Реактивное рабочее колесо центробежного насоса

Изобретение относится к области насосостроения. Реактивное рабочее колесо центробежного насоса содержит равномерно распределенных по окружности лопасти (1) с идентичными скелетами (2) профилей. Средние линии (3) межлопастных каналов (4) представляют собой геометрическое место точек - центров окружностей с диаметрами Di (i=1…n), вписанных между скелетами (2) соседних профилей на различных радиусах колеса. Внешние обводы межлопастных каналов (4) образованы кривыми (5) и (6), касательными к окружностям с диаметрами di<Di, концентричным окружностям, вписанным между скелетами (2). Диаметры di на любом i-м радиусе колеса определяются зависимостью di=(D1-s)⋅k+(Di-s)⋅(1-k), где D1 - диаметр Di окружности (7) в горле канала, когда i=1; s - толщина входной кромки профиля лопасти, а константа k идентична для всех каналов колеса и может иметь значения в диапазоне от 0,3 до 0,5. Изобретение направлено на снижение вихревых (диффузорных) потерь в межлопастных каналах рабочего колеса с одновременным увеличением его гидравлического КПД. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при проектировании и производстве насосов.

Известен способ снижения вихревых диффузорных потерь в межлопастном канале рабочего колеса центробежного насоса путем увеличения количества лопастей рабочего колеса (см., например, Пфлейдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. Водяные насосы, вентиляторы, турбовоздуходувки, турбокомпрессоры. 4-е перераб. изд. / пер. под ред. В.И. Поликовского. - М: ГНТИ, 1960). Увеличение количества лопастей приводит к снижению степени диффузорности межлопастного канала и, как следствие, к снижению отрицательного влияния относительного вихря на структуру течения. Вместе с тем, при этом увеличивается стеснение потока на входе в колесо и увеличивается площадь поверхностей трения лопастей о жидкость. Это приводит к росту гидравлических потерь в межлопастном канале и на его входе.

Однако в итоге увеличение количества лопастей хоть и снижает диффузорные потери, но не дает практического увеличения КПД рабочего колеса и насоса, чаще приводя к их уменьшению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому реактивному рабочему колесу центробежных насосов является рабочее колесо, описанное в книге Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория расчет и конструирование. - М.: Машиностроение, 1977, с.30, 32, рис.16), содержащее равномерно распределенные по окружности колеса лопасти с идентичными скелетами профилей, образующие между собой каналы с горлом, причем лопасти имеют преимущественно максимально тонкий аэродинамический профиль или минимально возможную постоянную толщину. Профиль лопастей строится на скелете - кривой, совпадающей с расчетной линией тока жидкости относительно колеса.

Недостатком таких колес является большие диффузорные (вихревые) потери в диффузорном межлопастном канале из-за отрицательного влияния относительного (осевого) вихря на структуру течения (см., например, Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - М.: Машиностроение, 1966). Следствие этого недостатка - снижение гидравлического КПД рабочего колеса и насоса в целом.

Недостатком такого решения является низкая эффективность использования центробежного насоса при значительных отклонениях режимов работы от расчетных из-за низких значений КПД.

Задачей изобретения является расширение эффективной рабочей зоны центробежного насоса с одновременным увеличением его гидравлического КПД.

Техническим результатом является снижение вихревых (диффузорных) потерь в межлопастных каналах рабочего колеса.

Это достигается тем, что реактивное рабочее колесо центробежного насоса, содержащее равномерно распределенные по окружности колеса лопасти с идентичными скелетами профилей, образующие между собой каналы с горлом, которые образованы так, что средние их линии есть геометрическое место точек - центров окружностей с диаметрами Di, вписанных между скелетами соседних профилей на различных радиусах колеса, а внешние обводы каналов образованы кривыми, касательными к окружностям с диаметрами di, меньшими диаметров Di, концентричным окружностям, вписанным между скелетами профилей, причем диаметры di на любом i-м радиусе рабочего колеса определяются зависимостью di=(D1-s)⋅k+(Di-s)⋅(1-k), где D1 есть диаметр Di в горле канала, s есть толщина входной кромки профиля лопасти, а константа k идентична для всех каналов колеса и имеет значение в диапазоне от 0,3 до 0,5.

