Лопаточный насос для перекачки расслоенной двухфазной смеси

 

Изобретение относится к насосостроению и предназначено для исключения пульсаций потока путем устранения турбулентного перемешивания жидкостной и паровой фаз в проточной части колеса. Для устранения перемешивания пара и жидкости на границе их раздела установлена перегородка. Радиус расположения перегородки в каждом сечении определяется по формуле, приведенной в тексте описания изобретения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИХ (51) 5 F 04 D 29/24, 31/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Z

А= 2 (1 - — — -) R° - в Р для осевого колеса

A=2 (1- — — — -), к Рлм

tQ Pn

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) . 4448845/40-29 (22) 28.06.88 . (46) 15.04.90. Бюл. Р 14 (72) В.И.Гуров, 0.М.Дорфман, К.К.Климовский и Г.С.Назаров (53) 621.671 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 4247224, кл. Р 04 D 3/00,: 1987. (54) ЛОПАТОЧЙЫН НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ

РАССЛОЕННОЙ ДВУХМЭНОИ СМЕСИ (57) Изобретение относится к насосоИзобретение относится к насосостроению, а именно к конструкции лопаточных колес для перекачки раслоенной двухфазной смеси.

Цель изобретения - исключение пульсаций потока путем устранения турбулентного перемешивания жидкостной и паровой фаз в проточной части колеса.

На чертеже схематически изображено лопаточное колесо насоса.

Насос содержит колесо с закрепленными на втулке 1 лопатками 2, состоящими из втулочного и периферийного участков 3 и 4, выполненных по различным зависимостям угла установки лопатки 2 по радиусу. Колесо снабжено разделительной перегородкой 5, расположенной в каждом i-том сечении колеса на радиусе, определяемом по выражению (1,01 — 1,04)R где для центробежного колеса

ÄÄSUÄÄ 557362. А1

2 строению и предназначено для исключения пульсаций потока путем устранения турбулентного перемешивания жидкостной и паровой фаз в проточной части колеса. Для устранения перемешивания пара и жидкости на границе из раздела установлена перегородка.

Радиус расположения перегородки в каждом сечении определяется по формуле, приведенной в тексте описания изобретения. 1 ил.

11иы вт в 1 1 " вт; состветственно среднегерметичные радиусы, наружный и втулочный радиусы колеса на входе

< и в каждом -ом сечении; в„,. соответственно угол установки лопат,ки на входе и в i-том сечении колеса на среднегеометрическом радиусе.

Насос работает следующим образом.

Поток двухфазной смеси, поступающей на вход в рабочее колесо, вследствие вращения лопаточного венца закручивается в сторону вращения. Наличие закрутки приводит к расслаиванию смеси на фазы: жидкость отбрасывается к периферии лопатки, а бо1557362 (5) лее легкий пар сепарируется вблизи втулки. При раздельном течении фаз возникает сколь>нение паровой фазы относительно жидкой, вследствие чего расслоенные потоки указанных фаз на5 текают на лопатку под разными углами. В связи с этим втулочный участок

3 и периферийный 4 спроектированы таким образом, чтобы каждый из потоков имел оптимальный режим обтекания, характеризуемый минимальными гидравлическими потерями. Перегородка

5 препятствует взаимодействию фаз вдоль границы раздела расслоенных потоков, так как такое взаимодействие приводило бы к дополнительным гидравлическим потерям вследствие турбулентного переноса и являлось бы источником пульсаций.

Толщина перегородки в каждом сечении не должна превышать величины бв определяемой исходя из ус М г

25 ловия обеспечения прочности ее материала, имеющего предел прочности бв и плотность о при врацении насоса с,угловой скоростью са

По мере продвижения потока вдоль межлопаточного канала вследствие повышения напора происходит постепенная конденсация пара и его массовая концентрация уменьшается от значения

Х, при входе в насос до нуля в конечном сечении перегородки К-К. 35

При размецении перегородки в ко нечном сечении на радиусе, выражаемом указанной зависимостью, скорости обоих потоков в конечном сечении одинаковы и потери при их смешении отсутствуют.

Получение расчетной зависимости для Rд, основано на следующих соображениях. В жидкости, поступаюц>ей на вход проточной части, вследствие его 45 вращения возникает переменное поле статического давления, которое убывает в каждом сечении по мере движения от периферии к втулке обратно пропорционально радиусу. Вследствие убывания давления на некотором радиусе

R, который будем называть граничным, установится давление насыщенных паров, что приведет к появлению привтулочного участка, заполненного паром. 55

Таким образом, поток, протекающий ,вдоль проточной части, разделен на два участка; первый, расположенный жду kapyNHb>M Rä .и граничным Rr радиусами, заполнен жидкостью, второй, расположенный между граничным

R < и втулочным Р„. радиусами, заполнеН паром.

Вследствие разности скоростей пара и жидкости на границе обеих участков возникает турбелентное перемешивание потоков, снижающее эффективность работы насоса. Определим уравнение граничного радиуса, вблизи которого располагается перегородка, разделяюцая оба потока.

