ЛАБИРИНТНЫЙ НАСОС Российский патент 2003 года по МПК F04D3/02 F24J3/00 

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к лабиринтным насосам, применяемым для перекачивания жидкостей и газов в промышленности.

Известен регулируемый лабиринтный насос, содержащий цилиндрический ротор и статор с многозаходными нарезками противоположного направления, где ротор и статор выполнены из материалов с различными коэффициентами линейного расширения для обеспечивания возможности регулирования напора насоса с помощью изменения температуры [авт. св-во СССР 275751, кл. F 04 В 15/00, 1970 г.].

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности конструктивно является лабиринтный насос, содержащий концентричные цилиндрические рабочие органы в виде вращающегося винта и неподвижной втулки с многозаходными винтовыми нарезками противоположного направления [авт. св-во СССР 126748, М. кл. F 04 D 3/02, 1960 г.].

Однако известные насосы предназначены только для перекачивания сред, и в них не использованы все технологические возможности лабиринтных насосов [1].

Это изобретение может применяться в энергетике как генератор тепла (термотрансформатор) для нагревания воды и воздуха и получения пара с температурой до 150^oС с использованием для автономного отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений для сушки зерна в сельском хозяйстве, в тепличном и банно-прачечном хозяйстве, а также для изготовления ЖЗБК в строительстве зданий и сооружений, что расширяет технологические возможности насоса.

Сущность изобретения заключается в том, что лабиринтный насос, содержащий концентричные цилиндрические рабочие органы в виде вращающегося винта и неподвижной втулки с многозаходными винтовыми нарезками противоположного направления, с целью увеличения коэффициента сопротивления имеет разные углы нарезок винта и втулки, в сумме составляющие угол 90^o, при этом профиль нарезок заходов винта может иметь форму трапеции, а профиль нарезок заходов втулки - форму равнобедренного треугольника с размерами нарезок заходов, в 2 раза меньшими по высоте (h/2) и ширине (t/2). Это позволяет получить в 2 раза большее количество нарезок втулки, чем у винта, а следовательно, и в 2 раза большее количество ячеек (m) на длине (l) винта и втулки насоса, что создает увеличение сил трения на выступах винта и втулки, а составляющая этих сил увеличивает напор лабиринтного насоса и степень нагревания среды.

Многозаходная втулка с каналами в виде архимедовой спирали выполняет роль второй ступени насоса с концентрацией внутренней энергии потока жидкости и преобразованием ее в вихревой эффект Ранка с разделением потока среды на холодный и горячий [2].

Ширина каналов (b) в 2 раза меньше высоты (h) позволяет увеличить смоченный периметр профиля нарезок заходов, что также создает более интенсивное трение и эффективное нагревание среды.

На фиг.1 - разрез насоса. На фиг.2 - выносной элемент А. На фиг.3 - вид Б. На фиг.4 - циклы тепловой и холодильной машины в TS-диаграмме.

Насос имеет концентричные цилиндрические рабочие органы в виде неподвижного корпуса с запрессованной втулкой 1 и вращающегося винта 2 с многозаходными винтовыми нарезками, имеющими в сечении форму трапеции у винта и форму равнобедренного треугольника у втулки 1 с нарезками противоположного направления, имеющих в пересечении угол 90^o, с глубиной и шириной нарезок многозаходной втулки 1 в 2 раза меньшими, чем у винта, а также крышку 3 с полусферической кольцевой проточкой 4 для изменения движения жидкости на 180^o.

Насос снабжен втулкой 5 с многозаходными каналами 6, запрессованной во внутреннюю полость винта 2. Насос работает следующим образом.

При вращении винта 2 поток жидкости, проходя по многозаходным каналам винта 2, создает рабочее давление 5 кг•с/см². Перпендикулярное направление нарезок неподвижной втулки 1 к нарезкам винта 2 создает более интенсивное трение жидкости с преобразованием кинетической энергии в тепловую. После первой ступени рабочего колеса поток жидкости с поворотом на 180^o по кольцевой проточке 4 поступает во вторую ступень втулки 5 и по каналам 6 архимедовой спирали происходит концентрация и закручивание потока жидкости во внутренней полости насоса 7 с разделением его на холодный и горячий потоки согласно теории Ранка. Холодный поток жидкости через отверстия 8 в корпусе винта 2, дросселируясь и нагреваясь, поступает во всасывающую полость 9 насоса, смешивается с холодным потоком, поступающим из системы отопления или расширительного бака, тем самым дополнительно нагревая поступающую воду из обратки.

Горячий поток во внутренней полости 7 насоса через конусный патрубок 10, дополнительно нагреваясь, поступает в систему отопления или расширительный резервуар горячего водоснабжения.

Этот насос с использованием жидкостного турбулентного трения [1] и вихревого эффекта Ранка [2] представляет комбинацию теплового насоса и холодильной машины (термотрансформатор) с коэффициентом преобразования > 1 [3], [4].

Преимущества заявляемого лабиринтного насоса.

Расширены технологические возможности лабиринтного насоса. С использованием жидкостного-турбулентного трения и вихревого эффекта Ранка получена высокая тепловая эффективность насоса с применением для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений без сжигания топлива с минимальными энергозатратами. Тепловой насос обладает экологической чистотой в работе, имеет компактные малогабаритные размеры, простотой в использовании, не требует постоянного надзора в обслуживании, работает в автоматическом режиме с термодатчиком в рабочем режиме 50*50%.

Источники информации
1. Голубев А.И. Лабиринтные винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. М., Машиностроение, 1981 г.

2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М., Машиностроение, 1960 г.

3. Попов В. П., Гусев В.М., Потрошков В.А., Ковалев Н.И. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. 2.6. Термотрансформаторы. Л., Стройиздат, 1981 г.

4. Чечеткин А.В., Закемонец Н.А. Теплотехника 1.10 Циклы теплового насоса. М., Высшая школа, 1986 г.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к лабиринтным насосам, используемым для отопления и водоснабжения. Лабиринтный насос содержит концентричные цилиндрические рабочие органы в виде вращающегося винта и неподвижной втулки с многозаходными винтовыми нарезками противоположного направления. Углы нарезок заходов втулки меньше угла нарезок заходов винта и в сумме составляют 90^o с углом заходов нарезок винта. Профиль нарезок заходов винта может иметь форму трапеции, а профиль нарезок заходов втулки - форму равнобедренного треугольника с размерами нарезок, в 2 раза меньшими по высоте и ширине нарезок винта. Насос может быть снабжен встроенной во внутреннюю полость винта втулкой, выполненной с каналами в виде многозаходной архимедовой спирали с шириной каналов в 2 раза меньше их высоты. Изобретение направлено на расширение технологических возможностей насоса. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Лабиринтный насос, содержащий концентричные цилиндрические рабочие органы в виде вращающегося винта и неподвижной втулки с многозаходными винтовыми нарезками противоположного направления, отличающийся тем, что углы нарезок заходов втулки меньше угла нарезок заходов винта и в сумме составляют 90^o с углом заходов нарезок винта. 2. Лабиринтный насос по п.1, отличающийся тем, что при этом профиль нарезок заходов винта может иметь форму трапеции, а профиль нарезок заходов втулки - форму равнобедренного треугольника с размерами нарезок в 2 раза меньшими по высоте и ширине нарезок винта. 3. Лабиринтный насос по п.1, отличающийся тем, что насос может быть снабжен встроенной во внутреннюю полость винта втулкой, выполненной с каналами в виде многозаходной архимедовой спирали с шириной каналов в 2 раза меньше их высоты.