Кроме того, тела лопастей могут быть выполнены по меньшей мере с одной внутренней замкнутой полостью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены общий вид реактивного рабочего колеса центробежного насоса, например, с шестью лопастями постоянной толщины, на фиг. 2 представлены зависимости относительного КПД центробежного насоса от режима его работы относительной объемной подачи рабочей среды для известного решения и изобретения.

Реактивное рабочее колесо центробежного насоса содержит, например, шесть равномерно распределенных по окружности лопастей 1 с идентичными скелетами 2 профилей. Средние линии 3 межлопастных каналов 4 представляют собой геометрическое место точек - центров окружностей с диаметрами Di (i=1…n), вписанных между скелетами 2 соседних профилей на различных радиусах колеса. Внешние обводы межлопастных каналов 4 образованы кривыми 5 и 6, касательными к окружностям с диаметрами di<Di, концентричным окружностям, вписанным между скелетами 2. При этом диаметры di на любом i-м радиусе рабочего колеса определяются зависимостью di=(D1-s)⋅k+(Di-s)⋅(1-k), где D1 - диаметр Di окружности 7 в горле канала, когда i=1; s - толщина входной кромки профиля лопасти, а константа k идентична для всех каналов колеса и может иметь значения в диапазоне от 0,3 до 0,5.

Реактивное рабочее колесо центробежного насоса работает следующим образом.

При вращении рабочего колеса, содержащего равномерно распределенные по окружности лопасти 1 с идентичными скелетами 2 профилей, жидкость под действием центробежной силы, возникающей вследствие силового взаимодействии лопастей 1 с потоком, начинает двигаться от горла канала, имеющего характерный размер - диаметр окружности 7, к периферии. Движение потока жидкости по межлопастным каналам 4, которые образованны кривыми 5 и 6, сопровождается вихревыми (диффузорными) потерями в значительно меньшем количестве.

Зависимости относительного КПД центробежного насоса известного решения (a) и изобретения (b) получены методом 3D моделирования в среде ANSYS Fluent. Анализ зависимостей показывает, что колесо согласно изобретению обеспечивает существенное повышение максимального КПД насоса по сравнению с прототипом при оптимальном режиме и значительно увеличивает зону эффективной работы насоса (условную зону, в которой при изменении подачи насоса его КПД изменяется в пределах 10% от максимального значения), что подтверждает достижение заявленного технического результата. Заявленный положительный эффект от применения изобретения подтвержден натурным экспериментом на консольно-моноблочном центробежном насосе КМ40-25-200.

Использование изобретения позволяет снизить вихревые (диффузорные) потери в межлопастных каналах рабочего колеса с одновременным увеличением его гидравлического КПД.

1. Реактивное рабочее колесо центробежного насоса, содержащее равномерно распределенные по окружности колеса лопасти с идентичными скелетами профилей, образующие между собой каналы с горлом, отличающееся тем, что каналы образованы так, что средние их линии есть геометрическое место точек - центров окружностей с диаметрами Di, вписанных между скелетами соседних профилей на различных радиусах колеса, а внешние обводы каналов образованы кривыми, касательными к окружностям с диаметрами di, меньшими диаметров Di, концентричным окружностям, вписанным между скелетами профилей, причем диаметры di на любом i-м радиусе рабочего колеса определяются зависимостью di=(D1-s)⋅k+(Di-s)⋅(1-k), где D1 есть диаметр Di в горле канала, s есть толщина входной кромки профиля лопасти, а константа k идентична для всех каналов колеса и имеет значение в диапазоне от 0,3 до 0,5.

2. Реактивное рабочее колесо центробежного насоса по п. 1, отличающееся тем, что тела лопастей выполнены по меньшей мере с одной внутренней замкнутой полостью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения. Насос содержит гетерогенную лопастную систему, лопасти (1-6) которой образуют между собой каналы (7).

