Центробежное рабочее колесо



Центробежное рабочее колесо
Центробежное рабочее колесо
Центробежное рабочее колесо
Центробежное рабочее колесо

 


Владельцы патента RU 2522134:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении и эксплуатации малорасходных насосов изделий ракетно-космической техники. Изобретение направлено на расширение области использования. Центробежное рабочее колесо содержит монолитные ступицу, ведущий диск, покрывной диск и n лопаток. По периметру центробежного рабочего колеса расположены n аксиальных стоек, соединяющих покрывной диск с ведущим и выполненных заодно с ними и размещенных каждая между двумя соседними лопатками. Напорная сторона каждой лопатки и обращенная к этой стороне поверхность ближайшей аксиальной стойки образованы каждой прорезью на одном из дисков, а тыльная сторона каждой лопатки и обращенная к этой стороне поверхность ближайшей аксиальной стойки образованы каждой прорезью на другом из дисков. Изобретение направлено на расширение области использования. 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано для производства рабочих колес малорасходных центробежных насосов систем терморегулирования космических летательных аппаратов.

Известно центробежное рабочее колесо, содержащее выполненный заодно со ступицей ведущий диск, покрывной диск с центральным входным отверстием и размещенные между ведущим и покрывным диском лопатки (А.В. Бобков. Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов. - Владивосток: Дальнаука, 2003, с.129, рис.5.8, в).

Недостатком такого центробежного рабочего колеса являются значительные дисковые потери на трение по наружным поверхностям основного и покрывного дисков из-за их большой поверхности, а также нескомпенсированная осевая сила, возникающая при работе колеса из-за разности эпюр давления по наружным поверхностям ведущего и покрывного дисков.

Этого недостатка лишено выбранное в качестве прототипа (Патент РФ №2427726, МПК: F04D 29/22, 27.08.2011) центробежное рабочее колесо, содержащее выполненный заодно со ступицей ведущий диск, покрывной диск с центральным входным отверстием и размещенное между ведущим и покрывным диском четное число лопаток с напорной и тыльной сторонами. Ведущий и покрывной диски выполнены заодно с лопатками, на покрывном диске выполнены осесимметрично расположенные прорези, ограниченные напорной стороной каждой четной лопатки и ближайшей к этой стороне тыльной стороной соседней лопатки, наружным диаметром покрывного диска и диаметром входного отверстия, а на ведущем диске выполнены осесимметрично расположенные прорези, ограниченные напорной стороной каждой нечетной лопатки и ближайшей к этой стороне тыльной стороной соседней лопатки, наружным диаметром ведущего диска и внутренним контуром, отстоящим от оси рабочего колеса не далее радиуса пересечения входных кромок лопаток с внутренней поверхностью ведущего диска. Такое выполнение рабочего колеса позволяет существенно снизить дисковые потери и обеспечить полную разгрузку колеса от осевых сил.

Недостатком такого центробежного рабочего колеса является невозможность его выполнения с нечетным числом лопаток, хотя вполне возможно, что по гидравлическому расчету требуется именно такое. А искусственное изменение числа лопаток до ближайшего четного не всегда возможно - уменьшение числа лопаток ведет к снижению расхода и напора, а увеличение - ведет к снижению проходного сечения колеса и опять же к снижению расхода и напора. А так как преимущественная область применения прототипа - малорасходные насосы космических систем, то их малые размеры (наружный диаметр около 50 мм) не дают возможности обработки малых межлопаточных каналов, которые станут еще меньше в случае искусственного увеличения числа лопаток.

Задачей, решаемой заявленным устройством, является расширение области использования центробежного рабочего колеса, т.е. возможность выполнять колесо с любым как четным, так и нечетным числом лопаток.

Этот результат достигается за счет того, что в известном центробежном рабочем колесе, содержащем монолитные ступицу, ведущий диск, покрывной диск с центральным входным отверстием и размещенные между ведущим и покрывным диском n лопаток с напорной и тыльной сторонами, образованных краями осесимметрично расположенных прорезей в виде криволинейных цилиндров с аксиальными образующими на ведущем и покрывном дисках, согласно изобретению по периметру центробежного рабочего колеса расположены n аксиальных стоек, соединяющих покрывной диск с ведущим и выполненных заодно с ними и размещенных каждая между двумя соседними лопатками, при этом напорная сторона каждой лопатки и обращенная к этой стороне поверхность ближайшей аксиальной стойки образована каждой прорезью на одном из дисков, а тыльная сторона каждой лопатки и обращенная к этой стороне поверхность ближайшей аксиальной стойки образована каждой прорезью на другом из дисков, причем соседние прорези на обоих дисках в зоне, ограниченной минимальным диаметром покрывного диска и диаметром вписанной между всеми аксиальными стойками окружности выполнены соприкасающимися друг с другом или перекрывающими друг друга по всей длине.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения рабочего колеса дискового насоса, продольный разрез, на фиг.2 - то же, вид со стороны покрывного диска, на фиг.3 - то же, вид со стороны ведущего диска, на фиг.4 - то же, разрез по А-А.

