Насос-компрессор

(51) 5 Р 04031 60 ЗОБРЕТЕН стенного материалкаркасе и свернутвитками. Витки побоковыми стенками.в виде окна образбоковыми стенкамивитков спиратти. 8органа использовапленка.,Пленка исвернутому по сп Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(76) Матвеев Сергей Борисович(57) Использование: дпя перекачивания жидких, игазообразных сред и их смесей Сущность изобретения: рабочий орган с входным и выходным отверстиями установлен с возможностью вращениявокруг горизонтальной оси и выполнен из тонкоа, закрепленнного на жестком ого по спирали с шагом между орцам герметично соединены с Входное отверстие выполнено ованного на периферии спирали последнего и предпоследнего качестве материала рабочего на армированная пластиковая рикреплена к жесткому каркасу,ирали. 2 зл. ф-пы,З ил.Изобретение относится к насосостроению и может найти применение для перекачивания жидких и газообразных сред и. их смесей,Известен насос-компрессор, содержа щий 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 сепа ратор (см. патент Великобритании. ЬЬ 1427723, кл. Г 04 О 31/00, 1976).Недостаток этого насоса-компрессора заключается в низком напоре, создаваемым им.15Известен насос-компрессор, устраняющий укаэанный недостаток, содержащий установленный с возможностью вращечия вокруг горизонтальной оси рабочий орган с входным и выходными патрубками и сепа ратор.В этом насосе рабочий орган выполнен в виде винтовых трубок, что позволяет при вращении вокруг горизонтальной оси пропускать по длине трубокчередующиеся пор ции газа и жидкости. Использование сжимаемости газа и разности высот столбовжидкости в витках трубок приводит к повышению давления от входа к выходу насоса- компрессора.30Однако при разработке насосов на таком принципе перекачивания жидкости и газа применительно для открытых водоемов, например, для полива полей, садов и огородов, требующих относительно неболь аих расходов воды 1-30 л/с и напора 10-30 м, необходимо обеспечить технологичность изготовления насоса и минимальную материалоемкость, Зто связано с тем, что. поле- воду, 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 риалоемкость.Зтот насос-компрессор для перекачивания жидкости и газа из открытых водоемов в полной мере не отвечает перечисленным требованиям для изготовителя, 50Нетехнологичность 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 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 8- 10 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 устранение отмеченных недостатков,Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом насосе-компрессоре рабочий орган закреплен на жестком каркасе, выполнен из 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, выполненЪ 1 ным в виде лопастного колеса3, установленного во втулках 4, Насос-компрессор подвешен на канате 5 так, что одновременно обеспечивается необходимый контакт входного патрубка с водой и вращение 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 определя 20021245 ган размещен в воде до его середины. Завторой 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 отсутствиисопротивления 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 в нижней части витков под действием сил гравитации, перемещаться к центру спирали, перемещая одновременно 25 и порции газа, заключенного между порциями воды, Перекачиоаемые порции газа при сопротивлении на выходе иэ насоса-компрессора сжимаются по мере движения вдоль спирального канала от входа к выхо ду, а вода в витках все сильнее отклоняется 35 40 ются исходя из необходимого расхода и напора воды,Рабочий орган 1 прикреплен к жесткомукаркасу 2, выполненному из сборной дюралевой конструкции, с помощью разъемныхсоединений, На горизонтальной оси насосакомпрессора в торцовых жестких стенках 6и 7 размещены сепаратор 8, патрубки 9 и 10отвода жидкости и газа соответственно, соединенные трубопроводами с потребителями (не показаны). Патрубки 9 и 10установлены в подшипниках, что обеспечивает их вращение относительно рабочегооргана 1 и жесткого каркаса 2 с лопастнымколесом 3. Входным патрубком, фактическиэаборником воды и газа, является окно 11,образованное на периферии спирали рабочего органа 1. ее последним и предпоследним витками, а также ее боковымигерметичными 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 органа1 в радиальном направлении является границей раздела полостей двух смежнь 1 х витков, то поэтому на нее и действуетнебольшой перепад давления от этих полостей, что и позволяет изготовить ее из тонкого материала. В осевом направлениибоковая стенка рабочего органа 1 испытывает намного больший перепад давления всравнении с радиальным (чем ближе к оси,тем больше), поэтому герметичные боковыестенки рабочего органа должны опиратьсяна жесткие торцовые стенки 6 и 7 каркаса2. Кроме того, за счет внутреннего избыточного давления, создаваемого при работе ввитках спирали жидкостью и газом. а такжеза счет жесткого каркаса 2 вся конструкциянасоса-компрессора при 6 бретает дополнительные прочностные качества. Патрубки 9и 10 не вращаются, закрепляются с помощью подшипников 12 и 13 внутри каркаса 42 так, что отвод жидкости из нижней частивыходНой полости насоса, а газа иэ его верхней части осуществляется соответствующими патрубками благодаря поплавковому.сепаратору 8, 5Выполнение рабочего органа иэ тонкостенного материала, например армированной пластиковой пленки, свернутой поспирали с шагом между витками, повышаеттехнологичность изготовления насоса-компрессора и снижает материалоемкость.Насос работает следующим образом,Поток речной воды вращает лопастноеколесо 3, связанное через жесткий каркас 2с 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-компрессора.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 сопротивлениетрубопроводов, но вызывает некоторые пульсации давления в них.При перекачивании воды из неподвиж-ного водоема рабочий орган 1 устанавливают либо стационарно на опорах с 5 возможностью врагдения, либо на плоту, используя для вращения в качестве привода мускульную силу или иной источник энергии.Разработаны и изготовлены опытные ьобразцы насоса:Ф о р мула изобретения1. 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 насоса- компрессора 8 кг (без трубопроводов), Напор 11,5 м, расход воды 1,55 л/об или 4000 л/ч.56) Авторское свидетельство СССРМ 1430611, кл, Г 04 О 31/00, 1987.Гобразованное на периферии спирали боковцми стенками последнего и предпоследнего витков спирали,4, 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.