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при конструировании погружных центробежных насосов для добычи жидкостей с механическими примесями из скважин.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при конструировании погружных насосов для добычи жидкостей с механическими примесями из скважин.

Группа изобретений относится к центробежным насосам. Рабочее колесо (2) для центробежного насоса, включающее в себя имеющий лопатки (8) первый закрывающий диск (4) и присоединенный посредством сварки к первому закрывающему диску (4) второй закрывающий диск (6).

Изобретение касается вертикального насоса с двусторонним всасыванием. Насос имеет спускной трубный узел, узел электродвигателя, расположенный на узле подвески и присоединенный к валу (15), спускные отверстия (120, 122), присоединенные к спускному трубному узлу, корпус (12) и колесо (14) с двусторонним всасыванием.

Изобретение относится к насосам необъемного вытеснения, а именно к рабочим колесам центробежных насосов. Рабочее колесо центробежного насоса содержит установленные между ведущим и покрывным дисками основные криволинейные лопатки, образующие межлопаточные каналы, и установленные в последних укороченные дополнительные криволинейные лопатки, причем выходные кромки всех лопаток находятся на наружной окружности рабочего колеса, укороченные дополнительные криволинейные лопатки установлены ближе к основным криволинейным лопаткам в направлении вращения колеса, причем расстояние по наружной окружности рабочего колеса от выходной кромки основной криволинейной лопатки до выходной кромки укороченной дополнительной криволинейной лопатки в направлении вращения рабочего колеса составляет от 1,2 до 1,4 расстояния от выходной кромки укороченной дополнительной криволинейной лопатки до выходной кромки смежной с ней основной криволинейной лопатки в направлении вращения рабочего колеса, а входная кромка укороченной дополнительной криволинейной лопатки расположена от оси рабочего колеса в радиальном направлении на расстоянии, составляющем от 0,25 до 0,42 диаметра наружной окружности рабочего колеса.

Изобретение относится к насосам необъемного вытеснения, а именно к рабочим колесам центробежных насосов. Рабочее колесо промежуточной ступени центробежного насоса содержит ведущий диск, покрывной диск и расположенные между ними лопатки.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти. Способ изготовления рабочего колеса и направляющего аппарата ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса включает ввод алюминия под поверхность расплава при температуре 1410-1480°С.

Изобретение относится к насосной технике, в частности к центробежным насосам. В центробежном насосе, содержащем корпус с патрубками, вал с ротором, имеющий лопатки, согласно изобретению лопатки выполнены в виде двух групп.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в погружных многоступенчатых электроцентробежных насосах для добычи нефти. Насос содержит корпус, вал и ступени, состоящие из рабочего колеса и направляющего аппарата, выполненные литьем из чугуна следующего состава, масс.%: углерода - 3,2-3,9, кремния - 0,2-1,0, марганца - 0,5-0,8, хрома - 0,1-0,5, меди - 0,8-1,5, алюминия - 1,7-4,0, титана - не более 0,3, фосфора - не более 0,2, серы - не более 0,02, железо - остальное.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к центробежным насосным установкам, предназначенным для перекачивания жидкостей. Одноступенчатый центробежный насосный агрегат включает центробежный одноступенчатый насос двухстороннего входа, приводной электродвигатель, муфту, соединяющую их валы, опорную раму для крепления насоса и электродвигателя, корпус, состоящий из основания и крышки, входной и выходной патрубки, ротор с закрепленным на нем рабочим колесом, установленный в опорных подшипниках, и спиральный отвод. Спиральный отвод выполнен в виде отдельной самостоятельной детали, а части его внешней поверхности, предусмотренные для размещения в выполненных для этого ложементах крышки и корпуса, соответствуют форме поверхностей этих ложементов. Рабочее колесо и спиральный отвод выполнены попарно сменными, причем параметры рабочего колеса и спирального отвода в каждой паре рассчитываются на максимальное значение эффективности при обеспечении требуемой подачи и напора. Изобретение направлено на создание одноступенчатого центробежного насосного агрегата с максимальным КПД на режимах, отличных от номинального, при упрощении его конструкции и придании ей универсальности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к насосостроению и 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 (1) ведущий диск (2), покрывной диск (3) с входным отверстием (4) и размещенные между дисками (2,3) осесимметрично расположенные лопатки (5). Каждая лопатка (5) выполнена из двух частей (6, 7). Наружная поверхность диска (2) выполнена цилиндрической за одно целое с наружной поверхностью вторых частей (7) лопаток (5). Диск (3) снабжен цилиндрической стенкой (9), внутренний диаметр которой равен наружному диаметру диска (2). На стенке (9) выполнены осесимметричные замкнутые прорези (10) по числу лопаток (5). Первые части (6) лопаток (5) образованы перемычками (11) в стенке (9) между прорезями (10). Стенка (9) между своим торцем (12) и прорезями (10) соединена с диском (2) штифтами (13). Изобретение направлено на повышение надежности колеса и обеспечение достоверности его контроля при производстве. 3 ил.

