Відцентрово-вихровий насос

Відцентрово-вихровий насос, що містить штамповану підставку, нагнітаючий ковпак, кришку, корпус, робоче колесо з відцентровими та вихровими лопатями з осердям у вигляді кільцевої пластини зі струмопровідного немагнітного матеріалу, наприклад міді або алюмінію, та іншої частини з неструмопровідного немагнітного матеріалу, що C2 2 (19) 1 3 В основу винаходу поставлена задача удосконалення відцентрово-вихрового насоса шляхом зміни на активному елементі статора напряму нахилу пазів з покладеними у них електричними обмотками. Це приведе до збільшення крутного моменту на робочому колесі та забезпечить підвищення стійкості його положення при обертанні, розширить можливості регулювання частоти обертання та стійкості робочого колеса в залежності від типу рідини, забезпечить зростання ККД і надійності відцентрово-вихрового насоса. Поставлена задача вирішується тим, що у відцентрово-вихровому насосі, який містить штамповану підставку, нагнітаючий ковпак, кришку, корпус, робоче колесо з відцентровими та вихровими лопатями з осердям у вигляді кільцевої пластини з струмопровідного немагнітного матеріалу (наприклад міді або алюмінію) та іншої частини з неструмопровідного немагнітного матеріалу, що надає відповідну форму відцентровим та вихровим лопатям, дисковий асинхронний електродвигун, статор якого виконано дисковим з двома елементами активним, з електричними обмотками, який розміщено у корпусі насоса, та неактивним елементом, який закріплено у кришці, обмотки статора залиті компаундом й відокремлені ізоляційною перегородкою від рідини, що спрямовується направляючим апаратом, обмотки активного елемента статора розташовані у нахилених до радіуса пазах, зовнішній діаметр кільцевої пластини дорівнює зовнішньому діаметру активного елемента статора та більше зовнішнього діаметра неактивного елемента, внутрішні діаметри елементів статора дорівнюють один одному та менші за внутрішній діаметр осердя робочого колеса, згідно з винаходом, активний елемент статора у радіальному напрямі поділено на дві ділянки кільцевої форми, де нахил пазів та покладених у них електричних обмоток відрізняється за напрямом відносно радіуса статора, ширина кожної ділянки складає половину товщини активного елемента статора у радіальному напрямі. Технічним результатом є зростання крутного моменту на робочому колесі, підвищення ККД і надійності насоса, можливість конструктивно змінювати крутний момент та рівень стійкості положення робочого колеса при обертанні завдяки зміні розмірів ділянок активного елемента статора з різним напрямом нахилу пазів з електричними обмотками. На Фіг.1 показаний фронтальний вид відцентрово-вихрового насоса (обмотки показані умовно) зі стрілками, що вказують напрям потоку рідини; на Фіг.2 - вид зверху активного елемента статора з двома ділянками кільцевої форми, де нахил пазів та покладених у них електричних обмоток змінюється за напрямом відносно радіуса, стрілкою показаний напрям обертання магнітного поля і робочого колеса; на Фіг.3 - вид зверху фрагмента активного елемента статора з відокремленими двома ділянками різного нахилу пазів, у яких покладена трифазна електрична обмотка, зображені також електродинамічні сили, що діють на елементарні площадки осердя робочого колеса в проекції на відповідну ділянку активного елемента ста 96695 4 тора, стрілкою зображено напрям обертання робочого колеса. Відцентрово-вихровий насос містить штамповану підставку 1 для закріплення, нагнітаючий ковпак 2, робоче колесо 3, що містить металеве осердя 4 зі струмопровідного немагнітного матеріалу та іншу частину з неструмопровідного і немагнітного матеріалу з відцентровими та вихровими лопатями, дисковий асинхронний електродвигун, статор якого виконано з двох частин - неактивного елемента 5, закріпленого у кришці 6, а також активного елемента 7 з електричними обмотками 8 у нахилених пазах, закріпленого у корпусі 9. Елементи статора розташовано співвісно та закріплено болтами, електричні обмотки 8 відокремлено ізоляційною перегородкою 10 від робочого простору, у якому направляючим апаратом 11 рідина спрямовується від входу 12 до робочого колеса 3 і виходить з напором через нагнітаючий ковпак 2, що показано стрілками на Фіг.1. Зовнішній діаметр осердя 4 робочого колеса 3 дорівнює зовнішньому діаметру активного елемента 7 статора та більше зовнішнього діаметра неактивного елемента 5. Внутрішні діаметри елементів 5 та 7 статора дорівнюють один одному і менші за внутрішній діаметр осердя 4 робочого колеса 3. У активному елементі 7 статора нахил пазів 13 та покладених у них електричних обмоток 8 змінюється відносно радіального напряму. Тому активний елемент статора 7 поділено на внутрішню ділянку 14 (обмежену колами з радіусами RСВ і R10) та зовнішню ділянку 15 (обмежену колами з радіусами R1 і RCH) з різними напрямами кута нахилу пазів 13 відносно радіуса (Фіг.3). На внутрішній ділянці 14 активного елемента 7статора осі пазів 13 визначають так зване ділильне коло з радіусом R0. На зовнішній ділянці 15 пази 13 не мають кута нахилу до радіуса, а їх осі збігаються до осі активного елемента 7 статора. Ширина кожної ділянки складає половину активного елемента 7 статора у радіальному напрямі. Середня величина кута нахилу А пазів 13 до радіуса на внутрішній ділянці 14 складає 35°…55° та залежить від радіуса R0 ділильного кола (Фіг.3). Відцентрово-вихровий