Патент на насосы

ступень центробежного насоса

Изобретение относится к насосостроению, а именно к многоступенчатым центробежным насосам для добычи нефти. Ступень центробежного насоса содержит закрепляемый в корпусе 2 направляющий аппарат 1 и устанавливаемое на ведущем валу 3 насоса рабочее колесо. Колесо состоит из ведущего и ведомого дисков 4, 5 с рабочими лопастями 5а между ними. Ведущий и ведомый диски 4, 5 рабочего колеса на входе и выходе из него выполнены с боковыми кольцевыми выступами 6 и 7, 8 и 9, направленными попарно друг к другу с образованием на входе и выходе рабочих колес кольцевых щелей «а» и «б». Изобретение направлено на повышение напора и КПД и увеличение срока службы насоса в диапазоне малодебитной добычи нефти. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2392497

Изобретение относится к насосостроению, а именно к многоступенчатым скважинным насосам для добычи нефти.

Известен погружной центробежный многоступенчатый насос для откачки жидкости из нефтяных скважин. Каждая ступень такого насоса содержит рабочее колесо и направляющий аппарат (Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968, с.38-50).

Недостатком насоса является низкое давление, создаваемое ступенью при малых расходах жидкости.

Техническим решением, наиболее близким к изобретению, является ступень погружного центробежного насоса, содержащая рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками и лопастями и направляющий аппарат с лопатками (RU 2192561 С1, 10.11. 2002).

При изготовлении насосов для малодебитных скважин уменьшают ширину канала между ведущим и ведомым дисками. В результате чего происходит снижение напора и КПД вследствие увеличения гидравлического сопротивления из-за уменьшения проходного сечения рабочего колеса. Кроме того, проходное сечение дополнительно уменьшается со временем в результате солеотложения, что, в свою очередь, ведет к уменьшению срока службы насоса.

Задачей, стоящей перед изобретением, является повышение напора и КПД и увеличение срока службы насоса в диапазоне малодебитной добычи нефти, что позволит отказаться от использования штанговых насосов.

Для решения поставленной задачи в ступени центробежного насоса, содержащей закрепляемый в корпусе насоса направляющий аппарат и устанавливаемое на ведущем валу насоса рабочее колесо, состоящее из ведущего и ведомого дисков с рабочими лопастями между ними, согласно изобретению ведущие и ведомые диски рабочего колеса на входе и выходе из него выполнены с боковыми кольцевыми выступами, направленными попарно друг к другу с образованием на входе и выходе рабочих колес кольцевых щелей.

На фиг.1 показано несколько ступеней центробежного насоса в продольном сечении, а на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1.

Ступень центробежного насоса содержит направляющий аппарат 1, закрепляемый в цилиндрическом корпусе 2 центробежного насоса, и рабочее колесо, устанавливаемое на ведущем валу 3 насоса. Рабочее колесо состоит из ведущего и ведомого дисков 4 и 5 с рабочими лопастями 5а между ними.

Ведущие и ведомые диски 4, 5 рабочего колеса на входе и выходе из него выполнены с боковыми кольцевыми выступами 6 и 7, 8 и 9, направленными попарно друг к другу с образованием на входе и выходе рабочих колес кольцевых щелей «а» и «б».

Малодебитный насос может быть легко изготовлен на базе серийно выпускаемых высокодебитных насосов. В высокодебитном насосе на входе в рабочее колесо и на выходе из него закрепляют по два кольца с таким расчетом, чтобы образовать кольцевые щели, ширина которых определяет подачу рабочего колеса и всего насоса.

При работе насоса жидкость через щель «а» между внутренними кольцевыми выступами (кольцами) 6 и 7 поступает в рабочее колесо (канал между дисками 4 и 5), где происходит приращение давления и часть жидкости выходит через щель «б» между наружными выступами 8 и 9 с давлением большим, чем на входе.

Жидкость, поступившая в рабочее колесо и имеющая большую радиальную скорость, проходит через центральную часть внутреннего объема рабочего колеса, не соприкасаясь с его стенками. Жидкость, занимающая основной внутренний объем рабочего колеса, движется медленно в радиальном направлении и, будучи изначально раскрученной, не потребляет мощности.

Меняя ширину щели между внутренними и наружными кольцами 6, 7, мы имеем возможность получить сколь угодно малые подачи насоса без потери напора и КПД.

Уменьшение отложений солей происходит из-за большого расстояния между дисками в рабочем колесе и уменьшения объема жидкости, контактирующей с ними.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ступень центробежного насоса, содержащая закрепляемый в корпусе насоса направляющий аппарат и устанавливаемое на ведущем валу насоса рабочее колесо, состоящее из ведущего и ведомого дисков с рабочими лопастями между ними, отличающаяся тем, что ведущий и ведомый диски рабочего колеса на входе и выходе из него выполнены с боковыми кольцевыми выступами, направленными попарно друг к другу с образованием на входе и выходе рабочих колес кольцевых щелей.

насос ножной воздушный

Насос ножной воздушный предназначен для накачивания шин автомобилей, мотоциклов и других транспортных средств. Насос содержит цилиндр с поршнем, возвратную пружину, шланг с манометром и соединителем к вентилю шины. Основание и педаль выполнены в виде продольных балок, выполненных, в свою очередь, в форме кольцевого сектора с одинаковыми габаритными размерами и радиусами кривизны. В результате снижается масса насоса и его габаритные размеры. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2139445

Изобретение относится к техническому обслуживанию транспортных средств, а именно к устройствам накачивания шин автомобилей, мотоциклов и других транспортных средств. Известны насосы ножные воздушные [1], [2], содержащие основание насоса и педаль, выполненные в виде рамок соединенных друг с другом с возможностью вращения относительно места соединения, цилиндр с поршнем, закрепленные подвижно: цилиндр к педали, шток поршня цилиндра — к основанию насоса, возвратную пружину, шланг с манометром и соединителем — к вентилю шины.

