Насос-компрессор

 

(is) ЕЫ (11) 2 (5125 Р04031 60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5000174/29 (22) 09.0891 (46) 30.10.93 Бюл. Ма 39-40 (76) Матвеев Сергей Борисович (54) НАСОС-КОМПРЕССОР (57) Использование: дпя перекачивания жидких. и газообразных сред и их смесей Сущность изобретения: рабочий орган с входным и выходным отверстиями установлен с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и выполнен из тонкостенного материала, закрепленнного на жестком каркасе и свернутого по спирали с шагом между витками. Витки по торцам герметично соединены с боковыми стенками. Входное отверстие выполнено в виде окна образованного на периферии спирали боковыми стенками последнего и предпоследнего витков спиратти. В качестве материала рабочего органа использована армированная пластиковая пленка..Пленка прикреплена к жесткому каркасу, свернутому по спирали. 2 зл. ф-пы, 3 ил.

2002124

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение для перекачивания жидких и газообразных сред и.их смесей, Известен насос-компрессор, содержащий вращающийся вокруг горизонтальной оси рабочий орган в виде винтовых спираль-. ных трубок, имеющих входные и выходные отверстия, всасывающие и нагнетвтельные трубопроводы для жидкости и газа, и сепаратор (см. патент Великобритании. f4

1427723, кл. F 04 0 31/00, 1976).

Недостаток этого насоса-компрессора заключается в низком напоре, создаваемым им. 15

Известен насос-компрессор, устраняющий укаэанный недостаток, содержащий установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси рабочий орган с входным и выходными патрубками и сепа- .20 ратор.

В этом насосе рабочий орган выполнен в виде винтовых трубок, что позволяет при вращении вокруг горизонтальной оси пропускать по длине трубокчередующиеся пор- 25 . ции газа и жидкости. Использование сжимаемости газа и разности высот столбов жидкости в витках трубок приводит к повышению давления от входа к выходу насосакомпрессора. 30

Однако при разработке насосов на таком принципе перекачивания жидкости и газа применительно для открытых водоемов, например, для полива полей, садов и огородов, требующих относительно неболь- 35 аих расходов воды 1-30 л/с и напора 10-30 м, необходимо обеспечить технологичность изготовления насоса и минимальную материалоемкость, Это связано с тем, что. полеводу, садоводу и огороднику требуется 40 насос, который был бы надежен, прост в эксплуатации и обслуживании, был легким и негромоздким, Для изготовителя же основными требованиями являются — высокая технологичность изделия и его низкая мате- 45 риалоемкость.

Этот насос-компрессор для перекачивания жидкости и газа иэ открытых водоемов в полной мере не отвечает перечисленным требованиям для изготовителя. 50

Нетехнологичность насоса-компрессора связана с тем, что рабочий орган выполнен для обеспечения заданного расхода жидкости в виде многозаходного винта из пучка трубок, Изготовление трубок, их на- 55 вивка, сварка, центровка. сопряжение входных и выходных патрубков достаточно сложный и трудоемкий техпроцесс, Если рассчитать насос-компрессор, в котором трубки по винтовой линии размещаются беэ зазора, т.е. вплотную, то получится, что между двумя внутренними полостями трубок находятся две их стенки, которые должны быть прочными и жесткими. Прочными для того, чтобы выдерживать перепад между внутренним и внешним давлениями (на выходе из трубок оно достигает макс. значений 810 атм, а на входе близко-давлению окружающей среды), а жестким, чтобы сохранять заданную конфигурацию витка при его вращении, обеспечивая последовательное расположение и передвижение по виткам порций жидкости и газа. Все это с неизбежностью приводит к значительному увеличению расхода материала — металла или пластмассы. Излишняя материалоемкость приводит к увеличению веса насоса-компрессора и его себестоимости.

