ЦЕНТРОБЕЖНО-ВИХРЕВОЙ НАСОС Российский патент 2006 года по МПК F04D1/08 F04D5/00 

Изобретение относится к области насосостроения, более конкретно - к насосам динамического действия, в частности к насосам, состоящим из центробежных и вихревых ступеней. Оно предназначено для транспортирования жидкости в системах водоснабжения, а также в системах перекачки нефтегазоводяной эмульсии от скважины до сборного пункта.

Известен центробежно-вихревой насос, состоящий из корпуса с входным и выходным каналами, центробежного и вихревого колес со своими отводящими каналами, приводного вала, подшипников качения, торцовых уплотнений и крышек (см. В.М.Черкасский. Насосы, вентиляторы и компрессоры. М., Энергия, 1977, стр. 393, рис. 15-8).

Недостатки устройства:

- неудовлетворительная эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что радиальное давление на вихревое рабочее колесо имеет несимметричную эпюру, в результате чего результирующая поперечная сила нагружает приводной вал напряжением переменного знака, что вызывает его прогиб и перекос вихревого колеса относительно оси насоса;

- значительные размеры, вытекающие из смежного расположения центробежного и вихревого колес на приводном валу, приводящие к повышению удельной металлоемкости насоса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является центробежно-вихревой насос, включающий корпус, рабочее колесо с основными периферийными вихревыми и центробежными каналами, основной направляющий аппарат с боковым отводным каналом, приводной вал, подшипники, уплотнение, всасывающий и нагнетательный патрубки (Патент РФ №2138691, МПК 6 F 04 D 13/10, 1/06, 31/00, 1999).

Основными недостатками насоса являются:

- значительные осевые силы, возникновение которых обусловлено наличием в ведущем диске наружных вихревых каналов, приводящих к созданию дополнительного осевого усилия к имеющемуся усилию от разности эпюр давления в пазухах рабочего колеса, что в свою очередь вызывает интенсивный износ упорных шайб;

- низкий КПД вследствие того, что вихревые каналы во всем интервале работы центробежного колеса находятся в режиме «закрытой задвижки», т.е. они принимают участие только в поддержании давления в камере ступени, а при этом имеют место энергетические затраты.

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

Указанная задача решается предлагаемым центробежно-вихревым насосом, включающим корпус, рабочее колесо с основными периферийными вихревыми и центробежными каналами, основной направляющий аппарат с боковым отводным каналом, приводной вал, подшипники, уплотнение, всасывающий и нагнетательный патрубки.

Новым является то, что рабочее колесо снабжено дополнительными вихревыми каналами, расположенными с противоположной стороны основным, причем каждый вихревой канал представляет собой выборку с вогнутым дном, выполненную по дуге и переходящую на наезжающей на поток стороне в прямолинейную плоскость, а также снабжено дополнительным направляющим аппаратом с боковым отводным каналом, установленным симметрично основному с другой стороны рабочего колеса, и разделителями потока в направляющих аппаратах, отделяющих зону низкого давления в их отводных каналах от зоны высокого давления; снабжено дополнительными центробежными каналами, расположенными с противоположной стороны основным, причем основные и дополнительные каналы находятся в центральной зоне рабочего колеса и сообщены на выходе потока жидкости с кольцевыми каналами, открытыми в сторону направляющих аппаратов, и соединены с отводными каналами вихревых зон через радиальные каналы, выполненные в направляющих аппаратах, причем последние снабжены спиральными выступами, входящими в кольцевые каналы рабочего колеса и образующими в них спиральные каналы, берущие начало за выкидными участками этих каналов; отводные каналы вихревых зон рабочего колеса сообщены с каналами, выходящими в боковые стороны направляющих аппаратов, и соединены с полостями нагнетательных патрубков; приводной вал снабжен продольными каналами, сообщающими боковые центробежные зоны рабочего колеса, каналы вихревой зоны которого отделены от центральной и периферийной зон жесткими уплотнительными кольцами, установленными в стенках направляющих аппаратов и рабочего колеса по обе стороны.

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

На фиг.2 - разрез по А - А фиг.1.

На фиг.3 - разрез по Б - Б фиг.1.

На фиг.4 - разрез по В - В фиг.2.

На фиг.5 - разрез по Г - Г фиг.3.

На фиг.6 - разрез по Д - Д фиг.3.

Насос состоит из корпуса 1 (фиг.1), выполненного в виде полого цилиндрического кольца, рабочего колеса 2, снабженного вихревыми каналами 3, расположенными с противоположных сторон рабочего колеса и представляющими собой выборки с вогнутым дном (фиг.4), выполненными по дуге и переходящими на наезжающей на поток стороне в прямолинейную плоскость, кольцевыми каналами 4 и центробежными каналами 5, расположенными в центральной зоне. Последние сообщены на выходе потока жидкости с кольцевыми каналами 4. С обеих сторон рабочего колеса находятся направляющие аппараты (крышки) 6 и 7 с цилиндрическими патрубками 8 и 9, отводными каналами 10 и разделителями потоков 11 (фиг.3). Центробежные каналы 5 через кольцевые каналы 4 и радиальные каналы 12 (фиг.3) в направляющих аппаратах 6 и 7 соединены с отводными каналами 10 вихревых зон рабочего колеса. Направляющие аппараты 6 и 7 снабжены спиральными выступами 13, входящими в кольцевые каналы 4 рабочего колеса и образующими в них спиральные каналы 14, берущими начало за выкидными участками этих каналов. Отводные каналы 10 сообщены с каналами 15, расположенными на боковых сторонах направляющих аппаратов 6 и 7, и соединены с полостями нагнетательных патрубков 16 и 17. Каналы вихревой зоны отделены от центральной и периферийной зон жесткими уплотнительными кольцами 18.

