Насосная установка

 

Использование: в отраслях промышленности, в которых недопустимы утечки перекачиваемых сред: агрессивных, токсичных, радиоактивных, легковоспламеняющихся, взрывоопасных, инфицированных, крайне дорогих и т.п. Сущность изобретения: в установках под действием приводного механизма подвижный рабочий орган совершает возвратно-поворотные перемещения. Нагнетательный и всасывающий трубопроводы выполнены гибкими и не препятствуют перемещению рабочего органа. Преобразование энергии приводного механизма в энергию перекачиваемого рабочего тела происходит в рабочем органе. Конструкция не содержит валов, связывающих рабочий орган с приводным механизмом, и абсолютно герметична. В качестве рабочих органов установки используются колеса с прямыми или загнутыми лопатками, полые трубы, зубчатые шестерни, коловратные и винтовые роторы, роторы с размещенными в них подвижными пластинами, поршнями, роликами, дисками трения, вихревыми колесами. 6 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к средствам для перекачивания жидкостей и газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, и прежде всего там, где недопустимы утечки перекачиваемых сред: агрессивных, токсичных, радиоактивных, инфицированных, легковоспламеняющихся, крайне дорогих, взрывоопасных и т.п.

Известны насосные установки, содержащие рабочий орган, кинематически связанный с ним приводной механизм с выходным узлом, установленный на фундаменте, гибкие всасывающий и нагнетательный трубопроводы (см. а.с. SU N 1416765, кл. F 04 F 7/00, 1988).

Наряду с известными достоинствами эти установки имеют существенный недостаток, связанный с необходимостью при помощи вала связать рабочий орган, находящийся в корпусе насоса, с приводом, находящимся снаружи. Это вызывает необходимость установки сальникового устройства для снижения утечек через зазор между корпусом насоса и валом.

Существует большое количество разработок по совершенствованию как самих сальников, так и сальниковых устройств в целом, но, тем не менее, это место является наиболее уязвимым элементом насосной установки и более, чем какой-либо другой узел установки, подвержено аварийным выходам из строя. Кроме того, ни одна из конструкций сальникового устройства не гарантирует полной герметичности насосной установки.

Известны технические решения по герметизации насосных установок, заключающиеся в размещении приводного механизма и связанного с ним ротора электродвигателя внутри насоса, а статора электродвигателя снаружи. В этом случае в зазор между статором и консольно расположенным на валу ротором электродвигателя помещается герметичный тонкостенный колпак из слабомагнитного материала, приваренный к корпусу насоса, или размещают весь электродвигатель в полости насоса.

Полное или частичное размещение электродвигателя в лопасти насоса значительно усложняет и удорожает конструкцию установки, снижает ее экономичность, ограничивает давление, развиваемое насосом, требует использования специальных электроизоляционных и коррозионностойких материалов, затрудняет профилактику и ремонт насоса и электродвигателя, что в конечном счете снижает надежность установки.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, обеспечение герметичности и повышение надежности насосной установки.

В соответствии с данным изобретением в насосной установке, содержащей рабочий орган, кинематически связанный с ним приводной механизм с выходным узлом, установленный на фундаменте, гибкие всасывающий и нагнетательный трубопроводы, рабочий орган снабжен направляющими опорами, установленными на фундаменте, а приводной механизм выполнен с возвратно-поворотным движением выходного узла. Рабочий орган может быть выполнен в виде камеры и радиальных лопаток, закрепленных на ее внутренней стенке. Камера может быть выполнена в форме сектора, центр образующей окружности которого расположен на оси направляющих опор. Рабочий орган может быть выполнен также в виде трубы, расположенной радиально по отношению к оси направляющих опор, при этом всасывающий трубопровод связан с центральным участком трубы, а напорный с периферийным. Установка может быть снабжена кольцевым напорным коллектором, а рабочий орган может быть выполнен в виде нескольких расположенных радиально труб с гибким трубопроводом на периферийном участке каждой трубы и размещенных симметрично относительно оси направляющих опор, при этом выходные концы гибких трубопроводов соединены с кольцевым напорным коллектором. Рабочий орган может быть выполнен в виде камеры, колеса с профилированными каналами и валом с подшипниками, установленными в камере, а также муфты свободного хода, посредством которой колесо кинематически соединено с камерой. Также рабочий орган может быть выполнен в виде камеры и нескольких находящихся в зацеплении зубчатых шестерен с разными моментами инерции и с опорами, установленными в камере, а также муфтой свободного хода, посредством которой шестерня с большим моментом инерции кинематически соединена с камерой.

На фиг. 1 представлена насосная установка с рабочим органом в виде камеры с радиальными лопатками; на фиг. 2 представлена насосная установка с камерой в виде сектора; на фиг. 3 показана насосная установка, в которой рабочий орган выполнен с несколькими радиально расположенными трубами, а на фиг. 4 с одной трубой; на фиг. 5 представлена насосная установка с рабочим органом в виде камеры и колеса, а на фиг. 6 с рабочим органом в виде камеры и шестерен.

Насосная установка, показанная на фиг. 1, содержит рабочий орган в виде корпуса 1 с боковым подводом 2 и направляющими опорами 3, источник 4, приемник 5 перекачиваемой жидкости, приводной двигатель 6 с кривошипом 7 и шатуном 8, образующими выходной узел приводного механизма, всасывающий 9 и нагнетательный 10 трубопроводы с гибкими элементами 11 и 12. На нагнетательном трубопроводе установлена запорно-регулирующая задвижка 13. Рабочий орган снабжен прямыми радиальными лопатками 14. На периферии в кольцевом отводе 15 установлено перфорированное кольцо 16. Неподвижные элементы насосной установки закреплены на общем фундаменте.

