RU2142579C1

RU2142579C1 - Centrifugal pump impeller

Info

Publication number: RU2142579C1
Application number: RU97113804/06A
Authority: RU
Inventors: М.Т. Козлов; Ш.Ф. Тахаутдинов; Е.П. Жеребцов; М.М. Загиров; И.Ф. Калачев; В.Н. Окин; А.Е. Стародубский; А.К. Кашапов; В.М. Лашманов
Original assignee: Общество "Финэкс"
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 1999-12-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps. SUBSTANCE: impeller consists of driving disk 1, driven disk 2 and wedge-shaped blades 3 with concave and convex surfaces. Peripheral surface of blade 3 is of combination type, with convex surface "H" and concave surface "K". Convex surface "H" is mated at one side with convex surface of blade 3 and at other side it smoothly changes into concave surface "K". Radial channels 4 formed by adjacent blades 3 are connected through wedge-shaped zone formed by peripheral convex- concave surface "H" and "K" of blade and outer concentric surface "ж" of impeller whose section decreases in direction opposite to rotation of impeller. In proposed impeller handle liquid comes out of channels of impeller without sharp change of velocities over entire length of channels and smoothly gets into channels of guide vane assembly. EFFECT: reduced vibration, increased efficiency. 3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к конструкциям рабочих колес центробежных насосов. Оно может быть использовано также в центробежных воздуходувках. The invention relates to the field of pump engineering, and in particular to designs of impellers of centrifugal pumps. It can also be used in centrifugal blowers.

Известно рабочее колесо центробежного насоса, содержащее ведущий и ведомый диски и расположенные между ними лопатки, образующие каналы [1]. Known impeller of a centrifugal pump containing a leading and a driven discs and blades located between them, forming channels [1].

К недостаткам устройства относятся:
- низкий КПД, обусловленный резким расширением потока жидкости, начиная с диаметра D (фиг. 2), и увеличением толщины выходных кромок лопаток, приводящим к потере напора и расхода жидкости;
- появление вибрации в результате интенсивных ударов потока жидкости, выбрасываемого из каналов рабочего колеса, о поток жидкости, находящийся в канале направляющего аппарата;
- появление шума из-за колебательного характера изменения скорости движения жидкости в переходной зоне (из каналов рабочего колеса в каналы направляющего аппарата).The disadvantages of the device include:
- low efficiency, due to a sharp expansion of the fluid flow, starting from the diameter D (Fig. 2), and an increase in the thickness of the outlet edges of the blades, leading to a loss of pressure and fluid flow;
- the appearance of vibration as a result of intense impacts of the fluid flow ejected from the channels of the impeller, about the fluid flow located in the channel of the guide apparatus;
- the appearance of noise due to the oscillatory nature of the change in the velocity of the fluid in the transition zone (from the channels of the impeller to the channels of the guide apparatus).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является рабочее колесо, включающее ведущий и ведомый диски и расположенные между ними клиновидные лопатки, включающие выпуклую, вогнутую и сопряженную с последней вогнутую периферийную поверхность [2]. The closest in technical essence to the proposed one is the impeller, which includes the driving and driven disks and wedge-shaped blades located between them, including a convex, concave and conjugated peripheral surface [2].

Существенными недостатками рабочего колеса являются:
- низкий КПД, обусловленный резким увеличением толщины выходных кромок лопаток, приводящим к интенсивным ударам потока жидкости, выбрасываемого из каналов рабочего колеса в каналы направляющего аппарата;
- возникновение вибрации из-за ударов, проходящих в интенсивном режиме, между выбрасываемым из каналов рабочего колеса потоком и потоком жидкости в каналах направляющего аппарата, имеющим замедленную скорость по сравнению с первой, обусловленную стеснением движущего потока в момент нахождения выходной кромки лопатки в зоне канала направляющего аппарата.Significant disadvantages of the impeller are:
- low efficiency, due to a sharp increase in the thickness of the output edges of the blades, leading to intense impacts of the fluid flow ejected from the channels of the impeller into the channels of the guide apparatus;
- the occurrence of vibration due to shocks in intensive mode between the flow ejected from the channels of the impeller and the fluid flow in the channels of the guide apparatus, which has a slower speed than the first one, due to the constraint of the moving stream at the time the blade’s outlet edge is in the zone of the guide channel apparatus.

