Rozvaděč odstředivého čerpadla

Oblast techniky

Technické řešení spadá do oblasti čerpací techniky a týká se nové konstrukce rozvaděče (difuzoru) spirálního odstředivého čerpadla.

Dosavadní stav techniky

Pro usměrnění proudění do spirály a pro zpomalení proudu a nárůstu tlaku čerpané kapaliny za oběžným kolem se u odstředivých čerpadel používají rozvaděče. Konstrukce rozvaděče je standardně navrhována tak, že jeho lopatky jsou naladěny na jediný návrhový bod, který je dán měrnou energií (Y), průtokem (Q) a otáčkami (n). Dojde-li při provozu čerpadla ke změně průtoku čerpaného média, lopatky rozvaděče jsou natékané s rázem, přičemž dochází ke snížení účinnosti čerpadla, popřípadě i k tlakovým pulzacím, které jsou vyvolány odtržením mezní vrstvy kapaliny. Částečně je tento problém řešen natáčením lopatek rozvaděče, což je konstrukčně i provozně náročné, používá se tato úprava většinou pouze u turbín, jak je popsáno např. ve spise CZ 186719. Snížení ztrát při proudění média difuzorem je možno řešit optimalizací tvarování jeho lopatek, což je pro lopatkový difůzor odstředivého kompresoru popsáno ve spise CZ 295132. Dalším možným řešením stabilizace průtoku čerpaného média je vkládání přídavných krátkých lopatek do průtočných kanálů rozvaděče, jak je například popsáno ve spise CZ 211144. Stejný problém je pak řešen ve spise CZ 212177 pomocí přídavných lopatek, vkládaných do průtočných kanálů rozvaděče v různých vzdálenostech jejich náběžných hran od oběžného kola. Vkládáním přídavných lopatek dochází ke zvýšení tření proudící kapaliny, a tím vzniku energetických ztrát, když se pracovní charakteristika nemění a tedy není plošší. Konečně je známo řešení uspořádání lopatek rozvaděče ke snížení hlučnosti provozu, zejména u vysavačů, popsané ve spise EP 1731070, kdy lopatky rozvaděče jsou po obvodu nepravidelně rozloženy, jsou však stejného tvaru a není zde řešeno tvarování lopatek pro různé průtoky média. Tato úprava pak není vhodná pro použití u hydraulických čerpadel při změně průtoku.

Úkolem předkládaného technického řešení je předložit k využívám takovou úpravu lopatkování rozvaděče, kterou by se dosáhlo zvýšení účinnosti provozu čerpadla nejen v oblasti optimálního navrženého průtoku Q_n, ale i při jeho menších změnách, tedy zvýšení či snížení, a to i za cenu mírného snížení účinnosti v návrhovém bodě.

Podstata technického řešení

Stanoveného cíle je dosaženo technickým řešením, kterým je rozvaděč odstředivého čerpadla tvořený tělesem opatřeným lopatkami vytvářejícími průtočné kanály, jehož podstata spočívá vtom, že soustava lopatek je tvořena minimálně dvěma stejně tvarovanými páry lopatek uspořádaných na obvodu tělesa vzájemně protilehle a vytvářejících dvojice průtočných kanálů odlišného tvaru a různého průtočného průřezu.

V dalších výhodných provedeních je soustava lopatek tvořena třemi nebo čtyřmi stejně tvarovanými páry lopatek.

V optimálním případě jsou lopatky v jednotlivých párech nepravidelné mříže vytvořeny tak, že pro jejich základní parametry, kterými jsou vstupní úhel (βι) na vstupní hraně lopatky, výstupní úhel (β₂) na výstupní hraně lopatky a úhel (γ) opásání mezi vstupní hranou a výstupní hranou lopatky platí vzhledem k parametrům stanoveným pro optimální návrhový průtok (Q„) vztahy:

β. = β_1Οη±20° β2 ⁼ β2Οη 20°

V = YQn±50°.

Úpravou lopatkování lopatkové mříže rozvaděče se dosáhne proudění kapaliny bez vstupního rázu na lopatky pro daný průtok, čímž se zvýší účinnost stroje při podoptimálním a nadoptimálním průtoku a sníží se hlučnost provozu čerpadla.

-1 CZ 28108 Ul

Objasnění výkresu

Konkrétní provedení technického řešení je schematicky znázorněno na připojeném výkrese představujícím příčný řez rozvaděčem s třípárovou lopatkovou mříží.

Výkres, který znázorňuje technické řešení, a následně popsané příklady konkrétního provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Lopatkový diťuzor je v základním vyobrazeném provedení tvořen tělesem I, na jehož ploše jsou uspořádány tři páry lopatek 2 vytvářejících tři dvojice průtočných kanálů 3, majících různý tvar a tvořících tzv. nepravidelnou mříž. Z důvodu rovnoměrnějšího rozložení radiální síly vznikající při proudění média jsou stejně tvarované lopatky 2 na obvodu tělesa i uspořádány protilehle a jsou vytvořeny tak, že mají stejný úhel β, který je postupně měněn po celé délce L lopatky 2 od vstupního úhlu βχ na vstupní hraně 21 po výstupní úhel β2 na výstupní hraně 22» což má za následek změnu úhlu γ opásání mezi vstupní hranou 21 a výstupní hranou 22 lopatky 2·

Základními podmínkami pro konstrukci nepravidelné mříže lopatek 2 jsou hodnoty jejích základních parametrů odvíjející se od jejich optimálního návrhového průtoku Q_n a platí pro ně vztahy: βΐ = βΐθη±2θ° β2 = β₂ο„±20° γ = γοη±50°, kde hodnoty s indexem Q_n značí hodnoty vstupního úhlu βι, výstupního úhlu β2 a úhlu χ opásání lopatky 2 pro návrhový průtok.

Popsané provedení není jediným možným řešením nepravidelné mříže lopatek 2 rozvaděče, ale počet párů lopatek 2 stejného provedení může být různý a pohybovat se v rozmezí od dvou párů do čtyř párů v závislosti na předpokládaných změnách parametrů průtoku Q, tedy od relativně nízkého podoptimálního po relativně vysoký nadoptimální průtok Q, v jejichž rozmezí je požadováno dosažení co nej vyšší účinnosti.

Průmyslová využitelnost

Rozvaděč s nepravidelnou mříží lopatek podle technického řešení lze použít zejména pro hydraulická spirální odstředivá čerpadla.