PL210647B1 - 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 ok. 30% energii produkowanej na świecie jest więc bardzo istotne, aby możliwie w największym stopniu zwiększyć sprawność i niezawodność procesu pompowania.

Koło wirnikowe sprężarki promieniowej znane ze zgłoszenia polskiego wzoru użytkowego nr 109118, składa się z tarczy podstawowej, łopatek i pokrywy. Na czole tarczy podstawowej między łopatkami są rowki równoległe do linii szkieletowej łopatek. Także na czole pokrywy, między łopatkami, są rowki w części równoległe do linii szkieletowej łopatek, zaś w pobliżu obrzeża pokrywy krzywoliniowe wzdłuż linii prądu prędkości względnej w układzie wirującym.

Wirnik pompy o swobodnym przepływie znany z polskiego opisu patentowego nr 201742 (P.350212) zaopatrzony jest w dwa rodzaje odmiennie ukształtowanych łopatek dłuższych o większej wysokości i krótszych o mniejszej wysokości, przy czym łopatki 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 ł opatka dł u ż sza jest usytuowana jako pierwsza, a za nią znajduje się łopatka krótsza.

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 prowadzania płynu w kierunku promieniowo na zewnątrz przy obrocie tarczy wirnika w celu zwiększenia ciśnienia cieczy. Kanały za wirniku wykonane są pomiędzy łukowymi, promieniowymi łopatkami o stałej wysokości.

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.

Sposób zmniejszenie tarcia wirnika i formowania rowków spiral znany jest japońskiego opisu patentowego nr JP2005233170. Rozwiązanie to dotyczy zmniejszenia tarcia pomiędzy ścianką boczną wirnika, który obraca się w płynie oraz ścianą wewnętrzną lub powierzchnią płyty obudowy. Wirnik wyposażony jest w szereg spiralnych rowków mających kształt spirali logarytmicznej o ściśle określonym promieniu, kącie pompowanego strumienia i wymaganej liczbie spiralnych rowków, ponadto każdy rowek charakteryzuje odpowiednio uformowanym przekrojem poprzecznym.

Znane wirniki wraz z elementem odprowadzenia stanowią główne elementy przepływowe pompy wirowe. 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 rozwią zania 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 i/lub na wewnętrznej powierzchni tarczy przedniej, wykonane są rowki, przy czym linia zarysu rowków jest zbliżona do linii zarysu łopatek głównych, przy czym w kanale ograniczonym łopatkami głównymi jest wykonany, co najmniej jeden rowek.

PL 210 647 B1

Korzystne jest, gdy rowki są wykonane na również na powierzchni przepływowej piasty.

Korzystnie głębokość rowków wzdłuż linii zarysu rowków, biegnącej od wlotu do wylotu kanału międzyłopatkowego, jest stała albo rosnąca.

Zaletą nowego wirnika pompy wirowej jest lepsze przekazywanie energii mechanicznej silnika napędowego do cieczy poprzez zastosowanie rowków w obrębie warstwy przyściennej przy tarczy przedniej tylnej i, o ile istnieje, przedniej. Rowki, dzięki symulowaniu większej liczby łopatek, zwiększają przekazywanie 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. Stosowanie rowków zapobiega oderwaniu strug przy przepływach przez kanał międzyłopatkowy, dzięki czemu w wirniku z rowkami można stosować większe kąty rozwarcia kału międzyłopatkowego. Ponadto wykonanie rowków o długości większej niż długość kanału ograniczonego łopatkami głównymi, a zatem wykonanie rowków również 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 wyższą sprawnością i niezawodnością pompowania, a oddziaływanie przez rowki, 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 rowkami, fig. 2 - otwarty wirnik pompy wirowej, fig. 3 - wewnętrzną powierzchnię tarczy przedniej z widocznymi łopatkami głównymi i rowkami, a fig. 4 - wirnik pompy wirowej z rowkami na powierzchni przepływowej piasty.

P r z y k ł a d 1

Wirnik pompy wirowej wykonany, jako wirnik zamknięty, który ma piastę i 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 wykonane są rowki 5 o stałej głębokości. Linia zarysu rowków 5 jest zbliżona do linii zarysu łopatek głównych 4. W kanale ograniczonym łopatkami głównymi 4 jest usytuowanych pięć rowków 5. Wzdłuż linii zarysu rowków 5 biegnącej od wlotu do wylotu kanału międzyłopatkowego.

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 łopatki główne 4. Na wewnętrznej powierzchni tarczy tylnej 3 wykonane są rowki 5, przy czym głębokość rowków 5 rośnie wzdłuż linii zarysu rowków 5, biegnącej od wlotu do wylotu kanału międzyłopatkowego. Linia zarysu rowków 5 jest zbliżona do linii zarysu łopatek głównych 4. W kanale ograniczonym łopatkami głównymi 4 jest usytuowanych pięć rowków 5.

P r z y k ł a d 3

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

Claims (4)

1. Wirnik pompy wirowej wyposażony w piastę połączoną lub wykonaną, jako jedna całość z tarczą tylną, na której osadzone łopatki główne tworzące kanały międzyłopatkowe otwarte lub zamknięte tarczą przednią, znamienny tym, że na wewnętrznej powierzchni tarczy tylnej (3) i/lub na wewnętrznej powierzchni tarczy przedniej (2), wykonane są rowki (5), przy czym linia zarysu rowków (5) jest zbliżona do linii zarysu łopatek głównych (4), przy czym w kanale ograniczonym łopatkami głównymi (4) jest wykonany co najmniej jeden rowek (5).

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

3. Wirnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że głębokość rowków (5) biegnących wzdłuż linii zarysu rowków (5) od wlotu do wylotu kanału międzyłopatkowego, jest stała.

4. Wirnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że głębokość rowków (5) biegnących wzdłuż linii zarysu rowków (5) od wlotu do wylotu kanału międzyłopatkowego, jest rosnąca.