К недостаткам устройства следует также отнести значительные габаритные размеры рабочего колеса. The disadvantages of the device should also include significant overall dimensions of the impeller.

Целью изобретения являются повышение КПД, снижение вибрации и уменьшение габаритных размеров ступени насоса. The aim of the invention is to increase efficiency, reduce vibration and reduce the overall dimensions of the pump stage.

Указанная цель достигается описываемым рабочим колесом, включающим ведущий и ведомый диски и расположенные между ними клиновидные лопатки, имеющие выпуклую, вогнутую и сопряженную с последней вогнутую периферийную поверхность. This goal is achieved by the described impeller, including the driving and driven disks and wedge-shaped vanes located between them having a convex, concave and mating with the latter concave peripheral surface.

Новым является то, что периферийная поверхность лопатки выполнена с дополнительной выпуклой поверхностью, сопряженной с одной стороны с выпуклой поверхностью, а с другой стороны плавно переходящей в вогнутую поверхность; радиальные каналы, образованные смежными лопатками, соединены с клиновидной зоной, образованной выпукло-вогнутой периферийной поверхностью лопатки и наружной поверхностью рабочего колеса, сечение которой уменьшается в сторону, противоположную вращению колеса. New is that the peripheral surface of the scapula is made with an additional convex surface, conjugated on one side with a convex surface, and on the other hand smoothly passing into a concave surface; radial channels formed by adjacent blades are connected to the wedge-shaped zone formed by the convex-concave peripheral surface of the blade and the outer surface of the impeller, the cross section of which decreases in the direction opposite to the rotation of the wheel.

Новым также является то, что высота клиновидной зоны в месте сопряжения двух выпуклых поверхностей лопатки равна не более 1/2 глубины радиального канала, взятой по дуге окружности, проходящей по месту сопряжения выпуклых поверхностей, где сумма глубин всех радиальных каналов равна 1/2 длины дуги этой окружности и удовлетворяет условию;

где L - глубина радиальных каналов, замеренных по дуге;
n - количество каналов;
d_о - диаметр входного отверстия рабочего колеса.Also new is the fact that the height of the wedge-shaped zone at the junction of two convex surfaces of the scapula is equal to no more than 1/2 of the depth of the radial channel, taken along an arc of a circle passing through the place of conjugation of convex surfaces, where the sum of the depths of all radial channels is equal to 1/2 of the arc length this circle and satisfies the condition;

where L is the depth of the radial channels measured along the arc;
n is the number of channels;
d _about - the diameter of the inlet of the impeller.

Новым также является то, что периферийная поверхность лопатки выполнена наклонной в сторону направления движения жидкости, причем угол наклона от места сопряжения выпуклых поверхностей, где он равен 0, увеличивается до величины угла загиба периферийных участков дисков. Also new is the fact that the peripheral surface of the blade is made inclined toward the direction of fluid movement, and the angle of inclination from the point of conjugation of the convex surfaces, where it is 0, increases to the angle of the bend of the peripheral sections of the disks.

