PL216284B1

PL216284B1 - Single stream centrifugal pump

Info

Publication number: PL216284B1
Application number: PL390781A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Korczak; Roman Kustosz; Wojciech Bujok; Tomasz Synowiec; Eugeniusz Altyntsev
Original assignee: Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii Im Prof Zbigniewa Religi; Politechnika Śląska
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2014-03-31
Also published as: WO2011117801A3; WO2011117801A2; PL390781A1

Abstract

Single-entry radial pump with a closed impeller with active blade surfaces or central stream lines of the flow passage between two consecutive blades similar to the camber line of the blades achieved by Kaplan's method of conformal representation or by means of Pfleiderer's point by point method is characterized by the fact that the impeller has discs (1, 2) and blades (3) shaped in such a way that the cross - sections (5) of its diffuser passages keep the shape of their cross - sections similar to each other, perpendicular to the central stream line of the passage between the blades over its entire length.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest pompa odśrodkowa jednostrumieniowa jedno lub wielostopniowa z wirnikiem lub wirnikami zamkniętymi, o małym wyróżniku szybkobieżności.The subject of the invention is a single-stage, single-stage or multi-stage centrifugal pump with a closed impeller or impellers, with a low speed index.

Są znane różne konstrukcje pomp wirowych o małych wyróżnikach szybkobieżności jak pompy boczno kanałowe, pompy peryferalne, pompy wielotarczowe, pompy z wirnikami otworowymi. [Jędral W. Pompy wirowe. PWN. Warszawa 2001. s. 404]. Te różne konstrukcje pomp o niezbyt wysokich sprawnościach (nie przekraczających 50%). są stosowane ze względu na to. że pompy odśrodkowe o takich samych parametrach, konstruowane w oparciu o teorię pomp krętnych - odśrodkowych z zastosowaniem współczynników empirycznych, mają z powodu długich i wąskich kanałów przepływowych jeszcze niższe sprawności.There are known various designs of centrifugal pumps with low speed characteristics, such as side channel pumps, peripheral pumps, multi-disc pumps, or hole impeller pumps. [Jędral W. Vortex pumps. OWN. Warsaw 2001, p. 404]. These various designs of pumps with not very high efficiencies (not exceeding 50%). are used because of this. that centrifugal pumps with the same parameters, constructed on the basis of the theory of spiral pumps - centrifugal with the use of empirical factors, have even lower efficiencies due to the long and narrow flow channels.

Standardowe konstrukcje pomp odśrodkowych mają wirniki z łopatkami o kącie wlotowym zapewniającym styczny dopływ cieczy przy nominalnej wydajności pompy i o kącie wylotowym zapewniającym odpowiednią reakcyjność wirnika. Płynne przekazywanie krętu cieczy przez wirnik i monotoniczny przebieg średnich prędkości względnej i merydionalnej. wynika z monotonicznego przebiegu kąta pochylenia łopatek miedzy średnicą wlotową a średnicą wylotową wirnika. Ponadto zakłada się warunek odpowiedniego kąta przesłonięcia łopatek w zakresie k=35° do 65°. Przyjęcie stałej grubości łopatek powoduje, że szerokość wirnika, mierzona w kierunku osiowym, zmniejsza się wzdłuż promienia. Tak skonstruowany wirnik ma kanał międzyłopatkowy o malejącym promieniu hydraulicznym wzdłuż średniej linii prądu, określonym stosunkiem przekroju prostopadłego do średniej linii prądu do obwodu tego przekroju.Standard designs of centrifugal pumps have impellers with blades with an inlet angle ensuring a tangential flow of liquid at the nominal pump capacity, and an outlet angle ensuring adequate rotor responsiveness. Smooth transmission of the liquid curve through the rotor and monotonic course of the average relative and meridional velocity. results from the monotonic course of the blade pitch angle between the inlet diameter and the outlet diameter of the rotor. Moreover, the condition of the appropriate blade obstruction angle is assumed in the range k = 35 ° to 65 °. The assumption of a constant blade thickness causes the rotor width, measured in the axial direction, to decrease along the radius. The rotor constructed in this way has an inter-blade channel with a decreasing hydraulic radius along the mean streamline, determined by the ratio of the perpendicular section to the mean streamline to the perimeter of this section.

