PL114402B1 - Apparatus for reducing cavitation corrosion - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do zmniejszania korozji kawitacyjnej w pompie wi¬ rowej z walem przeprowadzonym przez króciec wlotowy.W pompach wirowych wyzej wymienionego ro¬ dzaju przeznaczonych do dzialania w szerokim zakresie roboczym, zwlaszcza w przypadku czes¬ ciowego ich obciazenia, gdy parametry wlotowe sa dostosowane do wydajnosci nominalnej, wyste¬ puje silna korozja spowodowana kawitacja. Im wieksza jest pompa wirowa i/lub im wyzsza jest jej predikosc obrotowa, tym wyrazniej daja znac o sobie skuitM kawitacji, i tym bardziej nieizbefl- ne staje sie zastosowanie srodków zapobiegaw¬ czych.Na przyklad, uzytkownikom tego rodzaju pomp wirowych, w przypadku eksploatowania ich w ob¬ szarze czesciowego obciazenia narzuca sie ogra¬ niczenie masowe. Do innych srodków nalezy za¬ stosowanie materialów o wysokiej odpornosci na zuzycie lub tez wbudowanie specjalnych czesci odpornych na zuzycie, które eksploatuje sie w okreslonym rytmie czasowym. Przyczyny wyste¬ powania zjawiska kawitacji przy czesciowym ob¬ ciazeniu mozna wyjasnic fizykalnie w nastepu¬ jacy sposób. W przypadku wydajnosci znamiono¬ wej, mniejszej niz 60—70% wydajnosci teoretycz¬ nej, w obszarze zewnetrznym otworu wlotowego wirnika tworzy sie wir pierscieniowy, tak zwany wir czesciowego obciazenia, w którym czynnik 10 15 20 25 30 roboczy porusza sie w kierunku przeciwnym do kierunku przeplywu dolotowego. Wir ten staje sie bardziej intensywny wraz ze zmniejszeniem sie natezenia przeplywu i coraz silniej zmniejsza po¬ le przekroju przeplywu na dolocie do wirnika.Predkosc przeplywu strumienia czynnika na dolo¬ cie do wirnika utrzymuje sie wprawdzie na tym samym poziomie wzgledem punktu obliczeniowe¬ go, na skutek tego zmniejszenia pola przekroju przeplywowego do coraz mniejszych strumieni, lecz jego wzgledna predkosc w zakresie piasty na wlocie do wirnika jest mniejsza.W zakresie obciazen czesciowych, na skutek wystepowania wiru, w tym przebiegu ma miejsce zmniejszenie wartosci NPSH dla kawitacji po¬ czatkowej (NPSHi). Rozbudowywaniu sie tego wi¬ ru przeciwdzialaja jednak istniejace zebra oraz krzywak wlotowy, na skutek czego nie nastepuje obnizenie sie waartosci NPSHi, lecz NPSHi wzra¬ sta wielokrotnie. Na skutek tego podczas takiej eksploatacji i w przypadku dostosowania parame¬ trów wlotowych do nominalnego zakresu obciaze¬ nia wystepuje korozja kawitacyjna.Znane sa pompy wirowe, które maja króciec ssawny rozszerzony u wylotu. I tak, w niemiec¬ kim opisie patentowym nr 699 743 jest przedsta¬ wiona pompa z ksztaltka dopasowujaca, której za¬ daniem jest ustanowienie przejscia pomiedzy ot¬ worem wlotowym wirnika a krzywakiem umiesz¬ czonym przed nim. Wirnik zastosowany w tej 114 4023 114 402 4 pompie ma krawedzie wlotowe usytuowane rów¬ nolegle wzgledem osi, a zatem zjawiska charak¬ terystyczne dla czesciowego obciazenia nie wyste¬ puja w nim, ma jednak wyrazne wady, które da¬ ja znac o sobie w zakresie obciazenia nominal¬ nego; Wirnik tej pompy jest podzielony na kola czesciowo nalozone.Z opisu wylozeniowego RFN nr 1176 485 znany jest dyfuzor sluzacy do przeksztalcenia energii predkosci tloczonego czynnika w energie cisnienia.Kat rozwarcia, czyli polowa kata wierzcholkowe¬ go stozka w tym dyfuzorze zmienia sA od 2 do 4°. Dla tego rzedu wielkosci struga przyscienna dolega -do-scianki w kazdym przypadku.