Центробежное рабочее колесо содержит монолитные ступицу 1, ведущий диск 2, покрывной диск 3 с центральным входным отверстием 4 с минимальным диаметром d и размещенные между ведущим и покрывным диском n лопаток 5 (в данном примере конкретного исполнения - три лопатки). Каждая лопатка имеет напорную 6 и тыльную 7 стороны. Напорные 6 стороны каждой лопатки 5 образованы краями осесимметрично расположенных прорезей 8 (затемненная область на иллюстрациях) в виде криволинейных цилиндров с аксиальными образующими на покрывном диске 3. Тыльные 7 стороны каждой лопатки 5 образованы краями осесимметрично расположенных прорезей 9 в виде криволинейных цилиндров с аксиальными образующими на ведущем диске 2 (затемненная область на иллюстрациях, на фиг.2 эта область расположена под участком покрывного диска и видна только внутри входного отверстия). По периметру центробежного рабочего колеса расположены n (в данном примере 3) аксиальных стоек 10, соединяющих покрывной диск 3 с ведущим 2 и выполненных заодно с ними. Каждая аксиальная стойка 10 размещена между двумя соседними лопатками 5, при этом напорная сторона 6 каждой лопатки 5 и обращенная к этой стороне поверхность 11 ближайшей аксиальной стойки 10 образована каждой прорезью на одном из дисков (в данном примере - прорезью 8 на покрывном диске 3), а тыльная сторона 7 каждой лопатки и 5 обращенная к этой стороне поверхность 12 ближайшей аксиальной стойки 10 образована каждой прорезью на другом из дисков (в данном примере - прорезью 9 на ведущем диске 2). Соседние прорези 8 и 9 на обоих дисках в зоне, ограниченной минимальным диаметром d покрывного диска и диаметром D вписанной между всеми аксиальными стойками окружности, выполнены соприкасающимися друг с другом или перекрывающими друг друга по всей длине. В данном примере конкретного исполнения приведен случай, когда прорези перекрывают друг друга с образованием зон перекрытия 13 (выделены более темным цветом, чем прорези 8 и 9).

Центробежное рабочее колесо дискового насоса работает следующим образом: при приведении колеса во вращение (за счет установки ступицы на приводном валу) в среде жидкости жидкость в зазоре между дисками 2 и 3 под воздействием напорных сторон 6 лопаток 5 также приводится в движение, следствием которого является вытеснение жидкости к наружному диаметру рабочего колеса под действием центробежных сил инерции и создание рабочим колесом напора. Жидкость подается на каждую из трех лопаток 5 через входное отверстие 4. При этом момент трения наружных поверхностей дисков 2 и 3 о жидкость такого же порядка, что и в прототипе, т.к. прорези 8 и 9 снижают площадь трущейся поверхности дисков. Аксиальные же стойки 10 находятся на периметре рабочего колеса, где межлопаточные каналы достаточно велики, поэтому аксиальные стойки не оказывают существенного влияния на гидравлические характеристики колеса, но придают всей конструкции рабочего колеса жесткость. К тому же их профиль может быть выполнен обтекаемым, что еще более снижает влияние этих стоек на гидравлические характеристики. В данном примере конкретного исполнении напорные стороны каждой лопатки образованы краями осесимметрично расположенных прорезей на покрывном диске, однако также возможно и их образование прорезями на ведущем диске, поэтому в формуле изобретения приведен обобщающий признак «на одном из дисков». Выполнение соседних прорезей на обоих дисках в зоне, ограниченной минимальным диаметром входного отверстия и диаметром вписанной между всеми аксиальными стойками окружности, выполнены их соприкасающимися друг с другом или перекрывающими друг друга по всей длине необходимо, так как только в этом случае гарантируется отсутствие каких-либо препятствий для жидкости в межлопаточном канале. В идеале необходимо касание прорезей на обоих дисках, но это практически недостижимо из-за допусков на размеры. Степень перекрытия прорезей рекомендуется брать минимальной, поскольку увеличение прорезей в обоих дисках ведет к увеличению перетекания жидкости с напорной стороны лопатки на тыльную. Однако это следует из обычного проектирования, не требующего изобретательской деятельности. В результате использования изобретения расширяется область использования центробежного рабочего колеса, т.к. обеспечивается возможность выполнять колесо с любым как четным, так и нечетным числом лопаток. Так же, как и в прототипе, повышена технологичность центробежного рабочего колеса за счет отсутствия в его конструкции замкнутых полостей. При этом заявленная конструкция, так же, как и конструкция прототипа, не является разновидностью т. наз. «полуоткрытого колеса» (М.В. Краев и др. Малорасходные насосы авиационных и космических систем. - М.: Машиностроение, 1985, с.28-29, рис.2.4, б), т.к. для полуоткрытого колеса характерен резкий перепад давления между напорной и тыльной сторонами одной и той же лопатки, ограниченный только торцевым зазором между торцем лопатки и корпусом, что приводит к довольно существенным перетечкам через открытый торец лопатки и существенному вихреобразованию, снижающему к.п.д. колеса. В заявленной конструкции, являющейся разновидностью «полузакрытого колеса», перетекание между напорной и тыльной стороной одной и той же лопатки принципиально невозможно, т.к. они разделены участком либо ведущего, либо покрывного дисков. Следует отметить, что применение заявленной конструкции целесообразно и для четного числа лопаток, например при n=2 конструкция заявленного рабочего колеса более жесткая, чем конструкция прототипа, за счет вдвое большего числа аксиальных связей между ведущим и покрывным дисками (дополнительно к 2 лопаткам добавляются 2 аксиальные стойки).