На фиг. 1 изображено рабочее колесо в плане без ведомого диска;
На фиг. 2- продольный разрез рабочего колеса с загнутым периферийным участком;
На фиг. 3 - рабочее колесо в плане без ведомого диска с загнутым периферийным участком;
На фиг. 4 - сечение по АА фиг. 3;
На фиг. 5 - сечение по ББ фиг. 3;
На фиг. 6 - сечение по ВВ фиг. 3;
На фиг. 7 - сечение по ГГ фиг. 3;
На фиг. 8 - сечение по ДД фиг. 3;
Рабочее колесо состоит из ведущего 1, ведомого 2 дисков (фиг.2) и клиновидных лопаток 3 (фиг. 1 и 3), имеющих вогнутые и выпуклые поверхности, причем периферийная поверхность выполнена комбинированной, она имеет выпуклый участок - "н" и вогнутый - "к". Радиальные каналы 4, образованные смежными лопатками, соединены с клиновидной зоной, образованной выпуклой поверхностью - "н" лопатки и вогнутой - "к" (фиг. 1) и концентрической поверхностью - "ж". Высота проходного участка в месте сопряжения двух выпуклых поверхностей "в" равна не более 1/2 глубины радиального канала "L" "взятой по дуге окружности "г", проходящей по месту сопряжения выпуклых поверхностей лопатки. Благодаря этому перекачиваемая жидкость из каналов рабочего колеса без резких изменений скоростей выходит в каналы направляющего аппарата по всему периметру наружного диаметра рабочего колеса.In FIG. 1 shows the impeller in plan without a driven disk;
In FIG. 2- longitudinal section of the impeller with a curved peripheral section;
In FIG. 3 - impeller in plan without a driven disk with a curved peripheral section;
In FIG. 4 is a section along AA of FIG. 3;
In FIG. 5 is a section along the BB of FIG. 3;
In FIG. 6 is a section along BB of FIG. 3;
In FIG. 7 is a section along the GG of FIG. 3;
In FIG. 8 is a section along the DD of FIG. 3;
The impeller consists of a leading 1, driven 2 disks (figure 2) and wedge-shaped blades 3 (Fig. 1 and 3) having concave and convex surfaces, and the peripheral surface is combined, it has a convex section - "n" and concave - "to". The radial channels 4 formed by adjacent blades are connected to a wedge-shaped zone formed by a convex surface - "n" of the scapula and a concave - "k" (Fig. 1) and a concentric surface - "g". The height of the passage section at the junction of two convex surfaces "c" is not more than 1/2 of the depth of the radial channel "L""taken along the arc of a circle" g "passing at the junction of the convex surfaces of the blade. Due to this, the pumped liquid from the channels of the impeller without sudden changes in speed goes into the channels of the guide apparatus along the entire perimeter of the outer diameter of the impeller.

Сумма глубин "L" всех радиальных каналов составляет 1/2 длины окружности "г" и должна удовлетворять условию:

где L - глубина радиального канала, замеренная по дуге;
n - количество каналов;
d_о - диаметр входного отверстия рабочего колеса.The sum of the depths "L" of all radial channels is 1/2 of the circumference "g" and must satisfy the condition:

where L is the depth of the radial channel, measured along the arc;
n is the number of channels;
d _about - the diameter of the inlet of the impeller.

Известно, что удовлетворительное значение КПД ступени можно достичь при отношении:

Его можно выразить и через длины окружностей

Заменив в нашем случае πD_н на выражение L•n, т.е. на часть длины окружности диаметра D (в данном случае на половину), сохраним условие, при котором достигается удовлетворительное значение КПД. Если значение L•n брать больше половины длины окружности, уменьшается диаметр D. Его значение должно быть как можно больше, от него зависит диаметр D_н. Если значение L•n брать меньше половины длины окружности, увеличивается диаметр D, но при этом и увеличиваются длины участков каналов клиновидной зоны, что приведет к снижению скорости выхода жидкости из этой зоны в каналы направляющего аппарата.It is known that a satisfactory value of the efficiency of a stage can be achieved with respect to:

It can also be expressed in terms of circumference

Replacing in our case πD _n by the expression L • n, i.e. for a part of the circumference of the diameter D (in this case, half), we will keep the condition under which a satisfactory efficiency value is achieved. If the value of L • n is taken more than half the circumference, the diameter D decreases. Its value should be as large as possible, the diameter D _n depends on it. If the value of L • n is taken less than half the circumference, the diameter D increases, but at the same time the lengths of the sections of the channels of the wedge-shaped zone increase, which will lead to a decrease in the rate of liquid exit from this zone to the channels of the guiding apparatus.