Приводной вал 19 снабжен продольными каналами 20, сообщающими между собой боковые центробежные зоны рабочего колеса.

Насос содержит также разгрузочный узел 21, узел торцового уплотнения 22, входной патрубок 23, крышку 24 и крепежный узел 25. В разгрузочный узел 21 входит пята 26 с упорными кольцами 27, охваченная кольцами 28 и 29. Узел торцового уплотнения 22 состоит из вращающейся втулки 30 и подвижного стакана 31 с уплотнительными кольцами 32.

Работает насос следующим образом.

Перекачиваемая жидкость из полости «а» попадает в кольцевое пространство «б», из которого одна ее часть направляется во всасывающую полость центробежных каналов 5, расположенных по одну сторону рабочего колеса 2, а другая - по каналам 20 - во всасывающую полость центробежных каналов 5, расположенных по другую его сторону, где она приобретает вращательное и поступательное движения. На периферии из центробежных каналов 5 жидкость выбрасывается в спиральные каналы 14, а оттуда направляется в радиальные каналы 12, сообщенные с отводными каналами 10. Здесь на нее оказывают воздействие выборки вихревых каналов 3, в результате чего поток жидкости из выборок непрерывно выбрасывается в отводные каналы 10, при этом скорость его несколько падает, а статическое давление возрастает. В дальнейшем своем движении жидкость из отводных каналов 10 (с двух сторон) с большим статическим давлением направляется в последующие выборки, приобретая в них дополнительную скорость, возвращается в отводные каналы 10. При подходе выборок к разделителям потока 11 жидкость из них выбрасывается в отводящие каналы 75. После этого она попадает в нагнетательные патрубки 16 и 17.

Предлагаемая конструкция насоса позволяет:

- повысить эксплуатационную надежность благодаря тому, что рабочее колесо разгружено как от осевых, так и от радиальных сил, что позволяет жестким уплотнительным кольцам работать в щадящем режиме, т.е. они нагружены в этих направлениях незначительно;

- повысить КПД благодаря резкому снижению перетока жидкости из периферийной зоны в центральную, достигаемому надежной герметизацией этих зон жесткими уплотнительными кольцами, а также благодаря выборкам каналов вихревого участка рабочего колеса.

Изобретение может быть использовано при транспортировании жидкости в системах водоснабжения, а также в системах перекачки нефтегазоводяной эмульсии от скважины до сборного пункта. Сущность изобретения: насос включает корпус, рабочее колесо с вихревыми и центробежными каналами, расположенными по обе стороны колеса, направляющие аппараты с разделителями потока. Приводной вал снабжен продольными каналами, сообщающими боковые центробежные зоны рабочего колеса. Каналы вихревой зоны отделены от центральной и периферийной зон жесткими уплотнительными кольцами, установленными в стенках направляющих аппаратов и рабочего колеса по обе его стороны. Вихревые каналы представляют собой выборку с вогнутым дном, выполненную по дуге и переходящую на наезжающей на поток стороне в прямолинейную плоскость. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности и КПД. 6 ил.

Центробежно-вихревой насос, включающий корпус, рабочее колесо с основными периферийными вихревыми и центробежными каналами, основной направляющий аппарат с боковым отводным каналом, приводной вал, подшипники, уплотнения, всасывающий и нагнетательный патрубки, отличающийся тем, что рабочее колесо снабжено дополнительными вихревыми каналами, расположенными с противоположной стороны основным, причем каждый вихревой канал представляет собой выборку с вогнутым дном, выполненную по дуге и переходящую на наезжающей на поток стороне в прямолинейную плоскость, а также снабжено дополнительным направляющим аппаратом с боковым отводным каналом, установленным симметрично основному с другой стороны рабочего колеса, и разделителями потока в направляющих аппаратах, отделяющих зону низкого давления в их отводных каналах от зоны высокого давления; снабжено дополнительными центробежными каналами, расположенными с противоположной стороны основным, причем основные и дополнительные каналы находятся в центральной зоне рабочего колеса и сообщены на выходе потока жидкости с кольцевыми каналами, открытыми в сторону направляющих аппаратов, и соединены с отводными каналами вихревых зон через радиальные каналы, выполненные в направляющих аппаратах, причем последние снабжены спиральными выступами, входящими в кольцевые каналы рабочего колеса и образующими в них спиральные каналы, берущие начало за выкидными участками этих каналов; отводные каналы вихревых зон рабочего колеса сообщены с каналами, выходящими в боковые стороны направляющих аппаратов, и соединены с полостями нагнетательных патрубков; приводной вал снабжен продольными каналами, сообщающими боковые центробежные зоны рабочего колеса, каналы вихревой зоны которого отделены от центральной и периферийной зон жесткими уплотнительными кольцами, установленными в стенках направляющих аппаратов и рабочего колеса по обе его стороны.