RU2028513C1

RU2028513C1 - Vortex pump

Info

Publication number: RU2028513C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Белкин; Г.Г. Гужавин; И.И. Парфенов; Г.И. Семенов; Г.Н. Русаков; Ф.Г. Резниченко; А.Б. Мироненко; Э.С. Аршавский; Г.В. Новожилов; Е.Я. Крым; Ю.В. Воробьев
Original assignee: Внедренческое предприятие - Товарищество с ограниченной ответственностью "Юдоль"
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1991-03-12
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: pump engineering. SUBSTANCE: vortex pump has housing 1 provided with inlet and outlet branch pipes 2,3 arranged symmetrically with respect to the axis of pump, working space made as screw passages, vortex wheel 5 lengthened along the axis of housing 1. Some screw passages are inclined to the rotor axis of the pump at 72 ± 2^° and their angle of divergence is equal to 3-5 deg. The passages have alternative depth which increases over the whole length of the housing in the direction to outlet branch pipe 3. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению, в частности, к конструкции вихревых насосов, применяемых для перекачки жидких продуктов относительно небольшой вязкости и может быть использовано для перекачки аналогичных сред, имеющих повышенное содержание абразивных включений, а также в качестве средства для зачистки резервуаров, колодцев на нефтеперерабатывающих предприятиях, питьевых колодцев, и фикельных ям в сельской местности. The invention relates to the pump industry, in particular, to the design of vortex pumps used for pumping liquid products of relatively low viscosity and can be used for pumping similar media having a high content of abrasive inclusions, and also as a means for cleaning tanks, wells at oil refineries, drinking wells, and fictitious pits in the countryside.

Известны конструкции насосов для перекачки жидкостей с относительно небольшой вязкостью и наличием абразивных включений, содержащие рабочий орган и корпус. В частности, широкое распространение для перекачки таких жидкостей получили центробежные насосы, содержащие центробежное колесо больших размеров и периферийные каналы со значительно увеличенной площадью сечения. Недостатком известных устройств является то, что они имеют довольно крупные габаритные размеры. При уменьшении их габаритных размеров резко увеличивается вероятность того, что межлопаточное пространство будет забиваться крупными механическими включениями. Known designs of pumps for pumping liquids with a relatively low viscosity and the presence of abrasive inclusions containing the working body and the housing. In particular, centrifugal pumps containing a large centrifugal wheel and peripheral channels with a significantly increased cross-sectional area are widely used for pumping such liquids. A disadvantage of the known devices is that they have rather large overall dimensions. With a decrease in their overall dimensions, the likelihood that the interscapular space will become clogged with large mechanical inclusions sharply increases.

Известно также устройство роторного насоса для перекачки жидкостей с абразивными включениями, содержащее рабочий орган - винт и обойму, выполненную из пластичных материалов (резины). Недостатками такой конструкции являются: большие параметры при перекачке маловязких жидкостей, что уменьшает коэффициент полезного действия, быстрый износ сопрягающихся частей шнека и обоймы при перекачке жидкостей. It is also known a rotary pump device for pumping liquids with abrasive inclusions, containing a working body - a screw and a clip made of plastic materials (rubber). The disadvantages of this design are: large parameters when pumping low-viscosity liquids, which reduces the efficiency, quick wear of the mating parts of the auger and holder when pumping liquids.

Известны также многозаходные винтовые и шнековые насосы, которые используются для перекачки высоковязких жидкостей. Недостатком их является то, что при перекачке маловязкой жидкости увеличиваются утечки между корпусом и рабочим органом, которые уменьшают объемный коэффициент насоса. Also known are multi-pass screw and screw pumps, which are used for pumping highly viscous liquids. Their disadvantage is that when pumping low-viscosity liquids, leakages between the body and the working body increase, which reduce the volumetric coefficient of the pump.