Группа изобретений относится к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин. Установка погружного лопастного насоса компрессионного типа включает в себя двигатель, протектор с осевой опорой вала, насосную секцию. Насосная секция включает в себя: вал, корпус, основание, головку, сборку пакета центробежных ступеней. Каждая ступень содержит направляющий аппарат и рабочее колесо с лопастями между ведущим и покрывным дисками и ступицей. Рабочие колеса и направляющие аппараты выполнены в виде цельнолитых конструкций из чугуна. На ведущем диске каждого колеса выполнен лопаточный венец. Между боковыми гранями каждой лопатки лопаточного венца и ведущим диском выполнены скругления; высота лопаточного венца не превышает минимальное расстояние между ведущим и покрывным дисками рабочего колеса, а радиус скруглений составляет от 0,2 до 0,8 от этой величины. Рабочие колеса сжаты гайкой по ступицам, направляющие аппараты зафиксированы относительно корпуса, валы насосных секций опираются друг на друга. Вал нижней секции опирается на вал в протекторе, чья осевая опора изготовлена в виде гидродинамического подшипника. Изобретения направлены на повышение надежности работы, износо- и коррозионной стойкости, оптимизацию свойств ступеней. 2 н. и 5 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. Мультифазная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит направляющий аппарат, состоящий из корпуса в виде обечайки с буртом и нижнего и верхнего дисков с лопатками, и рабочее колесо, состоящее из ведущего и ведомого дисков с лопастями. В области между выходом из рабочего колеса и входом в последующий направляющий аппарат образована сепарационная камера. На входе в рабочее колесо образована камера для диспергирования, а между выходом из рабочего колеса и выходом из предыдущего направляющего аппарата образована камера для циркуляции. За счет сепарации часть жидкости отводится в камеру для циркуляции и направляется на вход рабочего колеса этой же ступени, что позволяет увеличить количество жидкости в газожидкостной смеси на входе в рабочее колесо и, тем самым, обеспечивается стабильная работа ступени, повышается напор и КПД. Газ же из центра проходит далее на вход направляющего аппарата следующей ступени. В камере для диспергирования происходит измельчение крупных пузырей газа, и газожидкостная смесь становится более равномерной, что также способствует повышению напора и КПД. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к нефтяному машиностроению, в частности к насосам для откачки пластовой жидкости из скважин. Установка содержит: двигатель, протектор с осевой опорой вала и по крайней мере одну насосную секцию. Секция включает основание, головку, вал, корпус, промежуточные подшипники, центробежные ступени. Каждая ступень содержит направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненные в виде цельнолитых конструкций из чугуна. Колеса содержат ведущий и покрывной диски, между которыми размещены лопасти, паз, в котором установлена шайба осевой опоры, и ступицу. Длины ступиц колес по номиналу совпадают с монтажной высотой направляющих аппаратов. Направляющие аппараты зафиксированы относительно корпуса. Валы насосных секций в рабочем состоянии опираются друг на друга. На ведущем диске рабочих колес выполнен лопаточный венец. Ступени и промежуточные подшипники установлены в виде пакетов, причем в каждом пакете установлена по крайней мере одна втулка вала, за счет которой выровнены длины статора и ротора пакета. Изобретения направлены на снижение до оптимального значения действующей на рабочие колеса и, следовательно, на осевую опору ротора насоса осевой силы, снижение перетечки в ступенях, за счет чего повышается КПД и ресурс работы установки, упрощение сборки насоса и снижение его стоимости. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения, в частности к многоступенчатым погружным лопастным насосам для добычи нефти. Открытое рабочее колесо ступени центробежного насоса содержит ступицу, имеющую возможность свободного перемещения вдоль вала насоса, ведущий диск с расположенными на одной из его плоских поверхностей лопастями, образующими проточные каналы, и индивидуальную опорную пяту на обеих поверхностях диска в виде антифрикционной износостойкой шайбы. По длине проточных каналов, начиная от большего диаметра диска, выполнены вырезы, границы которых совмещены с границами боковых поверхностей лопастей в зоне крепления лопасти к ведущему диску. Лопасть по высоте составлена из двух частей, по меньшей мере, одна из которых наклонена относительно оси вращения. Изобретение направлено на повышение надежности рабочего колеса при перекачке жидкостей, содержащих механические примеси. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к насосной технике, а именно к рабочим колесам центробежного насоса для перекачки различных жидких сред. Рабочее колесо содержит основной диск (1) со ступицей (2), покрывной диск (3) и размещенные между ними 7 лопастей, выполненных криволинейными загнутыми назад. В диске (1) между входными участками лопастей выполнены сквозные отверстия (5), а с наружной стороны диска (1) - кольцевой коаксиальный ступице (2) бурт (6). Колесо выполнено литым с отклонением по шагу лопастей на их входном участке не более 2 мм и на выходном участке не более 3 мм, Наружная поверхность диска (1) между ступицей (2) и буртом (6) выполнена конической, плавно сопряженной со ступицей (2) и поверхностью бурта (6). Ось отверстия (5) наклонена к оси колеса под углом 25°±5°, внутренний диаметр бурта (6) составляет от 0,4 до 0,45 от диаметра колеса. Отверстия (5) расположены по окружности и их диаметр составляет от 0,038 до 0,041 от диаметра колеса. Периферийные наружные участки дисков (1, 3) образованы коническими, сужающимися к периферии колеса поверхностями, образующие которых наклонены к оси колеса под углом 75°±5°. Диаметр колеса составляет от 155 до 157 мм. Изобретение направлено на уменьшение величины осевой силы на рабочем колесе, возникающей при работе насоса. 3 ил.

