Лабіринтно-гвинтовий насос

Реферат: Лабіринтно-гвинтовий насос містить корпус з камерами підводу та відводу робочої рідини, розташовані в корпусі нерухому втулку та на приводному валу гвинт, при цьому на внутрішній поверхні втулки та зовнішній поверхні гвинта виконані різноспрямовані багатозахідні гвинтові канавки і гвинтові канавки, виконані на внутрішній поверхні втулки, мають напівкруглу форму. Гвинтові канавки на гвинті виконані довгастої форми, вісь яких утворює з віссю гвинта, у напрямку подачі рідини, гострий кут α, що знаходиться в межі від 59° до 68°. UA 73119 U (12) UA 73119 U UA 73119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі гідромашинобудування, а саме до насосів які використовуються для перекачування агресивних середовищ, у тому числі і при нафтовидобутку, і може бути використаний як ступінь відцентрового насоса. Є відомий лабіринтно-гвинтовий насос [Голубев А.И. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред.-2 изд. / А.И. Голубев. - М.: Машиностроение, 1981.-112 с. С. 25], що містить камери підводу та відводу робочої рідини, розташовані в корпусі нерухому втулку та на приводному валу гвинт, з виконаними в них різноспрямованими багатозахідними гвинтовими канавками однакової форми. Для підвищення напору на виході рідини з насоса виконано конусоподібну втулку. Недоліками такого насоса є великий гідравлічний опір багатозахідних гвинтових канавок в прямому, обумовленому обертанням гвинта, та зворотному, обумовленому перепадом тиску на виході та вході з насоса, напрямку. Це знижує ККД та напір на виході з насоса, підвищує імовірність виникнення кавітації і пояснюється складністю характеру течії робочої рідини в гвинтових канавках. Відомий також лабіринтно-гвинтовий насос [Патент RU, № 2092237, М. Кл. F04D, 10.10.1997], який містить корпус, камери підводу та відводу, розташовані в корпусі нерухому втулку та на приводному валу гвинт, з виконаними в них різноспрямованими багатозахідними гвинтовими канавками однакової форми. Відмінною особливістю такого насоса є те, що на привідному валу зі сторони камери підвода насоса розміщені лопатки. Це забезпечує одночасне змішування, диспергування та подачу рідини до споживача. Недоліком даного насоса, як і попереднього, є великі гідравлічні втрати в багатозахідних гвинтових канавках, які мають однакову форму. Крім того, він має складну конструкцію. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що пропонується, є насос [Патент RU, № 2005916, М. Кл. F04D 3/02, 15.01.1994], що містить корпус з камерами підводу та відводу робочої рідини, розташовані в корпусі нерухому втулку та на приводному валу гвинт, при цьому на внутрішній поверхні втулки та зовнішній поверхні гвинта виконані різноспрямовані багатозахідні гвинтові канавки однакової форми. На вході в гвинтові канавки на втулці та гвинті виконані гострі кромки. Відмінною особливістю даного насоса є те, що внутрішній діаметр втулки та зовнішній діаметр гвинта зростають від входу насоса до його виходу, це зменшує гідравлічний опір гвинтових канавок як в прямому, обумовленому обертанням гвинта, та зворотному, обумовленому перепадом тиску на виході та вході з насоса, напрямку. Недоліками даного насоса є те, що при такому виконанні багатозахідних гвинтових канавок зменшується його витратна характеристика, зростають габарити. Виконання гострої кромки на вході в гвинтові канавки на втулці та гвинті підвищує вихроутворення та може призвести до зриву потоку, це збільшує гідравлічні втрати та імовірність виникнення кавітації на вході в насос. До недоліків такого насоса, також слід віднести технологічні труднощі виготовлення втулки та гвинта. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення напору, ККД та зменшення імовірності виникнення кавітації на вході в насос. Задача вирішена таким чином. Лабіринтно-гвинтовий насос, що містить корпус з камерами підводу та відводу робочої рідини, розташовані в корпусі нерухому втулку та на приводному валу гвинт, при цьому на внутрішній поверхні втулки та зовнішній поверхні гвинта виконані різноспрямовані багатозахідні гвинтові канавки, причому гвинтові канавки виконані на внутрішній поверхні втулки мають напівкруглу форму, який відрізняється тим, що гвинтові канавки на гвинті виконані довгастої форми, наприклад у вигляді еліпса, вісь яких утворює з віссю гвинта, у напрямку подачі рідини, гострий кут , що знаходиться в межі від 59° до 68°, та ширина гвинтових канавок, в перерізі на зовнішній поверхні гвинта, дорівнює ширині гвинтових канавок на внутрішній поверхні втулки. Суть