RU2567526C1

RU2567526C1 - Axial-flow pump

Info

Publication number: RU2567526C1
Application number: RU2014154312/06A
Authority: RU
Inventors: Петр Олегович Русинов; Жесфина Михайловна Бледнова; Анна Павловна Юркова
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-11-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: claimed pump comprises lateral intake pipe for fluid feed, shaft arranged inside the manifold to run in bearings and impeller fitted on the shaft. Said manifold is isolated from the bearing assembly by packing gland and connected with lateral inlet via inlet sleeve. Sleeve with outlet is fitted at the manifold outlet. Both sleeves are made of material that features shape memory effect. Blades composed of bimetal flat two-layer elements are secured at the wheel. One said layer is made of material with shape memory effect, another layer being made of material that features expansivity smaller than that of material with shape memory effect.

EFFECT: higher discharge pressure, longer life of bearings, simplified design.

3 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в насосных, турбонасосных агрегатах в нефте- и газотрубопроводах, теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности.The invention relates to a pump engineering industry and can be used in pumping, turbopump assemblies in oil and gas pipelines, heat power engineering, engine and turbine engineering, and the chemical industry.

Известен лопастной насос, содержащий боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, кольцевой входной коллектор, вал, проходящий через входной коллектор, установленные на валу последовательно: лопастное колесо, винтовой насос, подшипник, импеллер и отверстия, выполненные во входном коллекторе для соединения полости коллектора с полостями подшипника и импеллера, дополнительно выполнены: над камерой импеллера камера высокого восстановленного давления, между подшипником и импеллером камера смешения, при этом камера высокого восстановленного давления сообщена с полостью импеллера тангенциальными диффузорными отверстиями и с камерой смешения - радиальными конфузорными отверстиями - форсунками, а камера смешения, кроме того, сообщена имеющимися отверстиями с входным коллектором, и зазором по валу с полостями подшипника и импеллера (патент РФ №2462621).A vane pump is known, comprising a lateral inlet pipe for supplying a working fluid, an annular inlet manifold, a shaft passing through the inlet manifold mounted in series on the shaft: a vane wheel, a screw pump, a bearing, an impeller, and holes made in the inlet manifold to connect the manifold cavity to cavities of the bearing and the impeller are additionally made: above the impeller chamber there is a chamber of high restored pressure, a mixing chamber between the bearing and the impeller, while the chamber is high tanovlenii pressure communicated with the cavity of the impeller and the tangential diffuser holes with mixing - convergent radial openings - nozzles and the mixing chamber further having an opening communicated with the inlet manifold, and clearance with the shaft and the impeller bearing cavities (RF Patent №2462621).

Недостатком лопастного насоса является сложность конструкции, низкое давление на выходе.The disadvantage of a vane pump is the design complexity, low outlet pressure.

Наиболее близким к данному изобретению является лопастной насос, содержащий боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, кольцевой входной коллектор, вал, проходящий сквозь входной коллектор с зазором, лопастное колесо и подшипник, установленные на валу по обе стороны зазора, и отверстия, выполненные во входном коллекторе, соединяющие полость входного коллектора с полостью подшипника, отличающийся тем, что на валу по длине зазора выполнен винтовой насос с входом со стороны подшипника и выходом в сторону лопастного колеса (патент №2412378).Closest to this invention is a vane pump containing a lateral inlet pipe for supplying a working fluid, an annular inlet manifold, a shaft passing through the inlet manifold with a clearance, an impeller and a bearing mounted on the shaft on both sides of the gap, and openings made in the inlet a manifold connecting the inlet manifold cavity with the bearing cavity, characterized in that a screw pump is made on the shaft along the clearance length with an input from the bearing side and an exit towards the impeller ( nt No. 2412378).

Недостатком данного лопастного насоса является низкое давление на выходе, вследствие чего низкая эффективность работы насоса, низкая долговечность, сложная конструкция.The disadvantage of this rotary vane pump is its low outlet pressure, which results in low pump efficiency, low durability, and complex construction.

Задачей изобретения является повышение эффективности и долговечности работы насоса.The objective of the invention is to increase the efficiency and durability of the pump.

Техническим результатом является повышение давления на выходе, увеличения ресурса работы подшипников, упрощение конструкции.The technical result is to increase the pressure at the outlet, increase the service life of the bearings, simplify the design.

Технический результат достигается тем, что в лопастном насосе, содержащем боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, вал, расположенный внутри коллектора и закрепленный в подшипниковом узле, и лопастное колесо, установленное на валу, согласно изобретению коллектор соединен с боковым входным отверстием через входную втулку, а на его выходе установлена втулка с выходным отверстием, причем обе втулки выполнены из материала с эффектом памяти формы, на колесе установлены лопасти в виде биметаллических плоских элементов, состоящих из двух слоев, один слой выполнен из материала с эффектом памяти формы, а другой из материала, коэффициент объемного расширения которого меньше, чем у материала с эффектом памяти формы, кроме того, коллектор изолирован от подшипникового узла с помощью сальника.The technical result is achieved by the fact that in a vane pump containing a lateral inlet pipe for supplying a working fluid, a shaft located inside the manifold and mounted in the bearing assembly, and a vane wheel mounted on the shaft, according to the invention, the collector is connected to the side inlet through an inlet sleeve, and at its output a sleeve with an outlet is installed, both bushings made of material with a shape memory effect, blades in the form of bimetallic flat elements mounted on the wheel, consisting of x of the two layers, one layer is made of a material with shape memory effect and the other from a material whose coefficient of volumetric expansion less than that of a material with shape memory effect, in addition, the collector is insulated from the bearing assembly via the gland.

