Рабочее колесо центробежного насоса



Рабочее колесо центробежного насоса
Рабочее колесо центробежного насоса
Рабочее колесо центробежного насоса
Рабочее колесо центробежного насоса

 


Владельцы патента RU 2491448:

Публичное акционерное общество "Сумский завод насосного и энергетического машиностроения "Насосэнергомаш" (АО "Сумский завод "Насосэнергомаш") (UA)

Изобретение относится к отрасли гидромашиностроения и может быть использовано в насосах с повышенной всасывающей способностью. Рабочее колесо содержит основной и покрывающий диски с расположенными между ними пространственными лопастями. Входные кромки лопастей в плане вытянуты относительно периферийной (покрывающий диск) и втулочной (основной диск) поверхностей. Максимальный угол охвата лопасти на входной кромке в плане превышает от 5 до 15° углы охвата на периферийной и втулочной поверхностях. Нижняя точка входной кромки расположена на расстоянии от 0,3 до 0,5 высоты входного сечения. Входная кромка в плане закруглена по меньшей мере двумя радиусами. Угол атаки но основному диску находится в пределах от 6 до 10° и по покрывающему диску от 0 до 2,5°. Изобретение направлено на повышение всасывающей способности при сохранении высокого кпд насоса. 4 ил.

 

Изобретение относится к области гидромашиностроения, а именно к центробежным насосам с рабочим колесом первой ступени одностороннего или двустороннего входа для применения в насосах с повышенной всасывающей способностью, т.е. с повышенными антикавитационными качествами.

Возникновение и развитие кавитации в рабочем колесе центробежного насоса является следствием уменьшения давления на входных участках лопастей рабочего колеса. При натекании потока на входную кромку лопасти скорость скачкообразно увеличивается, что обусловливает уменьшение давления на этом участке, и в случае, если оно меньше давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости при данной температуре, образуется каверна (парогазовая полость), то есть начинается кавитация. В связи с этим при проектировании первых ступеней с повышенной всасывающей способности уделяется особое внимание входному участку лопастей, а именно расположению и форме входной кромки.

Для повышения всасывающей способности насоса при проектировании входа в рабочее колесо первой ступени выдерживаются определенные размеры входной воронки рабочего колеса из условия k в х = D п р / Q / n 3 , где kвх - коэффициент входа в рабочее колесо; Dпр - приведенный диаметр входной воронки рабочего колеса; Q - расчетная подача; n - частота вращения насоса, рассчитывается угол установки лопастей рабочего колеса на входе β с учетом введения определенного угла атаки Δβ1 для улучшения гидродинамики обтекания профиля, используя формулу Δβ1-Δβ1n, где β1n - угол потока на входе, выбираются расположение и форма входной кромки и т.д.

Известны рекомендации для повышения всасывающей способности, в которых наиболее благоприятное расположение входной кромки лопасти параллельно плоскости основного диска. Выбор угла установки лопастей на входе проводится из условия обеспечения углов атаки от 8 до 15°. [Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах - М.: Машиностроение, - 1975 - С.119-125].

Однако в настоящее время к насосам с повышенной всасывающей способностью предъявляется требование, кроме обеспечения высоких антикавитационных качеств, еще и сохранение высоких значений коэффициента полезного действия (кпд), что в большинстве случаев трудно выполнимо. Так, например, увеличение диаметра входной воронки рабочего колеса D0 до значения kвх от 4,6 до 5,0, позволяющее получить значение критического коэффициента быстроходности Скр от 1000 и более (критический коэффициент быстроходности Скр определяется по формуле C к р = 5 , 6 2 n Q N P S H 3 0 , 7 5 где NPSH3 - надкавитационныи напор на входе, соответствующий 3% падению напора на частной кавитационной характеристике), вызывает увеличение диаметра переднего уплотнения и, как следствие, увеличение утечки и снижение объемного и, соответственно, общего кпд. Кроме того, чрезмерное увеличение диаметра входной воронки рабочего колеса приводит к нарушению плавности и устойчивости течения потока на входе в колесо даже на расчетном режиме, снижая кпд и приближая режим начала рециркуляции к оптимальному режиму, что снижает надежность работы.

Обеспечение углов атаки Δβ1 от 8 до 15° увеличивает проходное сечение между лопастями на входе, но может привести к ухудшению формы напорной характеристики и снижению кпд из-за увеличенной зоны отрыва на входе в рабочее колесо. Расположение входной кромки параллельно плоскости основного диска ухудшает форму лопасти, т.е. плавность изменения углов лопасти от входа к выходу, что приводит к снижению кпд рабочего колеса.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение высокой всасывающей способности насоса с величиной критического кавитационного коэффициента быстроходности Скр от 1100 и более при коэффициенте входа в рабочее колесо kвх от 4,5 до 4,6 и сохранении высокого кпд насоса за счет оптимизации геометрических размеров лопастной системы на входном участке пространственных лопастей рабочего колеса с коэффициентом быстроходности от 80 до 200.

