НАСОС

Полезная модель относится к области производства насосов и может найти применение при создании гидравлических машин, насосов, вентиляторов, компрессоров, а также для перекачки многофазных сред при добыче нефти и газа.
Известен насос, содержащий входной и выходной каналы, обойму с выполненными в ней канавками в виде многозаходной винтовой нарезки, приводной вал с установленным на нем ротором, который состоит из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу, а каждая секция содержит установленные на приводном валу разделительный диск и лопастное колесо, межлопастные каналы которого выполнены с возможностью сообщения через канавки винтовой нарезки в обойме с межлопастными каналами колеса в последующей секции (RU 57389, 2006).
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность работы насоса при перекачке газожидкостной смеси, что обусловлено сепарацией газожидкостной смеси в каналах ротора с разделением смеси на жидкую и газовую фазу.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является насос, содержащий обойму с входным и выходным каналами и с выполненными в ней канавками в виде многозаходной винтовой нарезки, приводной вал с установленным на нем ротором, состоящим из установленных последовательно одна за другой на приводном валу секций, каждая из которых содержит установленные на приводном валу разделительный диск и лопастные колеса, межлопастные каналы которых выполнены с возможностью сообщения через канавки винтовой нарезки в обойме с межлопастными каналами колеса в последующей секции, а в секциях ротора каждое последующее лопастное колесо установлено с угловым смещением относительно предыдущего лопастного колеса с образованием многозаходных винтовых каналов (RU 185434, 2018).
Недостатком известного технического решения является узкий диапазон регулирования частоты вращения ротора и снижение эффективности работы насоса при перекачке газожидкостной смеси, что обусловлено сепарацией газожидкостной смеси в каналах ротора.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности работы насоса при повышенных скоростях вращения ротора в условиях перекачки газожидкостных смесей.
Указанная проблема решается тем, что в насосе, содержащем обойму с входным и выходным каналами и с выполненными в ней канавками в виде многозаходной винтовой нарезки, приводной вал с установленным на нем ротором, состоящим из установленных последовательно одна за другой на приводном валу секций, каждая из которых содержит установленные на приводном валу разделительный диск и лопастные колеса, межлопастные каналы которых выполнены с возможностью сообщения через канавки винтовой нарезки в обойме с межлопастными каналами колеса в последующей секции, в секциях ротора каждое последующее лопастное колесо установлено с угловым смещением относительно предыдущего лопастного колеса с образованием многозаходных винтовых каналов, согласно полезной модели, каждое лопастное колесо выполнено в виде диска с отогнутыми под углом кромками, а между дисками установлены распорные втулки.
Достигаемый технический результат заключается в расширении диапазона регулирования частоты вращения ротора и в повышении степени диспергирования газожидкостной смеси в многозаходных винтовых каналах в каждой секции ротора с одновременным замедлением процесса сепарации газожидкостной смеси, что обеспечивается за счет увеличения объема межлопастных каналов и формирования дополнительных вихрей в зоне контакта лопастных колес.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 - представлена схема заявляемого насоса, на фиг. 2 - схема двухсекционного ротора, установленного на приводном валу, на фиг. 3 - показан приводной вал, на фиг. 4 - лопастное колесо, на фиг. 5 - представлен разделительный диск, на фиг. 6 - представлена схема, иллюстрирующая расположение лопастных колес с угловым смещением относительно друг друга, стрелками показаны дополнительные вихри в зоне контакта лопастных колес, на фиг. 7 - представлена листовая заготовка лопастного колеса, на фиг. 8 - показан вариант исполнения лопастного колеса.
Насос содержит входной 1 и выходной 2 каналы в обойме 3, в которой выполнены канавки 4 в виде многозаходной винтовой нарезки, приводной вал 5 с установленным на нем ротором 6. Ротор 6 состоит из секций 7, последовательно одна за другой установленных на приводном валу 5. На фиг. 2 показан двухсекционный ротор 6, установленный на приводном валу 5. На приводном валу 5 выполнена канавка 8 под шпоночное соединение. Каждая секция 7 содержит установленные на приводном валу 5 лопастные колеса 9, межлопастные каналы 10 которых выполнены с возможностью сообщения через канавки 4 винтовой нарезки в обойме 3 с межлопастными каналами колеса 9 в последующей секции 7. В представленном примере каждая секция 7 содержит три лопастных колес 9. В секции ротора 7 каждое последующее лопастное колесо 9 установлено с угловым смещением относительно предыдущего лопастного колеса 9, с образованием многозаходных винтовых (спиралевидных) каналов 11 в секции 7 ротора 6. Позиционирование каждого лопастного колеса 9 на приводном валу 5 обеспечивается за счет шпонки 12, установленной на приводном валу 5 в канавке 8. Каждая секция 7 содержит разделительный диск 13. В разделительном диске 13 могут быть выполнены проточные каналы 14, гидравлически связывающие межлопастные каналы 10 в соседних секциях.
Каждое лопастное колесо 9 выполнено в виде диска с отогнутыми под углом кромками 17.
В зоне контакта лопастных колес 9 при наличии углового смещения между соседними лопастными колесами 9 и между соседними кромками, соответственно, образуются дополнительные вихри 15, показанные стрелками на фиг. 6.
На приводном валу между лопастными колесами 9 установлены распорные втулки 16 с образованием зазоров между соседними лопастными колесами 9.
Лопастные колеса 9 могут изготавливаться из листовых заготовок. Для примера на фиг. 7 представлена листовая заготовка 18 лопастного колеса 9, кромки которого будут отогнуты на 90°. Вдоль линии сгиба могут быть выполнены перфорационные отверстия малого диаметра (размера), как в известных технологиях с применением гибочных операций.
Кромки 17 лопастного колеса 9 могут быть отогнуты под прямым углом (на 90°, как показано на фиг. 4), или под острым углом, как показано на фигуре 8. Количество кромок у лопастного колеса 9 и угол наклона кромок 17 подбирают с учетом свойств перекачиваемой среды.
Насос работает следующим образом.
При вращении ротора 6 и, соответственно, лопастных колес 9 в жидкости, заполняющей все межлопастные каналы 10, развиваются центробежные силы. Эти силы вызывают непрерывное движение жидкости (или газожидкостной смеси) из межлопастных каналов 10 в винтовые канавки 4 обоймы 3, в направлении от центра ротора 6 к его периферии. Ввиду неразрывности течения жидкость непрерывно втекает в межлопастные каналы 10 из винтовых канавок 4. Таким образом, в каждой секции 7 насоса формируется вихревое течение, обеспечивающее передачу энергии от каждого лопастного колеса 9 потоку жидкости. Жидкость с повышенной энергией выносится вихревым потоком в спиральные канавки 4 обоймы 3 и вытесняется далее из насоса через выходной канал 2. Разделительные диски 13 препятствуют обратному течению жидкости из области высокого давления в область низкого давления. Ввиду неразрывности течения через входной канал 1 в насос непрерывно поступает жидкость (или газожидкостная смесь).
Поскольку в разделительном диске 13 выполнены проточные каналы 14, гидравлически связывающие межлопастные каналы 10 в соседних секциях, часть газожидкостной смеси при проходе через проточные каналы 14, формирует отдельные струйки, которые образуют дополнительные вихри и перемешивают газ с жидкостью, усиливая процесс диспергирования перекачиваемой газожидкостной смеси. Дополнительные вихри 15 обеспечивают усиление процесса диспергирования газожидкостной смеси в многозаходных винтовых каналах 11 в каждой секции 7 ротора 6 и одновременно обеспечивают ослабление процесса сепарации газожидкостной смеси, не допуская разделения газожидкостной смеси на жидкую и газовую фазу. При этом повышается эффективность работы насоса при перекачке газожидкостной смеси, поскольку пузырьки газа равномерно распределены по объему жидкой фазы, что благоприятно отражается на процессе передачи энергии от ротора 6 к перекачиваемой среде.
С использованием заявляемого технического решения обеспечивается увеличение объема межлопастных каналов, поскольку каждое лопастное колесо выполнено в виде диска с отогнутыми под углом кромками. За счет увеличения объема межлопастных каналов формируются дополнительные вихри в зоне контакта лопастных колес и в межлопастных каналах.
Поскольку каждое лопастное колесо выполнено в виде диска с отогнутыми под углом кромками, достигается и одновременное снижение массы ротора. Это позволяет увеличивать скорость вращения ротора без возникновения дополнительных вибрационных нагрузок.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает расширение диапазона регулирования частоты вращения ротора и повышение степени диспергирования газожидкостной смеси в многозаходных винтовых каналах в каждой секции ротора с одновременным замедлением процесса сепарации газожидкостной смеси.