RU2238438C1

RU2238438C1 - Vortex pump

Info

Publication number: RU2238438C1
Application number: RU2003106466A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Винокуров (RU); А.Ф. Винокуров
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Помпа"
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps.

SUBSTANCE: proposed pump has impeller, drive shaft, end suction inlet, delivery outlet, suction section of working chamber provided with side surface mating with end face of impelled and inlet port, delivery section of chamber provided with side surfaces mating with end face of impeller and outlet into delivery outlet, gas outlet channel communicating interblade space of chamber with delivery outlet, and delivery channel arranged on side surface of delivery section mating with end face of impeller communicating with outlet into delivery outlet, auxiliary channel and bridge formed by side surface between initial section of delivery channel and final section of auxiliary channel. Inlet is provided with section whose axis is located at angle of 42^o - 48^o to end face of impeller and with flow area of port exceeding maximum flow area of delivery channel 4.5 - 5.5 times. Delivery channel in place of mating with bridge has flow area equal to 0.12-10.14 of its maximum area in diametric plane located at a distance of 30^o form bridge in direction of rotation with area equal to 0.52-0.56 of maximum area, and in diametric plane located at a distance of 45^o from bridge in direction of rotation, with area equal to 0.68 - 0.72 of its maximum area.

EFFECT: improved reliability in operation.

4 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области механики и, в частности, к насосам необъемного вытеснения с круговым или поперечным потоком.The invention relates to the field of mechanics and, in particular, to pumps of continuous displacement with a circular or transverse flow.

Известны вихревые насосы, содержащие рабочее колесо, имеющее ступицу и соединенные со ступицей лопасти, вал привода вращения рабочего колеса, всасывающий подвод, нагнетательный отвод и рабочую камеру, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с нагнетательным каналом, сообщающимся с выводом в нагнетательный отвод (SU №894215, F 04 D 5/00, 1981 г.).Vortex pumps are known that comprise an impeller having a hub and blades connected to the hub, an impeller rotation drive shaft, a suction inlet, a discharge outlet and a working chamber having a side surface associated with the impeller end with a discharge channel communicating with the outlet to the discharge outlet ( SU No. 894215, F 04 D 5/00, 1981).

Недостатком известных насосов является необходимость предварительного заполнения полости рабочей камеры жидкостью и удаления газа.A disadvantage of the known pumps is the need to pre-fill the cavity of the working chamber with liquid and remove gas.

Более совершенным и наиболее близким аналогом заявляемому техническому решению является известный вихревой насос, содержащий рабочее колесо, имеющее ступицу, обод и соединенные со ступицей и ободом лопасти, вал привода вращения рабочего колеса, торцевой всасывающий подвод, нагнетательный отвод, всасывающую секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с окном торцевого всасывающего подвода, нагнетательную секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с выводом в нагнетательный отвод, газоотводящий канал, сообщающий межлопастное пространство рабочей камеры с нагнетательным отводом, и расположенные на сопряженной с торцом рабочего колеса боковой поверхности нагнетательной секции рабочей камеры нагнетательный канал, сообщающийся с выводом в нагнетательный отвод, вспомогательный канал с участком в секторе расположения интервала нагнетательного канала с выводом в нагнетательный отвод, и перемычку, образованную интервалом боковой поверхности между начальным участком нагнетательного канала и конечным участком вспомогательного канала (Самовсасывающий насос СВН-80-А, выпускаемый ОАО "ЭНА" по ТУ 2606-1551-89).A more perfect and closest analogue of the claimed technical solution is a well-known vortex pump containing a impeller having a hub, a rim and blades connected to the hub and rim, an impeller rotation drive shaft, an end suction inlet, a discharge outlet, a suction section of the working chamber having a conjugate with the end of the impeller, a side surface with a window of the end suction supply, a discharge section of the working chamber having a side surface conjugated with the end of the impeller l with an outlet to the discharge outlet, a gas outlet channel communicating the inter-blade space of the working chamber with the discharge outlet, and an injection channel located on the side surface of the working section of the working chamber conjugated with the end of the impeller and connected to the outlet to the discharge outlet, an auxiliary channel with a section in the location sector the interval of the discharge channel with the output to the discharge outlet, and the jumper formed by the interval of the side surface between the initial section of the discharge Channel and the end portion of the auxiliary channel (self-priming pump SVN-80-A, produced by TU 2606-1551-89 OAO "ENA").