Недостатком известных устройств является то, что они содержат детали — основание насоса и педали, достаточно сложные по конфигурации и обладающие значительной массой, из-за необходимости обеспечения требуемой прочности по условиям их работы.

Наиболее близким по технической сущности решаемой задачи является насос [3], содержащий основание в виде 2-х продольных кронштейнов, соединенных поперечинами и качающей педали, выполненной также в виде 2-х продольных кронштейнов, связанных между собой и с основанием. Между основанием и педалью размещены цилиндр с поршнем. При этом цилиндр подвижно соединен с педалью, поршень цилиндра — с основанием. К цилиндру присоединены манометр и шланг с соединителем к шине. Возврат поршня в начальное положение осуществляется пружиной.

Недостатком известного устройства является то, что продольные кронштейны основания насоса и педали имеют сложную конфигурацию и оригинальную форму исполнения каждого кронштейна, что в конечном требует значительных затрат на подготовку производства и изготовление. Кроме того, имеющаяся конструкция продольных кронштейнов — основания насоса и педали в виде балок с прямолинейными участками, предопределяет увеличение их поперечного сечения, для обеспечения надежной работы насоса и, следовательно, увеличение массы.

Сущность изобретения заключается в том, что в насосе ножном воздушном, содержащем основание насоса и педаль, выполненные в виде продольных балок, связанных поперечинами и осями, цилиндр с поршнем, возвратную пружину, шланг с манометром и соединителем к вентилю шины, продольные балки основания насоса и педали выполнены в форме кольцевого сектора с одинаковыми габаритными размерами и радиусами кривизны.

Сущность предложения поясняется чертежами:
— на фиг. 1 представлен общий вид насоса ножного воздушного;
— на фиг. 2 показаны форма продольных балок основания насоса и педали, их взаимное расположение;
Насос ножной воздушный фиг. 1 содержит основание в виде 2-х продольных балок (кронштейнов) 1, соединенных поперечинами 2 и педаль, выполненную так же, как и основание насоса, в виде 2-х продольных балок (кронштейнов) 3, соединенных между собой поперечиной 4 и с основанием насоса осью 5. Соединение балок (кронштейнов) 1 основания насоса и балок (кронштейнов) 3 педали на оси 5 подвижное. Между продольными балками основания и педали размещен цилиндр 6 с поршнем 7. Цилиндр 6 крепится к балкам 3 педали осью 8, а шток 9 поршня 7 цилиндра крепится к балкам основания через ось 10. Соединение осей 8 и 10 к балкам педали и основания подвижное. К цилиндру 6 герметично, через штуцер, подсоединены манометр 11 и шланг 12 с соединителем 13 к вентилю шины. Возврат поршня к изначальному положению при накачивании осуществляется возвратной пружиной 14. Движение педали ограничивается ходом поршня или специальным упором. При нажатии ногой на педаль насоса, пружина через ось 8 цилиндра передает усилие на цилиндр 6 и он перемещается относительно поршня 7, закрепленный через шток 9 на основании насоса. Усилие от перемещения цилиндра через шток воспринимается балками основания. При перемещении цилиндра, вместе с педалью, воздух перед поршнем сжимается, за счет уменьшения объема перед поршнем, и выталкивается из полости перед поршнем в шланг и камеру. Давление в камере контролируется по манометру 11 при нажатой педали. При снятии усилия — ноги на педаль, педаль пружиной 14 возвращается к первоначальному (исходному) положению. В транспортном положении педаль находится в положении, соответствующем крайнему, от усилия ноги и фиксируется защелкой 15. В этом положении проекции продольных балок основания насоса и педали на фронтальную плоскость практически совпадают (см. фиг. 1, где штрихпунктиром указана педаль в исходном положении, сплошными — в положении, соответствующем полному нажатию ногой или зафиксированном защелкой).

Из фиг. 2 видно, что продольные балки 1 основания насоса и 3 педали выполнены в виде кольцевого сектора, например, с пластинчатой формой в сечении (см. А — А), одинаковые по габаритным размерам и с одними и теми же радиусами кривизны R и R₁, т.е. продольные балки (кронштейны) основания и педали являются единым конструктивным элементом для обоих составных частей конструкции насоса.

Поперечное расстояние между балками (кронштейнами) основания насоса, несколько больше, чем поперечное расстояние между балками (кронштейнами) педали, благодаря чему педаль при нажатии проходит между продольными кронштейнами основания и в положении полного нажатия практически близка к совмещению с размерами основания.

Применением продольных балок педали и основания насоса в виде кольцевого сектора одинакового размера и подбором радиуса кривизны и охватываемых размеров кольцевого сектора, предложенное решение позволяет обеспечить оптимальные габаритные размеры насоса ножного, приемлемый дизайн, а, главное — снизить величину напряжения в балках от действия сил на них при накачивании, как известно [4], в отличие от балок с прямым участком. Это позволило снизить величину поперечного сечения балки по сравнению с известными и сохранить при этом ее прочность. Следовательно, позволило снизить массу балки и насоса, в целом, обеспечить при этом необходимую прочность конструкции. А использование в основании насоса и педали одного и того же конструктивного элемента позволяет обеспечить единство техпроцесса изготовления основания и педали, тем самым снизить затраты на подготовку производства и изготовление и, в целом, получить положительный эффект.

