Устройство и способ нагнетания давления текучей среды

Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам и способам для нагнетания давления текучих сред, и может быть использовано для перекачки жидкостей, газов. Устройство включает, по меньшей мере, одно выполненное с возможностью вращения рабочее колесо (1), содержащее задний (3), передний (4) и основной (5) диски, установленные соосно с зазором и жестко соединенные, например, посредством шпилек (6). Герметичность обеспечивается обечайкой (7). В переднем диске (4), со стороны торцевой поверхности выполнено осевое входное отверстие (8) с патрубком (9) для подачи текущей среды в зазор между передним диском (4) и основным диском (5). На смежных торцевых поверхностях дисков (4) и (5) выполнены радиальные лопатки (10). На периферии основного диска (5) имеются отверстия (11). Задний выходной диск (3) имеет выходной патрубок (12). Входной (9) и выходной (12) патрубки образуют ось вращения и вращаются в опорных подшипниках (13). Для соединения с подводящим и отводящим трубопроводами используются торцевые уплотнения (14). Изобретение направлено на устранение гидравлических потерь. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОПИСАНИЕ ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам и способам для нагнетания давления текучих сред, и может быть использовано для перекачки жидкостей, газов а также в конструкциях движителей в судостроении.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известно множество решений, описывающих насосы для нагнетания давления с использованием центробежного рабочего колеса, вращающегося в замкнутом корпусе, и преобразующем кинетическую энергию потока в потенциальную энергию давления. Однако, применение подобных конструкций является одной из основных причин возникновения кавитационных процессов, которые в свою очередь ограничивают максимальную скорость вращения колеса, вызывают биения и значительные радиальные нагрузки, приводят к повышенному износу. Также, ни одно решение не позволяет в полной мере избавиться от потерь, вызванных протечками через внутренние уплотнения рабочего колеса от зоны повышенного давления к зоне всасывания.

Наиболее близким аналогом заявленной группы изобретений является способ и устройство для нагнетания давления текучей среды, раскрытые в патенте РФ на изобретение RU №2617614. Известное устройство содержит включающее, по меньшей мере, одно выполненное с возможностью вращения безлопастное рабочее колесо, содержащее жестко соединенные задний и передний диски, размещенные соосно с зазором, причем в переднем диске выполнено входное отверстие для текучей среды, а на смежных торцевых поверхностях переднего и заднего дисков выполнены чередующиеся кольцевые выступы, формирующие лабиринтный канал для прохождения текучей среды от упомянутого входного отверстия к выходному отверстию, образованному упомянутым зазором между дисками, при этом указанный лабиринтный канал имеет постоянную площадь проходного сечения.

Недостатком данного аналога являются протечки через внутренние уплотнения рабочего колеса от зоны повышенного давления к зоне всасывания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретений является устранение недостатков аналогов.

Технический результат группы изобретений заключается в устранении возможности гидравлических потерь в результате недостаточного уплотнения рабочего колеса.

Указанный технический результат достигается в устройстве для нагнетания давления текучей среды за счет того, что оно включает, по меньшей мере, одно выполненное с возможностью вращения закрытое рабочее колесо, содержащее жестко соединенные основной, передний и задний диски, размещенные соосно с зазором, причем в переднем диске выполнено входное отверстие для текучей среды с патрубком, образующим ось вращения. Аналогично выполнено соосное выходное отверстие с патрубком в заднем диске. Между передним и основным дисками имеются радиальные лопатки, а на периферии основного диска выполнены отверстия, через которые нагнетаемая среда перетекает из нагнетательной камеры между передним и основным дисками в выходную камеру между основным и задним дисками. Диски соединены между собой по периферии глухими обечайками и образуют герметичную емкость, имеющую входной и выходной соосно расположенные патрубки, образующие ось вращения.

Указанный технический результат достигается в способе нагнетания давления текучей среды за счет того, что он включает осевую подачу текучей среды в, по меньшей мере, одно вращающееся рабочее колесо с последующим радиальным распределением текучей среды и ее перетоком через отверстия на периферии основного диска в разгрузочную зону между средним и задним дисками с последующим осевым выходом через выходной патрубок. При этом используют рабочее колесо, содержащее герметично соединенные задний, основной и передний диски, размещенные соосно, причем в переднем диске выполнен соосно размещенный входной патрубок для текучей среды, на заднем диске имеется расположенный соосно выходной патрубок, между передним и основным диском имеются радиальные лопатки, а диски соединены глухими обечайками таким образом, что образуют герметичный сосуд с входным и выходным патрубками. Для присоединения вращающихся патрубков к неподвижным подводам используются торцевые уплотнения.

