RU188867U1 - Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области центробежных гидравлических машин и может быть использована в добывающей промышленности, а также сельском хозяйстве и для бытовых нужд. Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении КПД с сопутствующим сохранением габаритных характеристик рабочего колеса многоступенчатого насоса. Сущность полезной модели заключается в том, что рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса содержит основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, при этом проточная часть рабочего колеса имеет перегиб и обратный уклон, отличающееся тем, что величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 40° до 80°. 9 з.п. ф-лы, 3 фиг.

Description

Полезная модель относится к области центробежных гидравлических машин и может быть использована в добывающей промышленности, а также сельском хозяйстве и для бытовых нужд.

Известно рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, а проточная часть рабочего колеса имеет перегиб с двумя поворотами потока жидкости, при этом поскольку выход жидкости расположен под прямым углом, то касательные к выходным кромкам основного и покрывного дисков перпендикулярны поперечной плоскости [US846971, дата публикации: 12.03.1907 г., МПК: F01D 11/005, F04D 29/0413].

Недостатком известного технического решения является невозможность одновременного обеспечения увеличенных радиусов поворота жидкости на входе и выходе из рабочего колеса и уменьшения его габаритного размера. При этом уменьшение диаметра рабочего колеса приводит к уменьшению радиусов поворотов потока жидкости, вследствие чего снижается КПД рабочего колеса многоступенчатого насоса и наоборот.

Известно рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, выполненное в виде диска с тангенциальными каналами, а проточная часть рабочего колеса имеет перегиб с двумя поворотами потока жидкости и положительным уклоном. При этом на основании чертежей можно предположить, что величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 85 до 90° [US4029431, дата публикации: 21.08.1975 г., МПК: F01D 1/34, F01D 5/04, F01D 5/14].

Преимуществом известного технического решения являются низкие гидродинамические потери в проточной части рабочего колеса за счет большой величины радиусов поворотов потока жидкости в перегибе проточной части. Однако недостатком известного рабочего колеса является его увеличенный осевой габаритный размер из-за положительного уклона проточной части рабочего колеса.

В качестве прототипа выбрано рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, а проточная часть в меридиональном сечении рабочего колеса имеет перегиб с двумя поворотами потока жидкости и обратным уклоном. При этом на основании чертежей можно предположить, что величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 25 до 30° [US2014294575, дата публикации: 02.10.2014 г., МПК: F01D 1/06, F04D 29/44].

Преимуществом прототипа перед известным техническим решением являются увеличенные радиусы поворота, более низкое гидродинамическое сопротивление проточной части и, как следствие, более высокий КПД рабочего колеса. Однако общим недостатком прототипа и других известных решений являются их недостаточно хорошие массогабаритные характеристики из-за большой высоты рабочего колеса, которая обусловлена необходимостью увеличения осевой длины рабочего колеса для повышения КПД ступени многоступенчатого насоса, либо низкий КПД из-за малой величины углов между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью. При этом попытка уменьшения высоты рабочего колеса без изменения радиусов поворотов, либо применение конструкции с малыми углами между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью (либо без изменения величины этого угла) приводит к снижению КПД рабочего колеса центробежного многоступенчатого насоса, что в значительной степени ухудшает его эксплуатационные характеристики.

Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик рабочего колеса центробежного многоступенчатого насоса.

Технический результат, на достижение которого направлено полезная модель, заключается в повышении КПД с сопутствующим сохранением габаритных характеристик рабочего колеса центробежного многоступенчатого насоса.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса содержит основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, при этом проточная часть рабочего колеса имеет перегиб и обратный уклон. В отличие от прототипа величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 40 до 80°.