Конкретное исполнение предложения осуществлено в насосе ножном воздушном 3621-3917010, изготовляемым нашим заводом.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Насос ножной воздушный, содержащий основание насоса и педаль, выполненные в виде продольных балок, связанных поперечинами и осями, цилиндр с поршнем, возвратную пружину, шланг с манометром и соединителем к вентилю шины, отличающийся тем, что продольные балки основания насоса и педали выполнены в форме кольцевого сектора с одинаковыми габаритными размерами и радиусами кривизны.

центробежный насос

Изобретение относится к насосостроению, в частности к центробежным насосам, и может быть применено в автомобильной промышленности, например, для очистки стекол автомобилей жидкостями, подаваемыми под давлением. Центробежный насос содержит корпус со всасывающим патрубком, нагнетательный патрубок, манжету, расположенный в корпусе электродвигатель, крышку, закрепленную на корпусе, и ротор с лопастями, установленный на валу электродвигателя соосно всасывающему патрубку. Лопасти имеют переменное сечение. По всей длине упомянутых лопастей выполнен уклон. Уклон на лопастях ротора может быть выполнен с переменным углом. Изобретение направлено на создание малорасходного и высоконапорного центробежного насоса, увеличение КПД насоса, повышение его надежности. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

Рисунки к патенту РФ 2187706

Изобретение относится к насосостроению, в частности к центробежным насосам, и может быть применено в автомобильной промышленности, например, для очистки стекол автомобилей жидкостями, подаваемыми под давлением.

Известен центробежный насос (патент РФ 2059887, кл. МКИ F 04 D 13/06, 29/22, 29/42, В 60 S 1/48, опубликовано в бюллетене 13/96 г.), содержащий корпус, всасывающий патрубок, нагнетательный патрубок, манжету, расположенный в корпусе электродвигатель, крышку, закрепленную на корпусе, ротор с лопастями, установленный на валу электродвигателя соосно всасывающему патрубку.

Недостатком известного центробежного насос является то, что такая конструкция содержит два замковых соединения — на насосной камере и крышке насоса, а для герметизации насосной камеры требуются две резиновые детали, которые усложняют изготовление насосов. КПД насоса зависит от зазора между ротором и насосной камерой, а для получения его стабильных значений требуется изготовление замкового соединения на корпусе и насосной камере с высокой точностью. Для снижения осевого усилия на торцах лопастей выполнен козырек, который не позволяет изготавливать ротор с количеством лопастей более двух.

Известен также центробежный насос, предназначенный для автомобильных стеклоомывателей (патент Франции 2673446, кл. МКИ F 04 D 29/24; В 60 S 1/48, опубликовано 04.09.92), содержащий корпус с всасывающим патрубком, нагнетательный патрубок, манжету, расположенный в корпусе электродвигатель, крышку, закрепленную на корпусе, и установленный на валу электродвигателя соосно всасывающему патрубку ротор с лопастями, каждая из которых имеет уклон
Такой насос содержит однозамковое соединение, ротор насоса можно изготовить с любым необходимым количеством лопастей. Однако в такой конструкции насоса ротор имеет прямые лопасти, которые приводят к повышенным потерям мощности, передаваемой от электродвигателя. Дополнительно при выполнении уклонов на свободных концах лопастей ротора во время работы происходит изгиб лопастей, который приводит к повышенному, неравномерному их износу, увеличению трения о корпус насоса, а при малых значениях угла уклона происходит снижение напора насоса. Нагнетательный патрубок выполнен без диффузора, необходимого для преобразования кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию давления, что приводит к снижению КПД насоса.

Задачей изобретения является создание малорасходного и высоконапорного центробежного насоса, увеличение КПД насоса, повышение его надежности.

Технический результат достигается тем, что в центробежном насосе, содержащем корпус с всасывающим патрубком, нагнетательный патрубок, манжету, расположенный в корпусе электродвигатель, крышку, закрепленную на корпусе, и установленный на валу электродвигателя соосно всасывающему патрубку ротор с лопастями, каждая из которых имеет уклон, согласно изобретению лопасти имеют переменное сечение, а уклон выполнен по всей длине лопастей. При этом уклон на лопастях ротора может быть выполнен с переменным углом.

На фиг. 1 изображен центробежный насос, общий вид в разрезе; на фиг.2 — ротор центробежного насоса; на фиг.3 — ротор с лопастями, имеющими переменный угол уклона; на фиг.4 — разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 — разрез В-В на фиг.2; на фиг.6 — разрез С-С на фиг.3; на фиг.7 — разрез Е-Е на фиг.3.

Предлагаемый центробежный насос содержит корпус 1, имеющий всасывающий патрубок 2, нагнетательный патрубок 3, выполненный с диффузором 11, манжету 4, расположенный в корпусе 1 электродвигатель 5, крышку 6, закрепленную на корпусе 1 (фиг.1). На валу 9 электродвигателя 5 соосно всасывающему патрубку 2 установлен ротор 7 с лопастями 8, имеющими переменное сечение. Насос также имеет втулку 12, установленную в корпусе 1 между ротором 7 и манжетой 4 (фиг. 1). Вставка 13 установлена между электродвигателем 5 и крышкой 6. По всей длине лопастей 8 ротора 7 выполнены уклоны 10 под углом (фиг.2, 4, 5). Крышка 6 закреплена на корпусе 1 с помощью замкового соединения 14 (фиг. 1). Провода 15 обеспечивают питание электродвигателя 5. Уклон 10 каждой лопасти 8 может быть выполнен с переменным углом (фиг.3, разрез С-С (фиг.6) — угол , разрез Е-Е (фиг. 7) — ).