Pompa odśrodkowa jednostrumieniowa o małym wyróżniku szybkobieżności według wynalazku charakteryzuje się tym. że ma wirnik z wlotami łopatek o kącie stycznym do średniego strumienia przepływu, kąt wylotowy czynnej powierzchni łopatek wirnika odpowiedni dla założonej jego reakcyjności, przekroje międzyłopatkowe wirnika monotonicznie rosnące do takich przekrojów wylotowych, by w nich składowa merydionalna prędkości przepływu wynikała z obliczeń typowych konstrukcji pomp odśrodkowych, przebieg powierzchni czynnej łopatek lub jej osi jak linii szkieletowych łopatek w wirniku klasycznej konstrukcji, obliczonych metodą odwzorowania konforemnego lub metodą punktową, a grubości łopatek i tarcz wirnika tak się zmieniające, by przekroje dyfuzorowych kanałów międzyłopatkowych wirnika między ich wlotem a wylotem, zachowywały prostopadłe do ich średnich linii prądu przekroje geometrycznie podobne, czyli mające monotonicznie rosnący promień hydrauliczny. Założonym kształtem przekrojów prostopadłych do średniej linii prądu kanału międzyłopatkowego wirnika może być wielokąt wypukły o nie zaokrąglonych lub o zaokrąglonych rogach np. czworokąt, kwadrat, prostokąt, trapez a też koło lub elipsa.The low speed single-flow centrifugal pump according to the invention is characterized by this. that it has a rotor with blade inlets with an angle tangent to the mean flow rate, the outlet angle of the active surface of the rotor blades appropriate for its assumed reactivity, the rotor inter-blade cross-sections monotonically increasing to such outlet cross-sections that the meridional component of the flow velocity in them results from the calculations of typical centrifugal pump designs , the course of the active surface of the blades or its axis as the skeleton lines of the blades in the rotor of a classic design, calculated by the conformal mapping method or the point method, and the thickness of the blades and rotor discs changing so that the cross-sections of the rotor's diffuser inter-blade channels between their inlet and outlet remain perpendicular to of their mean streamlines, geometrically similar cross-sections, i.e. having a monotonically increasing hydraulic radius. The assumed shape of the cross-sections perpendicular to the mean current line of the rotor blade canal may be a convex polygon with rounded or non-rounded corners, e.g. a quadrilateral, square, rectangle, trapezoid, circle or ellipse.

Pompa odśrodkowa o małym wyróżniku szybkobieżności. z wirnikiem wg nowej konstrukcji, dzięki monotonicznie rosnącym promieniom hydraulicznym ich kanałów międzyłopatkowych ma większą sprawność hydrauliczną niż pompy o tych samych parametrach lecz mające wirniki konstrukcji klasycznej. Wirniki nowej konstrukcji mogą mieć średnie linie prądu leżące w płaszczyźnie prostopadłej do osi wirnika lub o krzywiźnie przestrzennej. Pompa odśrodkowa z wirnikiem nowej konstrukcji może mieć zastosowanie szczególnie do pompowania cieczy o większej lepkości niż lepkość wody np. do krwi, przy pompowaniu których straty hydrauliczne istotnie zwiększają się wraz ze zmniejszaniem promienia hydraulicznego kanału przepływowego.Centrifugal pump with a low speed index. with a new impeller design, thanks to monotonically increasing hydraulic radii of their inter-vane channels, it has greater hydraulic efficiency than pumps with the same parameters but with classic impellers. New design rotors can have average current lines lying in a plane perpendicular to the rotor axis or with a spatial curvature. The centrifugal pump with a new design impeller can be used in particular for pumping liquids with a higher viscosity than water, e.g. into blood, for pumping of which hydraulic losses increase significantly with the reduction of the radius of the hydraulic flow channel.

Wirnik pompy odśrodkowej jednostrumieniowej według wynalazku jest pokazany w przykładach wykonania na załączonych rysunkach, na których fig. 1 przedstawia przekrój aksonometryczny wirnika z dyfuzorowym kanałem międzyłopatkowym, mającym przekroje prostopadłe do jego średniej linii prądu w kształcie wlotu do kanału międzyłopatkowego typowego wirnika odśrodkowego, fig. 2 przedstawia przekrój aksonometryczny wirnika z dyfuzorowym kanałem międzyłopatkowym, mającym przekroje prostopadłe do średniej linii prądu w kształcie kwadratów, fig. 3 przedstawia przekrój aksonometryczny wirnika z dyfuzorowym kanałem międzyłopatkowym mającym przekroje prostopadłe do średniej linii prądu o kształcie geometrycznie podobnych prostokątów, fig. 4 przedstawia przekrój aksonometryczny wirnika z dyfuzorowym kanałem międzyłopatkowym mającym przekroje prostopadłe do średniej linii prądu o kształcie geometrycznie podobnych trapezów, fig. 5 przedstawia przekrój aksonometryczny wirnika z dyfuzorowym kanałem międzyłopatkowym mającym przekroje prostopadłe do średniej linii prądu o kształcie kół, fig.6 przedstawia przekrój aksonometryczny wirnika z dyfuzorowym kanałem międzyłopatkowym mającym przekroje prostopadłe do średniej linii prądu o kształtach geometrycznie podobnych elips.The impeller of a single-jet centrifugal pump according to the invention is shown in the exemplary embodiments in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows an axonometric section of the rotor with a diffuser inter-vane channel having cross-sections perpendicular to its mean current line in the form of an inlet to the inter-vane channel of a typical centrifugal impeller, Fig. 2. shows an axonometric section of a rotor with a diffuser inter-blade channel having square-shaped sections perpendicular to the mean streamline, fig. 3 shows an axonometric section of a rotor with a diffuser inter-vane channel having sections perpendicular to the mean streamline in the shape of geometrically similar rectangles, fig. 4 shows an axonometric section of a rotor with a diffuser inter-blade channel having cross sections perpendicular to the mean streamline in the shape of geometrically similar trapeziums, Fig. 5 shows an axonometric section of a rotor with a diffuser inter-blade channel 6 shows an axonometric section of a rotor with a diffuser inter-vane channel having cross sections perpendicular to the mean current line with shapes of geometrically ellipses.