Однако упомянутый насос в силу конструктивных особенностей, обусловленных наличием элементов для обеспечения самозаливки при пуске, обладает неудовлетворительными показателями кавитационной характеристики, что в конечном итоге ограничивает область его применения.However, the mentioned pump due to the design features due to the presence of elements to ensure self-priming at start-up, has unsatisfactory cavitation characteristics, which ultimately limits its scope.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание более эффективного вихревого насоса.The problem to which the invention is directed, is to create a more efficient vortex pump.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в улучшении кавитационной характеристики, повышении напора и увеличении надежности за счет уменьшения нагрузки на рабочее колесо.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to improve the cavitation characteristics, increase the pressure and increase reliability by reducing the load on the impeller.

Указанный технический результат достигается вихревым насосом, содержащим рабочее колесо, имеющее ступицу, обод и соединенные со ступицей и ободом лопасти, вал привода вращения рабочего колеса, торцевой всасывающий подвод, нагнетательный отвод, всасывающую секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с окном торцевого всасывающего подвода, нагнетательную секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с выводом в нагнетательный отвод, газоотводящий канал, сообщающий межлопастное пространство рабочей камеры с нагнетательным отводом, и расположенные на сопряженной с торцом рабочего колеса боковой поверхности нагнетательной секции рабочей камеры нагнетательный канал, сообщающийся с выводом в нагнетательный отвод, вспомогательный канал с участком в секторе расположения интервала нагнетательного канала с выводом в нагнетательный отвод, и перемычку, образованную интервалом боковой поверхности между начальным участком нагнетательного канала и конечным участком вспомогательного канала, за счет того что торцевой всасывающий подвод выполнен с участком, ось которого расположена под углом 42-48° к торцу рабочего колеса, и с площадью проходного сечения окна, превышающей максимальную площадь проходного сечения нагнетательного канала в 4,5-5,5 раз, при этом нагнетательный канал на сопряжении с перемычкой выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,12-0,14 его максимальной площади, в диаметральной плоскости, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 30°, - с площадью проходного сечения, равной 0,52-0,56 его максимальной площади, а в диаметральной плоскости, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 45°, - с площадью, равной 0,68-0,72 его максимальной площади.The specified technical result is achieved by a vortex pump containing an impeller having a hub, a rim and blades connected to the hub and rim, an impeller rotation drive shaft, an end suction inlet, a discharge outlet, a suction section of the working chamber having a side surface conjugated to the end of the impeller with by the window of the front suction inlet, the injection section of the working chamber, having a side surface conjugated with the end of the impeller with a conclusion to the discharge outlet, the gas outlet al, which communicates the inter-blade space of the working chamber with the discharge outlet, and the discharge channel located on the side surface of the working section of the working chamber conjugated with the end of the impeller and communicating with the outlet to the discharge outlet, an auxiliary channel with a portion in the sector of the interval arrangement of the discharge channel with the outlet to the discharge outlet and a jumper formed by the interval of the side surface between the initial portion of the discharge channel and the final portion of the auxiliary channel la, due to the fact that the end suction inlet is made with a section whose axis is located at an angle of 42-48 ° to the end of the impeller, and with an area of the passage section of the window exceeding the maximum passage area of the discharge channel by 4.5-5.5 times while the injection channel in conjunction with the jumper is made with the passage area equal to 0.12-0.14 of its maximum area, in a diametrical plane spaced 30 ° apart from the bridge in the direction of rotation, with the passage area equal to 0, 52-0.56 of its maximum area di, and in a diametrical plane spaced in the direction of rotation from the jumper by 45 °, with an area equal to 0.68-0.72 of its maximum area.