Известны вихревые насосы, применяемые в промышленности для перекачки маловязких жидкостей, с подачей от 2 до 60 м³/ч, напором от 25 до 250 м и частотой вращения 500-3000 мин^-1. Вихревые насосы получили ограниченное применение в связи с рядом характерных для них недостатков. К ним относятся невысокий коэффициент полезного действия, большие радиальные нагрузки, вызывающие необходимость применения массивных валов, и невысокая допускаемая вакуумметрическая высота всасывания. Недостатком вихревых насосов является то, что при перекачке жидкостей с относительно небольшой вязкостью и с повышенным содержанием абразивных включений увеличивается зазор между рабочим колесом и корпусом, что приводит к утечкам и перетокам жидкости из напорной полости во всасывающую и уменьшает коэффициент полезного действия.Known vortex pumps used in industry for pumping low-viscosity liquids, with a flow of 2 to 60 m ³ / h, a pressure of 25 to 250 m and a rotation speed of 500-3000 min ^-1 . Vortex pumps have received limited use due to a number of disadvantages characteristic of them. These include a low efficiency, large radial loads, which necessitate the use of massive shafts, and a low allowable vacuum gauge suction height. The disadvantage of vortex pumps is that when pumping liquids with a relatively low viscosity and with a high content of abrasive inclusions, the gap between the impeller and the housing increases, which leads to leaks and overflows of fluid from the pressure cavity into the suction and reduces the efficiency.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа вихревой насос, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и выполненными вдоль его оси винтовыми каналами и установленный в корпусе вдоль его оси ротор с лопатками. The closest in technical essence to the proposed device is a vortex pump selected as a prototype, comprising a housing with inlet and outlet nozzles and screw channels made along its axis and a rotor with blades mounted in the housing along its axis.

Недостатком этого устройства является сравнительно низкий коэффициент полезного действия и невозможность длительное время осуществлять перекачку жидкости с механическими включениями различных размеров. The disadvantage of this device is the relatively low efficiency and the inability for a long time to pump fluid with mechanical impurities of various sizes.

Рассматриваемая конструкция вихревого насоса, даже в погруженном варианте, не может обеспечить длительную работу на загрязненной маловязкой жидкости потому, что водной патрубок через некоторое время забьется механическими включениями крупных размеров, а механические включения более мелких размеров вызывают заклинивание рабочего колеса с последующим задиром поверхностей корпуса внутри в верхней образующей стенок шнекообразного канала. Все это вызывает чрезмерно быстрый износ зазоров между корпусом и рабочим колесом, что приводит к уменьшению объемного коэффициента полезного действия и в конечном итоге к выходу конструкции из строя. The considered design of the vortex pump, even in the submerged version, cannot provide long-term operation on a low-viscosity contaminated liquid because the water pipe will clog after a while with large mechanical inclusions, and smaller mechanical inclusions cause the impeller to jam with subsequent grinding of the housing surfaces inside the upper generatrix of the walls of the screw-shaped channel. All this causes excessively fast wear of the gaps between the housing and the impeller, which leads to a decrease in volumetric efficiency and ultimately to failure of the structure.

Целью изобретения является расширение области применения насоса и увеличение его показателей напора и подачи. The aim of the invention is to expand the scope of the pump and increase its pressure and flow rates.

Указанная цель достигается тем, что винтовые каналы выполнены с углом наклона их к оси ротора насоса, равным 72±2^о, углом диффузорности 3-5^о и переменной глубиной, что обеспечивает увеличение поверхности взаимодействия потока жидкости, выходящей с лопаток рабочего колеса, с жидкостью, находящейся в каналах. При этом подвод жидкости к рабочему колесу и ее отвод из каналов осуществляется вдоль оси насоса, что уменьшает потери напора на его входе и выходе.This object is achieved in that the screw channels are configured with the inclination angle of the pump to the rotor axis, to be 72 ± 2 ^a, the diffuser angle of ^about 3-5 and a variable depth, which provides an increase in fluid flow interaction surface, exiting from the impeller blades, the liquid located in the channels. In this case, the fluid is supplied to the impeller and its discharge from the channels is carried out along the axis of the pump, which reduces the pressure loss at its inlet and outlet.

Указанная цель по расширению области применения насоса достигается обеспечением открытого подвода жидкости на минимальный радиус лопаток вихревого колеса. Под действием центробежной силы жидкость вместе с механическими включениями поступает на периферию и, взаимодействуя со стенками винтового канала, перемещается вдоль оси насоса. Взаимодействуя со стороной стенки, обращенной к входному патрубку, часть жидкости отбрасывается во входной патрубок, увлекая с собой крупные механические включения, которые не прошли по габаритам в межлопаточное пространство, что не дает возможности закупорки входного патрубка насоса. Жидкость с механическими включениями, прошедшая в межлопаточное пространство и попавшая в канал, переносится по каналу к напорному патрубку. Механические включения под действием центробежной силы переносятся по периферии канала, не взаимодействуя с лопатками верхнего колеса. Таким образом обеспечивается работоспособность насоса при перекачке механических примесей. The indicated goal of expanding the scope of the pump is achieved by providing an open fluid supply to the minimum radius of the vortex wheel blades. Under the action of centrifugal force, the liquid, together with mechanical impurities, enters the periphery and, interacting with the walls of the screw channel, moves along the axis of the pump. Interacting with the side of the wall facing the inlet pipe, part of the liquid is thrown into the inlet pipe, dragging along large mechanical inclusions that have not passed in dimensions into the interscapular space, which makes it impossible to clog the pump inlet pipe. A fluid with mechanical inclusions that has passed into the interscapular space and has fallen into the channel is transferred along the channel to the discharge pipe. Mechanical inclusions under the action of centrifugal force are transferred along the periphery of the channel without interacting with the blades of the upper wheel. This ensures the efficiency of the pump when pumping solids.