Периферийная поверхность лопатки выполнена наклонной в сторону направления движения жидкости, причем угол наклона от места сопряжения выпуклых поверхностей, где он равен 0^o, увеличивается до величины угла загиба периферийных участков дисков. Это позволяет значительно уменьшить поперечные размеры ступени, благодаря расположению направляющего аппарата не на периферии, а сбоку.The peripheral surface of the blade is made oblique in the direction of the direction of movement of the liquid, and the angle of inclination from the point of conjugation of the convex surfaces, where it is 0 ^o , increases to the angle of the bend of the peripheral sections of the disks. This allows you to significantly reduce the transverse dimensions of the step, due to the location of the guide apparatus not on the periphery, but on the side.

Работает устройство следующим образом. При вращении рабочего колеса жидкость из полости "а" (фиг. 2) направляется в радиальные каналы 4 (фиг. 1, 3). Когда жидкость доходит до сечения, образованного концентричной поверхностью "г", часть ее направляется прямо к выходным окнам и далее в направляющий аппарат, а другая часть поворачивает в клиновидную зону и оттуда выбрасывается в каналы направляющего аппарата. The device operates as follows. When the impeller rotates, the fluid from the cavity "a" (Fig. 2) is sent to the radial channels 4 (Fig. 1, 3). When the liquid reaches the cross section formed by the concentric surface "g", part of it is directed directly to the exit windows and further to the guide apparatus, and the other part is turned into the wedge-shaped zone and from there it is ejected into the channels of the guide apparatus.

Благодаря такому выполнению лопаток перекачиваемая жидкость без резких изменений скоростей выходит из каналов рабочего колеса по всей их длине и плавно входит в каналы направляющего аппарата. Все это в конечном итоге позволяет снизить вибрацию и повысить КПД до 10%, а также снизить габаритные размеры рабочего колеса. Due to such a design of the blades, the pumped liquid without sharp changes in speed exits the channels of the impeller along their entire length and smoothly enters the channels of the guide vane. All this ultimately allows you to reduce vibration and increase efficiency up to 10%, as well as reduce the overall dimensions of the impeller.

Используемая информация
1. Аналог. А.С. N 1249202, МКИ F 04 D 29/24, 1986 г.Information used
1. The analogue. A.S. N 1249202, MKI F 04 D 29/24, 1986

2 Прототип. А.С. N 1513226, МКИ F 04 D 29/30, 1989 г. 2 Prototype. A.S. N 1513226, MKI F 04 D 29/30, 1989

Claims

1. The impeller of a centrifugal pump, including the driving and driven disks and wedge-shaped vanes located between them, having a convex, concave and mating with the latter concave peripheral surface, characterized in that the peripheral surface of the vane is made with an additional convex surface, conjugated on one side with a convex the surface of the blade, and on the other hand smoothly turning into a concave surface, the radial channels formed by adjacent blades are connected to the wedge-shaped zone formed by clo-concave peripheral surface of the blade and the outer surface of the impeller, the cross section of which decreases in the direction opposite to the rotation of the wheel.

2. The impeller according to claim 1, characterized in that the height of the wedge-shaped zone at the junction of two convex surfaces is not more than 1/2 of the depth of the radial channel, taken along an arc of a circle passing at the junction of convex surfaces, where the sum of the depths of all radial channels equal to 1/2 the length of the arc of this circle and satisfies the condition

where L is the depth of the radial channel, measured along the arc;
n is the number of channels;
d _o - the diameter of the inlet of the impeller.

3. The impeller according to claim 1, characterized in that the peripheral surface of the blade is made inclined toward the direction of fluid movement, and the angle of inclination from the point of conjugation of the convex surfaces, where it is 0 ^o , increases to the angle of the bend of the peripheral sections of the disks.