А также за счет того, что вспомогательный канал выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,48-0,52 максимальной площади проходного сечения нагнетательного канала.And also due to the fact that the auxiliary channel is made with an area of the passage section equal to 0.48-0.52 of the maximum area of the passage section of the discharge channel.

А также за счет того, что нагнетательный канал на участке вывода в нагнетательный отвод выполнен с шириной, равной ширине вспомогательного канала.And also due to the fact that the discharge channel at the outlet to the discharge outlet is made with a width equal to the width of the auxiliary channel.

А также за счет того, что обод выполнен сопряженным с торцом рабочего колеса, расположенным только со стороны всасывающей секции.And also due to the fact that the rim is paired with the end of the impeller, located only on the suction section.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид вихревого насоса, на фиг.2 - вид А (фиг.1) на боковую поверхность нагнетательной секции, на фиг.3 - вид Б (фиг.1) на боковую поверхность всасывающей секции, на фиг.4 - развертка сечения В-В (фиг.3), на фиг.5 - сечение Г-Г (фиг.2), на фиг.6 - развертка сечения Д-Д (фиг.2), а на фиг.7 - фрагмент (место I фиг.1) рабочего колеса с ободом.The essence of the claimed technical solution is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a vortex pump, in Fig. 2 - view A (Fig. 1) on the side surface of the discharge section, in Fig. 3 - view B (Fig. 1) on the side the surface of the suction section, in Fig. 4 is a scan of section BB (Fig. 3), in Fig. 5 is a section of G-D (Fig. 2), in Fig. 6 is a scan of section D-D (Fig. 2) , and Fig.7 is a fragment (place I of Fig.1) of the impeller with a rim.

Вихревой насос содержит рабочее колесо 1, закрепленное на валу 2 привода вращения (не показан). Рабочее колесо 1 имеет ступицу 3, обод 4 и соединенные со ступицей 3 и ободом 4 лопасти 5. Рабочее колесо 1 установлено в рабочей камере, образованной поверхностями всасывающей 6 и нагнетательной 7 секций соответственно, а его обод выполнен сопряженным с торцом рабочего колеса 1, расположенным только со стороны всасывающей секции 6. Всасывающая секция 6 имеет сопряженную с торцом рабочего колеса 1 боковую поверхность 8 с окном 9 торцевого всасывающего подвода 10. Нагнетательная секция 7 имеет сопряженную с торцом рабочего колеса 1 боковую поверхность 11 с выводом 12 в нагнетательный отвод 13, газоотводящий канал 14, сообщающий межлопастное пространство 15 рабочей камеры с нагнетательным отводом 13. На боковой поверхности 11 расположен нагнетательный канал 16, сообщающийся с выводом 12 в нагнетательный отвод 13, а также вспомогательный канал 17 с участком 18 в секторе расположения интервала 19 нагнетательного канала 16 с выводом 12 в нагнетательный отвод 13. На этой же поверхности расположена перемычка 20, образованная интервалом боковой поверхности 11 между начальным участком 21 нагнетательного канала 16 и концом 22 вспомогательного канала 17.The vortex pump contains an impeller 1, mounted on a shaft 2 of a rotation drive (not shown). The impeller 1 has a hub 3, a rim 4 and blades 5 connected to the hub 3 and a rim 4. The impeller 1 is installed in the working chamber formed by the surfaces of the suction 6 and discharge 7 sections, respectively, and its rim is made conjugated with the end of the impeller 1 located only from the side of the suction section 6. The suction section 6 has a side surface 8 conjugated with the end of the impeller 1 with a window 9 of the end suction supply 10. The discharge section 7 has a side surface conjugated with the end of the impeller 1 11 with a lead 12 to a discharge outlet 13, a gas outlet channel 14 communicating the inter-blade space 15 of the working chamber with a discharge branch 13. A discharge channel 16 is located on the side surface 11, which communicates with a terminal 12 to the discharge branch 13, and also an auxiliary channel 17 with a section 18 in the sector of the location of the interval 19 of the injection channel 16 with the output 12 to the discharge outlet 13. On the same surface there is a jumper 20 formed by the interval of the side surface 11 between the initial section 21 of the injection channel la 16 and the end 22 of the auxiliary channel 17.

