PL210332B1 - Wirnik pompy wirowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wirnik pompy wirowej, a w szczególności pompy odśrodkowej, które są powszechnie wykorzystywane do transportowania cieczy. Pompy zużywają około 30% energii produkowanej na świecie, jest więc bardzo istotne, aby możliwie w największym stopniu zwiększyć sprawność i niezawodność procesu pompowania.

Tarcza odśrodkowej sprężarki promieniowej znana z niemieckiego opisu patentowego nr DE19818667, dotyczy sprężarki odśrodkowej zasilającej kanał dmuchawy. Kanał i komory tworzą przestrzeń toroidalną, która jest zasilana przez łukowe, promieniowe i lekko faliste kanały utworzone pomiędzy łopatkami sprężarki, przy czym pomiędzy łopatkami głównymi umieszczone są dodatkowe łopatki o tej samej krzywiźnie, ale krótsze od strony środka tarczy wirnika, a zatem rozwiązanie to dotyczy pompy wirowej z wirnikiem otwartym, zawierającym łopatki o różnej długości, ale takiej samej wysokości.

Sprężarka odśrodkowa wentylatora wysokociśnieniowa, znana z francuskiego opisu patentowego nr FR404632, dotyczy klasycznej pompy wirowej jednostopniowej z kierownicą wylotową i kanałem zbiorczym. Na wirniku wykonane są łukowe, promieniowe łopatki o stałej wysokości.

Pompa odśrodkowa dla silnika turbiny gazowej znana z opisu patentowego USA nr US6361270, składa się z wirnika wstępnego, wirnika głównego oraz kanału zbiorczego. Tarcza wirnika ma na obwodzie rozstawione kanały utworzone, które biegną od wlotu wprowadzania płynu wlotu w kierunku promieniowo na zewnątrz przy obrocie tarczy wirnika w celu zwiększenia ciśnienia cieczy. Kanały na wirniku wykonane są pomiędzy łukowymi, promieniowymi łopatkami o stałej wysokości.

Sprężarka promieniowa znana z polskiego opisu patentowego nr 194138 na wlotach do kanałów łączących kolejne jej stopnie ma umieszczone naprzeciw siebie dwa pierścienie o przekroju prostokątnym, na których czołach są łopatki. Kąt pochylenia każdej z łopatek do stycznej do wewnętrznej powierzchni pierścienia poprowadzonej w miejscu styku łopatki z tą powierzchnią zawarty jest w granicach 0-10°, a początek i koniec każdej z łopatek jest ograniczony powierzchnią walcową o osi geometrycznej równoległej do czoła pierścienia.

Wirnik pompy o swobodnym przepływie znany z polskiego opisu patentowego nr 201742 zaopatrzony jest w dwa rodzaje odmiennie ukształtowanych łopatek dłuższych o większej wysokości i krótszych o mniejszej wysokoś ci, przy czym ł opatki krótsze są poprowadzone korzystnie równolegle do łopatek dłuższych. Odstęp między łopatkami dłuższymi i krótszymi wynosi od 0,5 do 3, średniej grubości dłuższej łopatki i jest korzystnie stały wzdłuż długości łopatek, przy czym licząc w kierunku obracania się wirnika łopatka dłuższa jest usytuowana jako pierwsza, a za nią znajduje się łopatka krótsza.

Znane wirniki wraz z elementem odprowadzenia stanowią główne elementy przepływowe pompy wirowej. Wirnik jest elementem roboczym pompy i jest osadzony na wale napędowym. Wirnik składa się z: piasty przeznaczonej do sprzęgnięcia wirnika z wałem, tarczy tylnej - połączonej z piastą lub wykonanej jako jedna całość z piastą, łopatek głównych oraz w przypadku wirników zamkniętych tarczy przedniej. W obrębie kanałów międzyłopatkowych wirnika następuje konwersja energii mechanicznej silnika na energię hydrauliczną przekazaną cieczy. Obecnie projektowane konstrukcje wirników pomp wirowych mają od 1 do 8 łopatek. W przypadku małych pomp przeznaczonych do centralnego ogrzewania można spotkać konstrukcje o większej liczbie łopatek. Nadmierne zwiększanie liczby łopatek powoduje zmniejszenie przekrojów przepływowych wirnika, co prowadzi do wzrostu strat hydraulicznych i spadku sprawności. Ponadto zbyt duża liczba łopatek prowadzi do znacznego zacieśnienia przekroju wlotowego wirnika i pogorszenia własności kawitacyjnych pompy. Wirniki pomp mają wewnętrzne powierzchnie tarczy przedniej i tylnej gładkie, przez co praktycznie nie biorą one udziału w procesie przekazywania energii cieczy przez wirnik. Moż na spotkać rozwiązania konstrukcyjne wirników pomp, w których na zewnętrznych powierzchniach tarczy przedniej i tylnej stosowano łopatki, jednak głównym celem takich konstrukcji jest zrównoważenie naporu osiowego, generowanego przez wirnik.

