ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС С КЕРАМИЧЕСКИМИ РАБОЧИМИ ДИСКАМИ Российский патент 1997 года по МПК F04D7/06 

Изобретение относится к устройствам в области центробежных насосов и может быть широко использовано в различных областях промышленного и бытового назначения, в частности для перекачивания агрессивных, особо чистых и двухкомпонентных сред в широком диапазоне температур от криогенных до 1000 градусов Кельвина.

Известные конструкции насосов для перекачивания жидкостей: мембранные, плунжерные, поршневые, роторные и т.п. подробно описаны в отечественной литературе (1). Основными недостатками таких насосов являются недостаточная надежность отдельных типов насосов, конструктивная сложность, большой вес и габариты. Известен также малогабаритный насос с керамическими рабочими элементами (2), содержащий корпус, узел привода и рабочий узел всасывания и нагнетания. Узел всасывания и нагнетания состоит из клапанного устройства и подвижной керамической шайбы с пазом, установленной с возможностью циклически- вращательного движения между двумя неподвижными керамическими шайбами, образующими вместе с подвижной шайбой рабочий объем цилиндра.

Недостатками этого устройства являются невысокая надежность в работе клапанного механизма, узкий диапазон регулирования производительности насоса, ограниченная область применения.

Наиболее близким по технической сущности является насос (3) для перекачивания жидких металлов, содержащий привод, связанный с рабочим колесом, включающим один из дисков, изготовленных из высокотемпературных материалов, с установленными на нем нагнетательными элементами. Насос имеет рабочую камеру с выпускным и выпускным отверстиями, а конец приводного вала с рабочим колесом установлен в рабочей камере с возможностью вращения, при этом роль уплотнений выполняют защитные кольца из карбида кремния.

Это устройство довольно удобно в использовании, однако также имеет существенные недостатки. Например, повышенную вероятность выхода из строя при попадании в рабочую камеру твердых кусков металла, недостаточную надежность торцевых уплотнений, ограниченную область применения и т.п.

Задача изобретения повышение надежности, упрощение конструкции и расширение области применения устройства.

Для достижения поставленной задачи расположенная между двумя керамическими дисками рабочая камера насоса выполнена в виде паза с впускными и выпускными отверстиями на его основании. Паз, выполненный на неподвижном диске, ограничен двумя концентрическими поверхностями разных диаметров и рабочими плоскостями подвижного и неподвижного дисков, а нагнетательные элементы расположены на подвижном диске так, что при перемещении по окружности паза неподвижного диска они попеременно перекрывают впускные и выпускные отверстия, которые выполняют одновременно роль одновременных клапанов
На фиг.1 приведен общий вид насоса с керамическими рабочими дисками; на фиг.2, 3 соответственно, виды неподвижного и подвижного керамических дисков.

Насос содержит корпус 1, включающий керамические диски 2, 3, плоскую пружину 4, приводной вал 5, соединенный с подвижным керамическим диском при помощи прямоугольного гнезда, расположенного в центре диска (фиг.3), центровочного отверстия 6 и прикладки 7.

Насос работает следующим образом. При вращении подвижного диска 3 вокруг оси относительно неподвижного диска 2 нагнетательные элементы 1, 2 (Фиг.3) перекрывают попеременно впускные и выпускные отверстия 1, 2 (Фиг.2), выполняющие одновременно роль впускных и выпускных клапанов. Нагнетательные элементы выполнены в виде рабочих лопаток, рабочие поверхности которых обращены или к основанию паза, или к его боковой поверхности большего диаметра. Приводной вал 5 может быть закреплен с двух сторон, опираясь на стенки корпуса 1, проходя при этом через сквозные отверстия в центре подвижного и неподвижного дисков. Поверхности нагнетательных элементов, паза неподвижного диска и взаимодействующие плоскости подвижного и неподвижного дисков имеют минимально возможные поверхностные контакты для уменьшения трения, а также минимально возможные зазоры для повышения компрессии и обработаны с высокой точностью. Обращенные друг к другу поверхности подвижного и неподвижного керамических дисков выполняют одновременно роль торцевых уплотнений. Всасываемая жидкость нагнетается за счет центробежных сил в выпускные отверстия. В области выпускных отверстий предусмотрено увеличение зазора между нагнетательными элементами и боковыми стенками паза. Выпускные отверстия могут быть выполнены и за пределы паза. В этом случае диаметр неподвижного диска может быть увеличен, при этом в боковой поверхности паза большего диаметра выполняют специальные окна (карманы), в которые и нагнетается перекачиваемая жидкость.