Центробежный насос работает следующим образом.

При подаче питания на насос через провода 15 начинает вращаться вал 9 электродвигателя 5. Совместно с валом 9 вращается ротор 7. Жидкость из бачка (на чертеже не показан) поступает во всасывающий патрубок 2, откуда на лопасти 8 ротора 7. С помощью лопастей 8 жидкость раскручивается, увеличивается ее кинетическая энергия, а под действием центробежной силы движется от центра к периферии насоса. Обладая кинетической энергией, жидкость поступает в диффузор 11 нагнетательного патрубка 3. В диффузоре 11 происходит преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию давления, достигающего величин 0,5 МПа, далее через рукава установки омывания к форсункам распылителя (не показаны).

При вращении ротора 7 возникает осевая сила, прижимающая лопасти 8 к корпусу 1, что приводит к увеличению механических потерь, вызванных трением лопастей 8 о корпус 1 и, как следствие, уменьшению КПД центробежного насоса, увеличению потребляемого тока и износу лопастей 8.

Для снижения осевого усилия на каждой лопасти 8 по всей длине выполнен уклон 10. При вращении ротора 7 набегающий поток жидкости воздействует на уклон 10, уменьшая осевое усилие. Наличие уклона 10 позволяет увеличить КПД центробежного насоса, уменьшить потребляемый ток и износ лопастей 8. Выполнение уклона 10 с переменным углом позволяет более равномерно разгрузить осевое усилие, соответственно уменьшить деформацию лопастей 8 при работе центробежного насоса.

При эксплуатации насоса для защиты от проникновения влаги и пыли через отверстия в крышке 6 для проводов 15 в электродвигателе 5 и защиты проводов 15 от изгиба установлена вставка 13 между электродвигателем 5 и крышкой 6.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Центробежный насос, содержащий корпус со всасывающим патрубком, нагнетательный патрубок, манжету, расположенный в корпусе электродвигатель, крышку, закрепленную на корпусе, и установленный на валу электродвигателя соосно всасывающему патрубку ротор с лопастями, каждая из которых имеет уклон, отличающийся тем, что лопасти имеют переменное сечение, а уклон выполнен по всей длине лопастей.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что уклон выполнен с переменным углом.

Изобретение относится к двигателестроению и касается водяного насоса, работающего в составе систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания, преимущественно автомобильных. Водяной насос содержит корпус, узел герметизации и вал с установленными на нем крыльчаткой, имеющей разгрузочные каналы, зубчатым шкивом и подшипниковым узлом. Выходные отверстия разгрузочных каналов со стороны рабочих лопаток крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток и их количество, по меньшей мере, соответствует количеству рабочих лопаток, кроме того, тыльная сторона крыльчатки снабжена дополнительными лопатками. Концы дополнительных лопаток загнуты в направлении вращения крыльчатки. Изобретение направлено на повышение долговечности насоса путем уменьшения осевого усилия на подшипниковый узел. 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2250395

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и предназначена для применения в составе систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известна конструкция водяного насоса двигателя, см. JP, заявка №1-24111, кл. F 01 P 5/10, 1989, содержащая базовый элемент, прикрепленный к крышке картера ДВС, установленный с возможностью вращения посредством подшипника и масляного уплотнения вал насоса, установленные на валу насоса рабочее колесо (крыльчатка) и приводную шестерню, элементы герметизации.

К недостаткам известной конструкции относится то, что, во-первых, возникающее при работе насоса давление в полости, образованной тыльной стороной рабочего колеса (крыльчатки) и плитой насоса, создает осевую нагрузку на подшипник, что приводит к уменьшению срока службы последнего, во-вторых, при эксплуатации данной конструкции насоса при температуре охлаждающей жидкости, близкой к температуре кипения, в зоне максимального разряжения на линии всасывания по входной кромке рабочих лопаток рабочего колеса возникает явление кавитации, что приводит к резкому падению производительности насоса и, соответственно, к ухудшению отвода тепла от ДВС в радиатор и к перегреву ДВС.

Указанные недостатки частично устраняются в системе жидкостного охлаждения, см. В.А.Вершигора и др. Автомобиль ВАЗ-2108. — М.: ДОСААФ, 1986, с.59-60, включающей, в частности, размещенный на блоке цилиндров водяной насос, содержащий корпус, вал подшипника с установленными на нем крыльчаткой, имеющей два разгрузочных канала, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и элементы герметизации.

Разгрузочные каналы, соединяющие полости с обеих сторон крыльчатки, частично снижают давление в полости между тыльной стороной колеса и корпусом насоса, уменьшая тем самым осевую нагрузку на подшипник, однако, не существенно. Также при работе насоса данной конструкции возникает явление кавитации и происходит перегрев ДВС. С целью устранения кавитации появляется необходимость увеличения статического давления в жидкости в зоне входных кромок лопастей. Достигается это путем повышения общего давления в системе охлаждения. Однако такой метод ведет к ухудшению герметичности системы (увеличивается давление на стенки патрубков, расширительного бачка, уплотнений, т.е. повышается вероятность появления течи охлаждающей жидкости) и, как следствие, к увеличению опасности перегрева двигателя.

В качестве прототипа принята конструкция водяного насоса жидкостной системы охлаждения ДВС, описанная в RU №2102610, МПК 6 F 01 P 5/10, oпубл. 20.01.98, БИ №2.

Водяной насос рассматриваемой жидкостной системы охлаждения содержит корпус, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, имеющей разгрузочные каналы, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и узел герметизации. Выходные отверстия разгрузочных каналов со стороны рабочих лопаток крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток и их количество по меньшей мере соответствует количеству рабочих лопаток, кроме того, тыльная сторона крыльчатки снабжена дополнительными лопатками.