Торцевой всасывающий подвод 10 выполнен с участком 23, ось которого расположена под углом α=42-48° к торцу рабочего колеса 1, и с площадью проходного сечения окна 9, превышающей максимальную площадь проходного сечения нагнетательного канала 16 в 4,5-5,5 раз, при этом нагнетательный канал 16 на сопряжении 24 с перемычкой 20 выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,12-0,14 его максимальной площади, в диаметральной плоскости 25, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 30°, - с площадью проходного сечения, равной 0,52-0,56 его максимальной площади, а в диаметральной плоскости 26, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 45°, - с площадью проходного сечения, равной 0,68-0,72 его максимальной площади. В этой ситуации вспомогательный канал 17 может быть выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,48-0,52 максимальной площади проходного сечения нагнетательного канала 16, который в свою очередь в интервале 19 с выводом 12 в нагнетательный отвод 13 может быть выполнен с шириной Н, равной ширине F вспомогательного канала 17.The end suction inlet 10 is made with a section 23, the axis of which is located at an angle α = 42-48 ° to the end of the impeller 1, and with an area of the passage section of the window 9 exceeding the maximum passage area of the discharge channel 16 by 4.5-5.5 times, while the discharge channel 16 in conjunction 24 with the jumper 20 is made with the area of the passage section equal to 0.12-0.14 of its maximum area, in the diametrical plane 25, 30 ° spaced in the direction of rotation from the bridge, with the area of the passage section equal to 0.52-0.56 of its maximum area, and in the diametrical plane 26, spaced in the direction of rotation from the jumper by 45 °, with the area of the passage section equal to 0.68-0.72 of its maximum area. In this situation, the auxiliary channel 17 can be made with an area of the passage section equal to 0.48-0.52 of the maximum area of the passage section of the discharge channel 16, which, in turn, in the interval 19 with the output 12 to the discharge branch 13 can be made with a width H equal to the width F of the auxiliary channel 17.

Для разгрузки рабочего колеса 1 и обеспечения среднего его положения предусмотрены пазухи 27 и 28, сообщающиеся через дросселирующее отверстие 29 и гидравлически связанные с рабочей камерой каналом 30.To unload the impeller 1 and ensure its middle position, sinuses 27 and 28 are provided, communicating through a throttling hole 29 and hydraulically connected to the working chamber by a channel 30.

Вихревой насос работает следующим образом.The vortex pump operates as follows.

