RU2196254C2

RU2196254C2 - Centrifugal pump

Info

Publication number: RU2196254C2
Application number: RU2001104063/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Путилов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Борец"
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2003-01-10

Abstract

FIELD: hydraulic machinery engineering; centrifugal pumps, compressors, turbines. SUBSTANCE: proposed centrifugal pump includes drive shaft, bladed impeller with hubs whose sealing surfaces are engageable with elastic rings locked in pump housing against turning. Each elastic ring is fitted for motion in radial direction relative to pump housing and pressing to hub surface at minimum clearance under action of forces formed due to pressure differential created by pump impeller during operation of pump. Inner surface of each elastic ring has recesses which are smoothly distributed in central portion over circumference; these recesses form hydrodynamic wedge during rotation of impeller between surface of elastic ring and cylindrical surface of impeller hub. Recesses on inner surface of ring are stepped or wedgeshaped in form. EFFECT: enhanced reliability of self-sealing; reduced power requirements. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к центробежным насосам для перекачки жидкости, и может быть использовано в компрессорах, турбинах, вентиляторах и т.д. The invention relates to hydraulic engineering, in particular to centrifugal pumps for pumping liquid, and can be used in compressors, turbines, fans, etc.

При конструировании центробежных насосов большое внимание уделяется уплотнению рабочих органов насоса, поскольку в процессе эксплуатации происходит износ контактирующих поверхностей уплотнений, что значительно ухудшает основные параметры насоса: КПД, напор и надежность. When designing centrifugal pumps, much attention is paid to the sealing of the pump working bodies, since during operation the contact surfaces of the seals wear, which significantly worsens the main parameters of the pump: efficiency, pressure and reliability.

Известны конструкции ступеней центробежных насосов, состоящие из рабочего колеса, направляющего аппарата, межступенного диска и контактного плавающего уплотнения, образованного поверхностью ступицы рабочего колеса и поверхностью уплотнительного кольца, установленного на межступенном диске [1]. Known designs of stages of centrifugal pumps, consisting of an impeller, a guide apparatus, an interstage disk and a contact floating seal formed by the surface of the hub of the impeller and the surface of the sealing ring mounted on the interstage disk [1].

В известной конструкции в коническое щелевое пространство, образованное уплотнительным кольцом и неподвижной поверхностью межступенного диска, установлен эластичный элемент таким образом, что по мере износа он имеет возможность перемещаться в направлении сужения конической щели и за счет его деформации обеспечивает самоуплотнение. Существенным недостатком такого технического решения является то, что уплотнение требует применения износостойких материалов с низким коэффициентом трения, так как элементы уплотнения в процессе работы соприкасаются между собой. In the known construction, an elastic element is installed in the conical slot space formed by the sealing ring and the stationary surface of the interstage disk so that, as it wears, it is able to move in the direction of narrowing of the conical gap and, due to its deformation, provides self-sealing. A significant drawback of such a technical solution is that the seal requires the use of wear-resistant materials with a low coefficient of friction, since the seal elements are in contact with each other during operation.

Известен центробежный насос, содержащий установленную в корпусе на приводном валу крыльчатку и уплотнительные кольца, взаимодействующие своей внутренней поверхностью с цилиндрической поверхностью полок крыльчатки [2]. В этом устройстве на части внутренней поверхности уплотнительных колец со стороны уплотняемой полости выполнены наклонные канавки, сообщенные с уплотняемой полостью, равномерно расположенные по периметру и ориентированные под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения крыльчатки. Такое решение позволяет улучшить смазку уплотняемой поверхности. Known centrifugal pump containing impeller installed in the housing on the drive shaft and sealing rings interacting with its inner surface with the cylindrical surface of the impeller shelves [2]. In this device, on the part of the inner surface of the sealing rings from the side of the cavity to be sealed, inclined grooves are made that are in communication with the cavity to be sealed, uniformly located around the perimeter and oriented at an acute angle to the ring entrance edge in the direction of rotation of the impeller. This solution improves the lubrication of the sealing surface.

Недостатком данного устройства является увеличение зазора в уплотнении по мере износа уплотняющих поверхностей особенно при перекачке жидкости с твердыми механическими примесями, а это, в свою очередь, снижает надежность насоса, а также приводит к увеличению перетечек и, как следствие, к снижению КПД. The disadvantage of this device is the increase in the clearance in the seal as the sealing surfaces wear, especially when pumping liquids with solid mechanical impurities, and this, in turn, reduces the reliability of the pump, and also leads to an increase in leakages and, as a result, lower efficiency.

Ближайшим техническим решением к изобретению является центробежный насос, содержащий приводной вал, лопастное рабочее колесо со ступицами, уплотняющие поверхности которых контактируют с эластичными кольцами, застопоренньми от проворота в корпусе насоса [3]. В известном насосе эластичные уплотнительные кольца выполнены с отверстиями для увеличения эластичности и жестко закреплены по внешнему периметру. При работе насоса за счет перепада давления часть кольца сдвигается в сторону области с меньшим давлением, в результате чего происходит перекос кольца, и его внутренняя поверхность прижимается к ступице колеса. В известном насосе также происходит увеличение зазора в уплотнениях за счет износа уплотняющих поверхностей. The closest technical solution to the invention is a centrifugal pump containing a drive shaft, a blade impeller with hubs, the sealing surfaces of which are in contact with elastic rings locked from rotation in the pump casing [3]. In the known pump, elastic o-rings are made with holes to increase elasticity and are rigidly fixed along the outer perimeter. When the pump is operating due to the pressure drop, part of the ring is shifted towards the area with lower pressure, as a result of which the ring is skewed, and its inner surface is pressed against the wheel hub. In the known pump, there is also an increase in the clearance in the seals due to wear of the sealing surfaces.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение надежного самоуплотнения рабочего колеса центробежного насоса при меньшем потреблении мощности, рассеиваемой на уплотняющих деталях в процессе работы насоса, что повышает КПД насоса и его надежность. The present invention is aimed at providing reliable self-sealing of the impeller of a centrifugal pump with less power consumption dissipated on the sealing parts during operation of the pump, which increases the efficiency of the pump and its reliability.

Технический результат достигается тем, что в центробежном насосе, содержащем приводной вал, лопастное рабочее колесо со ступицами, уплотняющие поверхности которых контактируют с эластичными кольцами, застопоренными от проворота в корпусе насоса, каждое эластичное кольцо установлено с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса насоса и прижатия с минимальным зазором к поверхности ступицы под действием сил, образованных перепадом давления, создаваемого колесом при работе насоса, при этом внутренняя поверхность каждого эластичного кольца в средней части выполнена с равномерно расположенными по окружности выемками, обеспечивающими при вращении колеса формирование гидродинамического клина между поверхностью эластичного кольца и цилиндрической поверхностью ступицы колеса. Выемки, равномерно расположенные по окружности на внутренней поверхности кольца, могут быть выполнены ступенчатыми или клиновыми. Эластичные кольца могут быть установлены в корпусе насоса с гарантированным зазором со стороны наружных поверхностей не менее 0,5 мм на сторону. The technical result is achieved by the fact that in a centrifugal pump containing a drive shaft, a blade impeller with hubs, the sealing surfaces of which are in contact with elastic rings locked from rotation in the pump casing, each elastic ring is mounted with the possibility of radial movement relative to the pump casing and pressing with a minimum clearance to the surface of the hub under the action of forces generated by the pressure drop created by the wheel during operation of the pump, while the inner surface awn each elastic ring in the middle part is provided with evenly spaced notches along the circumference, providing at wheel rotation forming a hydrodynamic wedge between the surface of the elastic ring and the cylindrical surface of the wheel hub. The recesses evenly spaced around the circumference on the inner surface of the ring may be stepped or wedge-shaped. Elastic rings can be installed in the pump casing with a guaranteed clearance from the outer surfaces of at least 0.5 mm per side.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен продольный разрез центробежного насоса;
на фиг.2 - вид сечения А-А, показанного на фиг.1;
на фиг.3 - вид сечения Б-Б, показанного на фиг.2.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, where:
figure 1 presents a longitudinal section of a centrifugal pump;
figure 2 is a view of section aa shown in figure 1;
figure 3 is a view of a section bB shown in figure 2.

Центробежный насос (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором на приводном валу 2 установлено рабочее колесо 3 с уплотняющими ступицами 4. В корпусе 1 насоса расположены эластичные кольца 5, установленные с гарантированным зазором со стороны наружных поверхностей 6 не менее 0,5 мм на сторону, чем обеспечивается возможность перемещения каждого эластичного кольца 5 в радиальном направлении относительно корпуса насоса. Внутренняя поверхность 7 каждого эластичного кольца 5 обращена к цилиндрической поверхности 8 ступицы 4. В средней части внутренней поверхности 7 выполнены равномерно расположенные по окружности клиновые или ступенчатые выемки 9, которые совместно с уплотняемой поверхностью 8 ступицы 4 образуют полости 10 (фиг.2, 3). Эластичные кольца 5 выполнены с наружными фланцами 11, имеющими стопорные элементы 12, например, в виде штифтов, обеспечивающие предотвращение эластичных колец от проворота. The centrifugal pump (Fig. 1) consists of a housing 1, in which an impeller 3 with sealing hubs 4 is installed on the drive shaft 2. In the pump housing 1 there are elastic rings 5 installed with a guaranteed clearance from the outer surfaces 6 of at least 0.5 mm to the side, which makes it possible to move each elastic ring 5 in the radial direction relative to the pump casing. The inner surface 7 of each elastic ring 5 faces the cylindrical surface 8 of the hub 4. In the middle part of the inner surface 7 there are wedge or stepped recesses 9 uniformly spaced around the circumference, which together with the sealing surface 8 of the hub 4 form cavities 10 (FIGS. 2, 3) . The elastic rings 5 are made with outer flanges 11 having locking elements 12, for example, in the form of pins, which prevent the elastic rings from turning.

При работе центробежного насоса под действием сил, возникающих от перепада давления, создаваемого рабочим колесом 3, фланец 11 эластичного кольца 5 в осевом направлении прижимается к корпусу 1 насоса. В радиальном направлении с минимальным зазором кольцо 5 прижимается к поверхности 8 ступицы 4 (фиг. 3). Одновременно при вращении рабочего колеса 3 формируется гидродинамический клин, образованный в полости 10 выемок 9 между эластичным кольцом 5 и поверхностью 8 ступицы 4. За счет формирования гидродинамического клина происходит отжимание поверхности эластичного кольца 5 от поверхности 8 ступицы 4 на расстояние до 50 мкм и трение скольжения переходит в жидкостное трение. When operating a centrifugal pump under the action of forces arising from the pressure drop created by the impeller 3, the flange 11 of the elastic ring 5 in the axial direction is pressed against the housing 1 of the pump. In the radial direction with a minimum clearance, the ring 5 is pressed against the surface 8 of the hub 4 (Fig. 3). At the same time, when the impeller 3 rotates, a hydrodynamic wedge is formed, formed in the cavity 10 of the recesses 9 between the elastic ring 5 and the surface 8 of the hub 4. Due to the formation of the hydrodynamic wedge, the surface of the elastic ring 5 is squeezed from the surface 8 of the hub 4 to a distance of 50 μm and sliding friction goes into fluid friction.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает надежное самоуплотнение рабочего колеса с меньшими потерями мощности на уплотнение, что существенно повышает КПД насоса и обеспечивает постоянство его параметров в течение срока эксплуатации. Thus, the proposed design provides reliable self-sealing of the impeller with less loss of power on the seal, which significantly increases the efficiency of the pump and ensures the constancy of its parameters during the service life.

Источники информации
1. Описание к патенту RU 2133379, МПК 6 F 04 D 1/00, заявл. 18.02.98.Sources of information
1. Description to patent RU 2133379, IPC 6 F 04 D 1/00, decl. 02/18/98.

2. Описание к патенту RU 2105201, МПК 6 F 04 D 29/12, заявл. 21.11.96. 2. Description to patent RU 2105201, IPC 6 F 04 D 29/12, decl. 11/21/96.

3. Описание к патенту FR 564319, МПК 6 F 04 D 29/16, заявл. 24.03.1923. 3. Description to patent FR 564319, IPC 6 F 04 D 29/16, decl. 03.24.1923.

Claims

1. A centrifugal pump containing a drive shaft, a rotor impeller with hubs, the sealing surfaces of which are in contact with elastic rings locked from rotation in the pump casing, characterized in that each elastic ring is mounted for radial movement relative to the pump casing and pressing the minimum clearance to the surface of the hub under the action of forces generated by the pressure drop created by the wheel during pump operation, while the inner surface of each is elastic th ring in the middle part is provided with evenly spaced notches along the circumference, providing at wheel rotation forming a hydrodynamic wedge between the surface of the elastic ring and the cylindrical surface of the wheel hub.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the recesses are evenly spaced around the circumference on the inner surface of the ring, made stepped or wedge-shaped.

3. The pump according to claim 1 or 2, characterized in that the elastic rings are installed in the pump casing with a guaranteed clearance from the outer surfaces of at least 0.5 mm to the side.