Istota wirnika, według wynalazku polega na tym, że na wewnętrznej powierzchni tarczy tylnej w kanale ograniczonym ł opatkami głównymi, jest usytuowana co najmniej jedna mikroł opatka w postaci wypukłej wypustki. Linia zarysu mikrołopatek jest zbliżona do linii zarysu łopatek głównych, a wysokość mikrołopatek jest mniejsza od wysokości łopatek głównych i co najmniej równa grubości warstwy przyściennej.

Korzystnie wirnik, ma na powierzchni przepływowej piasty wykonane mikrołopatki.

PL 210 332 B1

Zaletą nowego wirnika pompy wirowej jest lepsze przekazywanie energii mechanicznej silnika napędowego do cieczy poprzez zastosowanie niskich mikrołopatek w obrębie warstwy przyściennej przy tarczy przedniej tylnej i - o ile istnieje - przedniej. Mikrołopatki zwiększają możliwość przekazywania energii przez wirnik oraz - poprzez oddziaływanie na pole przepływu, głównie w obszarze warstwy przyściennej - zmniejszają intensywność zjawiska krążenia cieczy, przez co dodatkowo zwiększa się sprawność procesu przekazywania energii. Ponadto zastosowanie mikrołopatek o długości większej niż długość kanału ograniczonego łopatkami głównymi, a zatem wykonanie mikrołopatek na powierzchni przepływowej piasty spowoduje, że proces pompowania rozpocznie się przed krawędzią wlotową łopatek głównych, a tym samym wzrośnie ciśnienie w obrębie depresji dynamicznej, co ma pozytywny wpływ na własności kawitacyjne pompy. Pompa wirowa wyposażona w nowy wirnik charakteryzuje się znacznie wyższą sprawnością i niezawodnością pompowania, a oddziaływanie przez mikrołopatki, na przepływ głównie w obrębie warstwy przyściennej, nie spowoduje wzrostu strat hydraulicznych na skutek zmniejszenia przekrojów przepływowych.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zamknięty wirnik pompy wirowej z mikrołopatkami, fig. 2 - otwarty wirnik pompy wirowej z powię kszonym szczegół em A, fig. 3 - wewnę trzną powierzchnię tarczy przedniej z widocznymi ł opatkami głównymi i mikrołopatkami z powiększonym szczegółem A, a fig. 4 - wirnik pompy wirowej z mikrołopatkami na powierzchni przepływowej piasty.

P r z y k ł a d 1

Wirnik pompy wirowej wykonany jako wirnik zamknięty, który ma piastę 1 wykonaną jako jedna całość z tarczą tylną 3. Na tarczy tylnej 3 osadzone są łopatki główne 4. Kanały międzyłopatkowe zamknięte są tarczą przednią 2. Na wewnętrznej powierzchni tarczy przedniej 2 i na wewnętrznej powierzchni tarczy tylnej 3 ukształtowane są mikrołopatki 5 w postaci wypukłych wypustek. Linia zarysu mikrołopatek 5 jest zbliżona do linii zarysu łopatek głównych 4. Wysokość mikrołopatek 5 jest mniejsza od wysokości łopatek głównych 4 i równa grubości warstwy przyściennej. W kanale ograniczonym łopatkami głównymi 4 jest usytuowanych pięć mikrołopatek 5.

P r z y k ł a d 2

Wirnik pompy wirowej wykonany jako wirnik otwarty ma piastę 1 wykonaną jako jedna całość z tarczą tylną 3. Na tarczy tylnej 3 osadzone są ł opatki gł ówne 4. Na wewnę trznej powierzchni tarczy tylnej 3 ukształtowane są mikrołopatki 5 w postaci wypukłych wypustek. Linia zarysu mikrołopatek 5 jest zbliżona do linii zarysu łopatek głównych 4. Wysokość mikrołopatek 5 jest mniejsza od wysokości łopatek głównych 4 i równa grubości warstwy przyściennej. W kanale ograniczonym łopatkami głównymi 4 jest usytuowanych pięć mikrołopatek 5.

P r z y k ł a d 3

Wirnik pompy wirowej wykonany jak przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że mikrołopatki 5 są wykonane na powierzchni przepływowej piasty 1.

Claims (2)

1. Wirnik pompy wirowej wyposażony w piastę połączoną lub wykonaną jako jedna całość z tarczą tylną na której są osadzone łopatki główne tworzące kanały międzyłopatkowe otwarte lub zamknięte tarczą przednią, znamienny tym, że na wewnętrznej powierzchni tarczy tylnej (3) w kanale ograniczonym łopatkami głównymi (4), jest usytuowana co najmniej jedna mikrołopatka (5) w postaci wypukłej wypustki, przy czym linia zarysu mikrołopatek (5) jest zbliżona do linii zarysu łopatek głównych (4), a wysokość mikrołopatek (5) jest mniejsza od wysokości łopatek głównych (4) i co najmniej równa grubości warstwy przyściennej.

2. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że mikrołopatki (5) są wykonane na powierzchni przepływowej piasty (1).