PL 216 284 B1PL 216 284 B1

Przedstawiona na rysunku fig. 1 pompa odśrodkowa o małym wyróżniku szybkobieżności. posiada wirnik zamknięty mający tarcze przednią 1 i tylnią 2 oraz łopatki 3 tak ukształtowane, by powierzchnie czynne 4 łopatek miały przebieg jak linie szkieletowe łopatek w wirniku klasycznej konstrukcji a monotonicznie rosnące przekroje 5 kanału międzyłopatkowego, prostopadłe do jego średniej linii prądu, miały na całej jej długości kształty podobne geometrycznie do przekroju wlotowego kanału.1 is a centrifugal pump with a low speed index. it has a closed rotor having front 1 and rear discs 2 and blades 3 shaped so that the active surfaces 4 of the blades run like skeletal lines of the blades in the rotor of a classic design, and the monotonically growing cross-sections 5 of the inter-blade channel, perpendicular to its mean streamline, have all over it length shapes similar geometrically to the inlet duct cross-section.

Przedstawiona na rysunku fig. 2 pompa odśrodkowa o małym wyróżniku szybkobieżności, posiada wirnik zamknięty mający tarcze przednią 1 i tylnią 2 oraz łopatki 3 tak ukształtowane, by powierzchnie czynne 4 łopatek miały przebieg jak linie szkieletowe łopatek w wirniku klasycznej konstrukcji a monotonicznie rosnące przekroje 5 kanałów międzyłopatkowych, po przejściu za ich wlotem w kształt kwadratu mającego rogi zaokrąglone promieniem mniejszym od połowy jego boku, zachowują kwadratowe przekroje, prostopadle do średniej linii prądu kanału, aż do jego wylotu.The centrifugal pump shown in Fig. 2 with a low speed index, has a closed impeller with front 1 and rear discs 2 and blades 3 shaped in such a way that the active surfaces of 4 blades have the course of the skeleton lines of the blades in the impeller of a classic design, and monotonically increasing cross-sections of 5 channels. inter-vane, following their inlet in the shape of a square having corners rounded with a radius less than half of its side, retain square cross-sections, perpendicular to the mean streamline of the channel, up to its outlet.

Przedstawiona na rysunku fig. 3 pompa odśrodkowa o małym wyróżniku szybkobieżności, posiada wirnik zamknięty mający tarcze przednią 1 i tylnią 2 oraz łopatki 3 tak ukształtowane, by powierzchnie czynne 4 łopatek miały przebieg jak linie szkieletowe łopatek w wirniku klasycznej konstrukcji a monotonicznie rosnące przekroje 5 kanałów międzyłopatkowych, po przejściu za ich wlotem w kształt prostokąta mającego rogi zaokrąglone promieniem mniejszym od połowy jego mniejszego boku. zachowują geometrycznie podobne prostokątne przekroje, prostopadłe do średniej linii prądu kanału, aż do jego wylotu.The centrifugal pump shown in Fig. 3 with a low speed index, has a closed impeller with front 1 and rear discs 2 and blades 3 shaped in such a way that the active surfaces of 4 blades have the course of the skeleton lines of the blades in the impeller of a classic design, and monotonically increasing cross-sections of 5 channels. inter-vane, passing after their inlet in the shape of a rectangle with the corners rounded to a radius less than half of its smaller side. retain geometrically similar rectangular sections perpendicular to the mean streamline of the channel up to its exit.

