Многоступенчатое насосное устройство
Полезная модель предназначена для перекачивания газов, жидкостей и мультифазных смесей с высоким содержанием механических примесей, например, пластовых жидкостей нефтяных месторождений. Многоступенчатое насосное устройство включает, по меньшей мере, две ступени (1) и (2) насосов, размещенные последовательно на общем валу (3) Каждая ступень (1) и (2) имеет корпус (4) с цилиндрической внутренней поверхностью (5), ограниченный с торцов боковыми крышками (6) и (7) с впускными (8) и выпускными (9) окнами. Внутри корпуса (4) расположен ротор (10), в пазах (11) которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины (12). Цилиндрическая внутренняя поверхность (5) имеет направляющую в форме эллипса с величиной соотношения меньшей оси к большей 0,6-0,9. повышение надежности и долговечности конструкции. Повышается надежность и долговечность за счет равномерного, без скачков и ударов перемещения пластин и повышения стойкости к ударам крупных механических частиц при перекачивании реальных жидкостей. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Полезная модель относится к насосам объемного типа, а более конкретно к многоступенчатым насосам, предназначенным для перекачивания газов, жидкостей и мультифазных смесей с высоким содержанием механических примесей, например, пластовых жидкостей нефтяных месторождений.
Известен пластинчатый нефтяной насос, содержащий корпус, ротор с радиальными пазами, в которых размещены рабочие пластины, постоянно находящиеся в контакте с внутренней профилированной поверхностью корпуса во время вращения ротора, между которыми расположены камеры перекачивания смесей (патент RU 2191926, МПК7 F04C 2/344, опубл. 2002 г.).
Полость корпуса выполнена в виде цилиндрической поверхности, образованной двумя парами симметрично расположенных дуг с различными радиусами и плавными переходами от дуг большего радиуса к дугам меньшего радиуса. Поверхности одинаковых радиусов расположены напротив друг друга. Ротор насоса имеет цилиндрическую поверхность, образованную окружностью с радиусом, меньшим, чем малый радиус внутренней поверхности корпуса. Рабочие пластины числом не менее 8 подпружинены в радиальных пазах с возможностью радиального перемещения, а на внутренней поверхности паза выполнены канавки, соединяющие объем паза под рабочей пластиной с камерами перекачивания. Рабочие пластины выполнены из износостойкого полиуретана с добавлением смеси дисульфида молибдена, графита окисленного и др. Внутренняя поверхность полости корпуса и подшипники скольжения выполнены из того же полиуретана, а боковые крышки из стали.
Недостатки известного технического решения заключаются в следующем:
- низкий напор из-за невозможности создания многоступенчатого насосного устройства на основе этого насоса;
- невозможность перекачивания насосом сред с высоким содержанием механических частиц, так как жидкость заходит в насос радиально, затем перемещается на определенный угол в рабочей камере и вытесняется опять в радиальном направлении, оставляя при этом у верхних кромок пазов ротора зоны отложения твердых частиц и солей, а канавки, соединяющие объем паза под рабочей пластиной с камерами перекачивания, не позволяют обеспечить проточное течение перекачиваемой жидкости в камере под рабочей пластиной, что приводит также к образованию застойных зон в этих камерах и накоплению в них твердых частиц.
- низка надежность и долговечность конструкции, так как пластины перемещаются не равномерно, со скачками и ударами. Тангенциальная составляющая усилия от контакта пластины и корпуса в точке касания, значительна, так как неравномерен темп набора кривизны при сопряжении дуг большего радиуса с дугами меньшего радиуса.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является многоступенчатое насосное устройство (патент RU 2395720, МПК F04C 2/344 (2006.01), опубл. 2010 г.), включающее, по меньшей мере, две ступени насосов, размещенные последовательно на общем валу, каждая ступень выполнена в виде пластинчатого насоса объемного типа, имеющего корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, ограниченный с торцов боковыми крышками с впускными и выпускными окнами, и расположенный внутри корпуса ротор, в пазах которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины. Направляющая цилиндрической поверхности образована двумя парами симметрично расположенных дуг разных радиусов и плавными переходными участками от дуг большего радиуса к дугам меньшего радиуса.
Такое устройство обеспечивает возможность перекачивания сред с высоким содержанием механических частиц и за счет многоступенчатости создает на выходе высокий напор перекачиваемой жидкости.
Однако, в таком устройстве также как у аналога, низка надежность и долговечность конструкции по вышеописанным причинам.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности и долговечности конструкции.
Поставленная задача решается усовершенствованием многоступенчатого насосного устройства, включающего, по меньшей мере, две ступени насосов, размещенные последовательно на общем валу, каждая ступень выполнена в виде пластинчатого насоса объемного типа, имеющего корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, ограниченный с торцов боковыми крышками с впускными и выпускными окнами, и расположенный внутри корпуса ротор, в пазах которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины.
Это усовершенствование заключается в том, что цилиндрическая внутренняя поверхность имеет направляющую в форме эллипса с величиной соотношения меньшей оси к большей 0,6-0,9.
Такая форма направляющей позволяет пластинам перемещаться вдоль нее более равномерно, без скачков и ударов, так как линейная скорость пластин относительно ротора также изменяется более равномерно. Кроме того, тангенциальная составляющая усилия от контакта пластины и корпуса в точке касания, значительно ниже, так как темп набора кривизны эллиптической поверхности равномерней и меньше чем при сопряжении дуг большего радиуса с дугами меньшего радиуса, при тех же габаритах.