Указанная цель по повышению подачи достигается тем, что в предложенном устройстве используется несколько рабочих винтовых диффузорных каналов, которые максимально увеличивают рабочую площадь в насосе, способствующую увеличению рабочего сечения каналов насоса. Отвод жидкости по патрубку вдоль оси насоса позволяет уменьшить потери энергии потоком жидкости. Все это в совокупности увеличивает подачу предлагаемой конструкции насоса. Кроме того, в результате взаимодействия лопаток рабочего колеса с жидкостью, она под действием центробежной силы устремляется в рабочую полость, к винтовым каналам, где вытесняет часть перекачиваемого продукта, находящегося в промежуточном пространстве, а другой части - передает энергию. Такое воздействие происходит многократно на всем протяжении винтовых каналов. Благодаря этому жидкость в винтовых каналах стремится двигаться со скоростью, близкой к скорости рабочего колеса, и взаимодействует со стенками винтовых каналов, приобретая осевое направление движения. Такое движение позволяет осуществить отвод жидкости через напорный патрубок, расположенный вдоль оси насоса с меньшими энергетическими потерями. Уменьшение потерь энергии и увеличение полезной рабочей поверхности позволяет увеличить подачу предлагаемой конструкции насоса. The specified goal of increasing the flow rate is achieved by the fact that the proposed device uses several working screw diffuser channels that maximize the working area in the pump, which helps to increase the working cross section of the pump channels. The drainage of fluid along the nozzle along the axis of the pump reduces the energy loss of the fluid flow. All this together increases the flow of the proposed pump design. In addition, as a result of the interaction of the impeller blades with the liquid, it rushes into the working cavity under the action of centrifugal force, to the screw channels, where it displaces part of the pumped product located in the intermediate space, and the other part transfers energy. This effect occurs repeatedly throughout the screw channels. Due to this, the liquid in the screw channels tends to move at a speed close to the speed of the impeller, and interacts with the walls of the screw channels, acquiring the axial direction of motion. This movement allows fluid to be discharged through a discharge pipe located along the axis of the pump with less energy loss. Reducing energy losses and increasing the useful working surface allows you to increase the flow of the proposed pump design.

Указанная цель, повышение напора, достигается тем, что выполненные в рабочей полости винтовые каналы имеют угол диффузорности за счет постепенного увеличения их глубины. Наличие диффузорности в каналах обеспечивает преобразование кинетической энергии потока в потенциальную за счет уменьшения средней скорости потока. Замедление скорости потока жидкости в канале увеличивает время воздействия на него рабочего колеса, тем самым потоку передается большее количество энергии, что увеличивает напор насоса. Выполненные вдоль оси насоса входной и выходной патрубки обеспечивают подвод и отвод жидкости без изменения ее основного направления движения вдоль оси насоса, что уменьшает потери напора в насосе. This goal, increasing the pressure, is achieved by the fact that the helical channels made in the working cavity have an angle of diffusivity due to a gradual increase in their depth. The presence of diffuser in the channels provides the conversion of the kinetic energy of the flow into potential due to a decrease in the average flow velocity. Slowing the speed of the fluid flow in the channel increases the time the impeller acts on it, thereby transferring more energy to the flow, which increases the pump head. The inlet and outlet nozzles made along the pump axis provide fluid inlet and outlet without changing its main direction of movement along the pump axis, which reduces the pressure loss in the pump.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием ряда винтовых каналов с углом наклона их к оси насоса 72±2^о и углом диффузорности 3-5^о, рабочим органом, выполненным в виде ротора, снабженного лопатками высотой, равной 1/16 диаметра ротора.Comparative analysis of the prototype shows that the proposed apparatus is characterized by having a number of helical channels with their angle to the axis of the pump 72 ± 2 and an angle ^of the diffuser ^of 3-5, the working body, designed as a rotor provided with vanes height equal to 1/16 of the diameter rotor.