Целью изобретения является устранеwe отмеченных недостатков. укаэанная цель достигается тем, что в предлагаемом насосе-компрессоре рабочий орган закреплен на жестком каркасе, выполнен иэ тонкостенного материала, сдвинутого по спирали с шагом между витками, которые герметично соединены по торцам с боковыми стенками, при этом входным патрубком рабочего органа является окно, образованное на периферии спирали ее последним, предпоследним витками, а также и боковыми стенками, Кроме того, в качестве материала рабочего органа использована армированная пластиковая пленка, прикрепленная к жесткому каркасу, свернутому по спирали.

На фиг.1 изображен насос-компрессор для перекачивания воды из реки и воздуха из атмосферы; на фиг.2 — то же, поперечный разрез; на фиг.3 — сечение А — А на фиг.2.

Насос-компрессор - содержит рабочий орган 1, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и соединенный с жестким каркасом 2, выполненЪ1 ным в виде лопастного колеса 3, установленного во втулках 4. Насос-компрессор подвешен на канате 5 так, что одновременно обеспечивается необходимый контакт входного патрубка с водой и вращеwe лопастей от потока речной воды (средства, удерживающие канат 5 с насосом-компрессооом в укаэанном положении, не показаны), Рабочий орган.1 насоса-компрессора выполнен из армированной пластиковой пленки, свернутой по спирали с равным шагом между стенками витков, которые герметично соединены по торцам с боковыми стенками 6. и 7, величина шага, количество витков, наружный диаметр, длина и ширина насоса-компрессора определя2002124

5 ган размещен в воде до его середины. За второй оборот рабочего органа жидкость и газ попадают из первого витка во второй и т.д. до заполнения всех витков спирали, По скольку объемы витков от периферии к оси

10 уменьшаются, то жидкость (при отсутствии сопротивления на выходе из насоса) свобод но переливается из предыдущих витков в последующие до тех пор, пока вода не раз местится на одном уровне в каждом витке

15 (как в сообщающихся сосудах). За один полный оборот рабочего органа каждая точка спирали последовательно находится в среднем, верхнем среднем, и нижнем положениях. В результате этого за каждый оборот в

20 виток поступает порции газа и воды. Вращение рабочего органа заставляет воду, находящуюся s нижней части витков под действием сил гравитации, перемещаться к центру спирали, перемещая одновременно

25 и порции газа, заключенного между порциями воды, Перекачиваемые порции газа при сопротивлении на выходе иэ насоса-компрессора сжимаются по мере движения вдоль спирального канала от входа к выхо30 ду, а вода в витках все сильнее отклоняется

40

55 ются исходя из необходимого расхода и напора воды, Рабочий орган 1 прикреплен к жесткому каркасу 2, выполненному из сборной дюралевой конструкции, с помощью разъемных соединений, На горизонтальной оси насосакомпрессора в торцовых жестких стенках 6 и 7 размещены сепаратор 8, патрубки 9 и 10 отвода жидкости и газа соответственно, соединенные трубопроводами с потребителями (не показаны). Патрубки 9 и 10 установлены в подшипниках, что обеспечивает их вращение относительно рабочего органа 1 и жесткого каркаса 2 с лопастным колесом 3. Входным патрубком, фактически эаборником воды и газа, является окно 11, образованное на периферии спирали рабочего органа 1. ее последним и предпоследним витками, а также ее боковыми герметичными стенками из пластика, соединенными с жесткими стенками 6 и 7.