Рассматривая жидкую струйку тока в межлопаточном канале и в относительном движении, запишем для нее уравнение Бернулли в дифференциальной форме

1 dP dN dU — + M — — U — — = О.

dR dR dR

Рассматривая условие радиального равновесия элементарной массы жидкости, движущейся в относительном движении со скоростью И, получим

1 dp H (2) ()dP R где Р - статическое давление;

R — радиус, на котором располагается элементарная призма;

U — окружная скорость.

Решая совместно (1), (2), приходим к дифференциальному уравнению

И

2

+ 63 P = О

R dR

У где Сд. - частота вращения рабочего колеса.

Решая уравнение (3), получим

const

И (4)

2 Ra

Или, используя уравнение Бернулли в недифференциальной форме

Уравнение (5) описывает распределение статического давления P в струйке тока, которая имеет форму винтовой линии относительно рабочего колеса. Учитывая, что обычно осевая составляющая скорости С в лопаточным насосах составляет порядка одного

557362

6 чае Н т >) Ah>> зависимость (7) можно упростить (8) 1 г с

Для центробежног ром напор создается увеличения окружной продвижения вдоль и

11 ср у

П, л юг ср, о колеса, в котов основном из-за скорости по мере роточной части г

Rcpex А

1 2

R г бт

R ср (9) l5 г R ð

В осевом колесе г

4 2 R„

const

P +

1 с

PU (6) (10) 25 г R

4 ДЫ P. — (2C +l)R 0, 35 . (7) Р „= Р ср

50

5 1 процента от окружной скорости, можно заменить в рассматриваемой задаче винтовую линию спиралью, расположенной в сечении, перпендикулярном оси насоса. Так как обычно в лопаточных машинах средние энергетические параметры в сечении соответствуют параметрам струйки тока, расположенной на среднегеометрическом радиусе то уравнение (5) можно представить в виде учитывая, что на граничном радиусе

R статическое давление равно давлению насыщенных паров Р>, а окружная скорость равна И,- = ЯК

Из уравнения (6) можно получить квадратное уравнение относительно а

Р решение которого имеет ви

С где С, = — — — коэффициент расхода, Ue рсг2

+ --- — Р

Л1

11г

Величина АК представляет собой сумму относительного кавитационного запаса при входе

Ри — Ps

ДЬ р0, и относительного теоретического напора, создаваемого насосом в данном (i-ом) сечении чP; — Рву и т;

Учитывая, что практический диапазон коэффициентов расхода С не превышает 0,3 а также, что в общем слуtÿ Ялех A и, 1

tg Pq 2 где P„ .- угол установки лопатки, так же

Таким образом, граница, вдоль которой статическое давление в поТоКе равно давлению насыщенных паров, описы.вается уравнениями (9), (10) и представляет собой кривую, начинающуюся на радиусе, близком к R во входном сечении, и заканчивающуюся на радиусе втулки в - сечении "К-К". При размещении стенки вдоль границы, описываемой уравнениями (9) или (10), следует учесть, что сконденсировавшийся к конечному сечению втулочного участка пар, должен иметь возможность покинуть этот участок. Как показывает практические расчеты, в насосах максимальное обьемное количество пара во входном сечении не превышает 50-603.

Расчет показывает, что для пропускания массы этого пара через выходное сечение втулочного участка его радиус должен быть больше Rt на 1-И, т.е, радиус перегородки Р (1,011,04) Б.

Использование насоса позволяет повысить КПД насоса, снизить энергетические затраты и повысить надежность конструкции, благодаря исключению пульсаций, связанных с перемешиванием фаз расслоенного двухфазного потока. Кроме того, предлагаемая конструкция обладает повышенной надежностью, так как возникновение пульсаций может явиться причиной

1557362 для осевого колеса

А = 2(1 — -- -- — -), Г вк Г, Pn, 10 ср вх

RcI,, = ! где к ср

" вт вх

P- BT век

30 автоколебательных процессов, приводящих к аварийным исходам в работе насосов. Конструкция может найти применение во всех отраслях народного хозяйства, где создаются и эксплуатируются лопаточные насосы как центробежные, так и осевые, предназначенные для перекачивания вещества в состоянии кипения.

Формула изобретения

Допаточный насос для перекачки расслоенной двухфазной смеси, содержащий колесо с закрепленными на втулке лопатками, состоящими из втулочного и периферийного участков, выполненных по различнь!м зависимостям . угла установки лопаток по радиусу, отличающийся тем, что, с целью исключения пульсаций потока путем устранения турбулентного перемешивания жидкостной и паровой фаз в проточной части колеса, последнее 25

> снабжено разделительной перегородкой, расположенной в каждом сечении колеса на радиусе, определяемом по выра,жению

R„= (l,П1-1,04)Е, „JA +1 — А, где для центробежного колеса

А =- 2(1 — - - ), с

q вх ю

Й! 1 — соответственно среднегеометрические радиусы, наружный и втулочный радиусы колеса на входе и в каждом i-м сечении; Ъ „; - соответственно угол установки лопатки на входе и в i-м сечении колеса на среднегеометрическом радиусе.

1557362

Составитель В, Девисилов

Техред N.дидык Корректор Т. Палий. Редактор А. Долинич

Заказ 708 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35» Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101