ВИХРЕВОЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04D5/00 

Изобретение относится к насосостроению, в частности, к конструкции вихревых насосов, применяемых для перекачки жидких продуктов относительно небольшой вязкости и может быть использовано для перекачки аналогичных сред, имеющих повышенное содержание абразивных включений, а также в качестве средства для зачистки резервуаров, колодцев на нефтеперерабатывающих предприятиях, питьевых колодцев, и фикельных ям в сельской местности.

Известны конструкции насосов для перекачки жидкостей с относительно небольшой вязкостью и наличием абразивных включений, содержащие рабочий орган и корпус. В частности, широкое распространение для перекачки таких жидкостей получили центробежные насосы, содержащие центробежное колесо больших размеров и периферийные каналы со значительно увеличенной площадью сечения. Недостатком известных устройств является то, что они имеют довольно крупные габаритные размеры. При уменьшении их габаритных размеров резко увеличивается вероятность того, что межлопаточное пространство будет забиваться крупными механическими включениями.

Известно также устройство роторного насоса для перекачки жидкостей с абразивными включениями, содержащее рабочий орган - винт и обойму, выполненную из пластичных материалов (резины). Недостатками такой конструкции являются: большие параметры при перекачке маловязких жидкостей, что уменьшает коэффициент полезного действия, быстрый износ сопрягающихся частей шнека и обоймы при перекачке жидкостей.

Известны также многозаходные винтовые и шнековые насосы, которые используются для перекачки высоковязких жидкостей. Недостатком их является то, что при перекачке маловязкой жидкости увеличиваются утечки между корпусом и рабочим органом, которые уменьшают объемный коэффициент насоса.

Известны вихревые насосы, применяемые в промышленности для перекачки маловязких жидкостей, с подачей от 2 до 60 м³/ч, напором от 25 до 250 м и частотой вращения 500-3000 мин^-1. Вихревые насосы получили ограниченное применение в связи с рядом характерных для них недостатков. К ним относятся невысокий коэффициент полезного действия, большие радиальные нагрузки, вызывающие необходимость применения массивных валов, и невысокая допускаемая вакуумметрическая высота всасывания. Недостатком вихревых насосов является то, что при перекачке жидкостей с относительно небольшой вязкостью и с повышенным содержанием абразивных включений увеличивается зазор между рабочим колесом и корпусом, что приводит к утечкам и перетокам жидкости из напорной полости во всасывающую и уменьшает коэффициент полезного действия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа вихревой насос, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и выполненными вдоль его оси винтовыми каналами и установленный в корпусе вдоль его оси ротор с лопатками.

Недостатком этого устройства является сравнительно низкий коэффициент полезного действия и невозможность длительное время осуществлять перекачку жидкости с механическими включениями различных размеров.

Рассматриваемая конструкция вихревого насоса, даже в погруженном варианте, не может обеспечить длительную работу на загрязненной маловязкой жидкости потому, что водной патрубок через некоторое время забьется механическими включениями крупных размеров, а механические включения более мелких размеров вызывают заклинивание рабочего колеса с последующим задиром поверхностей корпуса внутри в верхней образующей стенок шнекообразного канала. Все это вызывает чрезмерно быстрый износ зазоров между корпусом и рабочим колесом, что приводит к уменьшению объемного коэффициента полезного действия и в конечном итоге к выходу конструкции из строя.

Целью изобретения является расширение области применения насоса и увеличение его показателей напора и подачи.

Указанная цель достигается тем, что винтовые каналы выполнены с углом наклона их к оси ротора насоса, равным 72±2^о, углом диффузорности 3-5^о и переменной глубиной, что обеспечивает увеличение поверхности взаимодействия потока жидкости, выходящей с лопаток рабочего колеса, с жидкостью, находящейся в каналах. При этом подвод жидкости к рабочему колесу и ее отвод из каналов осуществляется вдоль оси насоса, что уменьшает потери напора на его входе и выходе.

Указанная цель по расширению области применения насоса достигается обеспечением открытого подвода жидкости на минимальный радиус лопаток вихревого колеса. Под действием центробежной силы жидкость вместе с механическими включениями поступает на периферию и, взаимодействуя со стенками винтового канала, перемещается вдоль оси насоса. Взаимодействуя со стороной стенки, обращенной к входному патрубку, часть жидкости отбрасывается во входной патрубок, увлекая с собой крупные механические включения, которые не прошли по габаритам в межлопаточное пространство, что не дает возможности закупорки входного патрубка насоса. Жидкость с механическими включениями, прошедшая в межлопаточное пространство и попавшая в канал, переносится по каналу к напорному патрубку. Механические включения под действием центробежной силы переносятся по периферии канала, не взаимодействуя с лопатками верхнего колеса. Таким образом обеспечивается работоспособность насоса при перекачке механических примесей.