В иллюстрациях для упрощения описания приведено рабочее колесо с лопатками, напорные и тыльные стороны которых выполнены плоскими, однако это непринципиально - конструкция обеспечивает любой профиль лопатки одинарной кривизны (кстати, такие лопатки встречаются практически на всех центробежных малорасходных насосах, ибо применение лопаток двойной кривизны при малых диаметрах рабочих колес нецелесообразно).

Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленную группу изобретений к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.

Центробежное рабочее колесо, содержащее монолитные ступицу, ведущий диск, покрывной диск с центральным входным отверстием и размещенные между ведущим и покрывным диском n лопаток с напорной и тыльной сторонами, образованных краями осесимметрично расположенных прорезей в виде криволинейных цилиндров с аксиальными образующими на ведущем и покрывном дисках, отличающееся тем, что по периметру центробежного рабочего колеса расположены n аксиальных стоек, соединяющих покрывной диск с ведущим и выполненных заодно с ними и размещенных каждая между двумя соседними лопатками, при этом напорная сторона каждой лопатки и обращенная к этой стороне поверхность ближайшей аксиальной стойки образованы каждой прорезью на одном из дисков, а тыльная сторона каждой лопатки и обращенная к этой стороне поверхность ближайшей аксиальной стойки образованы каждой прорезью на другом из дисков, причем соседние прорези на обоих дисках в зоне, ограниченной минимальным диаметром входного отверстия и диаметром вписанной между всеми аксиальными стойками окружности, выполнены соприкасающимися друг с другом или перекрывающими друг друга по всей длине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям химических вертикальных насосов. Насос включает корпус, ротор с валом и рабочим колесом в виде многозаходной крыльчатки открытого типа, а также опорную плиту.

Группа изобретений относится к турбонасосостроению. Корпус насоса включает корпусы входа и отвода перекачиваемой среды и уступообразный тыльный кольцевой элемент, образующие совместно проточную полость для размещения шнекоцентробежного рабочего колеса закрытого типа и автомата осевой разгрузки ротора.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный узел, включающий корпуса подвода и отвода пара, сопловый аппарат и турбину.

Группа изобретений относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный, опорный и насосный узлы.

Группа изобретений относится к насосостроению, а именно к химическим горизонтальным центробежным насосам. Конструктивно-технологический модельный ряд химических насосов включает совокупность насосов.

Изобретение относится к насосостроению. Способ производства включает изготовление сборного корпуса насоса из соединяемых с опорной плитой корпуса ходовой части с подшипниковыми опорами, корпуса подвески и корпуса проточной части, изготовление вала ротора насоса, рабочего колеса, корпуса переходника и силового узла.

Изобретение относится к насосостроению. Агрегат включает привод в виде электродвигателя, переходник с силовой муфтой и центробежный полупогружной насос.

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям химических горизонтальных центробежных насосов с рабочим колесом открытого типа, предназначенных для перекачивания химически агрессивных жидкостей.