Кроме того, предусмотрены частные варианты реализации группы изобретений, согласно которым:

- вместо радиальных лопаток используются кольцевые выступы на основном и переднем дисках,

- вместо радиальных лопаток используются перфорированные радиальные перегородки,

- в устройстве дополнительно предусмотрен привод вращения рабочего колеса,

- с целью снижения осевых нагрузок используются, по меньшей мере, два симметрично расположенных на одном валу рабочих колеса, причем подвод нагнетаемой жидкости осуществляется через патрубки колес направленные разнонаправленно, а отвод осуществляют через патрубки, направленные навстречу друг другу.

В отличие от наиболее близкого аналога, в заявленных способе и устройстве используют нагнетательную камеру, образованную между основным и передним дисками, и выходную, образованную между основным и задним дисками. По заявленному способу не требуется неподвижного внешнего корпуса насоса, а вход и выход нагнетаемой среды расположены соосно. При этом обеспечивается отсутствие причин для возникновения кавитации, помпажа и гидравлических протечек от зоны нагнетания к зоне разрежения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявленное устройство для нагнетания давления текучей среды поясняется чертежами и содержит, по меньшей мере, одно рабочее колесо (1), выполненное с возможностью вращения с использованием привода (2).

Рабочее колесо (1) имеет задний (3), передний (4) и основной (5) диски, установленные соосно с зазором и жестко соединенные посредством шпилек (6). Герметичность обеспечивается обечайкой (7). В рамках данной заявки термины «передний» и «задний» применяются относительно направления потока. В переднем диске (4), со стороны торцевой поверхности выполнено осевое входное отверстие (8) с патрубком (9) для подачи текучей среды в зазор между передним диском (4) и основным диском (5). На смежных торцевых поверхностях дисков (4) и (5) выполнены радиальные лопатки (10). На периферии основного диска (5) имеются отверстия (11). Задний выходной диск (3) имеет выходной патрубок (12). Входной (9) и выходной (12) патрубки выполнены соосно, образуют ось вращения и вращаются в опорных подшипниках (13). Для соединения с подводящим и отводящим трубопроводами используются торцевые уплотнения (14). Для сообщения вращательного движения, используется ременная передача (15).

Заявленный способ нагнетания давления с использованием описанного устройства реализуется следующим образом.

Текучая среда (жидкость, газ, суспензия, жидкостно-газовая среда и т.д.), попадая через входной патрубок (9) внутрь нагнетательной полости между передним диском (4) и основным (5) с радиальными лопатками (10), под воздействием центробежных сил отбрасывается к периферии, где вытесняется через отверстия (11) в выходную полость между основным диском (5) и задним диском (3), откуда отводится через выходной патрубок (12). Пунктиром показан путь движения текучей среды.

1. Устройство для нагнетания давления текучей среды, включающее, по меньшей мере, одно выполненное с возможностью вращения рабочее колесо (1), содержащее задний (3), передний (4) и основной (5) диски, соединенные посредством шпилек (6), установленные соосно с зазором, отличающееся тем, что передний и основной диски жестко герметично соединены обечайкой (7), причем в переднем диске (4) выполнено осевое входное отверстие (8) с патрубком (9) для подачи текущей среды в зазор между передним диском (4) и основным диском (5), на смежных торцевых поверхностях дисков (4 и 5) выполнены радиальные лопатки (10) или кольцевые выступы или перфорированные радиальные перегородки, на периферии основного диска (5) имеются отверстия (11), задний выходной диск (3) имеет выходной патрубок (12), входной (9) и выходной (12) патрубки образуют ось вращения в опорных подшипниках (13), а для соединения с подводящим и отводящим трубопроводами используются торцевые уплотнения (14).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит привод вращения рабочего колеса.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что использованы, по меньшей мере, два симметрично расположенных на одном валу рабочих колеса, причем подвод нагнетаемой жидкости осуществляется через патрубки колес, направленные разнонаправленно, а отвод осуществляют через патрубки, направленные навстречу друг другу.

4. Способ нагнетания давления текучей среды, включающий осевую подачу текучей среды в, по меньшей мере, одно вращающееся рабочее колесо (1), содержащее задний (3), передний (4) и основной (5) диски, соединенные посредством шпилек (6), установленные соосно с зазором, отличающийся тем, что передний и основной диски жестко герметично соединены обечайкой (7), причем в переднем диске (4) выполнено осевое входное отверстие (8) с патрубком (9) для подачи текущей среды в зазор между передним диском (4) и основным диском (5), на смежных торцевых поверхностях дисков (4) и (5) выполнены радиальные лопатки (10), на периферии основного диска (5) имеются отверстия (11), задний выходной диск (3) имеет выходной патрубок (12), входной (9) и выходной (12) патрубки образуют ось вращения в опорных подшипниках (13), а для соединения с подводящим и отводящим трубопроводами используются торцевые уплотнения (14).

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит привод вращения рабочего колеса.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что использованы, по меньшей мере, два симметрично расположенных на одном валу рабочих колеса, причем подвод нагнетаемой жидкости осуществляется через патрубки колес, направленные разнонаправленно, а отвод осуществляют через патрубки, направленные навстречу друг другу.