Перед началом работы насос заполняется прокачиваемой жидкостью, с помощью которой при включении вращения рабочего колеса 1 происходит откачивание газа из всасывающего подвода 10. Перемещаемое по периферии вместе рабочим колесом 1 кольцо жидкости в интервале прохождения лопастей 5 перемычки 20 смещается по межлопастному пространству 15 и при выходе лопастей в зону сопряжения с нагнетательным каналом 16 смещается в его пространство и тем самым освобождает пространство около ступицы 3 для всасывания газа. При движении лопастей 5 в интервале расположения вспомогательного канала 17 и далее к перемычке 20 жидкость начинает перемещаться по направлению к ступице 3, выдавливая газ через газоотводящий канал 14. Этот процесс длится до полного удаления газа и заполнения насоса жидкостью. Выполнение вспомогательного канала 17 с площадью проходного сечения, равной 0,48-0,52 максимальной площади проходного сечения нагнетательного канала 16 в зоне их одновременного взаимодействия с жидкостью в межлопастном пространстве 15, а также равная их ширина на участке 18 в секторе расположения интервала 19 с выводом 12 в нагнетательный отвод 13 обеспечивают требуемое для вытеснения газа перераспределение жидкости между каналами 16 и 17 до момента полного заполнения насоса. Угол наклона оси всасывающего подвода 42-48° к торцу рабочего колеса в сочетании с упомянутым соотношением площадей проходного сечения окна и нагнетательного канала создает условия для уменьшения потерь напора на всасывание, предотвращая тем самым разрыв струи и возникновение кавитации. Этому процессу способствует также и локализация обратного противотока в межлопастном пространстве за счет расположения обода с сопряжением со стороны всасывающей секции с торцом рабочего колеса.Before starting work, the pump is filled with pumped liquid, with which, when the impeller 1 is turned on, gas is evacuated from the suction inlet 10. The liquid ring moved along the periphery together with the impeller 1 in the range of passage of the blades 5 of the jumper 20 is displaced along the inter-blade space 15 and when the blades exit in the interface zone with the discharge channel 16 is shifted into its space and thereby frees up the space near the hub 3 for gas intake. When the blades 5 move in the range of the auxiliary channel 17 and further to the jumper 20, the liquid begins to move towards the hub 3, squeezing the gas through the gas outlet channel 14. This process continues until the gas is completely removed and the pump is filled with liquid. The implementation of the auxiliary channel 17 with an area of the passage section equal to 0.48-0.52 of the maximum area of the passage section of the discharge channel 16 in the zone of their simultaneous interaction with the liquid in the inter-blade space 15, as well as their equal width in the section 18 in the sector of location of the interval 19 s the output 12 to the discharge outlet 13 provide the redistribution of liquid required for gas displacement between the channels 16 and 17 until the pump is completely filled. The angle of inclination of the axis of the suction inlet 42-48 ° to the end of the impeller, in combination with the aforementioned ratio of the passage area of the window and the discharge channel, creates conditions for reducing the loss of pressure on the suction, thereby preventing rupture of the jet and the occurrence of cavitation. This process is also facilitated by the localization of the reverse counterflow in the inter-blade space due to the location of the rim with the interface from the suction section with the end of the impeller.

Claims

1. A vortex pump containing an impeller having a hub, a rim and blades connected to a hub and a rim, an impeller rotation drive shaft, an intake suction inlet, a discharge outlet, a suction section having an associated side surface with an end window suction inlet, discharge section of the working chamber, having a side surface conjugated with the end of the impeller, with a outlet to the discharge outlet, a gas outlet channel communicating the inter-blade space whose chambers are equipped with a discharge outlet and the discharge channel located on the lateral surface of the working section of the working chamber connected to the end of the impeller and connected to the discharge outlet, an auxiliary channel with a section in the sector of the interval location of the discharge channel with the outlet to the discharge outlet and a jumper formed by the interval side surface between the initial portion of the discharge channel and the final portion of the auxiliary channel, characterized in that the end suction the approach is made with a section whose axis is located at an angle of 42-48 ° to the end of the impeller, and with an area of the passage section of the window exceeding the maximum area of the passage section of the discharge channel by 4.5-5.5 times, while the discharge channel is in conjunction with the jumper is made with a cross-sectional area equal to 0.12-0.14 of its maximum area, in a diametrical plane spaced 30 ° apart from the jumper in the direction of rotation with a cross-sectional area equal to 0.52-0.56 of its maximum area and in the diametrical plane of rotation from the web direction at 45 ° - with the flow cross section area equal to 0,68- 0,72 its maximum area.

2. The vortex pump according to claim 1, characterized in that the auxiliary channel is made with a flow area equal to 0.48-0.52 of the maximum flow area of the discharge channel.

3. The vortex pump according to one of claims 1 and 2, characterized in that the discharge channel at the outlet to the discharge outlet is made equal to the width of the auxiliary channel.

4. The vortex pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rim is conjugated with the end of the impeller located only on the side of the suction section.