Przedstawiona na rysunku fig. 4 pompa odśrodkowa o małym wyróżniku szybkobieżności, posiada wirnik zamknięty mający tarcze przednią 1 i tylnią 2 oraz łopatki 3 tak ukształtowane, by powierzchnie czynne 4 łopatek miały przebieg jak linie szkieletowe łopatek w wirniku klasycznej konstrukcji a monotonicznie rosnące przekroje 5 kanałów międzyłopatkowych, po przejściu za ich wlotem w kształt trapezu mającego rogi zaokrąglone promieniem mniejszym od połowy jego najmniejszego boku. zachowują geometrycznie podobne trapezowe przekroje, prostopadłe do średniej linii prądu kanału, aż do jego wylotu.The centrifugal pump shown in Fig. 4 has a low speed index, has a closed impeller with front 1 and rear discs 2 and blades 3 shaped so that the active surfaces of 4 blades have the course of the skeleton lines of the blades in the impeller of a classic design, and monotonically increasing cross-sections of 5 channels. inter-vane, following their inlet into a trapezoidal shape having the corners rounded to a radius smaller than the half of its smallest side. retain geometrically similar trapezoidal sections perpendicular to the mean streamline of the channel up to its exit.

Przedstawiona na rysunku fig. 5 pompa odśrodkowa o małym wyróżniku szybkobieżności, posiada wirnik zamknięty mający tarcze przednią 1 i tylnią 2 oraz łopatki 3 tak ukształtowane, by powierzchnie czynne 4 łopatek miały przebieg jak linie szkieletowe łopatek w wirniku klasycznej konstrukcji a monotonicznie rosnące przekroje 5 kanałów międzyłopatkowych, po przejściu za ich wlotem w kształt koła, zachowują kołowe przekroje, prostopadłe do średniej linii prądu kanału, aż do jego wylotu.The centrifugal pump shown in Fig. 5 with a low speed index, has a closed impeller with front 1 and rear discs 2 and blades 3 shaped in such a way that the active surfaces 4 of the blades have the course of the skeleton lines of the blades in the impeller of a classic design, and monotonically increasing cross-sections of 5 channels. after passing their inlet in the shape of a circle, retain circular cross-sections perpendicular to the mean streamline of the channel up to its outlet.

Przedstawiona na rysunku fig. 6 pompa odśrodkowa o małym wyróżniku szybkobieżności, posiada wirnik zamknięty mający tarcze przednią 1 i tylnią 2 oraz łopatki 3 tak ukształtowane, by powierzchnie czynne 4 łopatek miały przebieg jak linie szkieletowe łopatek w wirniku klasycznej konstrukcji a monotonicznie rosnące przekroje 5 kanałów międzyłopatkowych, po przejściu za ich wlotem w kształt elipsy, zachowują geometrycznie podobne eliptyczne przekroje, prostopadłe do średniej linii prądu kanału, aż do jego wylotu.The centrifugal pump shown in Fig. 6 with a low speed index, has a closed impeller with front 1 and rear discs 2 and blades 3 shaped in such a way that the active surfaces of 4 blades follow the skeleton lines of the blades in the impeller of a classic structure and the cross-sections of 5 channels growing monotonically. the inter-vane, after passing their inlet in the shape of an ellipse, retain geometrically similar elliptical cross-sections, perpendicular to the mean current line of the channel, up to its outlet.

Claims

Patent claims

1. Low speed single-flow centrifugal pump with a closed rotor, having active surfaces of the blades or average current lines of the inter-vane channels with the course of the skeleton lines of the blades, obtained by means of conformal mapping or by the point method, characterized in that the rotor has discs 1 and 2 and the blades 3 are shaped so that the cross-sections 5 of its diffuser inter-blade channels retain geometrically similar cross-sectional shapes perpendicular to the mean current line of the inter-blade channel over its entire length.

2. The pump according to claim The rotor, according to claim 1, characterized in that the cross-sections of the diffuser inter-blade channels of the rotor pass into a square after their inlet, with corners rounded to a radius smaller than half of its side. retain square cross-sections perpendicular to the mean streamline of the channel up to its exit.

3. The pump according to claim The method of claim 1, characterized in that the cross-sections of the diffuser inter-blade channels of the rotor, after passing their inlet into a rectangular shape with corners rounded with a radius less than half of its minor side, retain similar rectangular cross-sections perpendicular to the mean streamline of the channel up to its outlet.

PL 216 284 B1

4. The pump according to claim 5. The rotor, according to claim 1, characterized in that the cross-sections of the impeller diffuser channels, after passing their inlet into a trapezoidal shape with corners rounded with a radius less than half of its smallest side, which has two acute angles at its larger base, retain geometrically similar trapezoidal cross-sections perpendicular to channel's mean streamline all the way to its exit.

5. The pump according to claim The rotor as claimed in claim 1, characterized in that the cross sections of the rotor inter-vane diffuser channels, after passing into a circular shape after their inlet, retain circular sections perpendicular to the mean streamline of the channel up to its outlet.

6. Pump according to claim The rotor as claimed in claim 1, characterized in that the cross sections of the rotor diffuser inter-vane channels, after passing into an elliptical shape after their inlet, retain similar elliptical sections perpendicular to the mean streamline of the channel up to its outlet.