При соотношении осей меньшем 0,6 требуются большие усилия на перемещение пластин, при соотношении большем 0,9 снижается производительность насоса, так как эллипс превращается в окружность.
Кроме того, на торцах ротора могут быть выполнены канавки, сообщенные с пазами, что позволяет перетекать жидкости при возвратно-поступательном движении пластин в пазах ротора, обеспечивая тем самым дополнительное усилие прижатия пластин к рабочей внутренней поверхности корпуса, что особенно важно при малых оборотах насоса, когда усилия прижатия за счет действия центробежных сил недостаточно для герметичности.
Кроме того, смежные ступени могут иметь общую крышку, которая является выходной для одной ступени и входной для другой, что обеспечивает рациональную компоновку многоступенчатого насосного устройства и упрощает его конструкцию.
Кроме того, детали ступени могут быть выполнены из износостойких материалов, имеющих высокие антифрикционные свойства, твердость и прочность, и ударной вязкости не менее 150 кДж/м2, что позволяет повысить надежность и долговечность за счет повышения стойкости к ударам крупных механических частиц при перекачивании реальных жидкостей.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг.1 показан общий вид многоступенчатого насосного устройства заявляемой конструкции, на фиг.2 - представлен разрез А-А на фиг.1, а на фиг.3 показана одна ступень устройства в изометрии.
Многоступенчатое насосное устройство включает, по меньшей мере, две ступени 1 и 2 насосов, размещенные последовательно на общем валу 3, каждая ступень 1 и 2 выполнена в виде пластинчатого насоса объемного типа. Каждая ступень 1 и 2 имеет статор 4 с профилированной внутренней поверхностью 5, ограниченный с торцов боковыми крышками 6 с окнами 7. Внутри статора 4 расположен ротор 8, в пазах 9 которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины 10. Профилированная внутренняя поверхность 5 имеет форму эллипса с величиной соотношения меньшей оси b к большей а 0,6-0,9. В приведенном варианте на торцах ротора 8 выполнены канавки 11, сообщенные с пазами 9. Смежные ступени 1 и 2 имеют общую крышку 6, которая является выходной для ступени 1 и входной для ступени 2. Детали ступени (статор 4, ротор 8, пластины 10) выполнены из износостойких материалов, имеющих высокие антифрикционные свойства, твердость, прочность и ударную вязкость не менее 150 кДж/м2, например из Р6М5 ГОСТ 19265-73,
Многоступенчатое насосное устройство работает следующим образом.
При вращении ротора 8 центробежные силы прижимают пластины 10, установленные в пазах 9, к внутренней поверхности 5 статора 4,. Между ротором 8, внутренней поверхностью 5 статора 4, крышками 6 и пластинами 10 образуются рабочие камеры 12, количество которых равно числу пластин 10. При вращении ротора 8 объемы рабочих камер 12 изменяются, так как пластины 10 в эти моменты совершают движение относительно пазов 9 ротора 8, и через впускные окна 7 перекачиваемая смесь поступает в рабочие камеры 12. За счет того, что внутренняя поверхность 5 имеет форму эллипса, пластины 10 перемещаются равномерно, без скачков и ударов и линейная скорость пластин 10 относительно ротора 8 также изменяется более равномерно. Кроме того, тангенциальная составляющая усилия от контакта пластины 10 и внутренней поверхности 5 статора 4 в точке касания, значительно ниже, так как темп набора кривизны поверхности в форме эллипса равномерный. По канавкам 11, сообщенным с пазами 9 рабочая жидкость перетекает при возвратно-поступательном движении пластин 10 в пазах 9 ротора 8, обеспечивая тем самым дополнительное усилие прижатия пластин 10 к рабочей внутренней поверхности 5 статора 4. Далее при вращении ротора 8 происходит вытеснение перекачиваемой жидкости из рабочих камер 12 через выходные окна 7 общей крышки из ступени 1 в смежную ступень 2, работа которой происходит аналогично работе ступени 1. Из ступени 2 перекачиваемая жидкость через выпускные окна поступает в нагнетательную линию насоса или на вход следующей ступени.
Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет повысить надежность и долговечность за счет равномерного, без скачков и ударов перемещения пластин и повышения стойкости к ударам крупных механических частиц при перекачивании реальных жидкостей.
1. Многоступенчатое насосное устройство, включающее, по меньшей мере, две ступени насосов, размещенные последовательно на общем валу, каждая ступень выполнена в виде пластинчатого насоса объемного типа, имеющего корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, ограниченный с торцов боковыми крышками с впускными и выпускными окнами, и расположенный внутри корпуса ротор, в пазах которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины, отличающееся тем, что цилиндрическая внутренняя поверхность имеет направляющую в форме эллипса с величиной соотношения меньшей оси к большей 0,6-0,9.
2. Многоступенчатое насосное устройство по п.1, отличающееся тем, что на торцах ротора выполнены канавки, сообщенные с пазами.
3. Многоступенчатое насосное устройство по п.1, отличающееся тем, что смежные ступени имеют общую крышку, которая является выходной для одной ступени и входной для другой.
4. Многоступенчатое насосное устройство по п.1, отличающееся тем, что детали ступени выполнены из износостойких материалов, имеющих высокие антифрикционные свойства, твердость и прочность, и ударной вязкости не менее 150 кДж/м2.
