Лабіринтно-гвинтовий насос

Реферат: Лабіринтно-гвинтовий насос містить корпус з камерами підводу та відводу робочої рідини, нерухому втулку і гвинт на приводному валу, розміщені в корпусі. На внутрішній поверхні нерухомої втулки та на зовнішній поверхні гвинта виконані різноспрямовані багатоходові гвинтові канавки. Багатоходові гвинтові канавки на зовнішній поверхні гвинта мають подовжену форму, і вісь їх утворює з віссю гвинта у напрямку подачі рідини гострий кут . Багатоходові гвинтові канавки на нерухомій втулці виконані подовженої форми, і вісь їх утворює з віссю гвинта у напрямку подачі рідини тупий кут, що дорівнює 90°+. UA 121806 U (12) UA 121806 U UA 121806 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гідромашинобудування, а саме до насосів, які використовуються для перекачування агресивних середовищ, у тому числі і при нафтовидобутку, і може бути використана як вхідний ступінь відцентрового насоса. Відомо лабіринтно-гвинтовий насос, що містить камери підводу та відводу робочої рідини, розміщені в корпусі нерухому втулку та на приводному валу гвинт, з виконаними в них різноспрямованими багатоходовими гвинтовими канавками однакової форми. Для підвищення напору на виході рідини з насоса виконано конусоподібну втулку [Голубев А.И. Лабиринтновинтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. - 2 изд./ А.И. Голубев. -М.: Машиностроение, 1981. - С. 25]. Недоліками такого насоса є великий гідравлічний опір багатоходових гвинтових канавок в прямому напрямку, що обумовлено обертанням гвинта, та невеликий гідравлічний опір у зворотному, що обумовлено перепадом тиску на виході та вході з насоса. Це знижує ККД і напір на виході з насоса, підвищує імовірність виникнення кавітації і пояснюється складністю характеру течії робочої рідини в гвинтових канавках. Відомо також лабіринтно-гвинтовий насос, який містить корпус, камери підводу та відводу, розташовані в корпусі нерухому втулку та на приводному валу гвинт, з виконаними в них різноспрямованими багатоходовими 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 [RU № 2092237 С1, B01F 7/00, 10.10.1997.]. Недоліком даного насоса, як і попереднього, є великі гідравлічні втрати в багатоходових гвинтових канавках, які мають однакову форму в прямому напрямку та невеликі у зворотному. Крім того, він має складну конструкцію. Відомо 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 багатоходові гвинтові канавки однакової форми. На вході в гвинтові канавки на втулці та гвинту виконані гострі кромки. Відмінною особливістю даного насоса є те, що внутрішній діаметр втулки та зовнішній діаметр гвинта зростають від входу насоса до його виходу, що зменшує гідравлічний опір гвинтових канавок як в прямому, обумовленому обертанням гвинта, так і зворотному, обумовленому перепадом тиску на виході та вході з насоса, напрямку [RU № 2005916 С1, F04D 3/02, 15.01.1994.]. Недоліками даного насоса є те, що при такому виконанні багатоходових гвинтових канавок зменшується його гідравлічний опір, зростають габарити. Виконання гострої кромки на вході в гвинтові канавки на втулці та гвинту підвищує вихроутворення та може призвести до зриву потоку, а 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. Найближчим за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є 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 багатоходові гвинтові канавки, і гвинтові канавки, виконані на внутрішній поверхні втулки, мають напівкруглу форму, гвинтові канавки на гвинті виконані довгастої форми, наприклад у вигляді еліпса, вісь яких утворює з віссю гвинта, у напрямку подачі рідини, гострий кут α. Кромки на вході та виході гвинтових канавок втулки і гвинта виконані тупими. Відмінною особливістю даного насоса є те, що ширина гвинтових канавок, в перерізі на зовнішній поверхні гвинта, дорівнює ширині гвинтових канавок на внутрішній поверхні втулки та кут α знаходиться в межі від 59° до 68° [UA №73119, F04D 3/00, 10.09.2012.]. Недоліками даного насоса є те, що конструкція проточної частини насоса не забезпечує максимум гідравлічного опору потоку рідини при її течії у зворотному напрямку під дією перепаду тиску між входом та виходом насоса. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ККД насоса шляхом підвищення його видатку. Поставлену задачу вирішують тим, що у лабіринтно-гвинтовому насосі, який містить корпус з камерами підводу та відводу робочої рідини, нерухому втулку і гвинт на приводному валу, розміщені в корпусі, на внутрішній поверхні нерухомої втулки та на зовнішній поверхні гвинта виконані різноспрямовані багатоходові гвинтові канавки, при цьому багатоходові гвинтові канавки на зовнішній поверхні гвинта мають подовжену форму, і вісь їх утворює з віссю гвинта у напрямку подачі рідини гострий кут α, згідно з корисною моделлю, багатоходові гвинтові канавки 1 UA 121806 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 на нерухомій втулці виконані подовженої форми, і вісь їх утворює з віссю гвинта у напрямку подачі рідини тупий кут, що дорівнює 90°+α. Подовжена форма багатоходових гвинтових канавок може бути еліпсом. Гострий кут α=59-68°. Ширина багатоходових гвинтових канавок у перерізі на зовнішній поверхні гвинта дорівнює ширині багатоходових гвинтових канавок на внутрішній поверхні нерухомої втулки та чотирьом гідравлічним радіусам. Кромки на вході та виході багатоходових гвинтових канавок нерухомої втулки і гвинта виконані тупими. Конструкція лабіринтно-гвинтового насоса, що заявляється, дозволяє максимально збільшити гідравлічний опір при русі рідини в зворотному напрямку, обумовленому перепадом тиску на виході та вході з лабіринтно-гвинтового насоса за рахунок відхилення потоку рідини та її спрямування під тупим кутом до центральної частини гвинтової канавки, в результаті чого відбувається його звуження, збільшити ефективну площу гвинтових канавок на гвинті та нерухомій втулці за рахунок виконання їх подовженої форми, зменшити вихроутворення за рахунок виконання тупими кромок на вході і виході в багатоходових гвинтових канавок нерухомої втулки і гвинта, що в цілому дозволяє підвищити видаток та ККД насоса. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг. 1 зображено схему лабіринтно-гвинтового насоса; на Фіг. 2 - вигляд втулки та гвинта з боку камери підводу; на Фіг. 3 - переріз нерухомої втулки та гвинта по осі гвинта. Лабіринтно-гвинтового насос містить привідний вал 1, на який встановлено гвинт 2, що має на зовнішній поверхні багатоходові гвинтові канавки 3 подовженої форми, які виконано, наприклад, у вигляді еліпса і які охоплюють гвинт 2 по всій довжині. В корпусі 4, який має камери підводу 5 і відводу 6 робочої рідини, закріплена нерухома втулка 7, що має на внутрішній поверхні багатоходові гвинтові канавки 8 подовженої форми, виконані, наприклад, у вигляді еліпса. При цьому багатоходові гвинтові канавки 8 нерухомої втулки 7 та багатоходові гвинтові канавки 3 гвинта 2 виконані різноспрямованими. Вісь багатоходових гвинтових канавок 3, виконаних на гвинті 2, утворює з віссю гвинта 2 у напрямку подачі рідини гострий кут α. Вісь багатоходових гвинтових канавок 8, виконаних на нерухомій втулці 7, утворює з віссю гвинта 2 у напрямку подачі рідини тупий кут 90°+α. Ширина багатоходових гвинтових канавок 3 подовженої форми на зовнішній поверхні гвинта 2 в перерізі дорівнює ширині багатоходових гвинтових канавок 8 подовженої форми на внутрішній поверхні нерухомої втулки 7 та чотирьом гідравлічним радіусам Rг. Кромки на вході та виході багатоходових гвинтових канавок 8 нерухомої втулки 7 і багатоходових гвинтових канавок 3 гвинта 2 виконано тупими. При зборці лабіринтно-гвинтового насоса між нарізками гвинта 2 та виступами нерухомої втулки 7 забезпечується постійний по довжині гвинта 2 зазор, що робить багатоходові гвинтові канавки 8, утворені нарізками нерухомої втулки 7, та багатоходові гвинтові канавки 3 гвинта 2, не глухими. Лабіринтно-гвинтовий насос працює наступним чином. Переміщення робочої рідині з камери 5 підводу робочої рідини до камери 6 відводу робочої рідини відбувається за рахунок силової взаємодії між рідиною, що обтікає гвинт 2 під час його обертання, та рідиною, яка обтікає нерухому втулку 7. При цьому на умовній поверхні розділу простору між гвинтом 2 та нерухомою втулкою 7, у багатоходових гвинтових канавках 8 і 3, утворених відповідно нарізками нерухомої втулки 7 та гвинта 2, відбувається активізація сили турбулентного тертя, яка підсилюєтьсявідцентровими