винаходу пояснюється кресленнями, на яких зображені: Фіг. 1 - Схема лабіринтно-гвинтового насоса; Фіг. 2 - Вид втулки та гвинта зі сторони камери підводу; Фіг. 3 - розріз втулки та гвинта по осі гвинта. Насос містить привідний вал 1, на який встановлюється гвинт 2, що має на зовнішній поверхні багатозахідні гвинтові канавки довгастої форми 6, виконані, наприклад, у вигляді еліпса, і які охоплюють гвинт по всій довжині. В корпусі 4, який має камери підводу 7 та відводу 8 робочої рідини, закріплена нерухома втулка 3, що має на внутрішній поверхні багатозахідні гвинтові канавки напівкруглої форми 5. При цьому гвинтові канавки нерухомої втулки 3 та гвинта 2 виконані різноспрямованими. Вісь гвинтових канавок довгастої форми 6, виконаних на гвинті, утворює з віссю гвинта, у напрямку подачі рідини, гострий кут , що знаходиться в межі від 59° до 68°. Ширина гвинтових канавок довгастої форми 6 в перерізі на зовнішній поверхні гвинта 1 UA 73119 U 5 10 15 20 25 30 дорівнює ширині гвинтових канавок 5 на внутрішній поверхні втулки. При зборці насоса між нарізками гвинта 2 та виступами втулки 3 забезпечується постійний по довжині гвинта зазор, що робить гвинтові канавки утворені нарізками втулки та гвинта не глухими. Насос працює наступним чином. Переміщення робочої рідині з камери підводу робочої рідини 7 до камери її відводу 8 відбувається за рахунок силової взаємодії між рідиною, що обтікає гвинт 2 під час його обертання та рідиною, яка обтікає втулку 3. При цьому на умовній поверхні розділу простору між гвинтом 2 та втулкою 3, у гвинтових канавках 5 і 6, утворених нарізками втулки 3 та гвинта 2 відбувається активізація сили турбулентного тертя, які підсилюються відцентровими силами та вихорами, утвореними внаслідок нестаціонарної течії робочої рідини. При цьому характер течії робочої рідини неоднорідний по всій довжині гвинта 2. Витрата на виході з насоса є різницею витрат в прямому, обумовленому обертанням гвинта, та зворотному, обумовленому перепадом тиску на виході та вході з насоса, напрямку. Завдяки виконанню гвинтових канавок на гвинті довгастої форми, наприклад, у вигляді еліпса, вісь яких утворює з віссю гвинта, у напрямку подачі рідини, гострий кут , що знаходиться в межі від 59° до 68°, а ширина яких, в перерізі на зовнішній поверхні гвинта, дорівнює ширині гвинтових канавок на внутрішній поверхні втулки, гвинтові канавки насоса утворюють резисторний діод, який забезпечує більш сильну деформацію зворотного потоку, обумовлену перепадом тиску на виході та вході з насоса. При русі рідини в зворотному напрямку, обумовленому перепадом тиску на виході та вході з насоса, потік рідини відхиляється та спрямовується під тупим кутом до центральної частини гвинтової канавки. В результаті взаємодії відхиленої та не відхиленої частин потоку відбувається значне його звуження та утворення стисненого перерізу, розміщеного нижче перерізу, утвореному виступами гвинта і втулки. В цьому випадку основні втрати потужності обумовлені розширенням потоку за стисненим перерізом та додатковим вихроутворенням. При течії рідини в прямому напрямку, обумовленому обертанням гвинта, гвинтові канавки на гвинті довгастої форми нахилені в бік течії рідини, стиснення потоку за виступами, утвореними гвинтовими канавками гвинта і втулки значно менші, ніж при течії рідини під дією перепаду тиску на виході та вході з насоса. Таким чином, гідравлічний опір при течії рідини в прямому напрямку менше, ніж в зворотному. Це забезпечує збільшення витрати на виході з насоса. Крім того, витрата на виході з насоса збільшується завдяки більшій площі канавок довгастої форми у порівнянні з півкруглими, які виконані на гвинті. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 1. Лабіринтно-гвинтовий насос, що містить корпус з камерами підводу та відводу робочої рідини, розташовані в корпусі нерухому втулку та на приводному валу гвинт, при цьому на внутрішній поверхні втулки та зовнішній поверхні гвинта виконані різноспрямовані багатозахідні гвинтові канавки і гвинтові канавки, виконані на внутрішній поверхні втулки, мають напівкруглу форму, який відрізняється тим, що гвинтові канавки на гвинті виконані довгастої форми, вісь яких утворює з віссю гвинта, у напрямку подачі рідини, гострий кут α, що знаходиться в межі від 59° до 68°. 2. Лабіринтно-гвинтовий насос за п. 1, який відрізняється тим, що ширина гвинтових канавок, в перерізі на зовнішній поверхні гвинта, дорівнює ширині гвинтових канавок на внутрішній поверхні втулки. 2 UA 73119 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3