Для повышения производительности и давления нагнетания, а также в зависимости от рода перекачиваемой жидкости торцы нагнетательных элементов со стороны нагнетания выполнены в виде сложно-профильной рабочей лопатки, а со стороны всасывания имеют вогнутую поверхность с наклоном к основанию паза неподвижного диска. Угол наклона рабочей лопатки к боковой поверхности паза определяется экспериментальным путем. Число впускных и выпускных отверстий, которые смещены друг относительно друга на длину нагнетательного элемента, а также число нагнетательных элементов зависит от размеров рабочих дисков насоса и области его применения. Рабочие диски насоса могут быть выполнены из разных материалов, имеющих высокие трибологические и антикоррозионные свойства, например, из металлокерамики, сетала, углепластика и др. Неподвижный керамический диск может быть выполнен заодно с впускными и выпускными патрубками. Усилие прижатия керамических дисков регулируют с помощью плоской пружины или другим устройством. Заявляемое в настоящем описании устройство может быть использовано для перекачивания конденсата, сжиженных газов, а также может быть использовано в качестве компрессора.

Преимущества данного устройства следующие.

1. Высокая надежность и безопасность в эксплуатации.

2. Простота изготовления и сборки.

3. Длительный срок эксплуатации при работе с агрессивными средами.

4. Высокая экологическая надежность.

5. Надежная работа в условиях криогенных и высоких температур.

6. Применение в различных областях народного хозяйства.

Использование: в центробежных насосах, в частности в различных установках промышленного и бытового назначения для перекачивания агрессивных и особо чистых жидкостей, в том числе для перекачивания двухкомпонентных дисперсных сред в широком диапазоне температур. Сущность изобретения: рабочая камера расположена между двумя керамическими дисками, обращенные друг к другу поверхности которых выполняют одновременно роль торцевых уплотнений, и выполнена в виде паза на поверхности неподвижного керамического диска, ограниченного двумя коаксиальными поверхностями разных диаметров, при этом нагнетательные элементы установлены на подвижном керамическом диске с возможностью при вращении последнего попеременного перекрытия впускных и выпускных отверстий, выполняющих одновременно роль впускных и выпускных клапанов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Центробежный насос с керамическими рабочими дисками, содержащий корпус, привод, связанный с рабочим колесом, включающим один из керамических рабочих дисков с установленными на нем нагнетательными элементами, расположенными в рабочей камере, имеющей впускные и выпускные отверстия и ограниченной поверхностями подвижного и неподвижных керамических дисков, отличающийся тем, что рабочая камера расположена между двумя керамическими дисками, обращенные друг к другу, поверхности которых выполняют одновременно роль торцевых уплотнений, и выполнена в виде паза на поверхности неподвижного керамического диска, ограниченного двумя коаксиальными поверхностями разных диаметров, при этом нагнетательные элементы установлены на подвижном керамическом диске рабочего колеса с возможностью при вращении последнего попеременного перекрытия впускных и выпускных отверстий, выполняющих одновременно роль впускных и выпускных клапанов. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что грани нагнетательных элементов подвижного керамического диска со стороны нагнетания выполнены в виде рабочей лопатки, имеющей разные профили в зависимости от свойств перекачиваемой жидкости. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что неподвижный керамический диск выполнен заодно с впускными и выпускными патрубками из одного и того же материала так, что их входные и выходные отверстия совмещены с одноименными отверстиями на диске.