силами та вихорами, утвореними внаслідок нестаціонарної течії робочої рідини. При цьому характер течії робочої рідини неоднорідний по всій довжині гвинта 2. Видаток на виході з лабіринтно-гвинтового насоса є різницею витрат у прямому напрямку, обумовленому обертанням гвинта 2, та зворотному напрямку, обумовленому перепадом тиску на виході та вході з лабіринтно-гвинтового насоса. Завдяки виконанню багатоходових гвинтових канавок на гвинті 2 та нерухомій втулці 3 подовженої форми, наприклад у вигляді еліпса, вісь яких утворює з віссю гвинта 2, у напрямку подачі рідини, для багатоходових гвинтових канавок 6, виконаних на гвинті 2, гострий кут α, а для багатоходових гвинтових канавок 8, виконаних на нерухомій втулці 7, тупий кут 90°+α, і ширина яких у перерізі на зовнішній поверхні гвинта 2 дорівнює ширині багатоходових гвинтових канавок 8 на внутрішній поверхні нерухомої втулки 7 та чотирьом гідравлічним радіусам Rг, багатоходові гвинтові канавки лабіринтно-гвинтового насоса утворюють резисторний діод, який забезпечує сильнішу деформацію зворотного потоку, обумовлену перепадом тиску на виході та вході з лабіринтно-гвинтового насоса. При руху рідини в зворотному напрямку, обумовленому перепадом тиску на виході та вході з насоса, потік рідини відхиляється та спрямовується під тупим кутом до центральної частини багатоходової гвинтової 2 UA 121806 U 5 10 15 канавки. В результаті взаємодії відхилених частин потоку відбувається значне його звуження та утворення стисненого перетину, розміщеного нижче перетину, утвореного виступами гвинта 2 і нерухомої втулки 7. В цьому випадку основні втрати потужності обумовлено розширенням потоку за стисненим перетином і додатковим вихроутворенням. При течії рідини в прямому напрямку, обумовленому обертанням гвинта 2, багатоходові гвинтові канавки 3 на гвинті 2 та 8 на нерухомій втулці 7 подовженої форми нахилені в бік течії рідини, стиснення потоку за виступами, утвореними багатоходовими гвинтовими канавками 3 і 8 відповідно гвинта 2 і нерухомої втулки 8 значно менші, ніж при течії рідини під дією перепаду тиску на виході та вході з лабіринтно-гвинтового насоса. Таким чином, гідравлічний опір при течії рідини в прямому напрямку менше, ніж у зворотному. Це забезпечує збільшення видатку на виході з насоса, а отже і ККД. Крім того, видаток на виході з насоса збільшується завдяки більшій площі багатоходових гвинтових канавок подовженої форми у порівнянні з півкруглими прототипу. Виконання кромок на вході та виході гвинтових канавок втулки 3 і гвинта 2 тупими зменшує вихроутворення, чим забезпечується зменшення вірогідності появи кавітації на вході насоса, зменшення гідравлічних втрат за рахунок більш плавного формування потоку на виході з багатоходових гвинтових канавок лабіринтно-гвинтового насоса, збільшує напір. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 1. Лабіринтно-гвинтовий насос, що містить корпус з камерами підводу та відводу робочої рідини, нерухому втулку і гвинт на приводному валу, розміщені в корпусі, на внутрішній поверхні нерухомої втулки та на зовнішній поверхні гвинта виконані різноспрямовані багатоходові гвинтові канавки, при цьому багатоходові гвинтові канавки на зовнішній поверхні гвинта мають подовжену форму, і вісь їх утворює з віссю гвинта у напрямку подачі рідини гострий кут , який відрізняється тим, що багатоходові гвинтові канавки на нерухомій втулці виконані подовженої форми, і вісь їх утворює з віссю гвинта у напрямку подачі рідини тупий кут, що дорівнює 90°+. 2. Лабіринтно-гвинтовий насос за п. 1, який відрізняється тим, що подовжена форма багатоходових гвинтових канавок є еліпсом. 3. Лабіринтно-гвинтовий насос за п. 1, який відрізняється тим, що гострий кут =59-68°. 4. Лабіринтно-гвинтовий насос за п. 1, який відрізняється тим, що ширина багатоходових канавок у перерізі на зовнішній поверхні гвинта дорівнює ширині багатоходових гвинтових канавок на внутрішній поверхні втулки та чотирьом гідравлічним радіусам, 5. Лабіринтно-гвинтовий насос за п. 1, який відрізняється тим, що кромки на вході та виході багатоходових гвинтових канавок нерухомої втулки і гвинта виконані тупими. 3 UA 121806 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4