Изобретение относится к насосной технике. Рабочее колесо содержит основной диск (1) со ступицей (2), покрывной диск (3) и размещенные между ними криволинейными загнутыми назад лопасти (4). В диске (1) между входными участками лопастей (4) выполнены сквозные отверстия (5), оси которых параллельны оси колеса. С наружной стороны колеса на диске (1) выполнен кольцевой коаксиально охватывающий ступицу (2) бурт (6). Наружная поверхность диска (1) между ступицей (2) и буртом (6) выполнена плоской, перпендикулярной оси колеса и плавно сопряженной с внутренней цилиндрической поверхностью бурта (6). Колесо выполнено литым с отклонением по шагу лопастей (4) на их входном участке не более 2 мм и на выходном - не более 3 мм. Внутренний диаметр D1 бурта (6) составляет от 0,44 до 0,45 от диаметра D2 колеса. Отверстия (5) расположены около вогнутой стороны лопасти (4) по окружности, диаметр D3 которой составляет от 0,32 до 0,34 от D2. Диаметр отверстий (5) составляет от 0,044 до 0,046 от D2. Между дисками (1, 3) расположено 8 лопастей (4). Периферийные наружные участки дисков (1, 3) образованы коническими, сужающимися к периферии колеса поверхностями, образующие которых наклонены к оси колеса под углом 75°±5°. Диаметр колеса составляет от 226,0 мм до 224 мм. Изобретение направлено на уменьшение осевой силы, действующей на рабочее колесо. 2 ил.

