ВИХРЕВОЙ НАСОС Российский патент 2006 года по МПК F04D5/00 

Изобретение относится к области насосостроения, более конкретно - к насосам динамического действия, в частности - к вихревым насосам с рабочими колесами открытого типа. Оно предназначено для транспортирования различных жидкостей в жилищном хозяйстве, а также в химической и нефтедобывающей промышленности.

Известен вихревой насос, состоящий из рабочего колеса с боковыми симметрично расположенными радиальными каналами, разделенными друг от друга лопатками, отвода с симметричными каналами, переходящими в один общий канал, разделителя потока, корпуса, крышек и приводного вала (В.М. Черкасский. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия, 1977, с.321, рис.15-6, 15-7).

Недостатки устройства:

- неудовлетворительное значение КПД, которое обусловлено увеличением потерь давления на границе двух продольных вихрей, каждый из которых захватывает половину общего канала, в результате чего имеет место удар встречных потоков;

- возникновение значительных поперечных сил, обусловленное неравномерным распределением давления по периметру канала отвода, вызывающим прогиб вала и перекос торцовых поверхностей рабочего колеса;

- неудовлетворительное значение напора, развиваемое насосом, из-за того, что при выходе потока жидкости из радиальных каналов рабочего колеса в канал отвода его скорость резко падает, а при входе резко повышается.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вихревой насос, включающий корпус с выкидным каналом, колесо, снабженное открытыми продольными выборками на периферийной поверхности, расположенное между крышками, направляющий аппарат с каналами и основным разделителем потока, приводной вал и уплотнительные элементы (А. с. №723223, МПК F 04 D 5/00, 1980).

Существенными недостатками насоса являются:

- неудовлетворительная эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что давление в отводе распределяется пропорционально углу поворота. Это приводит к тому, что результирующая поперечная сила нагружает приводной вал напряжениями переменного знака, что вызывает его прогиб и перекос торцовых поверхностей колеса;

- значительные объемные потери перекачиваемой жидкости, происходящие из-за того, что интенсивный переток жидкости из зоны отводящего канала в зону подводящего канала осуществляется через участки зазоров, образованных между лопатками венца и крышками и лежащих ближе к центру, где статическое давление больше, чем скоростное. Это приводит к снижению КПД.

Задачей изобретения является создание вихревого насоса, обладающего высокой эксплуатационной надежностью и высоким КПД.

Указанная задача решается предлагаемым насосом, включающим корпус с выкидным каналом, колесо, снабженное открытыми продольными выборками на периферийной поверхности, расположенное между крышками, направляющий аппарат с каналами и основным разделителем потока, приводной вал и уплотнительные элементы.

Новым является то, что выборки колеса выполнены с вогнутым днищем и образуют как бы шестерню с прямыми зубьями, переходящими на набегающей на поток стороне в прямолинейные плоскости, образующие с вектором окружной скорости тупой угол; направляющий аппарат охватывает колесо с зазором, а его каналы выполнены в виде продольных выборок, обращенных открытой стороной к выборкам колеса и имеющих с приемной стороны прямолинейную плоскость, переходящую на отводной стороне в криволинейную, и содержит дополнительный разделитель потока, находящийся на диаметрально противоположной стороне относительно основного разделителя потока; снабжен дополнительными входным и выкидным каналами, расположенными диаметрально и соответственно симметрично основным, причем дополнительный выкидной канал соединен с отводным по секторному каналу, расположенному на наружной поверхности направляющего аппарата; каждая крышка в центральной зоне снабжена кольцевой расточкой, соединенной через радиальные каналы с полостями выборок колеса и направляющего аппарата; периферийная зона насоса разделена от центральной жесткими уплотнительными кольцами, расположенными в стенках крышек и колеса по обе его стороны.

Новым также является то, что зазор между выступами выборок колеса и направляющего аппарата определяют по формуле:

где Q - производительность насоса;

ν - поступательная скорость жидкости в зазоре (ν=3...5 м/с);

L - ширина колеса.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого насоса в продольном разрезе.

На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

На фиг.3 - вид на крышку по плоскости Б-Б фиг.1.

Насос состоит из корпуса 1 (фиг.1), представляющего собой полое цилиндрическое кольцо с выкидным патрубком 2 (фиг.2), колеса 3 с жесткими уплотнительными кольцами 4. Колесо 3 выполнено в виде шестерни с прямыми зубьями, образующими открытые продольные выборки 5 (фиг.2) с вогнутым днищем 6, переходящие на набегающей на поток стороне в прямолинейные плоскости ″В″, образующие с вектором окружной скорости ″Г″ тупой угол ″α″. Насос содержит также направляющий аппарат 7, который охватывает колесо 3 с зазором и выполнен с продольными выборками 8, обращенными открытой стороной к выборкам колеса и имеющими с приемной стороны прямолинейную плоскость ″З″, переходящую на отводной стороне в криволинейную ″Л″. Направляющий аппарат снабжен разделителями потока 9 и 10, между которыми на его наружной поверхности выполнен секторный канал 11, соединяющий основной выкидной канал 12 с дополнительным 13. Колесо 3 установлено между крышками 14 и 15, в которых в центральной зоне выполнены кольцевые расточки 16 и 77, соединенные через входные радиальные каналы 18 (фиг.3) (основной) и 19 (дополнительный) с полостями выборок колеса и направляющего аппарата.. Внутри насоса установлен приводной вал 20, разгрузочный узел 21, узел торцового уплотнения 22 и подшипники скольжения 23 и 24. В разгрузочный узел 21 входят пята 25 с упорными кольцами 26, охваченная кольцами 27 и 28. Узел торцового уплотнения 22 состоит из вращающейся втулки 29 и подвижного стакана 30 с уплотнительными кольцами 31. С одной стороны насоса установлен входной патрубок 32, а с другой - полумуфта 33. Насос крепится к лапкам 34 прижимными поясами 35.

