Винтовой насос
SCREW PUMP

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям винтовых насосов, предназначенных для перекачивания различных жидкостей - высоковязких, агрессивных и многофазных в нефтяной, химической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности.
Из уровня техники известно большое количество винтовых насосов, статор которых выполнен в виде сложной винтовой поверхности, облегающей зубья ротора (патенты РФ №№127121, 2165531, 2256098, 2131538), например одновинтовой насос (патент РФ №2195581, МПК F16D 3/50, опубликовано 27.12.2002 г.), содержащий ротор в виде однозаходного винта, круглое поперечное сечение которого смещено относительно оси винта на величину эксцентриситета, статор, имеющий двухзаходную поверхность, поперечное сечение которой образовано двумя полуокружностями, соединенными линиями, и ведущий вал, соединенный с ротором. Ось ротора в любой момент может быть смещена относительно оси ведущего вала на величину эксцентриситета.
Недостатком этих насосов является сложное конструктивное исполнение и винтовая форма внутренней поверхности статора, требующие больших затрат на их производство.
Известен вертикальный шнековый насос (патент РФ №37093, МПК F04D 3/02, опубликовано 10.04.2004 г.), содержащий корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, установленный в корпусе вал с основным шнеком в виде винтовой нарезки, привод вала. На валу со стороны привода над нагнетательным отверстием дополнительно выполнена винтовая нарезка противоположного направления относительно основной винтовой нарезки, причем диаметр дополнительной винтовой нарезки составляет 1,1-1,5 диаметра основной винтовой нарезки.
Недостатком данного насоса является его сложное конструктивное выполнение, включающее дополнительную винтовую нарезку, что повышает затраты на его производство.
Наиболее близким техническим решением является винтовой насос (патент РФ №101109, МПК F04D 3/02, опубликовано 10.01.2011 г.), содержащий цилиндрический корпус с входным патрубком с впускным отверстием и выходным патрубком с выпускным отверстием, шнек, выполненный в виде размещенной внутри полости корпуса соосно с ним цилиндрической винтовой спирали со сплошной винтовой лопастью вдоль продольной оси, и привод вращения шнека относительно корпуса. Внутри шнека соосно с ним и корпусом установлен вал, причем шнек установлен с возможностью вращения относительно вала.
Недостатком данного насоса является низкая производительность и сложное конструктивное выполнение, включающее дополнительную установку вала, на котором монтируется шнек, что повышает затраты на его производство.
Задачей изобретения является создание удобного в эксплуатации, производительного насоса с технологичной конструкцией.
Техническим результатом является увеличение производительности насоса за счет повышения эффективности перекачки жидкости.
Технический результат достигается винтовым насосом, включающим цилиндрический корпус, внутри которого соосно с ним расположен вал, снабженный объемной винтовой нарезкой.
В отличие от прототипа вал с одной стороны закреплен на первой опоре, а с другой стороны через вторую опору связан с двигателем, при этом объемная винтовая нарезка выполнена внешней, однозаходной, многовитковой с заданным шагом и имеет со стороны первой опоры заданное количество объемных витков, соединенных посредством кольцевых проточек, имеющих диаметр, меньший диаметра вала на заданную величину, с равным количеством цилиндрических объемных полостей, выполненных с заданным шагом в пространствах между витками объемной винтовой нарезки и сообщающихся со сквозными отверстиями, выполненными в заданном количестве в корпусе, для прохода жидкости извне, дальнейшего ее перемещения по объемной винтовой нарезке и нагнетания через частично срезанный последний объемный виток в камеру выхода перекачиваемой жидкости, образованную между торцом вала и его второй опорой.
Согласно изобретению внутри корпуса установлен с плотной посадкой съемный цилиндр с отверстиями, совпадающими с отверстиями корпуса, причем гладкий внутренний диаметр съемного цилиндра равен диаметру вала.
Согласно изобретению рабочие органы винтового насоса за исключением двигателя полностью или частично изготовлены из полимерного материала, например из фторопласта.
Технический результат достигается благодаря конструктивным особенностям объемной винтовой нарезки на валу насоса, заданная часть объемных витков которой со стороны всасывания перекачиваемой жидкости соединена напрямую через кольцевые проточки с объемными цилиндрическими полостями, обеспечивающими эффективное всасывание жидкости через сообщающиеся с ними отверстия в корпусе при вращении вала.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен винтовой насос в разрезе.
Вал 1 соосно расположен в корпусе 2 и контактирует с его гладкой рабочей поверхностью 3 своей внешней однозаходной, многовитковой, с заданным шагом L, объемной винтовой нарезкой 4. Вал одним концом закреплен на первой опоре 5, со стороны которой имеет заданное количество объемных витков 6, соединенных посредством кольцевых проточек 7 с равным количеством цилиндрических объемных полостей 8, выполненных с заданным шагом между витками объемной винтовой нарезки. Кольцевые проточки имеют диаметр, меньший диаметра вала на величину, достаточную для свободного прохода всасываемой в насос жидкости через сквозные отверстия 9, выполненные в корпусе в заданном количестве. Заданное количество объемных витков 6, соединенных с цилиндрическими объемными полостями 8, а также шаг винтовой нарезки и количество сквозных отверстий 9 в корпусе зависит от геометрических размеров насоса и требуемой мощности привода. Последний виток 10 объемной винтовой нарезки частично срезан. Через него перемещаемая вдоль винтовой нарезки вала жидкость нагнетается в камеру 11 выхода перекачиваемой жидкости, образованную между торцом 12 вала и его второй опорой 13, связанной с двигателем 14.
Насос работает следующим образом. Перед началом работы его погружают на необходимую глубину в жидкость, которая через сквозные отверстия 9 корпуса 2 заполняет цилиндрические объемные полости 8 и через кольцевые проточки 7 заполняет сообщающиеся с ними объемные витки 6 винтовой нарезки 4. При включенном двигателе 14 вал 1 через опору 13 приходит во вращение и своим концом со стороны первой опоры 5 заданным количеством объемных витков 6 всасывает поступающую из цилиндрических объемных полостей 8 жидкость, которая по объемной винтовой нарезке 4, находящейся в контакте с гладкой рабочей поверхностью 3 корпуса 2, перемещается и через частично срезанный последний объемный виток 10 нагнетается в камеру 11 выхода перекачиваемой жидкости. При этом камера может иметь боковой выход (как показано на чертеже) или осевой выход перекачиваемой жидкости.
За счет предложенного конструктивного решения винтового насоса с выполнением на валу сообщающихся между собой цилиндрических объемных полостей и объемных витков, находящихся непосредственно в зоне всасывания жидкости, во время работы происходит активное всасывание жидкости, затем перемещение и нагнетание объемной винтовой нарезкой на выход, что заметно повышает эффективность работы. Производительность насоса может регулироваться в сторону повышения за счет увеличения диаметра вала, объемов винтовой нарезки и оборотов двигателя.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить технические характеристики винтового насоса при одновременном упрощении технологии его производства.