Принципиальная схема предлагаемого насоса представлена на чертеже. A schematic diagram of the proposed pump is presented in the drawing.

Насос содержит корпус 1, в котором имеются входной и выходной 3 патрубки и внутренние диффузорные винтовые периферийные каналы, ось которых по отношению к оси насоса имеет наклон 72^о. В рабочей полости установлен ротор - вихревое колесо 5, вытянутое вдоль оси корпуса, с продольными прямоугольными лопатками 6.The pump contains a housing 1, in which there are inlet and outlet 3 nozzles and internal diffuser screw peripheral channels, the axis of which with respect to the axis of the pump has a slope of 72 ^about . A rotor is installed in the working cavity - a vortex wheel 5, elongated along the axis of the casing, with longitudinal rectangular blades 6.

Насос работает следующим образом. The pump operates as follows.

Перекачиваемая жидкость поступает через входной патрубок 2 на минимальный радиус лопаток 6 вихревого колеса 5. Под действием центробежной силы она перемещается от центра к периферии. Находясь в межлопаточном пространстве, жидкость приобретет скорость колеса, а жидкость в канале имеет меньшую скорость. За счет этой разницы скоростей образуется сложное вихревообразное движение, посредством которого передается большая часть механической энергии потоку жидкости. При движении по внутренним диффузорным шнекообразным каналам скорости по длине каналов уменьшаются, а давление увеличивается. При этом улучшается взаимодействие лопаток с жидкостью за счет ее торможения в диффузорных каналах. Непрерывно поступающая с лопаток жидкость обеспечивает нарастание давления в каналах. Наличие диффузорности канала за счет углубления по длине позволяет разместить их в рабочей полости насоса, что увеличивает проходное сечение рабочих каналов и площадь взаимодействия рабочего колеса с потоком жидкости. The pumped liquid enters through the inlet pipe 2 to the minimum radius of the blades 6 of the vortex wheel 5. Under the action of centrifugal force, it moves from the center to the periphery. Being in the interscapular space, the fluid will acquire the speed of the wheel, and the fluid in the channel has a lower speed. Due to this difference in speeds, a complex vortex-like motion is formed, through which most of the mechanical energy is transferred to the fluid flow. When moving along the internal diffuser auger-shaped channels, the speeds along the length of the channels decrease, and the pressure increases. This improves the interaction of the blades with the liquid due to its inhibition in the diffuser channels. The liquid continuously flowing from the blades provides an increase in pressure in the channels. The presence of the channel diffuser due to the deepening along the length allows them to be placed in the pump working cavity, which increases the passage section of the working channels and the area of interaction of the impeller with the fluid flow.

Экспериментальные исследования предлагаемого устройства вихревого насоса с рабочей лопастью, выполненной в виде винтовых каналов с углом наклона оси канала к оси насоса 72±2^о и углом диффузности за счет увеличения глубины канала по всей длине корпуса 3-5^о, рабочим органом, выполненным в виде ротора, снабженного лопатками высотой, равной 1/16 диаметра ротора, позволяет расширить область применения насоса и увеличить его показатели напора и подачи. Например, оптимальная подача насоса предложенной конструкции увеличилась в 1,5 раза, а оптимальный напор увеличился в 1,4 раза.Experimental studies of the proposed apparatus with a vortex pump working vane, formed as a helical channel with the channel axis an angle of inclination to the axis of the pump 72 ± 2 ^of angle and diffusivity by increasing the depth of the channel over the entire length ^of the housing 3-5, the working body, made in the form a rotor equipped with blades with a height equal to 1/16 of the diameter of the rotor, allows you to expand the scope of the pump and increase its pressure and flow. For example, the optimal pump flow of the proposed design increased by 1.5 times, and the optimal head increased by 1.4 times.

Предлагаемое устройство практически готово к технической реализации, так как изготовлена партия опытных образцов, прошедших всесторонние испытания. The proposed device is almost ready for technical implementation, since a batch of prototypes that have undergone comprehensive testing has been manufactured.

Claims

1. VORTEX PUMP, comprising a housing with inlet and outlet nozzles and screw channels made along the axis and a rotor with blades mounted in the housing along its axis, characterized in that, in order to expand the scope, increase the pressure and flow rates, the channels are made with an angle the inclination to the axis of the pump rotor 72 ^o , the diffuser angle of 3 - 5 ^o and a variable depth that increases along the entire length of the housing in the direction of the outlet pipe.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the blades are made with a height of 1/16 of the diameter of the rotor.