Повышение давления на выходе лопастного насоса достигается за счет использования втулок из материала с эффектом памяти формы и лопастей, состоящих из биметаллических плоских элементов. За счет того что лопасть имеет два слоя - наноструктурированный слой с эффектом памяти формы и стальной слой, рабочая среда находится в диапазоне температур мартенситных превращений материалов с эффектом памяти формы втулок и наноструктурированного слоя лопастей, происходит изменение их геометрических размеров и формы. От выбора состава наноструктурированного материала с эффектом памяти формы зависят температуры мартенситных превращений, которые чувствительны к температуре прокачиваемой рабочей жидкости. При контакте рабочей жидкости с входным отверстием входной втулки и выходным отверстием выходной втулки из материала с эффектом памяти формы происходит сужение отверстий. Сужение отверстий происходит в результате за счет мартенситных преобразований в материале с эффектом памяти формы. Повышение долговечности работы насоса достигается за счет использования в качестве рабочего элемента плоского биметаллического элемента с наружным наноструктурированным слоем из материала с эффектом памяти формы. Отсутствие коррозионного износа подшипников обеспечивается за счет герметичности узла, достигаемой применением сальника.The increase in pressure at the outlet of the vane pump is achieved through the use of bushes made of material with a shape memory effect and blades consisting of bimetallic flat elements. Due to the fact that the blade has two layers - a nanostructured layer with a shape memory effect and a steel layer, the working medium is in the temperature range of martensitic transformations of materials with a shape memory effect of the bushings and a nanostructured layer of blades, their geometric dimensions and shapes change. The temperature of martensitic transformations, which are sensitive to the temperature of the pumped working fluid, depends on the choice of the composition of a nanostructured material with a shape memory effect. Upon contact of the working fluid with the inlet of the inlet sleeve and the outlet of the outlet sleeve of material with a shape memory effect, the narrowing of the holes occurs. The narrowing of the holes occurs as a result of martensitic transformations in the material with the shape memory effect. Increasing the durability of the pump is achieved by using as a working element a flat bimetallic element with an outer nanostructured layer of material with a shape memory effect. The absence of corrosive wear of bearings is ensured by the tightness of the assembly achieved by the use of an oil seal.

Упрощение конструкции достигается предложенным лопастным насосом.Simplification of the design is achieved by the proposed vane pump.

На фиг. 1 изображен рабочий общий вид лопастного насоса. На фиг. 2 изображено лопастное колесо без мартенситных преобразований наноструктурированных слоев с эффектом памяти формы биметаллических плоских элементов. На фиг. 3 изображено лопастное колесо с мартенситными преобразованиями наноструктурированных слоев с эффектом памяти формы биметаллических плоских элементов.In FIG. 1 shows a working general view of a vane pump. In FIG. Figure 2 shows a paddle wheel without martensitic transformations of nanostructured layers with a shape memory effect of bimetallic flat elements. In FIG. 3 shows a paddle wheel with martensitic transformations of nanostructured layers with a shape memory effect of bimetallic flat elements.

Лопастной насос содержит боковой входной патрубок 1 для подвода рабочей жидкости, вал 2, расположенный внутри коллектора 3 и закрепленный в подшипниковом узле 4, лопастное колесо 5, установленное на валу 2, коллектор 3 соединен с боковым входным отверстием через входную втулку 6, а на его выходе установлена втулка 7 с выходным отверстием, обе втулки выполнены из материала с эффектом памяти формы, на лопастном колесе 5 установлены лопасти 8 в виде биметаллических плоских элементов, состоящих из двух слоев, один слой наноструктурированный, выполнен из материала с эффектом памяти формы 9, а другой из материала, коэффициент объемного расширения которого меньше, чем у материала с эффектом памяти формы, например из стали 10, коллектор 3 изолирован от подшипникового узла 4 с помощью сальника 11.The vane pump contains a lateral inlet pipe 1 for supplying a working fluid, a shaft 2 located inside the manifold 3 and mounted in the bearing assembly 4, an impeller 5 mounted on the shaft 2, the manifold 3 is connected to the side inlet through the input sleeve 6, and on it a sleeve 7 with an outlet is installed at the exit, both bushes are made of material with a shape memory effect, blades 8 are fitted with blades 8 in the form of bimetallic flat elements consisting of two layers, one layer is nanostructured, made n of a material with shape memory 9, and the other material, the volume expansion coefficient of which is smaller than that of a material with shape memory, such as steel 10, the manifold 3 is isolated from the bearing assembly 4 with the stuffing box 11.

