасти 2 выполнены переменного шага. Шаг лопастей 2 изменяется от входа к выходу, причем шаг на входе S больше шага лопастей на выходе S2. В отличие от известных применяемых шнеков переменного шага у предлагаемого насоса осевое расстояние между лопастями 2 шнека уменьшается от входа в насос к выходу (L>L>L, фиг.3). На фиг.2 показаны S1 и S2 - шаги лопасти 2 на развертке D, если шнек двухлопастной. Шаг S может меняться ступенчато, как показано на фиг.1, 2, или плавно от входа к выходу, как показано на фиг.3.
1
1
1
2
1
2
cp
1
2
Насос работает следующим образом. Поскольку шаг на входе S больше шага лопастей на выходе S2, то на входе угол α установки лопастей 2 больше, чем на выходе, т.е. α>α, то входная часть шнека будет работать с обратными токами величиной ΔQ=uh(S-S), где u - окружная скорость на среднем диаметре D шнека, h - высота лопастей 2, S - шаг лопастей 2 шнека на входе, S - шаг лопастей 2 шнека на выходе. Если шнек образован винтовыми поверхностями, то это шаги нарезки винтов. Расчеты показывают, что при таком исполнении напор шнека увеличивается на 25%-30% при тех же геометрических размерах по сравнению с традиционным исполнением, когда угол лопасти на входе меньше угла лопасти на выходе.
Как известно из публикаций, особые кавитационные качества шнеков реализуются, если они работают с обратными токами. В предлагаемой конструкции обратные токи имеют место во всем диапазоне подач, включая номинальную. При выборе геометрии шнека в соответствии с предлагаемым конструктивным исполнением повышается напор, повышается КПД на номинальном режиме по подаче, не требуется согласование потока за шнеком с лопастной системой центробежного колеса, так как поток за лопастной решеткой шнека практически осевой и имеет минимальную закрутку, что существенно упрощает согласование лопастной системы шнека на выходе и углов лопастей на входе в установленное за шнеком центробежное колесо.