| ACetemD wynalazku jest zmniejszenie malym na- | kladem srodków korozji spowodowanej kawitacja j wystepujaca podczas eksploatacji z obciazeniem ! cz^Sciówym^ '; ' . '—-6efr—teir~ wedlug wynalazku zostal osiagniety przez to, ze przed warnikiem pompy wirowej jest umieszczony znany dyfuzor stozkowy, przy czym polowa kafta wierzcholkowego stozka dyfuzora wynosi 5 do 15°, a stosunek pola powierzchni na wlocie dyfuzora do pola powierzchni na wy¬ locie dyfiuzora wynosi od 0,5 do 0,9, a ponadto kat nachylenia krawedzi wlotowej lopatek wirni¬ ka, znajdujacego sie za dyfuzorem, dla strug ze¬ wnetrznych, wynosi 8 do 20°.Jest oczywiste, ze dyfuzor moze byc dyfuzorem stopniowyim, przy czym wówczas stosunek pola powierzchni na wlocie dyfuzora do pola powierz¬ chni na wylocie dyfuzora równiez wynosi 0,5—0,9, a stosunek dlugosci dyfuzora do srednicy wyloto¬ wej dyfuzora jest zawarty pomiedzy 0,2 a 1,0, a ponadto kat nachylenia krawedzi wylotowej lo¬ patek wirnika, znajdujacego sie za dyfuzorem, dla strug zewnetrznych, wynosi 8 do 20%.Korzystnie czesc osiowej dlugosci dyfuzora sta¬ nowi wirujaca czesc wirnika, a ponadto dlugosc dyfuzora stanowi odleglosc od otworu wlotowego dyfuzora do krawedzi lopatek wirujacych na srednicy wlotowej wirnika.Na skutek zastosowania dyfuzora wedlug wy¬ nalazku* wychodzacy z wirnika wir, którego skla¬ dowa obwodowa zasadniczo równa sie predkosci obwodowej wirnika w tym miejscu, i którego skladowa osiowa jest bardzo mala, postepuje wzdluz scianki zewnetrznej dyfuzora i zostaje wyparty w kierunku do~ wewnatrz, tym samym skladowa obwodowa powieksza sie zgodnie ze wzorem r * cu =constans, a cisnienie statyczne spada zgodnie z równaniem Bernoulligo. W miejscu, w Móryim pole przekroju poprzecznego dyfuzora jest najmniejsze wir ten natrafia na starónden dolotowy czynnika, którego natezenie przeplywu wzrasta impulsowo na skutek zmniej¬ szenia przekroju pola poprzecznego. Ten impul¬ sowy wzrost natezenia przeplywu oraz wyzej wy¬ mieniony spadek cisnienia wystarczaja do tego, aby zawrócic ten wir w ukladzie dyfuzora we¬ dlug wynalazku.Dzieki zastosowaniu tych elementów konstruk¬ cyjnych przed wirnikiem udalo' sie wyeliminowac zaklócenia wprowadzane przez ten wir i dopro¬ wadzic do pozytywnego ich oddzialywania na przebieg NPSHl Dyfuzor uksztaltowany wedlug wynalazku, dzie¬ ki ostremu katowi wierzcholkowemu stozka, a takze dziejki skokowi dyfuzora stopniowego, sprzy¬ ja odrywaniu sie warstwy przysciennej w przy¬ padku pelnego" obciazenia. Powstajacy na skutek tego obszar przyscienny o malej energii zostaje pozbawiony znaczenia dzieki odpowiedniemu u- ksztaltowaniu otworu wlotowego wirnika znajdu¬ jacego sie tuz za dyfuzorem. Oczywiscie najwez¬ szy przeswit w calym ukladzie wlotowym pompy zostaje dostosowany do najwiekszego natezenia przeplywu.Istotna zaleta urzadzenia wedlug wynalazku jest powiekszenie obszaru, w którym nie wyste¬ puje zjawisko kawitacji w pompie. Oznacza