ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Для перекачивания без предварительного подогрева вязких сред, содержащих незначительное количество абразивных и твердых включений, разработан, изготовлен и исследован динамический радиальный насос (см.рисунок).

Схема радиального насоса трения позволяет рассматривать рабочий процесс в насосе как совокупность одновременно протекающих процессов, свойственных нескольким видам гидромашин: осевому шнековому нагнетателю, центробежному и дисковому насосам.

С одной стороны, полоса шнека рабочего колеса радиального насоса трения выполняет функцию, аналогичную полосе шнека в осевом шнековом нагнетателе. При вращении рабочего колеса полоса шнека механически воздействует на прилипающую к боковым неподвижным дискам жидкость, придавая ей радиальную составляющую абсолютной скорости, создавая таким образом поток от центра к периферии. При вращении рабочего колеса захваченная полосой жидкость приобретает также окружную составляющую абсолютной скорости. Поэтому, как и в центробежном насосе, в создании напора принимают участие кориолисовы силы инерции и циркуляционные силы, что является преимуществом радиального насоса трения перед осевым шнековым. Соотношение между полезной работой сил трения и кориолисовых и циркуляционных сил зависит от вязкости жидкости: при малой вязкости доля работы кориолисовых и циркуляционных сил в общем балансе может быть существенной. Однако геометрия проточной части насоса более благоприятна для эффективной реализации работы сил трения. Поэтому рассматриваемый насос относится к группе насосов трения.

Схема радиального насоса трения

1 - рабочее колесо, 2 - корпус, 3 - крышка, 4 - вал, 5 - отвод, 6 - диффузор

Лопасть рабочего колеса насоса очерчена по профилю спирали Архимеда и имеет ширину, уменьшающуюся от центра к периферии. При вращении колеса жидкая среда вследствие трения в пограничных слоях движется от центра колеса к периферии.

Уравнение спирали Архимеда в полярных координатах имеет вид:

r=r ₁+aj

где r - текущий полярный радиус, м;

r ₁ - полярный радиус начальной точки спирали, м;

а - постоянная спирали, м;

j - текущий полярный угол, рад.

Конструкция рабочего колеса, имеющего описанный проточный канал, позволяет увеличить напор за счет работы сил трения. Это обстоятельство выгодно отличает радиальный насос трения от известных типов насосов.

Постоянство расстояний между соседними витками спиральной лопасти по всей ее длине обеспечивает беспрепятственное прохождение через насос твердых включений и существенно упрощает технологию изготовления насоса.

За счет простоты и технологичности конструкции насос оказывается компактным с малой удельной массой. Вместе с этим отсутствие необходимости в обработке рабочих поверхностей с высокой точностью и чистотой существенно снижает стоимость насоса, по сравнению с осевым шнековым и, особенно, винтовым.

На основании проведенных теоретических исследований получены математические модели для расчета насоса и его характеристик. По результатам расчетов был изготовлен радиальный насос трения и проведены экспериментальные исследования.

Анализ результатов исследований позволил сформулировать следующие основные выводы :

а) зависимость напора насоса от подачи линейная, напор насоса с увеличением подачи снижается;

б) повышение вязкости перекачиваемой жидкости приводит к увеличению напора во всем диапазоне подач;

в) значение коэффициента быстроходности насоса ориентировочно составляет n _s=20-30;

г) экспериментальные результаты хорошо согласуются с расчетными, максимальная относительная погрешность в рабочем диапазона подач не превышает 7%.