Изобретение относится к насосостроению, а именно к химическим вертикальным центробежным насосам. Каждый репрезентативный насос из конструктивно-технологического модельного ряда содержит однотипную конструктивную систему.

Изобретение относится к насосостроению, а именно к химическим вертикальным центробежным электронасосным агрегатам. Агрегат включает привод - электродвигатель, переходник с силовой муфтой и центробежный полупогружной насос.

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения. Рабочее колесо ступени погружного насоса содержит проточные каналы 1 закрытого типа на входе 2 колеса и проточные каналы 3 открытого типа на выходе 4. Для повышения напора и надежности каналы 3 открытого типа выполнены с -образными лопастями 5, полки 6, 7 которых расположены на выпуклых сторонах лопастей 5. 2 ил.

Изобретение относится к устройству для перекачивания газосодержащих суспензий, в частности волокнистых суспензий. Устройство включает псевдоожижающий ротор (2) с одной или более лопастями (5), рабочее колесо насоса и напорный патрубок (7). Псевдоожижающий ротор (2) размещен во всасывающем патрубке (6) насоса (1) и имеет ступицу (3). Центр входного конца (4) псевдоожижающего ротора (2) выполнен полым, а лопасти (5) работают свободно, без взаимного усиления или взаимной связи. Отношение свободной длины (FI) псевдоожижающего ротора (2) к диаметру (Dr) псевдоожижающего ротора составляет от 0% до 75%. Благодаря этому может быть обеспечена необходимая устойчивость практически для всех областей применения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение может быть использовано в составе электронасосных агрегатов систем терморегулирования изделий ракетно-космической техники, а также в химической промышленности. Центробежное рабочее колесо содержит единый со ступицей ведущий диск, покрывной диск с центральным входным отверстием и размещенные между ведущим и покрывным диском осесимметрично расположенные лопатки. Каждая лопатка выполнена составной из двух частей, при этом первая часть каждой лопатки выполнена заодно с покрывным диском и размещена внутри соосной покрывному диску первой поверхности вращения. Вторая часть каждой лопатки выполнена заодно с ведущим диском и размещена снаружи второй поверхности вращения, охватывающей первую поверхность вращения. Каждая из поверхностей выполнена двухступенчатой, при этом ступени с большим диаметром обеих поверхностей прилегают своими краями к ведущему диску, а ступени меньшего диаметра прилегают своими краями к покрывному диску. Ступени меньшего диаметра обеих поверхностей имеют одинаковые номинальные диаметры, и осевые размеры ступеней меньшего и большего диаметров первой поверхности вращения равны номинальным осевым размерам ступеней меньшего и большего диаметров второй поверхности вращения соответственно. Оба диска установлены с фиксацией их взаимного углового положения. Изобретение направлено на повышение технологичности и коррозионной стойкости. 4 ил.