Указанная цель по повышению подачи достигается тем, что в предложенном устройстве используется несколько рабочих винтовых диффузорных каналов, которые максимально увеличивают рабочую площадь в насосе, способствующую увеличению рабочего сечения каналов насоса. Отвод жидкости по патрубку вдоль оси насоса позволяет уменьшить потери энергии потоком жидкости. Все это в совокупности увеличивает подачу предлагаемой конструкции насоса. Кроме того, в результате взаимодействия лопаток рабочего колеса с жидкостью, она под действием центробежной силы устремляется в рабочую полость, к винтовым каналам, где вытесняет часть перекачиваемого продукта, находящегося в промежуточном пространстве, а другой части - передает энергию. Такое воздействие происходит многократно на всем протяжении винтовых каналов. Благодаря этому жидкость в винтовых каналах стремится двигаться со скоростью, близкой к скорости рабочего колеса, и взаимодействует со стенками винтовых каналов, приобретая осевое направление движения. Такое движение позволяет осуществить отвод жидкости через напорный патрубок, расположенный вдоль оси насоса с меньшими энергетическими потерями. Уменьшение потерь энергии и увеличение полезной рабочей поверхности позволяет увеличить подачу предлагаемой конструкции насоса.

Указанная цель, повышение напора, достигается тем, что выполненные в рабочей полости винтовые каналы имеют угол диффузорности за счет постепенного увеличения их глубины. Наличие диффузорности в каналах обеспечивает преобразование кинетической энергии потока в потенциальную за счет уменьшения средней скорости потока. Замедление скорости потока жидкости в канале увеличивает время воздействия на него рабочего колеса, тем самым потоку передается большее количество энергии, что увеличивает напор насоса. Выполненные вдоль оси насоса входной и выходной патрубки обеспечивают подвод и отвод жидкости без изменения ее основного направления движения вдоль оси насоса, что уменьшает потери напора в насосе.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием ряда винтовых каналов с углом наклона их к оси насоса 72±2^о и углом диффузорности 3-5^о, рабочим органом, выполненным в виде ротора, снабженного лопатками высотой, равной 1/16 диаметра ротора.

Принципиальная схема предлагаемого насоса представлена на чертеже.

Насос содержит корпус 1, в котором имеются входной и выходной 3 патрубки и внутренние диффузорные винтовые периферийные каналы, ось которых по отношению к оси насоса имеет наклон 72^о. В рабочей полости установлен ротор - вихревое колесо 5, вытянутое вдоль оси корпуса, с продольными прямоугольными лопатками 6.

Насос работает следующим образом.

Перекачиваемая жидкость поступает через входной патрубок 2 на минимальный радиус лопаток 6 вихревого колеса 5. Под действием центробежной силы она перемещается от центра к периферии. Находясь в межлопаточном пространстве, жидкость приобретет скорость колеса, а жидкость в канале имеет меньшую скорость. За счет этой разницы скоростей образуется сложное вихревообразное движение, посредством которого передается большая часть механической энергии потоку жидкости. При движении по внутренним диффузорным шнекообразным каналам скорости по длине каналов уменьшаются, а давление увеличивается. При этом улучшается взаимодействие лопаток с жидкостью за счет ее торможения в диффузорных каналах. Непрерывно поступающая с лопаток жидкость обеспечивает нарастание давления в каналах. Наличие диффузорности канала за счет углубления по длине позволяет разместить их в рабочей полости насоса, что увеличивает проходное сечение рабочих каналов и площадь взаимодействия рабочего колеса с потоком жидкости.

Экспериментальные исследования предлагаемого устройства вихревого насоса с рабочей лопастью, выполненной в виде винтовых каналов с углом наклона оси канала к оси насоса 72±2^о и углом диффузности за счет увеличения глубины канала по всей длине корпуса 3-5^о, рабочим органом, выполненным в виде ротора, снабженного лопатками высотой, равной 1/16 диаметра ротора, позволяет расширить область применения насоса и увеличить его показатели напора и подачи. Например, оптимальная подача насоса предложенной конструкции увеличилась в 1,5 раза, а оптимальный напор увеличился в 1,4 раза.

Предлагаемое устройство практически готово к технической реализации, так как изготовлена партия опытных образцов, прошедших всесторонние испытания.

Использование: в насосостроении, в частности в конструкциях вихревых насосов, применяемых для перекачки жидких продуктов относительно небольшой вязкости и для перекачки аналогичных сред, имеющих повышенное содержание абразивных включений, а также в качестве средства для зачистки резервуаров, колодцев на нефтеперерабатывающих предприятиях, питьевых колодцев и фикальных ям в сельской местности. Сущность изобретения: вихревой насос содержит корпус (К) 1, в котором имеются входной и выходной патрубки 2, 3, размещенные симметрично оси насоса, рабочую полость, выполненную в виде винтовых каналов, вихревое колесо 5, вытянутое вдоль оси К 1. Новым в насосе является выполнение нескольких винтовых каналов с углом наклона их к оси ротора насоса, равным 72 72 ∓ 2^° - 2° и углом диффузорности 3 - 5° и переменной глубиной, увеличивающейся по всей длине К1, в направлении к выходному патрубку 3. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ВИХРЕВОЙ НАСОС, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и выполненными вдоль оси винтовыми каналами и установленный в корпусе вдоль его оси ротор с лопатками, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, увеличения показателей напора и подачи, каналы выполнены с углом наклона к оси ротора насоса 72^o, углом диффузорности 3 - 5^o и переменной глубиной, увеличивающейся по всей длине корпуса в направлении к выходному патрубку. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что лопатки выполнены высотой 1/16 диаметра ротора.