насос працює наступним чином. Робоче колесо 3 з металевим осердям 4 розміщено у робочому просторі насоса, який одночасно є робочим простором дискового асинхронного електродвигуна. У робочому просторі, сформованому корпусом 9, ізоляційною перегородкою 10 та кришкою 6, обертається магнітне поле, створене активним елементом 7 статора з електричними обмотками 8 та посилене неактивним елементом 5. При взаємодії струмів індукції осердя 4, яке є вторинним елементом дискового асинхронного електродвигуна, з обертовим магнітним полем виникають електродинамічні сили, що приводять безпосередньо робоче колесо 3 з лопатями до обертального руху та забезпечують його центральне положення (вісь обертання співпадає з віссю насоса). Крутний момент на робочому колесі 3 утворюється без застосування механічної передачі - приводного вала, тому кришка 6 не має отвору для вала, робочий простір з рідиною герметизуються за допомогою ізоляційної перегород 5 ки 10, яка стискається по фланцю між корпусом 9 та кришкою 6. Робоча рідина надходить через вхід 12, далі рідина розділяється направляючим апаратом 11, охолоджує корпус 9, у якому розташовані обмотки 8 та підходить до робочого колеса 3 знизу і зверху. Рідина захоплюється відцентровими лопатями, рухається у зазорі між робочим колесом 3 та кришкою 6, а також у зазорі між робочим колесом 3 та ізоляційною перегородкою 10 від центра до периферії робочого колеса 3, попадає на його вихрові лопаті й далі виходить через нагнітаючий ковпак 2 (див. стрілки на Фіг.1). Робоче колесо 3 обертається у центральному положенні (напрям обертання показано стрілкою на Фіг.2), контактує практично тільки з рідиною, при зупинці лежить на ізоляційній перегородці 10. Його можливому зміщенню відносно центрального положення протидіють стабілізуючи електродинамічні сили, максимальний зсув у осьовому напрямку обмежено кришкою 6 та ізоляційною перегородкою 10, а максимальний зсув в радіальному напрямі обмежено зазором між лопатями робочого колеса 3 та кришкою 6. Відцентрово-вихровий насос закріплено за допомогою штампованої підставки 1. На Фіг.2 показано активний елемент 7 статора з укладеними у пазах 13 електричними обмотками 8 під різними кутами до радіуса. Струми у електричних обмотках 8 створюють магнітне поле з вказаним стрілкою на Фіг.2 та Фіг.3 напрямом обертання, що збігається з напрямом обертання робочого колеса 3. Величина крутного моменту та стабілізуючих електродинамічних сил визначається нахилами пазів 13 з електричними обмотками 8 на ділянках 14 та 15 (Фіг.3). Робоче колесо 3 не має механічних опор, наприклад, підшипників кочення, тому приводиться до обертання, утримується у робочому просторі насоса та виконує корисну роботу за рахунок електродинамічних сил. Для цього розподіл електродинамічних сил, які діють на металеве осердя 4 робочого колеса 3, змінюється у радіальному напрямі. В проекції на внутрішню ділянку 14 активного елемента 7 статора (її частина заштрихована на Фіг.3) на елементарну площадку осердя 4 діє електродинамічна сила FВ, яка обертає робоче колесо 3 відносно осі активного елемента 7 статора та намагається його зсунути назовні. В проекції на зовнішню ділянку 15 активного елемента 7 статора 96695 6 (на Фіг.3 її частина заштрихована під іншим кутом) на елементарну площадку осердя 4 діє електродинамічна сила FН, яка тільки розкручує робоче колесо 3, тому що не має радіальної складової (Фіг.3). Ці сили виникають під впливом активного елемента 7 статора, а неактивний елемент 5 статора замикає магнітне поле та посилює дію сил. Всі електродинамічні сили приводяться до головного моменту, який забезпечує обертальний рух робочого колеса 3 та головного вектора, який надає стійкість і завжди спрямований проти будьякого зсуву від вихідного - центрального положення робочого колеса 3, показаного на Фіг.1. Стійкість положення при обертальному русі робочого колеса 3 полягає у тому, що при обертанні під навантаженням виникають деякі збурення і зміщення робочого колеса 3, а будь-яке зміщення приводить до виникнення головного вектора електродинамічних сил, який перешкоджає зсуву та повертає робоче колесо 3 у центральне положення. Включення та виключення насоса, регулювання у широкому діапазоні частоти обертання робочого колеса 3 забезпечується зміною частоти електрострумів у електричних обмотках 8 активного елемента 7 статора. Додаткове зростання крутного моменту на робочому колесі 3 досягається збільшенням зовнішньої ділянки 15 активного елемента 7 статора за рахунок внутрішньої ділянки 14. Додаткове збільшення стійкості положення робочого колеса 3 при обертанні - навпаки. Використання відцентрово-вихрового насоса з робочим колесом без механічних опор дозволить: - забезпечити максимально високий рівень герметичності та безпеки при перекачуванні небезпечної рідини; - забезпечити при перекачуванні рідини більшу стійкість положення робочого колеса в умовах відсутності у нього механічних опор; - збільшити на 10…15 % крутний момент на робочому колесі при незмінній потужності, яка споживається насосом; - конструктивно змінювати співвідношення між крутним моментом на робочому колесі та головним вектором, який забезпечує стійкість обертального руху; - підвищити надійність насоса та його ККД. 7 96695 8 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 96695 Підписне 10 Тираж 23 прим. 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