Гибкие элементы 11, 12 могут быть изготовлены, например, из резинового рукава, армированного текстилем, с металлической оплеткой или из гибкого металлического рукава с подвижным швом и закреплены жестко, например, с помощью хомутов, на концах всасывающего и нагнетательного трубопроводов.

Надежность работы гибких элементов зависит от правильного выбора материала, из которого он будет изготовлен, с необходимым ресурсом работы и его достаточной длины, что обеспечит допустимые значения угловых или линейных перемещений единичных участков при известных амплитуде и частоте колебаний корпуса.

Насосная установка работает следующим образом. Вращение двигателя 6 (см. фиг.1) через кривошип 7 и шатун 8 преобразуется в возвратно-поворотное перемещение рабочего органа камеры с находящейся внутри жидкостью. В результате взаимодействия жидкости с движущимися лопатками 14 проявляется действие центробежных сил и сил Кориолиса и происходит изменение момента количества движения масс жидкости, ее перемещение от центра к периферии корпуса. Через кольцевой отвод жидкость поступает в нагнетательный трубопровод 10. При вращении корпуса против часовой стрелки скорость жидкости в отводе V_ж и абсолютная скорость жидкости на выходе из рабочего колеса направлены в одну сторону, а при вращении по часовой стрелке эти скорости противоположны. Поэтому для снижения потерь и выравнивания полей скоростей в отводе установлено разделительное перфорированное кольцо 16.

На фиг. 2, как и на последующих фигурах, изображена только часть насосной установки, отличная от описанной выше. Здесь рабочий орган камера 17 с лопатками имеет форму сектора, расположенного у симметричного отвода 18. Встречных потоков жидкости в отводе этой установки, в отличие от представленной на фиг. 1, меньше, что повышает эффективность ее работы.

Рабочий орган насосной установки, приведенной на фиг. 3, выполнен из нескольких труб 19, одним концом связанных с втулкой 20, куда подводится жидкость от источника, а другим через свои гибкие элементы 21 с общим неподвижным кольцевым напорным коллектором 22. При возвратно-поворотном движении рабочего органа жидкость под действием указанных сил устремляется от центра к периферии и через коллектор поступает в приемник.

Рабочий орган 25 насосной установки, приведенной на фиг. 4, выполнен в виде одной трубы. Принцип работы этой установки аналогичен описанному выше.

На фиг. 5 представлена насосная установка, в которой рабочий орган выполнен в виде колеса 24 и камеры 25 на опорах 26. Оси вращения колеса 24 и возвратно-поворотного движения камеры 25 совпадают. Камера 25 и колесо 24 связаны муфтой свободного хода, выполненной здесь, для примера, в виде подпружиненных шариков 27, находящихся в специальных пазах на колесе. При вращении камеры против часовой стрелки шарик 27 под действием пружины 29 заклинивается в пазу 28 и камера поворачивается вместе с колесом. При вращении камеры по часовой стрелке шарик закатывается в паз, связь между камерой и колесом исчезает, и колесо в силу инерции своей и жидкости, находящейся в нем, продолжает вращение против часовой стрелки. Так как здесь колесо вращается в одну сторону, то его лопатки 30 могут быть загнуты, как у обычных центробежных насосов.

В качестве рабочих органов в насосной установке могут быть использованы несколько шестерен. На фиг.6, для примера, приведена однопоточная двухшестеренчатая насосная установка. В камере 31, опирающейся на свои опоры 3, помещены две зубчатые шестерни 32 и 33, каждая из которых имеет свои опоры 34 и 35. Ось шестерни 32 с большим моментом инерции совпадает с осью движения камеры. Камера 31 и шестерня 32 связаны муфтой свободного хода так, что возвратно-поворотное движение камеры преобразуется во вращение шестерни 32 в одну сторону и обеспечивает перемещение жидкости от всасывающего трубопровода к нагнетательному.

В качестве рабочих органов могут быть также использованы вращающиеся коловратные и винтовые роторы, роторы с размещенными в них подвижными пластинами, поршнями, роликами, дисками трения, вихревыми колесами.

Формула изобретения

1. Насосная установка, содержащая рабочий орган, кинематически связанный с ним приводной механизм с выходным узлом, установленный на фундаменте, гибкие всасывающий и нагнетательный трубопроводы, отличающаяся тем, что рабочий орган снабжен направляющими опорами, установленными на фундаменте, а приводной механизм выполнен с возвратно-поворотным движением выходного узла.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочий орган выполнен в виде камеры и радиальных лопаток, закрепленных на ее внутренней стенке.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что камера выполнена в виде сектора, центр образующей окружности которой расположен на оси направляющих опор.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочий орган выполнен в виде трубы, расположенной радиально по отношению к оси направляющих опор, при этом всасывающий трубопровод связан с центральным участком трубы, а напорный с периферийным.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена кольцевым напорным коллектором, рабочий орган выполнен в виде нескольких расположенных радиально труб с гибким трубопроводом на периферийном участке каждой трубы и размещенных симметрично относительно оси направляющих опор, при этом выходные концы гибких трубопроводов соединены с кольцевым напорным коллектором.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочий орган выполнен в виде камеры, колеса с профилированными каналами и валом с подшипниками, установленными в камере, а также муфты свободного хода, посредством которой колесо кинематически соединено с камерой.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочий орган выполнен в виде камеры и нескольких находящихся в зацеплении зубчатых шестерен с разными моментами инерции и с опорами, установленными в камере, а также муфтой свободного хода, посредством которой шестерня с большим моментом инерции соединена с камерой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6