Выходные кромки основного и покрывного дисков обеспечивают возможность направления потока жидкости из проточной части рабочего колеса во входную часть направляющего аппарата. Величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 40 до 80°, что обеспечивает возможность снижения гидродинамического сопротивления потоку жидкости при ее движении на выходе из рабочего колеса в направляющий аппарат многоступенчатого насоса, что позволяет сохранить или увеличить КПД рабочего колеса. В случае если величина угла будет составлять менее 40°, то при движении потока жидкости во входную часть направляющего аппарата многоступенчатого насоса будет происходить значительное увеличение гидродинамического сопротивления потоку жидкости на выходе рабочего колеса, что негативно сказывается на напоре потока и на КПД рабочего колеса. В случае если величина угла будет превышать 80°, то при повороте потока перед выходом из рабочего колеса будет увеличиваться гидродинамическое сопротивление потоку жидкости и нарушаться организованность ее движения на выходе, что также негативно сказывается на КПД рабочего колеса. Величина угла может составлять от 70 до 75°, что обеспечивает наиболее существенное снижение гидродинамического сопротивления потоку жидкости на выходе и сохранение КПД рабочего колеса при имеющихся условиях.

Перегиб проточной части рабочего колеса многоступенчатого насоса обеспечивает возможность направления потока жидкости из рабочего колеса в направляющий аппарат многоступенчатого насоса. Перегиб проточной части имеет точку, в которой происходит плавное изменение направления потока жидкости, движущейся по перегибу, при этом точка расположена приблизительно в его средней части между поворотами потока жидкости. Обратный уклон проточной части рабочего колеса обеспечивает возможность увеличения радиусов поворота потока жидкости, что позволяет снизить гидродинамическое сопротивление проточной части рабочего колеса, при сохранении общей высоты рабочего колеса, либо расстояния от плоскости входа рабочего колеса до плоскости выхода из рабочего колеса, без потери напора потока, тем самым сохраняя КПД рабочего колеса и сохраняя его габаритные характеристики.

Дополнительно рабочее колесо может содержать вспомогательные лопатки, которые обеспечивают возможность увеличения напора потока жидкости в проточной части рабочего колеса. Также применение вспомогательных лопаток позволяет дополнительно уменьшить массогабаритные характеристики рабочего колеса за счет уменьшения количества и толщины основных лопаток и обеспечения возможности изготовления рабочего колеса из полимерных материалов (за счет увеличения жесткости конструкции). Вспомогательные лопатки повторяют форму основных лопаток, а их длина может составлять до 85% от длины основных лопаток. При этом выходная кромка вспомогательных лопаток может быть расположена на одном уровне с выходной кромкой основных лопаток, что обеспечивает возможность увеличения напора потока. Дополнительно рабочее колесо может содержать один или несколько рядов вспомогательных лопаток, что обеспечивает возможность дополнительного увеличения указанных характеристик. При этом вспомогательные лопатки первого ряда могут иметь длину от 40 до 60% от длины основных лопаток, а дополнительные вспомогательные лопатки последующих рядов могут иметь длину от 40 до 60% от длины вспомогательных лопаток предыдущих рядов, что обеспечивает их минимальное гидродинамическое сопротивление потоку жидкости и позволяет сохранить КПД рабочего колеса центробежного насоса за счет улучшенной организации структуры потока.

Дополнительно форма лопаток может описываться поверхностями второго порядка, что при постоянной высоте рабочего колеса обеспечивает возможность вытягивания лопаток по направлению ко входу в рабочее колесо для повышения КПД рабочего колеса и улучшения его кавитационных качеств.

Основной и покрывной диски обеспечивают конструкционную прочность рабочего колеса, при этом основной диск обеспечивает возможность установки рабочего колеса на вал насоса. Основные лопатки обеспечивают возможность создания радиальных рабочих каналов между дисками и формирования проточной части рабочего колеса. При этом профилирование проточной части в меридиональном сечении рабочего колеса может обеспечиваться мультилинейной функцией, например, сплайн, мультилинейная и др., совокупностью радиусов и/или прямых таким образом, чтобы при максимально возможных радиусах перегиба проточной части обеспечивалась наименьшая высота рабочего колеса.

Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных отличительных признаков, заключающейся в том, что величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 40 до 80°, что в совокупности с перегибом и обратным уклоном проточной части рабочего колеса позволяет снизить гидродинамическое сопротивление потоку жидкости при ее движении на выходе из рабочего колеса в направляющий аппарат многоступенчатого насоса и при ее перепуске из рабочего колеса в направляющий аппарат многоступенчатого насоса, и повысить величину суммарного момента количества движения выходящего потока жидкости из рабочего колеса, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении КПД с сопутствующим сохранением габаритных характеристик рабочего колеса центробежного многоступенчатого насоса, тем самым улучшая его эксплуатационные характеристики.

Совокупность существенных признаков полезной модели неизвестна из уровня техники, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».

Полезная модель может быть реализовано при помощи известных средств, материалов и технологий, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Полезная модель поясняется следующими фигурами.

Фиг.1 –Рабочее колесо многоступенчатого насоса, продольный разрез.

Фиг.2 – Рабочее колесо многоступенчатого насоса, аксонометрический вид.

Фиг.3 – Рабочее колесо многоступенчатого насоса, местный вырез в покрывном диске, аксонометрический вид.

Рабочее колесо многоступенчатого насоса содержит основной диск 1 и покрывной диск 2, между которыми расположены основные лопатки 3 и вспомогательные лопатки 4, при этом проточная часть рабочего колеса имеет перегиб и обратный уклон, а величина угла β₁ и β₂ между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 40 до 80°.

Полезная модель работает следующим образом.

На вход рабочего колеса поступает жидкость из выходной части направляющего аппарата (не показан на фигурах) многоступенчатого насоса и движется по изогнутой проточной части рабочего колеса, образованной основным диском 1, покрывным диском 2, а также поверхностью лопаток 3 и 4. При этом за счет взаимодействия жидкости с поверхностью лопаток 3 и 4 происходит увеличение суммарного момента количества движения потока жидкости из проточной части рабочего колеса при уменьшенном гидродинамическом сопротивлении криволинейного канала с двумя перегибами, имеющими увеличенные радиусы, и дальнейшее движение жидкости к выходу из рабочего колеса и в приемную часть направляющего аппарата (не показана на фигурах) многоступенчатого насоса.

Для иллюстрации достигаемого технического результата было проведено сравнение показателей напора жидкости на выходе рабочего колеса многоступенчатого насоса по прототипу и по полезной модели.

В таблице 1 приведена зависимость повышения КПД рабочего колеса многоступенчатого насоса от величины углов β при неизменной высоте и диаметре рабочего колеса.

Таблица 1

	β1	β2	Повышение КПД, %
Пример (по прототипу)	25	20	⎯
Пример 1	40	35	1
Пример 2	60	55	2
Пример 3	75	65	4

Таким образом достигается технический результат, заключающийся в повышении КПД с сопутствующим сохранением габаритных характеристик рабочего колеса многоступенчатого насоса, тем самым улучшаются его эксплуатационные характеристики.

Claims (10)

1. Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, при этом проточная часть рабочего колеса имеет перегиб и обратный уклон, отличающееся тем, что величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 40° до 80°.

2. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 50° до 60°.

3. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит вспомогательные лопатки.

4. Рабочее колесо по п.3, отличающееся тем, что длина вспомогательных лопаток составляет до 85% от длины основных лопаток.

5. Рабочее колесо по п.4, отличающееся тем, что выходная кромка вспомогательных лопаток расположена на одном уровне с выходной кромкой основных лопаток.

6. Рабочее колесо по п.3, отличающееся тем, что содержит ряд дополнительных вспомогательных лопаток.

7. Рабочее колесо по п.6, отличающееся тем, что дополнительные вспомогательные лопатки имеют длину от 40% до 60% от длины основных лопаток.

8. Рабочее колесо по п.7, отличающееся тем, что содержит дополнительные ряды вспомогательных лопаток.

9. Рабочее колесо по п.8, отличающееся тем, что вспомогательные лопатки дополнительных рядов имеют длину от 40% до 60% от длины вспомогательных лопаток предыдущих рядов.

10. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что форма лопаток описывается поверхностями второго порядка.

Images