Изобретение относится к насосной технике, а именно к рабочим колесам центробежного насоса для перекачки различных жидких сред. Рабочее колесо содержит основной диск (1) со ступицей (2), покрывной диск (3) и размещенные между ними 7 лопастей (4), выполненных криволинейными загнутыми назад. В диске (1) между входными участками лопастей выполнены сквозные отверстия (5), а с наружной стороны диска (1) - кольцевой коаксиальный ступице (2) бурт (6). Колесо выполнено литым с отклонением по шагу лопастей на их входном участке не более 2 мм и на выходном участке не более 3 мм, Наружная поверхность диска (1) между ступицей (2) и буртом (6) образует часть торовой поверхности, плавно сопряженной со ступицей (2) и поверхностью бурта (6). Ось каждого отверстия (5) наклонена к оси колеса под углом 33°±5°. Внутренний диаметр бурта (6) составляет от 0,59 до 0,61 от диаметра колеса. Отверстия (5) расположены по окружности, диаметр которой составляет от 0,04 до 0,05 от диаметра колеса. Диаметр колеса составляет от 287 мм до 285 мм. Изобретение направлено на уменьшение величины осевой силы на рабочем колесе, возникающей при работе насоса. 3 ил.

Изобретение относится к насосной технике, а именно к рабочим колесам центробежного насоса для перекачки различных жидких сред. Рабочее колесо содержит основной диск (1) со ступицей (2), покрывной диск (3) и размещенные между ними 7 лопастей (4), выполненные криволинейными загнутыми назад. В диске (1) между входными участками лопастей выполнены сквозные отверстия (5), оси которых параллельны оси колеса, а с наружной стороны диска (1) - кольцевой коаксиальный ступице (2) бурт (6). Наружная поверхность диска (1) между ступицей (2) и буртом (6) выполнена плоской, перпендикулярной оси колеса и плавно сопряженной с внутренней поверхностью бурта (6). Колесо выполнено литым с отклонением по шагу лопастей на их входном участке не более 2 мм и на выходном участке не более 3 мм, Внутренний диаметр D1 бурта (6) составляет от 0,49 до 0,50 от диаметра D2 колеса. Отверстия (5) расположены около вогнутой стороны лопасти (4) по окружности, диаметр которой составляет от 0,35 до 0,36 от диаметра D2 колеса. Диаметр отверстий (5) составляет от 0,041 до 0,043 от диаметра D2 колеса. Периферийные наружные участки дисков (1, 3) образованы коническими, сужающимися к периферии колеса поверхностями, образующие которых наклонены к оси колеса под углом 75±5°. Диаметр колеса составляет от 169 до 167 мм. Изобретение направлено на уменьшение величины осевой силы на рабочем колесе, возникающей при работе насоса. 2 ил.

Изобретение относится к области насосостроения. Реактивное рабочее колесо центробежного насоса содержит равномерно распределенных по окружности лопасти с идентичными скелетами профилей. Средние линии межлопастных каналов представляют собой геометрическое место точек - центров окружностей с диаметрами Di, вписанных между скелетами соседних профилей на различных радиусах колеса. Внешние обводы межлопастных каналов образованы кривыми и, касательными к окружностям с диаметрами di<Di, концентричным окружностям, вписанным между скелетами. Диаметры di на любом i-м радиусе колеса определяются зависимостью di⋅k+⋅, где D1 - диаметр Di окружности в горле канала, когда i1; s - толщина входной кромки профиля лопасти, а константа k идентична для всех каналов колеса и может иметь значения в диапазоне от 0,3 до 0,5. Изобретение направлено на снижение вихревых потерь в межлопастных каналах рабочего колеса с одновременным увеличением его гидравлического КПД. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх