RU2606290C1 - Centripetal impeller pump for transfer of heated non-uniform by density liquids - Google Patents

Centripetal impeller pump for transfer of heated non-uniform by density liquids Download PDF

Info

Publication number
RU2606290C1
RU2606290C1 RU2015145439A RU2015145439A RU2606290C1 RU 2606290 C1 RU2606290 C1 RU 2606290C1 RU 2015145439 A RU2015145439 A RU 2015145439A RU 2015145439 A RU2015145439 A RU 2015145439A RU 2606290 C1 RU2606290 C1 RU 2606290C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
centripetal
inlet
impeller
pump
rotation
Prior art date
Application number
RU2015145439A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Кудеяров
Константин Сергеевич Кудеяров
Original Assignee
Владимир Николаевич Кудеяров
Константин Сергеевич Кудеяров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Николаевич Кудеяров, Константин Сергеевич Кудеяров filed Critical Владимир Николаевич Кудеяров
Priority to RU2015145439A priority Critical patent/RU2606290C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2606290C1 publication Critical patent/RU2606290C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/02Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps having non-centrifugal stages, e.g. centripetal
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18Rotors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: pumps.
SUBSTANCE: invention relates to pump engineering. Pump includes inlet branch pipe, centripetal impeller, consisting of drive and covering discs, radial blades (4), bent along circle arc with radius (rl) with center of curvature (O2), displaced relative to center of rotation (O1), and combined with it orthogonal coordinate system beginning radially along axis (Y) at distance (Yo) and along axis (X) in direction of rotation from axis (Y) at distance (Xo), and conical bushing with decreasing diameter; supply, discharge and shaft, driven by induction motor. Wheel has inlet section, arranged along periphery on impeller (D1rk) outer diameter, and outlet cross-section, located in central part on inner diameter (D2rk=(0.3-0.7)D1rk). Supply is located from outer side, opposite to wheel inlet cross-section, and made in form of helical channel (10) with constant width in circumferential direction, equal to wheel width at inlet, and with height counted from wheel outer diameter D1 to helical channel wall inner surface (9), decreasing in proportion to angle of coverage (φcov), with height (hsk), counted from initial section height (h1sk) adjacent to inlet branch pipe and taken as coverage angle zero (φcov= 0°), corresponding to pump inlet area, to final height through one turn of current coverage angle (φcov=360°), equal to radial gap value (h2skr), providing free rotation of wheel. Discharge is located on outer side, opposite to wheel outlet section (2pk), and made in form of annular diffuser, formed by outlet branch pipe wall inner surface with inner diameter and outer surface of wheel conical bushing.
EFFECT: invention is aimed at achievement of maximum efficiency due to formation of convection from periphery to center at action of rotary acceleration.
1 cl, 2 dwg

Description

Известно, что в топливно-энергетической отрасли существует техническая задача насосной перекачки мазутов, что существенно осложняется из-за их повышенной вязкости (до 1000 сСт), приводящей к повышенным гидравлическим потерям в проточной части насосов, снижению КПД и повышению энергозатрат перекачки. Для снижения вязкости мазутов и повышения эффективности перекачивания при транспортировке по трубопроводным магистралям производится их подогрев (примерно до 60°С). В качестве насосов для перекачки мазутов обычно используются оседиагональные или центробежные типы насосов. При этом наблюдается существенное снижение КПД насосов по сравнению с их водяными характеристиками, полученными при модельных испытаниях. Причем выясняется, что такое снижение не может быть объяснено только влиянием вязкости и увеличением величины коэффициента трения, а еще какой-то причиной. С этой целью был проведен тепло-физический анализ течения потока подогретой жидкости в проточной части насосов. Во-первых, известно (см. [1] Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. 4. КИНЕТИКА, ТЕПЛОТА, ЗВУК, Изд-во Мир, Москва, 1967), что в совокупности молекул подогретой жидкости при некоторой температуре всегда присутствуют молекулы с разной скоростью, с разной температурой, а следовательно, и с разной плотностью, распределение которых приближенно можно принять соответствующим нормальному закону распределения или подобному ему (см. [1] стр. 35 Фиг. 40.3). Во-вторых, также известно свойство неоднородной по плотности жидкости (см. [2] Л.Г. Лойцянский. Механика жидкости и газа. Издательство Наука Главной редакции Физико-математической литературы. Москва, 1973) образовывать в поле воздействия ускорения вращения (ε=rω2) центростремительное течение, направленное от периферии к центру (КОНВЕКЦИЮ) (см. [2] стр. 103, 104, Рис. 20), описываемое уравнениемIt is known that in the fuel and energy industry there is a technical problem of pumping fuel oil, which is significantly complicated due to their increased viscosity (up to 1000 cSt), which leads to increased hydraulic losses in the flow part of the pumps, lower efficiency and increased energy consumption of pumping. To reduce the viscosity of fuel oils and increase the efficiency of pumping during transportation through pipelines, they are heated (up to about 60 ° C). Osediagonal or centrifugal types of pumps are usually used as pumps for pumping fuel oil. At the same time, there is a significant decrease in the efficiency of the pumps compared to their water characteristics obtained during model tests. Moreover, it turns out that such a decrease cannot be explained only by the influence of viscosity and an increase in the coefficient of friction, but also by some reason. For this purpose, a thermophysical analysis of the flow of the heated fluid in the flow part of the pumps was carried out. First, it is known (see [1] R. Feynman, R. Leighton, M. Sands. Feynman lectures on physics. 4. KINETICS, HEAT, SOUND, Mir Publishing House, Moscow, 1967) that in the aggregate of molecules heated liquid at a certain temperature there are always molecules with different speeds, with different temperatures, and therefore with different densities, the distribution of which can be approximately adopted corresponding to the normal distribution law or the like (see [1] p. 35 of Fig. 40.3). Secondly, the property of a liquid nonuniform in density is also known (see [2] L. G. Loitsyanskii. Mechanics of liquid and gas. Publishing House Science of the Main Edition of Physics and Mathematics. Moscow, 1973) to form rotation acceleration (ε = rω 2 ) a centripetal flow directed from the periphery to the center (CONVECTION) (see [2] p. 103, 104, Fig. 20), described by the equation

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

ρ - плотность перекачиваемой жидкости,ρ is the density of the pumped liquid,

r - текущий радиус,r is the current radius,

ω - угловая скорость вращения.ω is the angular velocity of rotation.