Выборки колеса и направляющего аппарата образуют выступы соответственно 36 и 37, зазор между которыми определяют по формуле:

где Q - производительность насоса;

ν - поступательная скорость жидкости в зазоре (ν=3...5 м/с),

L - ширина колеса.

Насос работает следующим образом.

Жидкость из приемной полости ″а″ направляется в полость ″б″, где она разделяется на два потока. Один направляется в кольцевое пространство ″в″, а другой через каналы ″г″ и окна ″ж″ - в такое же кольцевое пространство ″и″. Из полостей ″в″ и ″и″ по радиальным каналам 18 и 19 жидкость направляется в выборки 5 и 8 колеса 3 и направляющего аппарата 7. Здесь на нее оказывает воздействие днище 6 выборки 5. В результате жидкость из выборок 5 выбрасывается в зазоры, образованные между колесом 3 и направляющим аппаратом 7, и в выборки 8 направляющего аппарата. Здесь скорость ее несколько падает, а статическое давление возрастает. В дальнейшем жидкость из выборок 8 направляющего аппарата с большим статическим давлением переходит в последующие выборки 5 колеса 3. При подходе выборок 5 к разделителям потока 9 и 10 жидкость выбрасывается в выкидные каналы 12 и 13, а оттуда - в выкидной патрубок 2.

Осевое усилие, приходящееся на торец вала 20, воспринимается пятой 25. Полость всасывания (″а″, ″б″, ″в″, ″г″, ″ж″, ″и″) отделена от атмосферы торцовым уплотнением 22.

Предлагаемый насос позволяет повысить эксплуатационную надежность благодаря тому, что колесо в поперечной плоскости полностью разгружено, что обеспечивается дополнительными входным и выкидным каналами и расположению их диаметрально основным каналам. Достигнуто повышение КПД благодаря снижению объемных потерь за счет герметизации вихревой зоны колеса от центральной и выбору соответствующих профилей выборок колеса и направляющего аппарата.

Изобретение найдет применение при транспортировании различных жидкостей в жилищном хозяйстве, в химической и нефтедобывающей промышленности. Вихревой насос содержит корпус с выкидным каналом, колесо (К), расположенное между крышками, направляющий аппарат (НА) с каналами и основным и дополнительным разделителями потока. К выполнено типа шестерни с открытыми продольными выборками с вогнутым днищем, а НА охватывает К с зазором. Каналы НА выполнены в виде продольных выборок, обращенных открытой стороной к выборкам К. Насос снабжен дополнительными входным и выкидным каналами, расположенными диаметрально основным, а основной и дополнительный выкидные каналы соединены между собой секторным каналом. Каждая крышка в центральной зоне снабжена кольцевой расточкой, соединенной через радиальные каналы с полостями выборок К и НА. Изобретение направлено на достижение высокой эксплуатационной надежности и высокого КПД. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Вихревой насос, включающий корпус с выкидным каналом, колесо, снабженное открытыми продольными выборками на периферийной поверхности, расположенное между крышками, направляющий аппарат с каналами и основным разделителем потока, приводной вал и уплотнительные элементы, отличающийся тем, что выборки колеса выполнены с вогнутым днищем и образуют как бы шестерню с прямыми зубьями, переходящими на набегающей на поток стороне в прямолинейные плоскости, образующие с вектором окружной скорости тупой угол; направляющий аппарат охватывает колесо с зазором, а его каналы выполнены в виде продольных выборок, обращенных открытой стороной к выборкам колеса и имеющих с приемной стороны прямолинейную плоскость, переходящую на отводной стороне в криволинейную, и содержит дополнительный разделитель потока, находящийся на диаметрально противоположной стороне относительно основного разделителя потока; снабжен дополнительными входным и выкидным каналами, расположенными диаметрально и соответственно симметрично основным, причем дополнительный выкидной канал соединен с основным по секторному каналу, расположенному на наружной поверхности направляющего аппарата; каждая крышка в центральной зоне снабжена кольцевой расточкой, соединенной через радиальные каналы с полостями выборок колеса и направляющего аппарата; периферийная зона насоса разделена от центральной жесткими уплотнительными кольцами, расположенными в стенках крышек и колеса по обе его стороны.2. Вихревой насос по п.1, отличающийся тем, что зазор между выступами выборок колеса и направляющего аппарата определяется по формуле:

где Q - производительность насоса;

ν - поступательная скорость жидкости в зазоре (ν=3÷5 м/с);

L - ширина колеса.