Лопастной насос работает следующим образом.The vane pump operates as follows.

Рабочая жидкость по входному патрубку 1 поступает через входное отверстие входной втулки 6 из материала с эффектом памяти формы и далее по коллектору 3 мимо вала 2 к лопастному колесу 5, закрепленному на валу 2, при контакте рабочей жидкости с лопастями 8 с наноструктурированным слоем с эффектом памяти формы 9 лопастного колеса 5 происходит их вращение и изменение геометрической формы, что способствует большему всасыванию жидкости и созданию на выходе из насоса большего давления жидкости. Далее жидкость выходит через выходное отверстие втулки 7, состоящей из материала с эффектом памяти формы. Лопасти 8 представляют собой биметаллические плоские элементы, состоящие из наружного наноструктурированного слоя, выполненного из материала с эффектом памяти формы, и внутреннего, выполненного из материала, коэффициент объемного расширения которого меньше (например, сталь), чем у материала с эффектом памяти формы. Вал 2 закреплен и вращается в подшипниковом узле 4, который закреплен в коллекторе 3. Для предотвращения попадания жидкости на подшипниковый узел 4 на валу 2 закреплен сальник 11. Подшипниковый узел с боковой части коллектора 3 зажат крышкой 12. При изменении температуры жидкости от комнатных значений лопасти 8 лопастного колеса 5 изменяют свою геометрическую форму и обеспечивают без дополнительных воздействий на жидкость повышенное давление на выходе из коллектора 3. При этом происходит сужение входного отверстия входной втулки 6 и выходного отверстия втулки 7, состоящей из материала с эффектом памяти формы.The working fluid through the inlet pipe 1 enters through the inlet of the inlet sleeve 6 from a material with a shape memory effect and then through the manifold 3 past the shaft 2 to the impeller 5 mounted on the shaft 2, when the working fluid contacts the blades 8 with a nanostructured memory layer 9 of the impeller 5 of the impeller 5, they rotate and change their geometric shape, which contributes to greater absorption of the liquid and the creation of a greater liquid pressure at the outlet of the pump. Further, the liquid exits through the outlet of the sleeve 7, consisting of a material with a shape memory effect. The blades 8 are bimetallic flat elements consisting of an external nanostructured layer made of a material with a shape memory effect and an internal one made of a material whose volumetric expansion coefficient is less (e.g. steel) than that of a material with a shape memory effect. The shaft 2 is fixed and rotates in the bearing assembly 4, which is fixed in the manifold 3. To prevent liquid from entering the bearing assembly 4, a stuffing box is fixed on the shaft 2. The bearing assembly from the side of the manifold 3 is clamped by a cover 12. When the fluid temperature changes from the room values of the blade 8 of the impeller 5 change their geometric shape and provide, without additional effects on the liquid, increased pressure at the outlet of the manifold 3. In this case, the inlet of the inlet 6 and the outlet are narrowed the holes of the sleeve 7, consisting of a material with a shape memory effect.

Снижение или повышение температуры жидкости до температуры начала мартенситного превращения (в зависимости от сплава с эффектом памяти формы) приводит к тому, что наноструктурированный слой 9 с эффектом памяти формы начинает терять упругость и упругие силы лопастей 8, состоящих из плоского биметаллического элемента, возвращают его в положение фиг. 2. При этом происходит изменение геометрической формы лопастей 8.A decrease or increase in the liquid temperature to the temperature of the onset of martensitic transformation (depending on the alloy with the shape memory effect) leads to the fact that the nanostructured layer 9 with the shape memory effect begins to lose the elasticity and elastic forces of the blades 8, consisting of a flat bimetallic element, return it to the position of FIG. 2. When this happens, the geometric shape of the blades 8.

Жидкость, циркулирующая по насосу, на фиг. 1 не показана.The fluid circulating through the pump, in FIG. 1 is not shown.

Повышение надежности работы насоса достигается за счет использования в качестве рабочего элемента плоского биметаллического элемента с наружным наноструктурированным слоем из материала с эффектом памяти формы. Отсутствие коррозионного износа подшипников достигается за счет герметичности узла.Improving the reliability of the pump is achieved by using as a working element a flat bimetallic element with an outer nanostructured layer of material with a shape memory effect. The absence of corrosive wear of bearings is achieved due to the tightness of the assembly.

Claims

A vane pump containing a lateral inlet for supplying a working fluid, a shaft located inside the manifold and mounted in the bearing assembly, and a vane wheel mounted on the shaft, characterized in that the manifold is connected to the side inlet through the inlet sleeve, and installed at its output a sleeve with an outlet, both bushings made of a material with a shape memory effect, blades mounted on the wheel in the form of bimetallic flat elements consisting of two layers, one layer is made of material a shape memory effect and the other - of a material, the volume expansion coefficient of which is smaller than that of a material with shape memory effect, in addition, the collector is insulated from the bearing assembly via the gland.