to równiez wyeliminowanie wszystkich negatywnych zjawisk towarzyszacych, które wystepowaly pod¬ czas eksploatacji pompy wirowej kawitujacej.Nie wystepuje wiec tym samym korozja krawedzi wlotowych z lopatek. Obok powaznych korzysci wynikajacych z pewnosci dzialania i zwiekszenia zywotnosci nalezy równiez wymienic nie mniej wazna inna zalete, polegajaca na tym, ze pompe wirowa mozna eksploatowac z minimalna wydaj¬ noscia biegu jalowego, której nie ograniczaja zja¬ wiska kawitacji wystepujace dotychczas w przy¬ padku czesciowego obciazenia. Niezbedna, mini¬ malna wydajnosc odpowiada wiec wydajnosci mi¬ nimalnej podyktowanej temperatura.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawiaja dyfuzory o przekroju zmieniajacym sie w sposób ciagly, a fig. 3 i 4 dyfuzory o przekroju zmieniajacym sie w sposób nieciagly.Na fig. 1 jest przedstawioy przeplyw czynnika w dyfuzorze 1 podczas czesciowego obciazenia.Wir 3 wychodzacy z wirnika 2 postepuje wzdluz scianki zewnetrznej dyfuzora i zostaje odparty w kierunku do wewnatrz, a skladowa obwodowa wiru jest w przyblizeniu równa predkosci obwo¬ dowej wirnika w tym miejscu, natomiast jego skladowa osiowa jest bairdzo mala. Stad, skladowa obwodowa zwieksza sie zgodnie ze wzorem na przeplyw kretny, a cisnienie statyczne spada zgo¬ dnie z równaniem Bernoulli'ego. W najwiekszym przekroju dyfuzora wir natrafia na przeplyw do¬ lotowy, którego natezenie impulsowo wzrasta w tym miejscu zwezonego przekroju. Ten impulso¬ wy wzrost natezenia przeplywu oraz opisany po¬ wyzej spadek cisnienia wystarczaja do tego, aby w ukladzie dyfuzora wedlug wynalazku spowodo¬ wac zaklócenie wiru. De oraz Da oznaczaja sre¬ dnice wlotowa oraz odpowiednia srednice wylo¬ towa dyfuzora. Kat a stanowi polowe kata wierz¬ cholkowego stozka dyfuzora, o wartosci 5 do 15°, stosunek pola powierzchni na wlocie dyfuzora do pola powierzchni na wylocie dyfuzora wynosi 0,5 do 0,9, natomiast kat nachylenia krawedzi wlo¬ towej lopatek wirnika 2 wynosi 8 do 20°.Dlugosc dyfuzora jest oznaczona przez L i roz¬ ciaga sie od najwezszego przekroju dyfuzora do krawedzi wlotowych lopatek wirnika. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 B5 60114 402 Na fig. 2 jest przedstawiony przyklad wyko¬ nania wynalazku, w którym czesc osiowej dlugos¬ ci dyfuzora 1 stanowi wydluzona szyjke 4 wir¬ nika.Na fig. 3 i 4 sa przedstawione dwa przyklady wykonania dyfuzora stopniowego 5. Osiagniecie skutków zgodnych z celem wynalazku zalezy tu¬ taj od stosunku dlugosci L dyfuzora do srednicy wylotowej DA dyfuzoira. W tych przykladach wy¬ konania zawrócenie wiru 3 ulatwia ksztalt ot¬ woru wlotowego De dyfuzora. Dotyczy to zwlasz¬ cza wneki 6 przedstawionej na fig. 4.Dyfuzor stopniowy 5 charakteryzuje sie tym, ze stosunek jego powierzchni wlotowej do po¬ wierzchni wylotowej wynosi 0,5 do 0,9, stosunek jego dlugosci L do srednicy wylotowej DA wy¬ nosi 0,2 do 1,0, natomiast kat nachylenia kra¬ wedzi wlotowych lopatek wirnika, znajdujacego sie za dyfuzorem 5, wynosi 8 do 20°.Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do zmniejszania korozji kawita- cyjnej w pompie wirowej z walem przeprowa¬ dzonym przez króciec wlotowy, znamienne tym, ze po stronie wlotowej wirnika (2) pompy wi¬ rowej jest umieszczony znany stozkowaty dyfuzor (1), przy czym polowa kata wierzcholkowego (a) JO 15 20 25 stozka dyfuzora (1) wynosi 5 do 15°, a stosunek pola powierzchni na wlocie dyfuzora do pola po¬ wierzchni na wylocie dyfuzora wynosi od 0,5 do 0,9, natomiast kat nachylenia krawedzi wlotowej lopatek wirnika (2), znajdujacego sie za dyfuzo¬ rem (1), dla strug zewnetrznych, wynosi 8 do 20°. 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze dyfuzor (1) jest uksztaltowany jako dyfuzor stopniowy (5), przy czym stosunek powierzchni wlotowej dyfuzora do jego powierzchni wyloto¬ wej wynosi od 0,5 do 0,9, a stosunek dlugosci (L) dyfuzoira do jego srednicy wyloitowej (DA) wy- 'nosi od 0,2 do 1,0, natomiast kat nachylenia kra¬ wedzi wlotowych lopatek wirnika (2), znajduja¬ cego sie za dyfuzorem (5), dla. strug zewnetrz¬ nych, wynosi 8 do 20°. 3. Urzadzenie wedlug zasitonz. 1 albo 2, zna¬ mienne tym, ze czesc osiowej dlugosci dyfuzo¬ ra (1) stanowi czesc wirujacego wirnika (2). 4 .Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze dlugosc (L) dyfuzora (1) pompy stanowi od¬ leglosc od otworu wlotowego o srednicy (DE) dy¬ fuzora do krawedzi lopaitek wirujacych na sred¬ nicy wlotowej wirnika (2). 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze dyfuzor stopniowy (5) ma wneke (6) po stro¬ nie wlotowej.Fig-1114 402 Fig. 3 Fig. 4 Zakl. Graf. „Tamka". Z. 2. Zam. 0O15-:lil!10-a2. Nakl. 115 egz. A-4.Cena 45 zl PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do zmniejszania korozji kawita- cyjnej w pompie wirowej z walem przeprowa¬ dzonym przez króciec wlotowy, znamienne tym, ze po stronie wlotowej wirnika (2) pompy wi¬ rowej jest umieszczony znany stozkowaty dyfuzor (1), przy czym polowa kata wierzcholkowego (a) JO 15 20 25 stozka dyfuzora (1) wynosi 5 do 15°, a stosunek pola powierzchni na wlocie dyfuzora do pola po¬ wierzchni na wylocie dyfuzora wynosi od 0,5 do 0,9, natomiast kat nachylenia krawedzi wlotowej lopatek wirnika (2), znajdujacego sie za dyfuzo¬ rem (1), dla strug zewnetrznych, wynosi 8 do 20°. 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze dyfuzor (1) jest uksztaltowany jako dyfuzor stopniowy (5), przy czym stosunek powierzchni wlotowej dyfuzora do jego powierzchni wyloto¬ wej wynosi od 0,5 do 0,9, a stosunek dlugosci (L) dyfuzoira do jego srednicy wyloitowej (DA) wy- 'nosi od 0,2 do 1,0, natomiast kat nachylenia kra¬ wedzi wlotowych lopatek wirnika (2), znajduja¬ cego sie za dyfuzorem (5), dla. strug zewnetrz¬ nych, wynosi 8 do 20°. 3. Urzadzenie wedlug zasitonz. 1 albo 2, zna¬ mienne tym, ze czesc osiowej dlugosci dyfuzo¬ ra (1) stanowi czesc wirujacego wirnika (2). 4. .Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze dlugosc (L) dyfuzora (1) pompy stanowi od¬ leglosc od otworu wlotowego o srednicy (DE) dy¬ fuzora do krawedzi lopaitek wirujacych na sred¬ nicy wlotowej wirnika (2). 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze dyfuzor stopniowy (5) ma wneke (6) po stro¬ nie wlotowej. Fig-1114 402 Fig. 3 Fig. 4 Zakl. Graf. „Tamka". Z.

2. Zam. 0O15-:lil!10-a2. Nakl. 115 egz. A-4. Cena 45 zl PL PL