В рассмотренной конструкции системы охлаждения достигается увеличение долговечности водяного насоса за счет снижения осевой нагрузки на подшипник путем увеличения эффективности отвода жидкости из полости с высоким давлением, ограниченной корпусом насоса и тыльной стороной крыльчатки, посредством расположения на тыльной стороне крыльчатки дополнительных лопаток и увеличения количества разгрузочных каналов крыльчатки. Снижение опасности перегрева ДВС достигается за счет увеличения кавитационного запаса насоса, что позволяет сохранить его производительность при высоких температурах охлаждающей жидкости, путем повышения статического давления в жидкости в зоне входных кромок лопастей, посредством того, что выходные отверстия разгрузочных каналов крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток.

Однако возникающая при работе насоса значительная разность давления по обе стороны крылчатки влечет значительную осевую нагрузку на подшипниковый узел, что снижает долговечность насоса в целом.

Решение технической задачи достигается за счет определенного ориентирования концов лопаток крыльчатки.

Для достижения технического результата в известном водяном насосе, содержащем корпус, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, имеющей разгрузочные каналы, выходные отверстия которых со стороны рабочих лопаток крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток и их количество по меньшей мере соответствует количеству рабочих лопаток, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и узел герметизации, кроме того, тыльная сторона крыльчатки снабжена дополнительными лопатками, концы последних загнуты в направлении вращения крыльчатки.

Такое ориентирование концов дополнительных лопаток крыльчатки позволяет усилить уплотнительный эффект, в большей степени выравнить давление по обе стороны крыльчатки и тем самым уменьшить осевое усилие на подшипниковый узел.

Сущность изобретния поясняется на чертежах, где на:

фиг.1 показана тыльная сторона крыльчатки с расположенными на ней дополнительными лопатками, концы которых загнуты в направлении вращения крыльчатки;

фиг.2 показан в осевом разрезе водяной насос;

фиг.3 — смонтированный на корпусе ДВС водяной насос.

Корпус 1 водяного насоса закреплен на блоке цилиндров 2 ДВС. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя передается посредством зубчатого шкива (не показан) на вал 3 водяного насоса, имеющий подшипниковый 4 и уплотнительный 5 узлы, с жестко посаженной на нем крыльчаткой 6, снабженной рабочими лопатками 7, дополнительными лопатками 8 и разгрузочными каналами 9. При вращении крыльчатки 6 охлаждающая жидкость под действием центробежных сил нагнетается рабочими лопатками 7 из полости 10 с низким давлением Р1 в полость 11 с высоким давлением Р2 и далее — в систему охлаждения. Часть жидкости из полости 11 перетекает в полость 12, образованную тыльной стороной крыльчатки 6 и корпусом 1 насоса, через щель 13, а дополнительные лопатки 8 стремятся создать движение жидкости из полости 12 в полость 11, образуя тем самым эффективное гидравлическое сопротивление в щели 13. В результате в полости 12 образуется давление Р3 меньшее, чем Р2 (из-за гидравлического сопротивления щели 13) и большее, чем Р1. Выходные отверстия разгрузочных каналов 9 со стороны рабочих лопаток 7 расположены в зоне кавитации, т.к. давление Р3 всегда больше давления Р1, то в зону кавитации осуществляется приток жидкости из полости 12 через разгрузочные каналы 9, т.е. обеспечивается повышение статического давления в жидкости в зоне входных кромок рабочих лопаток 7, что уменьшает кавитационные явления, возникающие при работе насоса с охлаждающей жидкостью при температуре, близкой к температуре кипения.

Загнутость концов 14 лопаток 8, фиг.1, по направлению вращения крыльчатки увеличивает создаваемый лопатками напор жидкости, тем самым улучшая активное уплотнение между крыльчаткой и корпусом насоса, что в свою очередь за счет выходных отверстий 9 в крыльчатке 6 позволяет в больше степени выравнять давление жидкости между полостями всасывания и нагнетения и тем самым снизить осевую нагрузку на подшипниковый узел 4, увеличить его долговечность.

Применение в данной конструкции большего числа разгрузочных каналов крыльчатки (в сравнении с прототипом) и, следовательно, увеличение количества перетекающей жидкости из полости 12 в полость 10 не ухудшает работы водяного насоса, т.к. при работе двигателя с низкой температурой охлаждающей жидкости нет необходимости в высоком КПД насоса, а при работе с охлаждающей жидкостью, близкой к температуре кипения, повышение КПД насоса достигается за счет уменьшения кавитационных явлений.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Водяной насос, содержащий корпус, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, имеющей разгрузочные каналы, выходные отверстия которых со стороны рабочих лопаток крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток и их количество, по меньшей мере, соответствует количеству рабочих лопаток, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и узел герметизации, при этом тыльная сторона крыльчатки снабжена дополнительными лопатками, отличающийся тем, что концы дополнительных лопаток загнуты в направлении вращения крыльчатки.

центробежный насос

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в центробежных насосах для перекачки маловязких жидкостей. Центробежный насос включает входную и напорную крышки 1, 2, корпус 3, рабочие колеса 5, втулку 7 и кольцо 8 гидропяты 10, корпуса 23, 24 подшипников 14, 15. Передние уплотнения рабочих колес 5 плавающего типа имеют подвижное кольцо с упорным буртиком и канавкой с резиновым уплотнительным кольцом со стороны опорного торца. Насос дополнительно содержит монтажное кольцо с равнорасположенными по окружности на одном из торцов пазами, составляющее с подвижным кольцом щелевого уплотнения самостоятельную сборочную единицу, которая запрессовывается в корпус 3 по посадочной поверхности монтажного кольца. Монтажное и подвижное кольца собраны так, что резиновое уплотнительное кольцо прилегает к гладкой торцевой поверхности монтажного кольца, а подвижное кольцо зафиксировано в осевом и окружном направлениях в монтажном кольце. Изобретение направлено на повышение технологичности и надежности плавающих щелевых уплотнений рабочих колес центробежного насоса. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2468254

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в центробежных насосах для перекачки маловязких жидкостей.

Известен многоступенчатый центробежный насос, состоящий из корпусных деталей с приемным и выходным патрубками; корпусов подшипников; ротора с рабочими колесами одностороннего входа, установленными на вал, опирающийся на два подшипника и имеющий цапфу под полумуфту привода мощности; секций с направляющими аппаратами и запрессованными в них кольцами щелевых уплотнений рабочих колес; устройства гидроразгрузки и концевых уплотнений (Малюшенко В.В., Михайлов А.К. — Энергетические насосы: Справочное пособие. — М.: Энергоиздат, 1981. — 200 с. — С.65-70.).

Основным недостатком известного центробежного насоса является низкий коэффициент полезного действия (КПД), во многом обусловленный большими зазорами в щелевых уплотнениях рабочих колес.

Известен центробежный насос с самоуплотняющимися рабочими колесами. Насос содержит приводной вал, лопастное рабочее колесо со ступицами, уплотняющие поверхности которых контактируют с эластичными кольцами, застопоренными от проворота в корпусе насоса. Каждое эластичное кольцо установлено с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса насоса и прижатия с минимальным зазором к поверхности ступицы под действием сил, образованных перепадом давления, создаваемого колесом при работе насоса. Внутренняя поверхность каждого эластичного кольца в средней части выполнена с равномерно расположенными по окружности выемками, обеспечивающими при вращении колеса формирование гидродинамического клина между поверхностью эластичного кольца и цилиндрической поверхностью ступицы колеса. Такая конструкция обеспечивает самоуплотнение рабочего колеса и существенно повышает КПД насоса. (Патент RU № 2196254).

Недостатком известного насоса является то, что уплотнение требует применения высокопрочных и износостойких эластичных материалов с низким коэффициентом трения и не применимо для высоконапорных насосов.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран многоступенчатый центробежный насос, включающий:

крышку входную с приемным патрубком и опорными лапами;

крышку напорную с выходным патрубком, опорными лапами, втулкой разгрузки и кольцом гидропяты;

передний и задний корпуса подшипников, концевые уплотнения;

ротор с рабочими колесами одностороннего входа и шпонками передачи крутящего момента, втулками межступенчатых уплотнений, втулкой дистанционной и диском гидропяты, установленных и закрепленных гайкой на валу, который опирается на подшипники и имеет цапфу под полумуфту привода мощности;

корпуса секций и направляющих аппаратов с установленными в них кольцами щелевых уплотнений рабочих колес, из них

межступенчатое уплотнение рабочих колес, имеющее неподвижное с упорным буртиком кольцо, запрессованное в корпус;

переднее уплотнение рабочих колес — плавающего типа, имеющее подвижное кольцо с упорным буртиком и канавкой с резиновым уплотнительным кольцом со стороны опорного торца, установленное в корпусе, при этом подвижное кольцо поджато в осевом и зафиксировано в окружном направлениях шпонками, вставленными в пазы с внешней стороны буртика подвижного кольца и корпусной детали и приваренными к корпусу (0301.00.00.000 ТУ. Насосы центробежные секционные ЦНС 180-1080 1920 УХЛ4 и агрегаты на их основе; 0301.00.00.000 РЭ. Насосы центробежные секционные ЦНС 180-1080 1920 УХЛ4 и агрегаты на их основе. Руководство по эксплуатации).

После сборки плавающих уплотнений обеспечивается возможность перемещения подвижных колец в плоскости вращения. При этом на шпонки, фиксирующие подвижные кольца плавающих уплотнений, воздействует значительное отрывающее от корпуса усилие со стороны резинового кольца, которое должно быть поджато согласно нормативным требованиям ГОСТ 9833-73 в целях обеспечения герметичности стыка. Поэтому качество сварки стыка шпонки по корпусу тщательно контролируется. Радиальный зазор в передних щелевых уплотнениях плавающего типа получают в пределах 0,08 0,11 мм, в межступенчатых уплотнениях — в пределах 0,2 0,25 мм.

Втулки межступенчатых уплотнений, установленные на валу между рабочими колесами, имеют шпоночный паз под шпонки рабочих колес и гладкую поверхность проточной части и торцевых поверхностей.

Для изготовления втулок и колец межступенчатых уплотнений, а также подвижных колец передних уплотнений и ответных поверхностей рабочих колес используются износостойкие стали.

При работе многоступенчатых центробежных насосов перепад давления на щелевых уплотнениях способствует прижатию подвижных колец передних уплотнений по упорному фланцу и колец межступенчатых уплотнений по буртику к корпусным деталям, при этом межступенчатые щелевые уплотнения могут выполнять функции промежуточных опор для гибких валов.

На начальном этапе эксплуатации в процессе приработки имеет место интенсивный износ различных деталей насоса, в том числе дросселирующих поверхностей межступенчатых щелевых уплотнений, в результате чего за небольшой промежуток времени эксплуатации происходит падение КПД насоса. Дросселирующие поверхности передних плавающих уплотнений изнашиваются в значительно меньшей степени.

Недостатками прототипа являются:

— применение сварки для крепления шпонок фиксации подвижного кольца в непосредственной близости от резинового уплотнительного кольца отрицательно влияет на эластичные свойства резины, и, как следствие, ухудшаются герметичность и ресурс уплотнения плавающих щелевых уплотнений, снижается демпфирующий эффект от установки резинового кольца на торцевом стыке;

— невозможность контроля состояния материала резинового уплотнительного кольца после сварки, организационные и технические сложности проведения испытания на герметичность каждого собранного переднего уплотнения плавающего типа, установленного в секцию;

— низкая ремонтопригодность конструкции плавающего уплотнения, связанная с необходимостью срезки шпонок фиксации подвижного кольца и применением механической обработки для восстановления геометрии посадочных мест под шпонки для правильной установки подвижного кольца;

— быстрое понижение объемного КПД насоса на начальном этапе эксплуатации в процессе приработки в результате износа дросселирующих поверхностей межступенчатых щелевых уплотнений.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологичности и надежности конструкции плавающих щелевых уплотнений рабочих колес центробежного насоса, снижение темпа падения КПД на начальном этапе эксплуатации в процессе приработки.

Технический результат достигается тем, что известный центробежный насос, содержащий передние уплотнения рабочих колес плавающего типа, имеющие подвижное кольцо с упорным буртиком и канавкой с резиновым уплотнительным кольцом со стороны опорного торца, дополнительно содержит монтажное кольцо с равнорасположенными по окружности на одном из торцов пазами. Монтажное кольцо составляет с подвижным кольцом щелевого уплотнения самостоятельную сборочную единицу, которая запрессовывается в корпусную деталь по посадочной поверхности монтажного кольца, при этом монтажное кольцо и подвижное кольцо собраны так, что резиновое уплотнительное кольцо прилегает к гладкой торцевой поверхности монтажного кольца, а подвижное кольцо зафиксировано в осевом и окружном направлениях при помощи установленных в подвижное кольцо не менее двух штифтов с лысками или шпонок, входящих в пазы на торце монтажного кольца таким образом, что плоскость поверхности лысок штифтов или шпонок опирается на дно пазов монтажного кольца.

На фиг.1 показан продольный разрез центробежного насоса; на фиг.2 — вид А на переднее плавающее уплотнение рабочего колеса; на фиг.3 — сечение Б-Б по втулке межступенчатого уплотнения; на фиг.4 — сечение В-В в плоскости расположения штифтов, или шпонок, фиксации подвижных колец передних уплотнений.

Центробежный насос содержит:

крышку входную 1 с приемным патрубком и опорными лапами;

крышку напорную 2 с выходным патрубком, опорными лапами, втулкой 7 и кольцом гидропяты 8;

передний и задний корпуса 23, 24 подшипников и концевые уплотнения 16, 17;

ротор с рабочими колесами 5 одностороннего входа и шпонками 4 передачи крутящего момента, втулками 6 межступенчатых уплотнений, втулкой дистанционной 9 и диском гидропяты 10, установленных и закрепленных гайкой 11 на валу 13, который опирается на подшипники 14 и 15 и имеет цапфу под полумуфту 12 привода мощности;

корпус 3 из секций и направляющих аппаратов с установленными в них кольцами щелевых уплотнений, из них:

межступенчатые уплотнения, имеющие неподвижное с упорным буртиком кольцо 18, запрессованное в корпус 3, и

передние уплотнения рабочих колес плавающего типа, имеющие подвижное кольцо 19 с упорным буртиком и канавкой с резиновым уплотнительным кольцом 20 со стороны опорного торца;

монтажное кольцо 21 с равнорасположенными по окружности на одном из торцов пазами Г, составляющее с подвижным кольцом 19 щелевого уплотнения самостоятельную сборочную единицу, которая запрессовывается в корпус 3 по посадочной поверхности монтажного кольца 21, при этом монтажное кольцо 21 и подвижное кольцо 19 собраны так, что резиновое уплотнительное кольцо 20 прилегает к гладкой торцевой поверхности монтажного кольца 21, а подвижное кольцо 19 зафиксировано в осевом и окружном направлениях при помощи установленных в подвижное кольцо не менее двух штифтов с лысками или шпонок 22, входящих в пазы Г монтажного кольца 21 таким образом, что плоскость поверхности лысок штифтов или шпонок 22 опирается на дно пазов Г монтажного кольца 21;

втулки 6 и неподвижные кольца 18 межступенчатых уплотнений выполнены с применением конструкционного карбида кремния, при этом втулки 6 межступенчатых уплотнений имеют сквозной торцевой паз под шпонки 4 рабочих колес.

Центробежный насос работает следующим образом. Ротор заполненного жидкостью насоса приводится во вращение со стороны полумуфты 12, при этом механическая энергия преобразуется в гидравлическую посредством вращающихся рабочих колес 5. Во время работы центробежного насоса на щелевых уплотнениях рабочих колес 5 устанавливается перепад давления жидкости, за счет которого имеют место протечки жидкости через уплотняющий зазор. При этом возникает радиальная гидродинамическая сила, пропорциональная эксцентриситету дросселирующих поверхностей щелевого уплотнения относительно оси вращения рабочего колеса 5. Для подвижного кольца 19 плавающего уплотнения эта сила способствует самоцентровке, если по величине превышает силу трения в торцовом контакте. Если это условие не выполняется, то подвижное кольцо 19 не самоцентрируется, тем не менее оно все же имеет возможность смещаться в радиальном направлении под ударным воздействием со стороны рабочего колеса 5. В этом случае подвижное кольцо 19 плавающего уплотнения является условно подвижным, при этом оно сравнительно легко занимает нейтральное положение, при котором обеспечивается безударная работа (Марцинковский В.А. Щелевые уплотнения — Сумы: изд. Сумского государственного университета, 2005. — 416 с. — С.366÷370). В конструкции переднего уплотнения дополнительно возникает демпфирующий эффект от установки резинового кольца в торцовом стыке. (Марцинковский В.А. Бесконтактные уплотнения роторных машин. — М.: Машиностроение, 1980. — 200 с. — С.122). Данный демпфирующий эффект зависит от эластичных свойств резинового уплотнительного кольца 20, степени его поджатая и деформации. Предложенная конструкция обеспечивает сохранение свойств резины уплотнительного кольца 20 в процессе изготовления, оптимальное его поджатие и деформацию в силу простоты выполнения точной установки и фиксации подвижного кольца 19 относительно монтажного кольца 21, возможность гидравлических испытаний каждой сборочной единицы на герметичность по стыку резинового уплотнительного кольца 20 и монтажного кольца 21.

Описанный выше механизм работы плавающих уплотнений позволяет уменьшить удельные нагрузки на дросселирующие поверхности передних уплотнений за счет податливости подвижных колец 19, благодаря чему передние щелевые уплотнения не подвержены интенсивному износу, особенно в период приработки в процессе эксплуатации, а применение предварительно собранного на монтажном кольце 21 подвижного кольца 19, испытанного на герметичность, повысит технологичность и качество монтажа.

В то же время межступенчатые уплотнения рабочих колес воспринимают радиальное воздействие со стороны ротора и являются его дополнительными опорами. Проведенные ООО «КТБ «Техно-Прогресс» работы по внедрению карбида кремния в конструкции подшипников центробежных насосов по ТУ 3731-001-12713840-2009 показали надежность их работы в условиях нефтепромысловой перекачки. Поэтому применение карбида кремния в конструкции втулок и колец межступенчатых уплотнений по аналогии с подшипниками насосов по ТУ 3731-001-12713840-2009 увеличит ресурс их работы без снижения объемного КПД насоса, и особенно на начальном этапе эксплуатации в процессе приработки, а выполнение паза на торце втулок межступенчатых уплотнений упростит их демонтаж при ремонте, удешевит изготовление.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом:

1. Монтажное кольцо, составляющее с подвижным кольцом переднего щелевого уплотнения самостоятельную сборочную единицу, позволяет:

— проводить быстрый монтаж сборочной единицы переднего уплотнения путем запрессовки в корпус, и демонтаж, с сохранением требуемых свойств материала резинового уплотнительного кольца, установленного по стыку подвижного и монтажного колец;

— обеспечить качество изготовления каждого модуля за счет возможности проведения испытаний на герметичность и плотность стыка между подвижным кольцом и монтажным кольцом в процессе изготовления;

— повысить качество восстановительных работ в условиях ремонтных подразделений эксплуатирующих организаций за счет простоты сборки и применения модулей передних щелевых уплотнений, испытанных на герметичность на предприятии-изготовителе.

2. Применение в конструкции втулок и неподвижных колец межступенчатых уплотнений карбида кремния позволит:

— снизить износ дросселирующих поверхностей втулок и неподвижных колец межступенчатых щелевых уплотнений;

— увеличить ресурс эксплуатации насоса с высоким значением КПД.

3. Выполнение паза на торце втулок межступенчатых уплотнений упростит их демонтаж при ремонте и удешевит изготовление.

Вышеназванные преимущества позволяют достичь указанный заявителем технический результат.

Из уровня техники данная совокупность существенных признаков заявителю не известна.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Центробежный насос, содержащий крышку входную с приемным патрубком и опорными лапами; крышку напорную с выходным патрубком и опорными лапами, втулкой разгрузки и кольцом гидропяты; передний и задний корпуса подшипников и концевые уплотнения; ротор с рабочими колесами одностороннего входа и шпонками передачи крутящего момента, втулками межступенчатых уплотнений, втулкой разгрузки и диском гидропяты, установленных и закрепленных гайкой на валу, который опирается на подшипники и имеет цапфу под полумуфту привода мощности; корпуса из секций и направляющих аппаратов с установленными в них кольцами щелевых уплотнений, из них межступенчатые уплотнения, имеющие неподвижное с упорным буртиком кольцо, запрессованное в корпус, и передние уплотнения рабочих колес плавающего типа, имеющие подвижное кольцо с упорным буртиком и канавкой с резиновым уплотнительным кольцом со стороны опорного торца, отличающийся тем, что дополнительно содержит монтажное кольцо с равнорасположенными по окружности на одном из торцов пазами, составляющее с подвижным кольцом щелевого уплотнения самостоятельную сборочную единицу, которая запрессовывается в корпус по посадочной поверхности монтажного кольца, при этом монтажное кольцо и подвижное кольцо собраны так, что резиновое уплотнительное кольцо прилегает к гладкой торцевой поверхности монтажного кольца, а подвижное кольцо зафиксировано в осевом и окружном направлениях в монтажном кольце.

2. Центробежный насос по п.1, отличающийся тем, что подвижное кольцо зафиксировано в монтажном кольце при помощи установленных в подвижное кольцо не менее двух штифтов с лысками или шпонок, входящих в пазы монтажного кольца таким образом, что полость поверхности лысок штифтов или шпонок опирается на дно пазов монтажного кольца.

3. Центробежный насос по п.1, отличающийся тем, что втулки межступенчатых уплотнений имеют торцевой паз под шпонками рабочих колес.

4. Центробежный насос по п.1, отличающийся тем, что втулки и неподвижные кольца межступенчатых уплотнений выполнены с применением конструкционного карбида кремния.