Технический результат достигается тем, что в рабочем колесе центробежного насоса, содержащем основной и покрывающий диски и расположенные между ними пространственные лопасти, у лопастей входные кромки в плане выполнены вытянутыми относительно периферийной и втулочной поверхностей покрывающего и основного дисков, соответственно, таким образом, что максимальный угол охвата лопасти на входной кромке превышает углы ее охвата на периферийной и втулочной поверхностях на 5÷15°, а нижняя точка входной кромки расположена на расстоянии 0,3÷0,5 (D0-Dвт)/2 от D0, где D0 - диаметр входной воронки рабочего колеса, Dem -диаметр втулки рабочего колеса, причем входная кромка в плане скруглена по меньшей мере двумя радиусами, при этом угол атаки лопасти Δβ1 со стороны основного диска составляет 6÷10°, а со стороны покрывающего диска составляет 0÷2,5°.

Заявленные соотношения на входном участке пространственной лопасти выведены на основании теоретического анализа имеющейся информации по влиянию входных условий рабочего колеса на кавитацию и результатов экспериментов, проведенных во ВНИИАЭН. Соотношения выбирались для обеспечения коэффициента входа в рабочее колесо kвх, составляющем от 4,5 до 4,6, что соответствует определенному диаметру входной воронки рабочего колеса, для которого характерны плавность и устойчивость течения потока на входе в рабочее колесо, малые утечки в уплотнении рабочего колеса.

Выбор значений углов атаки лопастей рабочего колеса Δβ1 со стороны покрывающего диска от 0 до 2,5° и со стороны основного диска - от 6 до 10° способствует улучшению формы напорной характеристики вследствие уменьшенной зоны отрыва на входе в рабочее колесо, обеспечению высокой всасывающей способности при сохранении высокого кпд насоса.

Выполнение лопастей с входными кромками, вытянутыми в плане относительно периферийной (покрывающий диск) и втулочной (основной диск) поверхностей, так, что максимальный угол охвата лопасти Θохвmax превышает углы ее охвата на периферийной и втулочной поверхностях от 5 до 15°, а нижняя точка входной кромки расположена на расстоянии 0,3÷0,5 (D0-Dвт)/2 от D0, где D0 - диаметр входной воронки рабочего колеса и Dвт - диаметр втулки рабочего колеса, обеспечивает увеличение давления на входной кромке со стороны покрывающего диска - в зоне наиболее опасной с точки зрения возникновения кавитации, что способствует как бы рассеиванию кавитационных каверн по всей толщине потока на входе в рабочее колесо, препятствуя тем самым их концентрации (образованию устойчивых кавитационных зон), и, тем самым, способствует повышению всасывающей способности при сохранении высокого кпд насоса.

Выполнение входной кромки путем скругления ее в плане по меньшей мере двумя радиусами R обеспечивает плавность ее формы, что приводит к безотрывному обтеканию без снижения кпд рабочего колеса.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - рабочее колесо, меридианное сечение;

фиг.2 - лопасть в плане;

фиг.3 - входной участок лопасти со стороны основного диска, сечение А-А фиг.1;

фиг.4 - входной участок лопасти со стороны покрывающего диска, сечение Б-Б фиг.1.

Рабочее колесо центробежного насоса содержит основной диск 1 (фиг.1) и покрывающий диск 2 и расположенные между ними с образованием межлопастных каналов пространственные лопасти 3 с входными кромками 4 (фиг.2). Входные кромки 4 лопастей 3 вытянуты относительно периферийной поверхности 5 (покрывающий диск 2) и втулочной поверхности 6 (основной диск 1). Максимальный угол охвата Θохвmax на входной кромке 4 лопасти 3 превышает угол ее охвата на периферийной поверхности 5 Θохвпер и угол ее охвата на втулочной поверхности 6 Θохввт на 5÷15°. Один из лучей, образующих максимальный угол охвата Θохвmax, проходит через нижнюю точку входной кромки 4 - точку В, расположенную на расстоянии от 0,3 до 0,5 высоты входного сечения (D0-Dвт)/2 от D0. Входная кромка 4 в плане скруглена по меньшей мере двумя радиусами R (предпочтительно двумя или тремя радиусами). Угол атаки Δβ1 по основному диску находится в пределах от 6 до 10° (фиг.3) и по покрывающему диску от 0 до 2,5° (фиг.4).

Устройство работает следующим образом. При вращении колеса поток натекает на входную кромку 4 пространственной лопасти 3 и благодаря заявляемым расположению и форме входной кромки 4 обеспечивается увеличение давления на периферийной поверхности 5 входной кромки 4 у покрывающего диска 2, способствующее рассеиванию кавитационных каверн по всей толщине потока на входе в рабочее колесо, препятствуя тем самым их концентрации, т.е. образованию устойчивых кавитационных зон. Далее поток проходит по каналам рабочего колеса, получая приращение механической энергии, и выходит в отводящее устройство.