Изобретение относится к насосостроению. Горизонтальный одноступенчатый насос включает корпус, двухпоточное рабочее колесо и направляющий аппарат. Покрывные диски колеса присоединены к основному диску посредством систем пространственно спиральных лопаток. Лопатки разнесены по окружности с образованием смежными лопатками в каждой из упомянутых систем спирально закрученных межлопаточных каналов. Напорная поверхность и средняя условная поверхность лопатки колеса выполнены пространственным перемещением линейчатой образующей от входа к выходу из межлопаточного канала с углом захода лопатки в поток, изменяющимся к выходу с градиентом пространственной кривизны, заданным в проекциях на две взаимно перпендикулярные условные плоскости. Системы лопаток колеса смещены в плоскости вращения на угол не менее половины проекции скошенного выходного конца лопатки на условную среднюю плоскость основного диска. Направляющий аппарат снабжен криволинейными лопатками, число которых превышает число лопаток колеса. Лопатки аппарата отклонены в сторону вектора потока в отводе на определенный угол, а межлопаточный канал выполнен расширяющимся к выходу. Группа изобретений направлена на улучшение характеристик насоса, снижение вибрационных радиальных нагрузок и повышение КПД, надежности и ресурса. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к лопастным радиальным турбомашинам, перекачивающим жидкую или газообразную среды. Способ повышения энергии, сообщаемой среде лопастными турбомашинами, включает формирование циркуляционного течения среды вокруг объемных лопаток в межлопаточных каналах рабочего колеса, создающего прирост давления на рабочей поверхности 8 лопаток по отношению к тыльной их поверхности 9. Часть среды, подаваемой в межлопаточные каналы, направляют из них по входным каналам 12 с рабочей поверхности 8 лопаток в цилиндрические вихревые камеры 11. Камеры 11 расположены по всей длине лопатки, они закручивают среду в вихревое интенсивное вращательное движение и далее перемещают по выходным каналам 13 на поверхности 8, 9. Эту среду смешивают со средой, перемещаемой по межлопаточным каналам по всему пространству, и направляют смешенный поток в нагнетательный патрубок. Изобретение направлено на повышение эффективности способа передачи внутренней энергии среде, повышение экономичности преобразования механической энергии вращения рабочего колеса во внутреннюю энергию перемещаемой ими среды, снижение металлоемкости и уменьшение габаритов турбомашины и уровня шума в области рабочих режимов за счет устранения вихреобразования на выходе из рабочего колеса и входе в нагнетательный патрубок. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится насосостроению, а именно к погружному центробежному многоступенчатому насосу. Центробежный насос, включающий лопастные колеса, которые не соединены центральным валом. В частности, каждое из лопастных колес имеет отдельную ступицу, которая взаимно сцепляется с соседней ступицей другого лопастного колеса. Ступицы вращаются синхронно друг с другом, вращая лопастные колеса. Группа изобретений направлена на снижение расхода материала и продолжительности сборки насоса. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах авиационной и ракетной техники. Центробежный насос содержит корпус 1, внутри которого на валу 2 размещено центробежное колесо 3 с щелевыми уплотнениями 4 и каналами 5 перепуска утечек во входную зону 6 колеса 3 и дисковый обтекатель 7 с лопаточной решеткой 10 со стороны каналов 5 перепуска утечек. В дисковом обтекателе 7 выполнена приемная кольцевая полость 8, профиль 9 которой напротив каналов 5 перепуска утечек плавно изогнут в направлении входа в межлопаточные каналы лопаточной решетки 10. Радиус расположения каналов 5 перепуска выполнен меньше радиуса входных кромок лопаточной решетки 10 дискового обтекателя 7. Такое исполнение полностью исключает вредное турбулизирующее влияние утечек на поток жидкости во входной зоне центробежного колеса, формирует оптимальное течение утечек вдоль основного потока и заднего диска центробежного колеса. Изобретение направлено на полное устранение вредного влияния утечек и повышение всасывающей способности центробежного насоса. 1 ил.

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 турбомашиностроению, в частности к радиальным вентиляторам, насосам, компрессорам с загнутыми назад лопатками рабочего колеса. Турбомашина содержит спиральный корпус, установленное в нем рабочее колесо, несущий и покрывной диски, расположенные между ними загнутые назад профильные лопатки (5). Каждая лопатка (5) снабжена установленным с конфузорным зазором (6) по отношению к ее рабочей поверхности (7) накрылком (8) с вогнутой рабочей и выпуклой торцевой поверхностями (9, 10) и имеющим вихревую камеру (11), сообщающуюся тангенциально с зазором (6), выпускные конфузорные каналы (12) на его поверхность (10) из камеры (11) и впускные конфузорные каналы (13) с тангенциальным входом в нее с поверхности (9) накрылка (8). В спиральном корпусе на несущем диске в вихревую камеру (11) каждого накрылка (8) выполнен тангенциальный входной конфузорный канал (14), а на покрывном диске из вихревой камеры (11) - тангенциальный выходной конфузорный канал (15). Изобретение направлено на повышение аэродинамической нагруженности радиально-вихревой турбомашины за счет увеличения кинетической энергии вращения потока в вихревой камере путем формирования высокоэнергетического «вихревого жгута» и, как результат, увеличения перепада давления между рабочей и тыльной поверхностями лопаток. 5 ил.

Изобретение может быть использовано в малорасходных насосах изделий ракетно-космической техники. Центробежное рабочее колесо содержит выполненный заодно со ступицей (1) ведущий диск (2) с лопатками (3) и покрывной диск (4) с центральным входным отверстием (5). Диск (4) контактирует с торцовыми поверхностями (6) лопаток (3). Лопатки (3) со стороны их выходных кромок (8) снабжены выполненными заодно с лопатками (3) аксиальными хвостовиками (9). Хвостовики (9) выступают за поверхность (7) вращения. На диске (3) выполнены выходящие на поверхность (7) аксиальные пазы, в которых размещены хвостовики (9). В колесе выполнены по числу лопаток (3) отверстия, каждое из которых проходит через покрывной диск (2) с обеих сторон паза и размещенный в этом пазу хвостовик (9). В отверстиях установлены штифты. Изобретение направлено на повышение технологичности центробежного рабочего колеса и расширение сферы его применения. 5 ил.
Наверх