Рост давления от витка к витку в процессе работы насоса происходит приблизительно на одну и ту же (небольшую) величину, а так как стенка рабочего органа

1 в радиальном направлении является границей раздела полостей двух смежных витков, то поэтому на нее и действует небольшой перепад давления от этих полостей, что и позволяет изготовить ее из тонкого материала. В осевом направлении боковая стенка рабочего органа 1 испытывает намного больший перепад давления в сравнении с радиальным (чем ближе к оси, тем больше), поэтому герметичные боковые стенки рабочего органа должны опираться на жесткие торцовые стенки 6 и 7 каркаса

2. Кроме того, за счет внутреннего избыточного давления, создаваемого при работе в витках спирали жидкостью и газом. а также за счет жесткого каркаса 2 вся конструкция насоса-компрессора при6бретает дополнительные прочностные качества. Патрубки 9 и 10 не вращаются, закрепляются с помощью подшипников 12 и 13 внутри каркаса 4

2 так, что отвод жидкости из нижней части выходной полости насоса, а газа иэ его верхней части осуществляется соответствующими патрубками благодаря поплавковому. сепаратору 8, 5

Выполнение рабочего органа иэ тонкостенного материала, например армированной пластиковой пленки, свернутой по спирали с шагом между витками, повышает технологичность изготовления насоса-компрессора и снижает материалоемкость.

Насос работает следующим образом, Поток речной воды вращает лопастное колесо 3. связанное через жесткий каркас 2 с рабочим органом 1 по часовой стрелке.

Рабочий орган 1, вращаясь. захватывает за один оборот окном 11 порции жидкости и газа, каждая порция равна половине объема первого витка спирали, так как рабочий орот равновесного положения. В витках, расположенных ближе к выходу, уровень воды достигает своего предельного положения раньше, избыток воды или газа, возникший при этом в каком-либо витке, устраняется самоперетеканием (возвращением) в предыдущий виток спирали рабочего органа, что создает и в нем предельное положение уровней воды. Такое положение уровней в витках является оптимальным, так как при атом достигается максимальное повышение давления в витке за счет максимальной разности высот столбов воды в витках. Вследствие такой самонастройки насос-компрессор обеспечивает заданный расход в рабочем интервале давлений с максимальной эффективностью. Зто существенно важно при использовании ручного привода насоса-комп рессора.

Таким образом, порции воды и газа попадают во внутреннюю полость рабочего органа 1, далее в полость насоса, где под действием давления сжатого газа и при помощи сепаратора 8 вода через патрубок 9 отвода воды подается потребителю, а сжатый газ через патрубок 10 может подаваться в турбодетандер или на другие цели. При отсутствии потребителей газа вода и газ могут подаваться вместе, что несколько снижает гидравлическое сопротивление

2002124 трубопроводов, но вызывает некоторые пульсации давления в них.

При перекачивании воды из неподвижного водоема рабочий орган 1 устанавливают либо стационарно на опорах с 5 возможностью вращения, либо на плоту, используя для вращения в качестве привода мускульную силу или иной источник энергии.

Разработаны и изготовлены опытные ь образцы насоса:

Формула изобретения.

1. НАСОС-КОМПРЕССОР, содержащий установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси рабочий орган с входным и выходным отверстиями, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен из тонкостенного материала, закрепленного на жестком каркасе и свернутого по спирали с шагом между витками, которые герметично соединены по торцам с боковыми стенками; при этом . входным отверстием рабочего органа является окно, Рабочий орган выполнен из армированного пластика (пленка), жесткий каркас из сборного дюралюминия. Габариты: длина 900 мм, диаметр 600 мм, масса насосакомпрессора 8 кг (без трубопроводов).

Напор 11,5 м, расход воды 1,55 л/об или

4000 л/ч. (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1430611, кл, F 04 0 31/00, 1987. г образованное на периферии спирали боковыми стенками последнего и предпоследнего витков спирали.

2. Насос-компрессор по п.1, отл чающийся тем, что в качестве материала рабочего органа использована армированная пластиковая пленка.

-3. Насос-компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что насос снабжен жестким каркасом, свернутым по спирали, а пленка прикреплена к последнему.

2002124

Тираж Подписное

НПО,"Поиск". Роспатента

113035, Москве, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3165

Производственно-иэдательский коМбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель С. Матвеев

Редактор М. Стрельникова Техред М. Моргентал . Корректор А. Коэориэ