Кроме того, можно показать, что обычно наблюдаемая конвекция воздуха или воды около нагретых тел в поле воздействия ускорения свободного падения тел (g=9.81 м/с2) может быть значительно увеличена по интенсивности в поле воздействия ускорения вращения (ε=rω2). Например, для опытного экземпляра центростремительного насоса при вполне реальных размерах (r=100 мм) и скорости вращения (n=3000 об/мин) имеем ускорение вращения (ε=9869,7 м/с2), что соответствует величине параметра кратности ускорения вращения на уровне

Figure 00000002
, и, очевидно, во столько же раз увеличится интенсивность конвекции в поле воздействия ускорения вращения при таких условиях в центростремительном рабочем колесе насоса. Рассмотрение возможного на практике различного сочетания размеров и скорости вращения показывает реально достижимые параметры кратности ускорения вращения в пределах
Figure 00000003
,In addition, it can be shown that the usually observed convection of air or water near heated bodies in the field of influence of the acceleration of gravity (g = 9.81 m / s 2 ) can be significantly increased in intensity in the field of influence of acceleration of rotation (ε = rω 2 ). For example, for a prototype centripetal pump with very real dimensions (r = 100 mm) and rotation speed (n = 3000 rpm), we have rotation acceleration (ε = 9869.7 m / s 2 ), which corresponds to the magnitude of the rotation acceleration factor at the level
Figure 00000002
, and, obviously, the intensity of convection in the field of rotation acceleration under such conditions in the centripetal impeller of the pump will increase by the same amount. Consideration of a possible combination of sizes and rotational speeds in practice shows the realistically achievable parameters of the multiplicity of rotation acceleration within
Figure 00000003
,

Таким образом, напрашивается правдоподобная версия, объясняющая возникновение дополнительных гидравлических потерь в оседиагональных и центробежных насосах при перекачивании подогретого мазута. Т.е. при рабочем процессе диагонального в оседиагональном и радиального в центробежном рабочих колесах номинального течения возникает встречное конвективное течение, приводящее к дополнительным гидравлическим потерям на вихреобразование, которое можно устранить в центростремительном рабочем колесе. Здесь целесообразно рассмотреть сам процесс возникновения КОНВЕКЦИИ в центростремительном рабочем колесе. Как уже упоминалось, наблюдаемая конвекция воздуха или воды около нагретых тел в поле воздействия ускорения свободного падения тел происходит по следующей схеме: подогретый объем поднимается вверх, а на его место опускается такой же менее нагретый объем, т.е. происходит вытеснение более нагретого объема менее нагретым. А в центростремительном рабочем колесе, как указывается в [2], в поле воздействия ускорения вращения конвекция возникает в направлении от периферии к оси вращения. Т.е. ось вращения является особым местом точек сосредоточения жидкости. Если по инерции подогретая жидкость проскочит ось вращения, то обязательно возвратится в особую точку - ось вращения, т.е. происходит накопление объема жидкости в области оси вращения. Следовательно, повышается давление жидкости в области оси вращения, распространяясь вдоль выходного патрубка до выхода из насоса. Так как величина параметра кратности ускорения вращения может достигать по отношению ускорения свободного падения тел тысячи и более раз, указанный процесс происходит очень интенсивно, что дополнительно повышает напор, а следовательно, и КПД насоса. Исходя из вышеизложенного, предлагается конструкция центростремительного насоса, в качестве эффективного средства достижения технического результата снижения энергозатрат процесса перекачивания подогретых мазутов. Аналогом центростремительного рабочего колеса можно принять рабочее колесо центробежного насоса с радиальными лопастями (внешне практически не отличающееся), но отличающееся направлением кривизны радиальных лопастей и имеющего в центростремительном насосе при этом противоположное направление вращения. Таким образом, в качестве изобретения предлагается: центростремительный насос для перекачивания подогретой неоднородной по плотности жидкости (см. Фиг. 1 и Фиг. 2), содержащий:Thus, a plausible version suggests itself, explaining the occurrence of additional hydraulic losses in the sedimentary and centrifugal pumps when pumping heated fuel oil. Those. When the nominal diagonal flow in the sedimentary and radial in the centrifugal impellers of the nominal flow occurs, a counter convective flow arises, leading to additional hydraulic losses due to vortex formation, which can be eliminated in the centripetal impeller. It is advisable here to consider the process of CONVECTION in the centripetal impeller. As already mentioned, the observed convection of air or water near heated bodies in the field of action of the acceleration of free fall of bodies occurs as follows: the heated volume rises, and the same less heated volume falls in its place, i.e. displacement of a more heated volume by a less heated one occurs. And in the centripetal impeller, as indicated in [2], in the field of influence of acceleration of rotation, convection occurs in the direction from the periphery to the axis of rotation. Those. the axis of rotation is a special place for fluid concentration points. If, by inertia, the heated fluid slips through the axis of rotation, then it will necessarily return to a special point - the axis of rotation, i.e. there is an accumulation of the volume of fluid in the region of the axis of rotation. Consequently, the fluid pressure rises in the region of the axis of rotation, propagating along the outlet pipe until it exits the pump. Since the magnitude of the parameter of the multiplicity of rotation acceleration can reach thousands or more times with respect to the free fall acceleration of bodies, this process occurs very intensively, which additionally increases the pressure and, consequently, the pump efficiency. Based on the foregoing, a centripetal pump design is proposed as an effective means of achieving the technical result of reducing the energy consumption of the process of pumping heated heating oil. An analogue of a centripetal impeller can be taken to be an impeller of a centrifugal pump with radial blades (practically no different in appearance), but differing in the direction of curvature of the radial blades and having an opposite direction of rotation in the centripetal pump. Thus, as an invention, it is proposed: a centripetal pump for pumping a heated non-uniform density liquid (see Fig. 1 and Fig. 2), comprising:

- входной патрубок 0 с внутренним диаметром (d0) и площадью входа в насос (F0),- inlet pipe 0 with an inner diameter (d 0 ) and the area of the inlet to the pump (F 0 ),

- центростремительное рабочее колесо 1, состоящее из ведущего 2 и покрывного 3 дисков, радиальных лопастей 4, изогнутых по дуге окружности радиусом (rл) с центром изгиба О2, смещенным относительно центра вращения О1 и совмещенного с ним начала ортогональной системы координат, радиально по оси Y на расстояние (Yо) и по оси X в направлении вращения от оси Y на расстояние (Хо) и конической втулки 5 с уменьшающимся диаметром от начального размера d=(0,8-0,9)D2рк до конечного размера d=(0,1-0,2)D2рк.- a centripetal impeller 1, consisting of a leading 2 and a cover 3 disks, radial blades 4, bent along an arc of a circle of radius (r l ) with a bending center O 2 offset from the center of rotation O 1 and the origin of the orthogonal coordinate system combined with it, radially along the Y axis at a distance (Y о ) and along the X axis in the direction of rotation from the Y axis at a distance (X about ) and a conical sleeve 5 with a decreasing diameter from the initial size d = (0.8-0.9) D 2рк to final size d 2v = (0.1-0.2) D 2rk .

Подвод 6, Отвод 7 и Вал 8, приводящий во вращение центростремительное рабочее колесо 1 от привода, в качестве которого может быть использован асинхронный электрический двигатель, отличающийся тем, что центростремительное рабочее колесо 1 имеет входное сечение (1рк), расположенное на периферии на наружном диаметре D1рк, и при ширине центростремительного рабочего колеса 1 на входе (А1рк), с площадью образованного цилиндрического кольца, равной (F1рк=πD1ркА1рк), и выходное сечение (2рк), расположенное в центральной части на внутреннем диаметре D2рк=(0,3-0,7)D1рк, при ширине центростремительного рабочего колеса 1 на выходе (А2рк), с площадью образованного цилиндрического кольца, равной (F2рк=πD2ркА2рк).Inlet 6, Outlet 7 and Shaft 8, which rotates the centripetal impeller 1 from the drive, which can be used as an induction electric motor, characterized in that the centripetal impeller 1 has an input section (1 pk) located on the periphery on the outer diameter D 1rk , and with the width of the centripetal impeller 1 at the inlet (A 1rk ), with the area of the formed cylindrical ring equal to (F 1rk = πD 1rk A 1rk ), and the output section (2rk) located in the central part on the inner diameter D 2 pk = (0.3-0.7) D 1 pk , with the width of the centripetal impeller 1 at the exit (A 2 pk ), with the area of the formed cylindrical ring equal to (F 2 pk = πD 2 pk A 2 pk ).

Особенностью такого профилирования радиальных лопастей 4 является то, что в любой точке М (см. Фиг. 2), лежащей на поверхности радиальной лопасти 4, можно графически или аналитически определить угол установки лопасти (βл) как угол, образованный между лучами, проведенными из центров вращения (О1) и изгиба (О2) в искомую точку М;The peculiarity of this shaping radial blades 4, is that at any point M (see. Fig. 2) lying on the surface of the radial blade 4 can be graphically or analytically determine the setting angle of the blade (β L) as the angle formed between the rays drawn from centers of rotation (O 1 ) and bending (O 2 ) at the desired point M;

а Подвод 6 расположен с внешней стороны напротив входного сечения (1рк) центростремительного рабочего колеса 1, выполнен в виде спирального канала 10 с постоянной в окружном направлении шириной (Аск=const), равной ширине центростремительного рабочего колеса 1 на входе (Аск1рк), и высотой, отсчитываемой от наружного диаметра D1 центростремительного рабочего колеса 1 до внутренней поверхности стенки 9 спирального канала 10, с уменьшающейся пропорционально углу охвата (ϕохв) высотой (hск), от начальной высоты сечения (h1ск), примыкающего к входному патрубку и принятого за начало отсчета угла охвата (ϕохв=0°), соответствующей площади входа в насос (h1ск=F0/Aск), до конечной высоты через один оборот при угле охвата (ϕохв=360°), равной величине радиального зазора (h2скr). обеспечивающего свободное вращение центростремительного рабочего колеса 1;and Inlet 6 is located on the outside opposite the inlet section (1 pk) of the centripetal impeller 1, is made in the form of a spiral channel 10 with a constant circumferential width (A ck = const) equal to the width of the centripetal impeller 1 at the inlet (A ck = A 1rk ), and the height measured from the outer diameter D 1 of the centripetal impeller 1 to the inner surface of the wall 9 of the spiral channel 10, decreasing in proportion to the angle of coverage (ϕ ohv ) height (h ck ), from the initial section height (h 1sk ) adjacent to the entrance Ohm branch pipe and taken at the beginning of the reference angle of coverage (ϕ OHV = 0 °), the corresponding area of the entrance to the pump (h 1sk = F 0 / A SK ), to a final height after one revolution at an angle of coverage (ϕ OHV = 360 °), equal to the value of the radial clearance (h 2sk = δ r ). providing free rotation of the centripetal impeller 1;

и Отвод 7, расположенный с внешней стороны напротив выходного сечения (2рк) центростремительного рабочего колеса 1 выполнен в виде кольцевого диффузора 11, образованного внутренней поверхностью стенки выходного патрубка 12 с внутренним диаметром (d2) и наружной поверхностью конической втулки 5 центростремительного рабочего колеса 1 с площадью выхода из насоса (F2).and Branch 7, located on the outside opposite the outlet section (2 pk) of the centripetal impeller 1, is made in the form of an annular diffuser 11 formed by the inner surface of the wall of the outlet pipe 12 with an inner diameter (d 2 ) and the outer surface of the conical sleeve 5 of the centripetal impeller 1 s from the pump outlet area (F 2).

На Фиг. 1 изображен центростремительный насос в разрезе с обозначением основных геометрических размеров центростремительного рабочего колеса, подвода и отвода. На Фиг. 2 изображен центростремительный насос в плане с обозначением основных геометрических размеров входного патрубка, радиальных лопастей центростремительного рабочего колеса, подвода и направления вращения рабочего колеса.In FIG. 1 shows a centripetal pump in the context with the designation of the main geometric dimensions of the centripetal impeller, inlet and outlet. In FIG. 2 shows a centripetal pump in plan with the designation of the main geometric dimensions of the inlet pipe, the radial blades of the centripetal impeller, the supply and direction of rotation of the impeller.

Необходимость специального профилирования подвода связана с тем, что центростремительное направление жидкость приобретает, как показано в [1], только в центростремительном рабочем колесе 1 в поле воздействия ускорения вращения, а при течении потока жидкости в подводе 6 необходимо создать внешнее воздействие на поток жидкости, которое и создается внутренней поверхностью 9 спирального канала 10. Такое воздействие происходит в следующем порядке: в насосе, заполненном перед запуском жидкостью, после запуска лопасти 4 вращающегося центростремительного рабочего колеса 1 начинают взаимодействовать с неподвижной жидкостью, образуя вблизи входных кромок радиальных лопастей 4 спутную вихревую пелену противотоков, увлекающую под влиянием турбулентной вязкости в направлении вращения близлежащие слои жидкости и распространяющую свое влияние по всему сечению спирального канала 10. Но т.к. сечения спирального канала 10 уменьшаются в том же направлении, создавая направленную к центру составляющую скорости и объемного расхода и, следовательно, к концу спирального канала 10, когда его высота и площадь станут близкими к нулевой, весь объем жидкости (Vск), заполняющей спиральный канал 10 подвода 6 (равный объему телесного треугольника с высотой h1ск и площадью основания F1рк=πD1ркА1рк)The need for special inlet profiling is related to the fact that the centripetal direction of the liquid acquires, as shown in [1], only in the centripetal impeller 1 in the field of rotation acceleration, and when the fluid flow in the inlet 6 is necessary to create an external effect on the fluid flow, which and is created by the inner surface 9 of the spiral channel 10. This effect occurs in the following order: in a pump filled with liquid before starting, after starting the blade 4 of a rotating centripet of the impeller 1 begin to interact with the stationary fluid, forming near the inlet edges of the radial blades 4 a tangled whirlwind swirl of countercurrents that entrains nearby fluid layers under the influence of turbulent viscosity in the direction of rotation and spreads its influence throughout the entire cross section of the spiral channel 10. But since the cross sections of the spiral channel 10 decrease in the same direction, creating a velocity and volumetric flow component directed to the center and, therefore, towards the end of the spiral channel 10, when its height and area become close to zero, the entire volume of liquid (V cc ) filling the spiral channel 10 supply 6 (equal to the volume of the solid triangle with a height h 1sk and a base area F 1rk = πD 1rk A 1rk )

Vск=h1скπD1ркA1рк/2V ck = h 1sk πD 1rk A 1rk / 2

войдет в центростремительное рабочее колесо 1. Предполагается, что такой процесс образования спутной вихревой пелены сохранится и после запуска при переходе на номинальный режим работы. В единицу времени это дает расчетное значение объемного расхода насоса:will enter the centripetal impeller 1. It is assumed that such a process of formation of a tangled vortex sheet will continue after starting up when switching to the nominal operating mode. In a unit of time this gives the calculated value of the volumetric flow rate of the pump:

Qр=nсKпрh1скπD1ркA1рк/2Q p = n with K pr h 1sk πD 1rk A 1rk / 2

гдеWhere

nс [об/с] - число оборотов вала в 1 с,n s [r / s] - the number of shaft revolutions in 1 s,

Кпр≤1 - коэффициент проскальзывания спутного потока вихревой пелены противотоков относительно вращающегося центростремительного рабочего колеса. Отмечается, что коэффициент проскальзывания из-за сложности процесса не может быть определен точно. Оценка его величины может быть сделана экспериментально при испытании опытного образца центростремительного насоса по следующей схеме:To pr ≤1 - slippage coefficient of the satellite stream of the vortex shroud countercurrents relative to the rotating centripetal impeller. It is noted that the slip coefficient due to the complexity of the process cannot be determined exactly. An estimate of its value can be made experimentally when testing a prototype centripetal pump according to the following scheme:

Qр=nсКпрh1скπD1ркA1рк/2 и Qт=nсh1скπD1ркA1рк/2,Q p = n with K pr h 1sk πD 1rk A 1rk / 2 and Q t = n with h 1sk πD 1rk A 1rk / 2,

гдеWhere

Qр - измеренный расходомером объемный расход при испытании опытного образца центростремительного насоса,Q p - the volumetric flow rate measured by the flowmeter when testing a prototype centripetal pump,

Qт - теоретический объемный расход, вычисленный по принятым при проектировании геометрическим параметрам (h1ск D1рк А1рк) и скорости вращения (nс),Q t - theoretical volumetric flow rate, calculated according to the geometric parameters adopted during design (h 1sk D 1rk A 1rk ) and rotation speed (n s ),

откудаwhere from

Кпр=Qр/Qт≤1K ol = Q p / Q t ≤1

При проектировании опытного образца центростремительного насоса было приближенно принято произведение Кпрnс=1, что дает при n=2000-3000 об/мин и nс=33,3-50,0 об/с проектную величину коэффициента проскальзывания Кпр=0,03-0,02≤0,1, что можно допустить примерно соответствующим действительности, т.е. принятая проектная скорость вращения спутного потока более чем в десять раз меньше скорости вращения рабочего колеса.When designing a prototype centripetal pump, the product K pr n s = 1 was approximately adopted, which gives for n = 2000-3000 rpm and n s = 33.3-50.0 r / s the design value of the slip coefficient K pr = 0 , 03-0,02≤0,1, which can be assumed approximately corresponding to reality, i.e. the accepted design speed of rotation of the satellite stream is more than ten times less than the speed of rotation of the impeller.

Знание угла установки лопасти (βл) и величины расчетного объемного расхода (Qр) позволяет рассчитать и построить по известным зависимостям треугольники скоростей на входе, в промежуточных сечениях и на выходе центростремительного рабочего колеса рассчитать теоретический напор (Нт), динамическую (Нд) и статическую (Нст) составляющие напора:Knowing the blade installation angle (β l ) and the estimated volumetric flow rate (Q p ) allows us to calculate and construct velocity triangles at the inlet according to the known dependencies, calculate the theoretical head (N t ), dynamic (N d ) in the intermediate sections and at the exit of the centripetal impeller ) and static (N st ) pressure components:

Hт=U2C/g Ндини 2/2g, Нсти(2U2-Cи)/2gH t = U 2 C 2i / g N dyn = C and 2 / 2g , N st = C and (2U 2 -C and ) / 2g

Обращает на себя внимание величина закрутки (Си) потока жидкости, величина которой рассчитывается из выраженияAttention is drawn to the value of the swirl (C and ) of the fluid flow, the value of which is calculated from the expression

Cи=U-Cz/tg(βл),C and = UC z / tg (β l ),

где U - текущее значение окружной скорости U=πDn/60,where U is the current value of the peripheral speed U = πDn / 60,

D - текущая величина диаметра рабочего колеса,D is the current value of the diameter of the impeller,

n - частота вращения об/мин,n is the rotational speed rpm

Cz - текущая меридиональная (расходная) скорость (Cz=Qр/Fрк),C z - current meridional (discharge) speed (C z = Q p / F pk ),

Fрк - текущая площадь центростремительного рабочего колеса (Fрк=πDАрк),F pk - the current area of the centripetal impeller (F pk = πDA pk ),

Арк - текущая ширина центростремительного рабочего колеса,And pk is the current width of the centripetal impeller,

βл - текущая величина угла установки лопасти.β l - the current value of the angle of the blade.

Текущее распределение закрутки (Си) потока жидкости по радиусу в центростремительном рабочем колесе непосредственно влияет на величину ускорения вращения потока жидкости (εж=rω2 ж), которое определяется через величину угловой скорости вращения потока жидкости из соотношенияThe current distribution of the swirl (C and ) of the fluid flow along the radius in the centripetal impeller directly affects the acceleration of rotation of the fluid flow (ε w = rω 2 w ), which is determined through the angular velocity of rotation of the fluid flow from the relation

ωжи/r.ω W = C and / r.

Поэтому при расчете и проектировании центростремительного рабочего колеса рекомендуется принимать распределение закрутки потока жидкости (Си) по радиусу в соответствии с законом « свободной циркуляции» (rСи=const).Therefore, when calculating and designing a centripetal impeller, it is recommended to take the radius distribution of the fluid flow (C and ) in accordance with the law of “free circulation” (rС and = const).

В соответствии с этим законом при движении вдоль радиуса рабочего колеса к центру закрутка потока жидкости (Си) естественным путем возрастает, а следовательно, возрастает и ускорение вращения (εж).In accordance with this law, when moving along the radius of the impeller towards the center, the swirl of the fluid flow (C and ) naturally increases, and consequently, the acceleration of rotation (ε W ) also increases.

Может возникнуть вопрос, что при таком расположении подвода и организации входа жидкости в центростремительное рабочее колесо на наружном диаметре D1рк антикавитационные качества насоса будут на низком уровне, но это не так и, при определенных условиях, даже наоборот, можно получить улучшение. Это известно (см. [3] «ВЫСОКООБОРОТНЫЕ ЛОПАТОЧНЫЕ НАСОСЫ» под редакцией д-ра техн. наук Б.В. Овсянникова и д-ра техн. наук В.Ф. Чебаевского, Москва, Машиностроение» 1975) на примере шнековых насосов, имеющих наилучшие антикавитационные качества среди известных лопастных насосов и наиболее близких по особенностям течения жидкости при входе в центростремительное рабочее колесо (по характеру течения жидкости в районе входных кромок лопастей, с образованием отрывной кавитационной каверны). Обобщение многочисленных экспериментальных данных показало, что предельные минимальные значения коэффициента кавитации (λкр) и кавитационного запаса (Δhкр) достигаются при пониженных значениях коэффициента расхода:The question may arise that with this arrangement, the inlet and fluid inlet organization centripetal impeller on the outer diameter D 1rk anti-cavitation quality of the pump will be at a low level, but it is not, and under certain conditions, on the contrary, it is possible to obtain improvement. This is known (see [3] “HIGH-TURNING BLADE PUMPS” edited by Dr. B.V. Ovsyannikov and Dr. V.F. Chebaevsky, Moscow, Mechanical Engineering, 1975) using screw pumps, having the best anti-cavitation qualities among the known vane pumps and those closest in features to the fluid flow at the entrance to the centripetal impeller (by the nature of the fluid flow in the region of the input edges of the blades, with the formation of a tear-off cavitation cavity). A generalization of numerous experimental data showed that the limiting minimum values of the cavitation coefficient (λ cr ) and the cavitation reserve (Δh cr ) are achieved at lower values of the flow coefficient:

Figure 00000004
Figure 00000004

гдеWhere

С1z - осевая (расходная) скорость при входе потока жидкости в рабочее колесо,With 1z - axial (flow) speed at the entrance of the fluid flow into the impeller,

U1 - окружная скорость на входе на наружном диаметре рабочего колеса.U 1 - peripheral speed at the entrance to the outer diameter of the impeller.

Обычно для шнековых рабочих колес коэффициент расхода назначают в пределах

Figure 00000005
. Указанных (оптимальных) пределов изменения коэффициента расхода для осевого шнекового рабочего колеса можно достигнуть только при увеличении площади на входе за счет увеличения наружного диаметра D1, а это сопровождается также увеличением окружной скорости (U1), что приводит к возрастанию относительной скорости (W1)Typically, for screw impellers, a flow rate is assigned within
Figure 00000005
. The indicated (optimal) limits of variation of the flow coefficient for the axial screw impeller can be achieved only by increasing the inlet area by increasing the outer diameter D 1 , and this is also accompanied by an increase in peripheral speed (U 1 ), which leads to an increase in the relative speed (W 1 )

W1 2=U1 2+C1z 2 W 1 2 = U 1 2 + C 1z 2

при входе потока жидкости в рабочее колесо и к увеличению кавитационного запаса (Δhкр), как это следует из его выражения через указанные параметры (фор-ла ВИГМ - см. [4] А.А. Ломакин. Центробежные и осевые насосы. Машиностроение. Москва. 1966. Ленинград, стр. 195):at the entrance of the fluid flow into the impeller and to increase the cavitation reserve (Δh cr ), as follows from its expression through the indicated parameters (forla TIGM - see [4] AA Lomakin. Centrifugal and axial pumps. Mechanical engineering. Moscow. 1966. Leningrad, p. 195):

Figure 00000006
Figure 00000006

где С1z - средняя абсолютная скорость при входе потока жидкости в рабочее колесо,where C 1z is the average absolute speed at the entrance of the fluid flow into the impeller,

W1 - средняя относительная скорость при входе потока жидкости в рабочее колесо,W 1 - average relative speed at the entrance of the fluid flow into the impeller,

n=λкр - коэффициент кавитации (критическое значение), обычно достигается для наиболее удачных шнековых колес при

Figure 00000007
на уровне λкр≤0,025 имеет линейный характер и определяется по формуле (см. [3], стр. 195):n = λ cr - cavitation coefficient (critical value), usually achieved for the most successful screw wheels with
Figure 00000007
at the level λ cr ≤0.025 is linear and is determined by the formula (see [3], p. 195):

Figure 00000008
Figure 00000008

Такое противоречивое соотношение параметров характерно для осевых рабочих колес, а для центростремительного рабочего колеса это противоречие устраняется, т.к. уменьшение величины расходной скорости на входе в центростремительное рабочее колесо возможно обеспечить без увеличения наружного диаметра D1 и соответствующего увеличения относительной скорости W1, а только за счет увеличения ширины центростремительного рабочего колеса на входе (А1рк), и тем самым достигнуть еще более низких значений коэффициента расхода

Figure 00000009
, а следовательно, опуститься (благодаря линейной зависимости коэффициента кавитации от коэффициента расхода) в область еще более низких его значений:Such a contradictory ratio of parameters is characteristic of axial impellers, and for a centripetal impeller this contradiction is eliminated, because decrease of the flow velocity at the inlet of the centripetal impeller is possible to provide, without increasing the outer diameter D 1 and a corresponding increase of the relative velocity W 1, and only by increasing the width of the centripetal impeller inlet (A 1rk), and thereby achieve even lower values flow rate
Figure 00000009
and, therefore, to descend (due to the linear dependence of the cavitation coefficient on the flow coefficient) to the region of its even lower values:

λкр≤0,022, что и требовалось показать.λ cr ≤0.022, as required.

Естественно полагать, что при профилировании центростремительного рабочего колеса будут учитываться и другие известные особенности профилирования шнековых рабочих колес, как например: толщина входных кромок, заправка (затыловка) входных кромок лопастей по всасывающей стороне и другие известные из литературных источников особенности профилирования, необходимые для достижения повышенных антикавитационных качеств. Отличие состоит только в выборе густоты лопастей, величину которой рекомендуется выбирать, как это делается при проектировании центробежных тоже радиальных рабочих колес, из соображений достаточности воздействия радиальных лопастей на закрутку потока жидкости (Си):It is natural to assume that when profiling a centripetal impeller, other known features of profiling of auger impellers will be taken into account, such as: thickness of inlet edges, dressing (backing) of the input edges of the blades on the suction side and other profiling features known from literature that are necessary to achieve increased anti-cavitation qualities. The difference is only in the choice of the density of the blades, the value of which is recommended to be chosen, as is done when designing centrifugal radial impellers, too, for reasons of the adequacy of the effect of radial blades on the swirl of the fluid flow (C and ):

τopt=b/tcp=(l,6-1,8),τ opt = b / t cp = (l, 6-1.8),

где b - длина хорды (см. Фиг. 2),where b is the length of the chord (see Fig. 2),

tср - средний окружной шаг лопастей (tcp=πDср/Zл),t cf - the average circumferential pitch of the blades (t cp = πD cf / Z l ),

D=(D1рк+D2рк)/2,D cp = (D 1 pk + D 2 pk ) / 2,

Zл - число лопастей.Z l - the number of blades.

Таким образом, можно заключить: предложена конструкция центростремительного лопастного насоса как наиболее эффективного среди различных типов лопастных насосов для достижения положительного эффекта дополнительного повышения напора и КПД при наличии конвекции от периферии к центру центростремительного рабочего колеса при перекачивании подогретой неоднородной по плотности жидкости, если учитывать их теплофизические свойства течения в поле воздействия ускорения вращения, и, в особенности, для возможного увеличения ее интенсивности при повышенных значениях параметра кратности ускорения вращения в области значений:

Figure 00000003
. Безусловно, для этого потребуются дальнейшие исследования центростремительных рабочих колес насоса. Представляет интерес для насосостроения также исследование его антикавитационных качеств в области сверхнизких значений коэффициентов расхода
Figure 00000010
, что достижимо сделать именно для центростремительных рабочих колес.Thus, we can conclude: the design of a centripetal vane pump is proposed as the most effective among various types of vane pumps to achieve a positive effect of an additional increase in pressure and efficiency in the presence of convection from the periphery to the center of the centripetal impeller when pumping a heated liquid of nonuniform density, taking into account their thermophysical properties of the flow in the field of action of the acceleration of rotation, and, in particular, for a possible increase in its intensity with increased values of the parameter of the multiplicity of acceleration of rotation in the range of values:
Figure 00000003
. Of course, this will require further studies of the centripetal impellers of the pump. It is of interest to pump engineering to also study its anticavitation qualities in the field of ultra-low values of flow coefficients
Figure 00000010
, which is achievable precisely for centripetal impellers.

Claims (1)

Центростремительный лопастной насос для перекачивания подогретой неоднородной по плотности жидкости, содержащий входной патрубок с внутренним диаметром (d0) и площадью входа в насос (F0), центростремительное рабочее колесо, состоящее из ведущего и покрывного дисков, радиальных лопастей, изогнутых по дуге окружности радиусом (rл) с центром изгиба О2, смещенным относительно центра вращения О1, и совмещенного с ним начала ортогональной системы координат радиально по оси Y на расстояние Yо и по оси X в направлении вращения от оси Y на расстояние Xо, и конической втулки с уменьшающимся по длине (Lвт) диаметром от начального размера (d=0,8-0,9)D2рк до конечного размера (d=0,1-0,2)D2рк, подвод, отвод и вал, приводящий во вращение центростремительное рабочее колесо от привода, в качестве которого может быть использован асинхронный электрический двигатель, отличающийся тем, что центростремительное рабочее колесо имеет входное сечение (1рк), расположенное на периферии на наружном диаметре D1рк, при ширине центростремительного рабочего колеса на входе (А1рк) образует цилиндрическое кольцо площадью (F1рк), и выходное сечение (2рк), расположенное в центральной части на внутреннем диаметре D2рк=(0,3-0,7)D1рк, и при ширине центростремительного рабочего колеса на выходе (А2рк) образует цилиндрическое кольцо площадью (F2рк), а подвод расположен с внешней стороны, напротив входного сечения (1рк) центростремительного рабочего колеса, и выполнен в виде спирального канала с постоянной в окружном направлении шириной (Аск=const), равной ширине центростремительного рабочего колеса на входе (Аск1рк), и высотой, отсчитываемой от наружного диаметра центростремительного рабочего колеса D1 до внутренней поверхности стенки спирального канала, уменьшающейся пропорционально углу охвата (ϕохв), с высотой (hск), отсчитываемой от начальной высоты сечения (h1ск), примыкающего к входному патрубку и принятого за начало отсчета угла охвата (ϕохв=0°), соответствующей площади входа в насос (h1ск=F0/Aск), до конечной высоты через один оборот текущего угла охвата (ϕохв=360°), равной величине радиального зазора (h2скr), обеспечивающего свободное вращение центростремительного рабочего колеса, и отвод расположен с внешней стороны, напротив выходного сечения (2рк) центростремительного рабочего колеса, выполнен в виде кольцевого диффузора, образованного внутренней поверхностью стенки выходного патрубка с внутренним диаметром (d2) и наружной поверхностью конической втулки центростремительного рабочего колеса с площадью выхода из насоса (F2).A centripetal vane pump for pumping a heated liquid of non-uniform density, containing an inlet pipe with an inner diameter (d 0 ) and an inlet area of the pump (F 0 ), a centripetal impeller consisting of a drive and cover discs, radial blades bent along an arc of a circle of radius (r l ) with the bending center O 2 offset from the center of rotation O 1 and the origin of the orthogonal coordinate system aligned with it radially along the Y axis by a distance Y о and along the X axis in the direction of rotation from the Y axis at a distance X about , and a conical sleeve with a decreasing in length (L W ) diameter from the initial size (d 1B = 0.8-0.9) D 2rk to the final size (d 2B = 0.1-0.2) D 2rk , inlet, outlet and shaft, which rotates the centripetal impeller from the drive, which can be used asynchronous electric motor, characterized in that the centripetal impeller has an input section (1 pk) located on the periphery on the outer diameter D 1 pk , with width centripetal impeller inlet (A 1rk) to form a cylindrical tso area (F 1rk) and outlet section (2rk) disposed in the central portion on the inner diameter D 2rk = (0,3-0,7) D 1rk, and a width of the centripetal impeller at the outlet (A 2rk) forms a cylindrical a ring with an area (F 2 pk ), and the supply is located on the outside, opposite the inlet section (1 pk) of the centripetal impeller, and is made in the form of a spiral channel with a constant circumferential width (A ck = const) equal to the width of the centripetal impeller at the entrance (A ck = A 1 pk ), and the height measured from the outside the diameter of the centripetal impeller D 1 to the inner surface of the spiral channel wall, decreasing in proportion to the angle of coverage (ϕ ohv ), with a height (h ck ) counted from the initial section height (h 1sk ) adjacent to the inlet pipe and taken as the reference angle (φ OHV = 0 °), the corresponding input area of the pump (h 1SK = F 0 / a sa) to a final height in one current detection angle turnover (φ OHV = 360 °), equal to the radial clearance (h 2sk = δ r), which provides free rotation to the working centripetal ENA and outlet located on the outer side, opposite the outlet section (2rk) centripetal impeller is formed as an annular diffuser, formed by the inner surface of outlet wall with an inner diameter (d 2) and the outer surface of the conical sleeve centripetal impeller exit area of pump (F 2 ).
RU2015145439A 2015-10-22 2015-10-22 Centripetal impeller pump for transfer of heated non-uniform by density liquids RU2606290C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015145439A RU2606290C1 (en) 2015-10-22 2015-10-22 Centripetal impeller pump for transfer of heated non-uniform by density liquids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015145439A RU2606290C1 (en) 2015-10-22 2015-10-22 Centripetal impeller pump for transfer of heated non-uniform by density liquids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2606290C1 true RU2606290C1 (en) 2017-01-10

Family

ID=58452709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015145439A RU2606290C1 (en) 2015-10-22 2015-10-22 Centripetal impeller pump for transfer of heated non-uniform by density liquids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2606290C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020164168A1 (en) * 2019-02-13 2020-08-20 江苏大学 Axial-flow pump impeller design method based on axial distance
RU2732082C1 (en) * 2020-03-17 2020-09-11 Общество с ограниченной ответственностью «Лизинговая Компания «ЛИАКОН» Stage of multistage centrifugal pump

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU296910A1 (en) * MOLECULAR VACUUM PUMP
SU647126A1 (en) * 1974-08-14 1979-02-15 Феб Пласт Унд Эластферарбайтунгсмашинен Комбинат Карл-Маркс-Штадт (Инопредприятие) Apparatus for cooling polymeric tubular film
JPH0975783A (en) * 1995-09-14 1997-03-25 Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd Centrifugal machine cleaner

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU296910A1 (en) * MOLECULAR VACUUM PUMP
SU647126A1 (en) * 1974-08-14 1979-02-15 Феб Пласт Унд Эластферарбайтунгсмашинен Комбинат Карл-Маркс-Штадт (Инопредприятие) Apparatus for cooling polymeric tubular film
JPH0975783A (en) * 1995-09-14 1997-03-25 Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd Centrifugal machine cleaner

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛОЙЦЯНСКИЙ Л.Г. Механика жидкости и газа. Наука Главной Редакции Физико-Математической литературы. Москва, 1973, с. 103, 104, рис. 20. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020164168A1 (en) * 2019-02-13 2020-08-20 江苏大学 Axial-flow pump impeller design method based on axial distance
GB2593558A (en) * 2019-02-13 2021-09-29 Univ Jiangsu Axial-flow pump impeller design method based on axial distance
GB2593558B (en) * 2019-02-13 2022-08-10 Univ Jiangsu Method for designing axial-flow pump impeller based on axial distance
RU2732082C1 (en) * 2020-03-17 2020-09-11 Общество с ограниченной ответственностью «Лизинговая Компания «ЛИАКОН» Stage of multistage centrifugal pump
WO2021188000A1 (en) * 2020-03-17 2021-09-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Лизинговая Компания "Лиакон" Stage of a multi-stage centrifugal pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mansour et al. Effect of tip clearance gap and inducer on the transport of two-phase air-water flows by centrifugal pumps
El-Naggar A One‐Dimensional Flow Analysis for the Prediction of Centrifugal Pump Performance Characteristics
RU2606290C1 (en) Centripetal impeller pump for transfer of heated non-uniform by density liquids
Sachdeva et al. Performance of electric submersible pumps in gassy wells
Li An experimental study on the effect of oil viscosity and wear-ring clearance on the performance of an industrial centrifugal pump
Valentini et al. Fluid-induced rotordynamic forces on a whirling centrifugal pump
Bowade et al. A review of different blade design methods for radial flow centrifugal pump
Van Esch et al. Unstable operation of a mixed-flow pump and the influence of tip clearance
Khoeini et al. Effects of volute throat enlargement and fluid viscosity on the performance of an over hung centrifugal pump
Li Numerical study on behavior of a centrifugal pump when delivering viscous oils-part 1: performance
Puzik et al. The ways to increase the efficiency of the stage of low specific speed
Mina et al. Reduction of radial thrust by using triple-volute casing
Chernobrova et al. Influence of different volute casings theoretical methods design on pump working processes
RU113794U1 (en) SCREW CENTRIFUGAL PUMP
RU2692941C1 (en) Centrifugal pump impeller for gas-liquid media
Szlaga Balancing axial force in centrifugal pumps with pump out vanes
FI67435B (en) EXCENTERPUMP
Brownell Jr et al. Flow characteristics in the volute and tongue region of a centrifugal pump
RU2613545C1 (en) Reactive impeller of centrifugal pump
Khoeini et al. Influences of diffuser vanes parameters and impeller micro grooves depth on the vertically suspended centrifugal pump performance
US11236764B2 (en) Pump with housing having internal grooves
RU2640901C2 (en) Centrifugal screw pump (versions)
RU2662267C2 (en) Impeller pump
RU2205982C2 (en) Working member of centrifugal pump
Mejri et al. Hub shape effects on the inducers performance under cavitation