Насос Советский патент 1992 года по МПК F04D3/02 

Изобретение относится к насосострое- нию, в частности к лопастным насосам с малыми подачами и высокими напорами.

Из класса низконапорных с большими подачами насосов известны многоступенчатые осевые насосы, состоящие из нескольких рабочих колес, размещенных вдоль оси вала, и расположенных за каждым колесом направляющих аппаратов (а.с. Ms 1498955, кл. F 04 D 3/00, 13/02, 19/00, 19/02, 25/02, 1989).

Рабочими органами являются лопатки в рабочих колесах и направляющих аппаратах. Принцип действия лопатки основан на ее обтекании потоком жидкости в рабочем колесе и направляющем аппарате и возникновении гидродинамической силы Жуковского. Так как лопатки наклонены по отношению к оси насоса, возникает осевая составляющая гидродинамической силы, перемещающая жидкость. Такие насосы обладают сравнительно высоким коэффициентом полезного действия.

Известны лабиринтные насосы из класса насосов с малыми подачами и высокими напорами, принцип действия которых основан на интенсивной турбулизации жидкости на поверхностях многозаходной нарезки, выполненной на винте и втулке (а.с. СССР № 126748, кл, F04 D, 1958).

Недостатком таких насосов является низкий коэффициент полезного действия, не превышающий 50% (см. кн.: Голубев А.И. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. - М.: Машиностроение, 1981).

Низкий КПД обусловлен механизмом передачи энергии жидкости -турбулентным трением и гидравлическими потерями в каналах нарезки, так как гидродинамическая сила, перемещающая поток жидкости, возникает только на наружной поверхности нарезок, а в каналах нарезок эта сила отсутствует.

С/)

«

:3

ihO

о

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия лабиринтного насоса.

Для достижения этой цели цилиндрический ротор насоса с наружной многозаход- ной нарезкой, установленный с возможностью вращения в статоре с внутренней многозаходной нарезкой противоположного направления, имеет, так же как и статор, чередующиеся кольцевые выступы и впадины, при этом выступы ротора и статора размещены соответственно во впадинах статора и ротора с зазорами, а отношение их высоты к высоте нарезки как в роторе, так и в статоре больше нуля и меньше или равно единице.

Ступенчатая форма увеличивает периметр и соответственно силу взаимодействия нарезок с протекающей через насос жидкостью или газом. Помимо турбулентно- го трения по поверхностям нарезки, как в известном лабиринтном насосе, в данном насосе имеется взаимодействие обтекания выступов нарезок ротора и статора. Жидкость захватывается выступами нарезки ро- тора и вытекает на неподвижные выступы нарезки статора. Так как нарезки на выступах образуют лопатки, имеющие угол наклона к оси, возникает дополнительная гидродинамическая (подъемная) сила, пере- мещающая поток.

Гидравлические потери, таким образом, снижаются, повышая КПД. При отношении высоты выступов ротора и статора к высоте нарезки, близком к нулю, конструкция насо- са приближается к известному лабиринтному насосу, в котором нет взаимодействия нарезок в меридианальном сечении. При отношении, равном единице, высота нарезки во впадинах ротора и статора равна нулю, т.е. в этом случае цилиндрические участки сопрягаемых поверхностей имеют нарезку только на одной из поверхностей. Изменение этого отношения позволяет изменять параметры насоса и подбирать оптималь- ную геометрию проточной части, что также способствует повышению КПД.

На фиг. 1 показан разрез общего вида проточной части насоса.

Ротор 1 и статор 2 имеют нарезки 3 и 4 соответственно. Нарезки ротора имеют выступы 5 и впадины 6, нарезки статора - выступы 7 и впадины 8. Поверхности ротора сопрягаются с поверхностями статора с зазорами 5i , 62 , (Зз , дц (см. фиг. 1).

Отношение 0 j 1 и 0 IT 1 , hihs

где hi, Из- высота нарезки в роторе и статоре соответственно;

h2 и П4 - высота выступов нарезок в роторе и статоре соответственно.

Направление потока жидкости показано стрелками Б-Б.

Вид А (фиг. 2) поясняет расположение нарезок в развернутом виде. Нарезки имеют наклон к оси под углом а- и «2 и толщину профиля т.

Профили выступов и впадин нарезок могут иметь прямоугольную, треугольную, скругленную и другие формы (см. фиг. 1, 3 и 4).

Взаимодействие выступов нарезок ротора и статора показано на фиг. 5. Направление потока жидкости показано стрелками А-А. Стрелкой Б показано направление вращения ротора. Другими стрелками показаны направление натекания потока и направление формирования вихрей.

Конструктивно ротор и статор могут состоять из набора резьбовых втулок.

Насос работает следующим образом.

При вращении ротора 1 с решеткой лопаток 3 в направлении стрелки Б (см. фиг. 5) жидкость натекает на лопатки 3 и увлекается ими в направлении стрелки А.

При перетекании жидкости с решетки 3 на решетку 4 статора 2 в зазоре между ними возникают вихри и турбулентное трение благодаря прохождению лопаток 3 с большой скоростью относительно лопаток 4. Силы турбулентного трения дают составляющие в направлении течения жидкости по стрелке А.

При протекании жидкости через неподвижную решетку статора на нее действуют гидродинамические силы от лопаток 4, которые способствуют дальнейшему протеканию жидкости в направлении стрелки А.

Формула изобретения

Насос, содержащий цилиндрический ротор с наружной многозаходной нарезкой, установленный с возможностью вращения в статоре с внутренней многозаходной нарезкой противоположного направления, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, на роторе и статоре выполнены чередующиеся кольцевые выступы и впадины, при этом выступы ротора и статора размещены соответственно во впадинах статора и ротора с зазорами, а отношение их высоты к высоте нарезки как в роторе, так и в статоре больше нуля и меньше или равно единице.

f°

f

Ct

Ј

Ю

ZZ У Т/УТТЪ

-г г - vЈiftF . Х чпмчХ j

I

Ч ,- -«,х., чта 5v- ih-4ww. .ле«Ч

,X-

fVF /a s F 9 ™ F e9™5 7 ™F a-тп ыпяв.

&ZЈZZZL%ZZZ&ЈZ2

(

N

Использование: в насосах с малыми подачами и высокими напорами. Сущность изобретения: цилиндрический ротор с наружной многозаходной нарезкой установлен с возможностью вращения в статоре с внутренней многозаходной нарезкой противоположного направления. На роторе и статоре выполнены чередующиеся кольцевые выступы и впадины. Выступы ротора и статора размещены соответственно во впадинах статора и ротора с зазорами, отношение их высоты к высоте нарезки как в роторе, так и в статоре больше нуля и меньше или равно единице, 5 ил.

L

3

,4

4

,4

.{.