Рабочее колесо центробежного насоса, содержащее основной и покрывающий диски и расположенные между ними пространственные лопасти, отличающееся тем, что у лопастей входные кромки в плане выполнены вытянутыми относительно периферийной и втулочной поверхностей покрывающего и основного дисков соответственно, таким образом, что максимальный угол охвата лопасти на входной кромке превышает углы ее охвата на периферийной и втулочной поверхностях на 5÷15°, а нижняя точка входной кромки расположена на расстоянии 0,3÷0,5 (D0-Dвт)/2 от D0, где D0 - диаметр входной воронки рабочего колеса и Dвт - диаметр втулки рабочего колеса, причем входная кромка в плане скруглена по меньшей мере двумя радиусами, при этом угол атаки лопасти со стороны основного диска составляет 6÷10°, а угол атаки лопасти со стороны покрывающего диска составляет 0÷2,5°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании центробежных насосов, перекачивающих пульпу на горно-обогатительных комбинатах.

Изобретение относится к лопастным турбомашинам и касается способа передачи потенциальной и кинетической энергии жидкой или газообразной среде. .

Изобретение относится к радиальному лопастному колесу, содержащему первую концевую пластину 1 и вторую концевую пластину и расположенные на соответствующем расстоянии друг от друга лопасти 3.

Изобретение относится к насосостроению. .

Изобретение относится к области механизации животноводства, в частности к устройствам для исследования процесса перекачивания молока насосом доильной установки. .

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к многоступенчатым центробежным насосам. .

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в сахарной промышленности для подъема и подачи свеклы в моечное отделение сахарного завода. .

Изобретение относится к насосостроению, в частности к центробежным насосам, и может быть применено в автомобильной промышленности, например, для очистки стекол автомобилей жидкостями, подаваемыми под давлением.

Изобретение относится к области турбостроения, к типам турбомашин, имеющим рабочие ступени с лопатками, не связанными различного рода демпферными или бандажными связями (вентиляторы, нагнетатели, компрессоры, паровые и газовые турбины), и может быть использовано для диагностики повреждения лопаток в процессе эксплуатации.
Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к области ремонта газо- и нефтеперекачивающих агрегатов, и может быть использовано в топливоэнергетическом комплексе при ремонте воздушных компрессоров для сокращения трудоемкости и срока ремонта осевого компрессора газотурбинных установок.

Изобретение относится к циркуляционному центробежному насосу с неизменной скоростью вращения. Центробежный насос имеет по меньшей мере одно рабочее колесо, кожух насоса и электрический двигатель с постоянным магнитом с пуском от сети. Насос имеет кривую «напор-расход» (4), имеющую напор H0 (28) при нулевом расходе и напор Href (30), соответствующий наибольшей гидравлической мощности. По меньшей мере одно рабочее колесо содержит лопасти, которым придана такая форма, при которой Href (30) больше, чем H0 (28). Изобретение направлено на создание недорогостоящего насоса с уменьшенным удельным потреблением энергии. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в насосных агрегатах в нефте- и газотрубопроводах, теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности. Лопастной насос содержит боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, вал, расположенный внутри коллектора и закрепленный в подшипниковом узле, и лопастное колесо, установленное на валу. Коллектор изолирован от подшипникового узла с помощью сальника и соединен с боковым входным отверстием через входную втулку. На выходе коллектора установлена втулка с выходным отверстием. 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. Изобретение направлено на обеспечение повышения давления на выходе, увеличение ресурса работы подшипников, упрощение конструкции. 3 ил.

Изобретение относится к рабочему колесу центробежного насоса, содержащему, по меньшей мере, две лопасти (4) для перекачки сред, содержащих твердые тела. Согласно настоящему изобретению угол (β1) подъема передней кромки лопасти является меньшим чем 0 градусов. На первом участке (9) угол (β) лопасти увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута величина 0 градусов. На втором участке (10) происходит другое увеличение до тех пор, пока не будет достигнута максимальная величина. На третьем участке (11) угол (β) лопасти снова уменьшается. Изобретение направлено на создание рабочего колеса с высоким коэффициентом полезного действия, в котором предотвращено образование отложений и возникновение кавитации. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано для откачки из скважин пластовой жидкости с высоким содержанием газа. Погружной лопастной мультифазный насос содержит n-число ступеней. По крайней мере, одна ступень имеет полуоткрытое рабочее колесо (9) с ведущим диском (10) и лопастями (11), нижний и верхний направляющие аппараты (1), (5), установленные, соответственно, до и после рабочего колеса (9). Каждый аппарат (1), (5) включает нижний диск (2) и (6) и верхний диск (3) и (7) с лопатками (4), (8). Между колесом (9) и верхним диском (3) нижнего аппарата (1) установлен дополнительный направляющий аппарат (12), который состоит из диска с лопатками (13). Наличие дополнительного аппарата (13) позволяет отводить часть жидкости, проходящей через рабочее колесо (9), и направлять на вход этого же колеса (9), тем самым, принудительно увеличивая содержание жидкости в проходящей через ступень газожидкостной смеси. В результате обеспечивается стабильная работа насоса и увеличивается его напор и КПД. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх