RU2651911C1 - Centrifugal pump - Google Patents
Centrifugal pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651911C1 RU2651911C1 RU2017129144A RU2017129144A RU2651911C1 RU 2651911 C1 RU2651911 C1 RU 2651911C1 RU 2017129144 A RU2017129144 A RU 2017129144A RU 2017129144 A RU2017129144 A RU 2017129144A RU 2651911 C1 RU2651911 C1 RU 2651911C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- disk
- pump
- impeller
- protrusions
- Prior art date
Links
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 claims description 12
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 30
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 25
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 19
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 16
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 15
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 12
- 238000011161 development Methods 0.000 description 10
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и гидравлике и может быть использовано для производства центробежных насосов, в частности погружных насосов для перекачки воды и жидкого топлива.The invention relates to mechanical engineering and hydraulics and can be used for the production of centrifugal pumps, in particular submersible pumps for pumping water and liquid fuel.
Уровень техники.The level of technology.
Надежность насосов определяется рядом факторов, в том числе повышенной вибрацией, которая, в первую очередь, сказывается на техническом состоянии подшипников, уплотнений, устройств сопряжения валов, элементов корпуса насоса. Различают вибрации механического, электротехнического и гидродинамического происхождения. Эксплуатация насосов показывает, что наиболее опасна вибрация гидродинамического происхождения, особенно, возникающая при работе насосов на пониженных и повышенных подачах и скоростях. При такой работе насосов происходит интенсивное динамическое воздействие на гидравлическую часть насосов, которое воспринимается механической частью и передается на подшипники, уплотнения, корпус и другие элементы насоса. Данный вид вибрации, в итоге, приводит к разрушению подшипников, смещению и биению валов, разрушению уплотнений, к вибрации трубопроводов, соединенных с насосами.The reliability of the pumps is determined by a number of factors, including increased vibration, which, first of all, affects the technical condition of bearings, seals, shaft coupling devices, and pump casing elements. Distinguish vibrations of mechanical, electrical and hydrodynamic origin. Operation of the pumps shows that the most dangerous vibration is of hydrodynamic origin, especially when the pumps operate at lower and higher feeds and speeds. During such operation of the pumps, an intense dynamic effect occurs on the hydraulic part of the pumps, which is perceived by the mechanical part and transmitted to the bearings, seals, housing and other pump elements. This type of vibration, in the end, leads to the destruction of bearings, displacement and runout of the shafts, the destruction of seals, to vibration of pipelines connected to the pumps.
Гидродинамическая вибрация возникает вследствие резонансных или близких к резонансу колебательных процессов, происходящих внутри центробежного насоса. Основной причиной колебательных процессов являются ударные процессы, возникающие при взаимодействии потока с вращающимися лопатками, направляющими поток элементами и корпусом в целом.Hydrodynamic vibration occurs due to resonant or near-resonance vibrational processes occurring inside a centrifugal pump. The main cause of oscillatory processes are shock processes that occur when the flow interacts with rotating blades, flow guiding elements and the body as a whole.
Настоящее изобретение направлено на снижение опасности возникновения и развития во времени вибрации гидродинамического происхождения.The present invention is directed to reducing the risk of occurrence and development in time of vibration of hydrodynamic origin.
Аналогом изобретению является регулируемый центробежный насос (Патент РФ 80519, опубликованный 10.02.2009), содержащий корпус с всасывающим патрубком и отводом, и расположенное в корпусе рабочее колесо, имеющее лопатки, закрепленный на валу ведущий диск и ведомый диск, установленный с возможностью осевого перемещения, при этом, корпус насоса снабжен крышкой, установленной с возможностью осевого перемещения и связанной с ведомым диском, лопатки закреплены на ведущем диске, а в ведомом диске выполнены пазы или прорези для расположения лопаток. Аналог направлен на предотвращение опасных вибраций за счет регулирования расхода перекачиваемой насосом жидкости.An analogue of the invention is an adjustable centrifugal pump (RF Patent 80519, published 02.10.2009), comprising a housing with a suction nozzle and a tap, and an impeller located in the housing, having blades, a drive disk and a driven disk mounted on the shaft, mounted with axial movement, at the same time, the pump casing is equipped with a cover mounted with the possibility of axial movement and connected with the driven disk, the blades are mounted on the leading disk, and grooves or slots are made in the driven disk for locating the blades. The analogue is aimed at preventing dangerous vibrations by regulating the flow rate of the fluid pumped by the pump.
У аналога признаки «... центробежный насос содержит корпус, вал, рабочее колесо...» совпадают с признаками изобретения.In an analogue, the signs "... a centrifugal pump contains a housing, a shaft, an impeller ..." coincide with the features of the invention.
Недостатком аналога является то, что для предотвращения вибрации не используется такой эффективный способ борьбы с ней, как уход от гидродинамического резонанса за счет внесения в конструкцию рабочего колеса не симметрии его элементов.The disadvantage of the analogue is that in order to prevent vibration, such an effective method of dealing with it is not used as avoiding hydrodynamic resonance by introducing the symmetry of its elements into the design of the impeller.
Также, известен центробежный насос с улучшенными технико-экономическими характеристиками, конкретно, с пониженной вибрацией, с повышенными надежностью и ресурсом (Патент РФ 2485352, опубликованный 20.06.2013). В центробежном насосе, состоящем из корпуса и крышки корпуса, между корпусом и крышкой установлен ротор, состоящий из вала и рабочего колеса с лопатками, при этом ротор насоса установлен во внешних по отношению к корпусу насоса консольных опорах подшипников, последние согласно изобретению выполнены в виде подшипников качения двух типов: сферического двухрядного роликового подшипника, воспринимающего осевую нагрузку вала насоса, и «плавающего» тороидального роликоподшипника, оба подшипника установлены на валу на конических стяжных втулках с осевым разрезом.Also, a centrifugal pump is known with improved technical and economic characteristics, specifically, with reduced vibration, with increased reliability and resource (RF Patent 2485352, published on 06/20/2013). In a centrifugal pump, consisting of a housing and a housing cover, a rotor is installed between the housing and the cover, consisting of a shaft and an impeller with vanes, while the pump rotor is mounted in cantilever bearing supports external to the pump housing, the latter according to the invention being made in the form of bearings two types of rolling: a spherical double-row roller bearing, which receives the axial load of the pump shaft, and a “floating” toroidal roller bearing, both bearings are mounted on a shaft on conic axial section.
У аналога признаки «…центробежный насос содержит корпус, вал, рабочее колесо с лопатками…» совпадают с признаками изобретения.In an analog, the signs “... a centrifugal pump contains a housing, a shaft, an impeller with vanes ...” coincide with the features of the invention.
Недостатком аналога является то, что для предотвращения вибрации не используется такой эффективный способ борьбы с ней, как уход от гидродинамического резонанса за счет внесения в конструкцию рабочего колеса не симметрии его элементов.The disadvantage of the analogue is that in order to prevent vibration, such an effective method of dealing with it is not used as avoiding hydrodynamic resonance by introducing the symmetry of its elements into the design of the impeller.
В патенте РФ 2476844, опубликованном 27.02.2013, описан центробежный насос, содержащий корпус, вал, рабочее колесо и характеризующийся тем, что при сборке на вал насоса устанавливают пары рабочих колес, подобранных таким образом, чтобы в каждой паре колеса имели равный или близкий по величине, но противоположный или близкий к нему по направлению дисбаланс. Технический результат аналога заключается в увеличении межремонтного периода насоса за счет снижения вибраций насоса при уменьшении трудоемкости процесса уравновешивания ротора.In the patent of the Russian Federation 2476844, published on 02.27.2013, a centrifugal pump is described, comprising a housing, a shaft, an impeller, and characterized in that during assembly, pairs of impellers are installed on the pump shaft so that they are equal or close in each pair of wheels size, but the opposite or close to it in the direction of imbalance. The technical result of the analogue is to increase the overhaul period of the pump by reducing the vibration of the pump while reducing the complexity of the process of balancing the rotor.
У аналога признаки «…центробежный насос содержит корпус, вал, рабочее колесо…» совпадают с признаками изобретения.In an analog, the signs “... a centrifugal pump contains a housing, a shaft, an impeller ...” coincide with the features of the invention.
Недостатком аналога является то, что для предотвращения вибрации не используется такой эффективный способ борьбы с ней, как уход от гидродинамического резонанса за счет внесения в конструкцию рабочего колеса не симметрии его элементов. Авторы указанного аналога решают задачу борьбы с механическими причинами вибрации не обращая внимание на гидродинамическую составляющую вибрации.The disadvantage of the analogue is that in order to prevent vibration, such an effective method of dealing with it is not used as avoiding hydrodynamic resonance by introducing the symmetry of its elements into the design of the impeller. The authors of this analogue solve the problem of combating the mechanical causes of vibration without paying attention to the hydrodynamic component of vibration.
Прототипом изобретению является центробежный насос, содержащий корпус, направляющий аппарат, жестко соединенный с корпусом, вал, рабочее колесо, закрепленное на валу, при этом, рабочее колесо содержит диск с лопатками, прижимное устройство с центральным входным отверстием (см. Патент РФ 2568358, опубликованный 20.11.2015). Лопатки со стороны их выходных кромок снабжены, выполненными заодно с лопатками, аксиальными хвостовиками, выступающими за поверхность вращения, на покрывном диске выполнены выходящие на эту поверхность аксиальные пазы, в которых размещены указанные хвостовики, в центробежном рабочем колесе выполнены по числу лопаток отверстия, каждое из которых последовательно проходит через покрывной диск с одной стороны соответствующего паза, размещенный в этом пазе аксиальный хвостовик и покрывной диск с другой стороны этого паза, и в отверстиях установлены штифты.A prototype of the invention is a centrifugal pump comprising a housing, a guide apparatus rigidly connected to the housing, a shaft, an impeller mounted on the shaft, the impeller comprising a blade with vanes, a pressure device with a central inlet (see RF Patent 2568358, published 11/20/2015). The blades from the side of their outlet edges are provided with axial shanks extending at the same time as the blades protruding from the surface of rotation, axial grooves extending to this surface are made on the cover disk, in which the said shanks are placed, in the centrifugal impeller, the number of hole blades is made, each of which sequentially passes through the cover disk on one side of the corresponding groove, the axial shaft located in this groove and the cover disk on the other side of this groove, and in the holes pins are installed.
Признаки, совпадающие с признаками изобретения: «...центробежный насос, содержащий корпус, направляющий аппарат, жестко соединенный с корпусом, вал, рабочее колесо, закрепленное на валу, при этом, рабочее колесо содержит диск с лопатками, прижимное устройство с центральным входным отверстием».Signs that coincide with the features of the invention: "... a centrifugal pump containing a housing, a guiding apparatus rigidly connected to the housing, a shaft, an impeller mounted on the shaft, while the impeller contains a disk with blades, a clamping device with a central inlet ".
Недостатком аналога является то, что для предотвращения вибрации не используется такой эффективный способ борьбы с ней, как уход от гидродинамического резонанса за счет внесения в конструкцию рабочего колеса не симметрии его элементов.The disadvantage of the analogue is that in order to prevent vibration, such an effective method of dealing with it is not used as avoiding hydrodynamic resonance by introducing the symmetry of its elements into the design of the impeller.
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является повышение надежности работы центробежного насоса за счет снижения вибрации.The objective of the invention is to increase the reliability of a centrifugal pump by reducing vibration.
Задача изобретения достигается за счет того, что центробежный насос содержит корпус, направляющий аппарат, жестко соединенный с корпусом, вал, рабочее колесо, закрепленное на валу, при этом, рабочее колесо содержит диск с лопатками, прижимное устройство с центральным входным отверстием, и от прототипа отличается тем, что граница поперечного сечения, проходящего через вышеуказанный диск, содержит участок и указанный участок содержит чередующиеся по длине участка выступы и углубления, при этом протяженность вышеуказанного участка границы поперечного сечения диска составляет величину L и величину L определяют по формуле:The objective of the invention is achieved due to the fact that the centrifugal pump contains a housing, a guiding apparatus, rigidly connected to the housing, a shaft, an impeller mounted on the shaft, while the impeller contains a disk with blades, a clamping device with a central inlet, and from the prototype characterized in that the border of the cross section passing through the above disk contains a section and said section contains projections and recesses alternating along the length of the section, while the length of the above boundary section the cross section of the disk is L and L is determined by the formula:
L=0.25 Р,L = 0.25 P,
где Р - периметр границы поперечного сечения диска; количество выступов выполняют от 3 до 9, при этом, количество углублений равно количеству выступов, и высота каждого выступа составляет 0.15 мм, глубина каждого углубления составляет 0.15 мм; и диаметр диска составляет величину 50 мм, внутренний диаметр корпуса составляет 56 мм, рабочее колесо содержит восемь лопаток, при этом, центробежный насос выполнен с возможностью работы на частоте вращения 6000 об/мин.where P is the perimeter of the border of the cross section of the disk; the number of protrusions is from 3 to 9, while the number of recesses is equal to the number of protrusions, and the height of each protrusion is 0.15 mm, the depth of each recess is 0.15 mm; and the disk diameter is 50 mm, the inner diameter of the housing is 56 mm, the impeller contains eight vanes, while the centrifugal pump is configured to operate at a speed of 6000 rpm.
В частном случае реализации изобретения центробежный насос может быть выполнен таким образом, что семь из восьми лопаток закреплены на диске таким образом, что их продольные оси ориентированы радиально, а одна лопатка закреплена на диске таким образом, что ее продольная ось ориентирована под углом 0.07 рад к радиальной оси диска, проходящей через цент масс лопатки.In the particular case of the invention, the centrifugal pump can be made in such a way that seven of the eight vanes are mounted on the disk so that their longitudinal axes are oriented radially, and one blade is mounted on the disk so that its longitudinal axis is oriented at an angle of 0.07 rad to the radial axis of the disk passing through the center of mass of the scapula.
В частном случае реализации изобретения центробежный насос может быть выполнен таким образом, что семь из восьми лопаток, закрепленных на диске выполнены толщиной 1 мм, а одна лопатка, закрепленная на диске, выполнена толщиной 1.5 мм.In the particular case of the invention, the centrifugal pump can be made in such a way that seven of the eight blades mounted on the disk are made 1 mm thick and one blade mounted on the disk is made 1.5 mm thick.
В частном случае реализации изобретения центробежный насос может быть выполнен таким образом, что семь из восьми лопаток, закрепленных на диске выполнены длиной 18 мм, а одна лопатка, закрепленная на диске, выполнена длиной 17.7 мм.In the particular case of the invention, the centrifugal pump can be made in such a way that seven of the eight vanes mounted on the disk are 18 mm long, and one of the vanes mounted on the disk is 17.7 mm long.
В частном случае реализации изобретения центробежный насос может быть выполнен таким образом, что граница поперечного сечения вышеуказанного прижимного устройства содержит участок и указанный участок содержит чередующиеся по длине участка выступы и углубления, при этом протяженность вышеуказанного участка границы поперечного сечения прижимного устройства составляет величину М и величину М определяют по формуле:In the particular case of the invention, the centrifugal pump can be made in such a way that the cross-sectional boundary of the aforementioned pressing device comprises a section and said section contains protrusions and recesses alternating along the length of the section, the length of the above-mentioned cross-sectional section of the pressing device is M and M determined by the formula:
М=0.25 Р,M = 0.25 P,
где Р - периметр границы поперечного сечения прижимного устройства;where P is the perimeter of the border of the cross section of the clamping device;
при этом количество выступов равно 3, количество углублений равно количеству выступов, и высота каждого выступа составляет 0.15 мм, глубина каждого углубления составляет 0.15 мм, и диаметр прижимного устройства составляет величину 50 мм.the number of protrusions is 3, the number of recesses is equal to the number of protrusions, and the height of each protrusion is 0.15 mm, the depth of each recess is 0.15 mm, and the diameter of the pressing device is 50 mm.
Технический результат изобретения заключается в снижении уровня вибрации, при работе центробежного насоса, путем ухода от резонанса за счет внесения изменения в колебательный гидродинамический режим работы насоса при воздействии движущейся жидкости на элементы рабочего колеса насоса.The technical result of the invention is to reduce the level of vibration during operation of a centrifugal pump, by avoiding resonance due to changes in the oscillatory hydrodynamic mode of the pump when exposed to moving fluid on the elements of the impeller of the pump.
Другим техническим результатом является замедление развития и усиления вибрационных процессов с течением времени работы насоса.Another technical result is a slowdown in the development and amplification of vibrational processes over time during operation of the pump.
Частные варианты реализации изобретения усиливают положительный эффект, а именно, дополнительно снижают гидродинамическое воздействие при работе насоса.Particular embodiments of the invention enhance the positive effect, namely, further reduce the hydrodynamic effect during pump operation.
Определение некоторых терминов, используемых в описании, представлены ниже в разделе «Осуществление изобретения».The definition of some of the terms used in the description are presented below in the section "Implementation of the invention."
Одним из факторов, определяющих уровень вибрации является гидродинамический резонансный или близкий к резонансному, режим работы насоса. В силу не нулевой толщины лопаток рабочего колеса, во время работы насоса возникает периодическое гидродинамическое воздействие потока жидкости, обтекающего лопатки, на элементы направляющего аппарата и на другие элементы корпуса насоса. В случае, если частота гидродинамического воздействия близка к одной из частот собственных колебаний насоса (особенно к одной из низших частот собственных колебаний) или его элемента, например, рабочего колеса, возникают и развиваются резонансные гидродинамические процессы в работающем насосе. В случае совпадения частоты гидродинамического воздействия с одной из частот собственных колебаний насоса или его элемента, возникает и стремительно развивается резонансный режим работы насоса, который приводит к поломке насоса.One of the factors determining the level of vibration is the hydrodynamic resonant or close to resonant, pump operation mode. Due to the non-zero thickness of the impeller blades, during the pump operation there is a periodic hydrodynamic effect of the fluid flow flowing around the blades on the elements of the guide apparatus and on other elements of the pump casing. If the frequency of the hydrodynamic effect is close to one of the natural frequencies of the pump (especially one of the lowest natural frequencies) or its element, for example, the impeller, resonant hydrodynamic processes arise and develop in a running pump. If the frequency of the hydrodynamic effect coincides with one of the natural frequencies of the pump or its element, a resonant mode of operation of the pump occurs and rapidly develops, which leads to a breakdown of the pump.
Для того, чтобы уйти от гидродинамического резонанса при работе насоса предлагается внести ряд конструктивных особенностей в элементы рабочего колеса. Экспериментально установлено, что выполнение выступов и углублений, с определенными геометрическими характеристиками, на заданном участке кромки диска рабочего колеса, приводит к турбулизации потока жидкости в районе выступов и углублений. При этом гидродинамическая картина течения жидкости меняется, изменяется частота гидродинамического воздействия движущейся жидкости на элементы направляющего аппарата. Характеристики выступов и углублений, а также их число, подбирается таким образом, чтобы «увести подальше» значение частоты гидродинамического воздействия от ближайшей частоты собственных колебаний насоса или его элемента. Указанным способом удалось существенно снизить уровень вибраций, в том числе, уменьшить развитие вибрации во времени.In order to get away from hydrodynamic resonance during pump operation, it is proposed to introduce a number of design features into the impeller elements. It was experimentally established that the implementation of the protrusions and recesses, with certain geometric characteristics, on a given section of the edge of the impeller disk, leads to turbulization of the fluid flow in the region of the protrusions and recesses. In this case, the hydrodynamic picture of the fluid flow changes, the frequency of the hydrodynamic effect of the moving fluid on the elements of the guiding apparatus changes. The characteristics of the protrusions and recesses, as well as their number, are selected in such a way as to "take away" the value of the frequency of hydrodynamic effects from the nearest frequency of natural oscillations of the pump or its element. In this way, it was possible to significantly reduce the level of vibration, including reducing the development of vibration over time.
Также, экспериментально установлено, что изменение ориентации одной из лопаток на диске, изменение геометрических характеристик (толщины и длины) одной из лопаток, по сравнению с остальными, также может привести к снижению уровня вибрации. Кроме того, выполнение выступов и углублений, с определенными геометрическими характеристиками, на участке кромки прижимного устройства, также приводит к снижению уровня вибрации.It was also experimentally established that a change in the orientation of one of the blades on the disk, a change in the geometric characteristics (thickness and length) of one of the blades, compared with the others, can also lead to a decrease in the level of vibration. In addition, the implementation of the protrusions and recesses, with certain geometric characteristics, on the edge of the clamping device, also leads to a decrease in the level of vibration.
В изобретении заявлены наиболее предпочтительные геометрические характеристики выступов и углублений на кромке диска рабочего колеса. Уменьшение высоты выступов и глубины углублений (от заявленных значений), а также уменьшение их числа (от заявленного диапазона значений) уменьшает положительный эффект. Увеличение высоты выступов и глубины углублений (от заявленных значений) сводит к нулю заявленный технический результат.The invention claims the most preferred geometric characteristics of the protrusions and recesses on the edge of the disk of the impeller. Reducing the height of the protrusions and the depth of the recesses (from the declared values), as well as reducing their number (from the declared range of values) reduces the positive effect. The increase in the height of the protrusions and the depth of the recesses (from the declared values) nullifies the claimed technical result.
Превышение заявленного значения угла между продольной осью, упомянутой выше, лопатки и радиальной осью диска, проходящей через цент масс лопатки, сводит к нулю заявленный технический результат.Exceeding the declared value of the angle between the longitudinal axis mentioned above, the blade and the radial axis of the disk passing through the center of mass of the blade, nullifies the claimed technical result.
Уменьшение значения угла между продольной осью, упомянутой выше, лопатки и радиальной осью диска, проходящей через цент масс лопатки, относительно, заявленного в изобретении значения, уменьшает положительный эффект.Reducing the angle between the longitudinal axis of the blade mentioned above and the radial axis of the disk passing through the center of mass of the blade relative to the value stated in the invention reduces the positive effect.
Также, экспериментально подобраны геометрические размеры лопатки, с помощью которой добиваются изменения частотных характеристик гидродинамического воздействия движущейся жидкости на элементы корпуса насоса. Увеличение или уменьшение толщины лопатки относительно заявленного в изобретении значения приводит к уменьшению положительного эффекта. Увеличение или уменьшение длины лопатки относительно заявленного в изобретении значения приводит к уменьшению положительного эффекта.Also, the geometric dimensions of the blades were experimentally selected, with the help of which they achieve changes in the frequency characteristics of the hydrodynamic effects of a moving fluid on the elements of the pump casing. An increase or decrease in the thickness of the blade relative to the value stated in the invention leads to a decrease in the positive effect. Increasing or decreasing the length of the blade relative to the value stated in the invention leads to a decrease in the positive effect.
Экспериментально установлено, что выполнение выступов и углублений, с определенными геометрическими характеристиками, на заданном участке кромки прижимного устройства рабочего колеса, приводит к турбулизации потока жидкости в районе выступов и углублений. При этом гидродинамическая картина течения жидкости меняется, изменяется частота гидродинамического воздействия движущейся жидкости на элементы направляющего аппарата. Характеристики выступов и углублений, а также их число, подбирается таким образом, чтобы «увести подальше» значение частоты гидродинамического воздействия от ближайшей частоты собственных колебаний насоса или его элемента. Указанным способом удалось существенно снизить уровень вибраций, в том числе, уменьшить развитие вибрации во времени. Также, удалось существенно усилить положительный эффект, полученный от использования выступов и углублений на кромке диска рабочего колеса.It was experimentally established that the implementation of the protrusions and recesses, with certain geometric characteristics, on a given section of the edge of the pressure device of the impeller, leads to turbulence in the fluid flow in the region of the protrusions and recesses. In this case, the hydrodynamic picture of the fluid flow changes, the frequency of the hydrodynamic effect of the moving fluid on the elements of the guiding apparatus changes. The characteristics of the protrusions and recesses, as well as their number, are selected in such a way as to "take away" the value of the frequency of hydrodynamic effects from the nearest frequency of natural oscillations of the pump or its element. In this way, it was possible to significantly reduce the level of vibration, including reducing the development of vibration over time. Also, it was possible to significantly enhance the positive effect obtained from the use of protrusions and recesses on the edge of the impeller disk.
Перечень фигур на чертежах.The list of figures in the drawings.
На фиг. 1 представлен фрагмент продольного разреза центробежного насоса.In FIG. 1 shows a fragment of a longitudinal section of a centrifugal pump.
На фиг. 2 представлен фрагмент поперечного разреза А-А, на котором изображено прижимное устройство и лопатки. Вал и корпус на фигуре не показаны.In FIG. 2 is a fragment of a cross section AA, which depicts a clamping device and blades. The shaft and housing are not shown in the figure.
На фиг. 3 представлен продольный разрез Б-Б, а именно продольный разрез диска с лопатками и прижимным устройством. Вал на фигуре не показан.In FIG. 3 shows a longitudinal section BB, namely a longitudinal section of a disk with blades and a clamping device. The shaft is not shown in the figure.
На фиг. 4 показаны геометрические размеры элементов рабочего колеса и корпуса, в частности, зазор между прижимным устройством и корпусом в поперечном разрезе.In FIG. 4 shows the geometric dimensions of the elements of the impeller and the housing, in particular, the gap between the clamping device and the housing in cross section.
На фиг. 5 показан продольный разрез диска с лопатками и прижимным устройством. Вал на фигуре не показан. На фигуре пунктиром показаны плоскость 28 поперечного сечения диска и плоскость 20 поперечного сечения прижимного устройства.In FIG. 5 shows a longitudinal section through a blade with vanes and a clamping device. The shaft is not shown in the figure. The dotted line shows the
На фиг. 6 показан вид «В» на диск с указанием границы поперечного сечения 27 диска.In FIG. 6 shows a view "B" on the disk indicating the boundary of the
На фиг. 7 представлен фрагмент выносного элемента «Г». На фигуре изображена часть границы поперечного сечения диска с выступами и углублениями.In FIG. 7 presents a fragment of the remote element "G". The figure shows a portion of the border of the cross section of the disk with protrusions and recesses.
На фиг. 8 представлена картина течения жидкости вблизи выступа и углубления при вращении диска.In FIG. Figure 8 presents a picture of the fluid flow near a protrusion and a recess during rotation of the disk.
На фиг. 9 представлено продольное сечение лопатки, параллельное поперечному сечению диска и проходящее через центр масс лопатки. Штриховка сечения лопатки не показана, чтобы не загромождать изображение.In FIG. 9 shows a longitudinal section of the blade parallel to the cross section of the disk and passing through the center of mass of the blade. Shading of the cross section of the scapula is not shown, so as not to clutter up the image.
На фиг. 10 представлено продольное сечение лопатки, параллельное поперечному сечению диска и проходящее через центр масс лопатки. Штриховка сечения лопатки не показана, чтобы не загромождать изображение. Продольная ось лопатки расположена под углом 36 к радиальной оси, проходящей через центр масс лопатки.In FIG. 10 shows a longitudinal section of the blade parallel to the cross section of the disk and passing through the center of mass of the blade. Shading of the cross section of the scapula is not shown, so as not to clutter up the image. The longitudinal axis of the blade is located at an angle of 36 to the radial axis passing through the center of mass of the blade.
На фиг. 11 представлена схема центробежного насоса с электродвигателем.In FIG. 11 is a diagram of a centrifugal pump with an electric motor.
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Термины и определения (см. Статью в сети Интернет http://pump.vacau.com/articles/novye-issledovanija-i-razrabotki-v-oblasti-sovershenstvovanija-centrobezhnyh-nasosov.html).Terms and definitions (see. Article on the Internet http://pump.vacau.com/articles/novye-issledovanija-i-razrabotki-v-oblasti-sovershenstvovanija-centrobezhnyh-nasosov.html).
Лопатка ориентирована радиально в том случае, когда продольная ось лопатки, проходящая через центр масс лопатки, совпадает с радиальной осью диска, проходящей через цент масс лопатки.The blade is oriented radially in the case when the longitudinal axis of the blade passing through the center of mass of the blade coincides with the radial axis of the disk passing through the center of mass of the blade.
Центр масс лопатки - это точка, расположенная внутри лопатки относительно которой суммарный момент сил тяжести, действующих на лопатку равен нулю.The center of mass of the blade is the point located inside the blade relative to which the total moment of gravity acting on the blade is zero.
В изобретении каждая лопатка в продольном сечении лопатки, параллельном поверхности поперечного сечения диска, содержит границу сечения, и граница сечения выполнена в форме прямоугольника.In the invention, each blade in the longitudinal section of the blade parallel to the surface of the cross section of the disk contains a boundary section, and the boundary section is made in the form of a rectangle.
Направляющий аппарат - устройство, которое направляет поток жидкости, движущейся от выхода одного рабочего колеса на вход другого рабочего колеса или на выход центробежного насоса.A guiding apparatus is a device that directs the flow of fluid moving from the output of one impeller to the input of another impeller or to the output of a centrifugal pump.
Диск с лопатками является одним из основных элементов рабочего колеса центробежного насоса. Диск крепится к валу.A blade disc is one of the main elements of the impeller of a centrifugal pump. The disk is attached to the shaft.
Прижимное устройство с центральным входным отверстием является одним из основных элементов рабочего колеса центробежного насоса. Прижимное устройство прижимает лопатки к диску. Прижимное устройство крепится к лопаткам.The clamping device with a central inlet is one of the main elements of the impeller of a centrifugal pump. The clamping device presses the blades to the disk. The clamping device is attached to the blades.
В изобретении под положительным эффектом понимается снижение гидродинамическое воздействие со стороны движущейся жидкости на элементы насоса при его работе.In the invention, a positive effect is understood to mean a reduction in the hydrodynamic effect of moving fluid on the pump elements during its operation.
В исследованиях для определения виброперемещения и виброускорения использовали двухканальный виброанализатор Диана-2М.In studies, to determine the vibration displacement and acceleration used a two-channel vibration analyzer Diana-2M.
Средние за сутки значения виброускорения и виброперемещения определяются следующим образом. Замеры виброускорения и виброперемещения осуществляли виброанализатором Диана-2М один раз в час, каждый час в течение суток. Всего за сутки 24 замера. После чего, определялись среднеарифметические значения виброускорения и виброперемещения за сутки. В таблицах приведены средние значения виброускорения и виброперемещения за 1 - сутки наблюдения, за 30-е сутки наблюдения (через месяц), на 60-е сутки и на 90-е сутки наблюденияThe average daily values of vibration acceleration and vibration displacement are determined as follows. Measurements of vibration acceleration and vibration displacement were carried out with a Diana-2M vibration analyzer once an hour, every hour for a day. In total 24 measurements per day. After that, the arithmetic mean values of vibration acceleration and vibration displacement per day were determined. The tables show the average values of vibration acceleration and vibration displacement for 1 - day of observation, for the 30th day of observation (after a month), on the 60th day and on the 90th day of observation
На фигурах пронумерованы следующие элементы:The following elements are numbered in the figures:
1 - лопатка, закрепленная на диске 6.1 - blade attached to the
2 - прижимное устройство с центральным входным отверстием, расположенным вокруг вала 12. Более полное название прижимного устройства - прижимное устройство рабочего колеса или прижимное устройство лопаток рабочего колеса.2 - a clamping device with a central inlet located around the
3 - продольная ось лопатки, проходящая через цент масс лопатки и центр симметрии поперечного сечения центробежного насоса.3 - the longitudinal axis of the blade passing through the center of mass of the blade and the center of symmetry of the cross section of the centrifugal pump.
4 - линия, касательная к границе поперечного сечения 21 прижимного устройства в точке пересечения границы поперечного сечения 21 и продольной оси лопатки 3.4 is a line tangent to the border of the
5 - угол между линией 4 и линией 3.5 - the angle between
6 - диск с закрепленными на нем лопатками 1. Более полное название диска - диск рабочего колеса.6 - a disk with blades fixed on it 1. A more complete name of the disk is the impeller disk.
7 - корпус центробежного насоса.7 - centrifugal pump housing.
8 - уплотнение.8 - seal.
9 - уплотнение.9 - consolidation.
10 - направляющий аппарат.10 - guiding apparatus.
11 - дополнительные лопатки на диске.11 - additional blades on the disk.
12 - вал центробежного насоса. На валу жестко крепится диск с лопатками и снаружи вала располагается направляющий аппарат. Направляющий аппарат выполнен с возможностью проворачиваться относительно вала.12 - shaft of a centrifugal pump. A disk with blades is rigidly mounted on the shaft and a guide apparatus is located outside the shaft. The guide apparatus is made to rotate relative to the shaft.
13 - датчик виброметра, установлен на корпусе насоса над первым подшипником.13 - vibrometer sensor mounted on the pump housing above the first bearing.
14 - датчик виброметра.14 - sensor vibrometer.
15 - датчик виброметра.15 - sensor vibrometer.
16 - продольная ось центробежного насоса.16 - the longitudinal axis of the centrifugal pump.
17 - радиус прижимного устройства. Радиус границы поперечного сечения прижимного устройства.17 - radius of the clamping device. The radius of the border of the cross section of the clamping device.
18 - внутренний радиус корпуса. Радиус внутренней границы поперечного сечения корпуса.18 - the inner radius of the housing. The radius of the inner boundary of the cross section of the housing.
19 - зазор между прижимным устройством и корпусом.19 - the gap between the clamping device and the housing.
20 - поперечная плоскость прижимного устройства.20 - transverse plane of the clamping device.
21 - граница поперечного сечения прижимного устройства. Граница сечения проходит по кромке прижимного устройства.21 is the boundary of the cross section of the clamping device. The boundary of the section passes along the edge of the clamping device.
22 - выступ на границе поперечного сечения 21 диска.22 - protrusion at the border of the
23 - углубление на границе поперечного сечения 21 диска.23 is a recess at the border of the
24 - высота выступа.24 - the height of the protrusion.
25 - глубина углубления.25 - the depth of the recess.
26 - выступ на границе поперечного сечения 21 диска.26 - protrusion at the border of the
27 - граница поперечного сечения диска 6. Граница сечения проходит по кромке диска.27 is the boundary of the cross section of the
28 - поперечная плоскость диска.28 - the transverse plane of the disk.
29 - линия потока жидкости вблизи выступа и углубления.29 is a line of fluid flow near the protrusion and recesses.
30 - направление вращения диска.30 - direction of rotation of the disk.
31 - линия тока жидкости в углублении.31 is a line of fluid flow in the recess.
32 - линия тока жидкости за выступом по направлении движения жидкости.32 - line of fluid flow behind the protrusion in the direction of fluid movement.
33 - лопатка в продольном сечении, проходящем через центр масс лопатки (штриховка сечения лопатки не показана).33 - a blade in a longitudinal section passing through the center of mass of the blade (hatching of the cross section of the blade is not shown).
34 - центр масс лопатки.34 is the center of mass of the scapula.
35 - продольная ось лопатки, проходящая через центр масс лопатки в продольном сечении лопатки, параллельном поперечному сечению диска.35 is the longitudinal axis of the blade passing through the center of mass of the blade in the longitudinal section of the blade parallel to the cross section of the disk.
36 - угол между продольной осью 39 лопатки и радиальной оси диска, проходящей через цент масс 38 лопатки 37.36 is the angle between the
37 - лопатка в продольном сечении, проходящем через центр масс лопатки (штриховка сечения лопатки не показана).37 - a blade in a longitudinal section passing through the center of mass of the blade (hatching of the section of the blade is not shown).
38 - центр масс лопатки.38 is the center of mass of the scapula.
39 - продольная ось лопатки.39 - the longitudinal axis of the blade.
40 - радиальная ось диска, проходящая через цент масс 38 лопатки 37.40 - the radial axis of the disk passing through the center of
41 - ширина лопатки.41 - the width of the scapula.
42 - длина лопатки.42 - the length of the scapula.
43 - напорный трубопровод или напорная труба.43 - pressure pipe or pressure pipe.
44 - первый подшипник насоса.44 - the first pump bearing.
45 - центробежный насос.45 - centrifugal pump.
46 - второй подшипник насоса.46 - second pump bearing.
47 - вал, соединяющей электродвигатель с насосом.47 - a shaft connecting the electric motor to the pump.
48 - первый подшипник электродвигателя.48 is a first motor bearing.
49 - электродвигатель.49 - electric motor.
50 - второй подшипник электродвигателя.50 - the second bearing of the electric motor.
51 - труба. В этой трубе закреплены посредством подшипников центробежный насос и электродвигатель.51 - pipe. A centrifugal pump and an electric motor are fixed in this pipe by means of bearings.
На фиг. 1 представлен фрагмент продольного разреза центробежного насоса. Центробежный насос содержит корпус 7, направляющий аппарат 10, жестко соединенный с корпусом 7, вал 12, рабочее колесо, закрепленное на валу 12, при этом, рабочее колесо содержит диск 6 с лопатками 1, прижимное устройство 2 с центральным входным отверстием. Граница поперечного сечения 27 (см. фиг. 6), проходящего через вышеуказанный диск 6, содержит участок (см. фиг. 6, выносной элемент Г) и указанный участок содержит чередующиеся по длине участка выступы 22, 26 и углубления 23, при этом протяженность вышеуказанного участка границы поперечного сечения диска составляет величину L и величину L определяют по формуле:In FIG. 1 shows a fragment of a longitudinal section of a centrifugal pump. The centrifugal pump comprises a
L=0.25 Р,L = 0.25 P,
где Р - периметр границы 27 поперечного сечения диска. Расположение поперечного сечения 28 диска 6 показано на фиг. 5.where P is the perimeter of the
Количество выступов выполняют от 3 до 9, при этом, количество углублений равно количеству выступов. Высота 24 каждого выступа составляет 0.15 мм (см. фиг. 7), глубина 25 каждого углубления составляет 0.15 мм. Диаметр диска, равен диаметру границы поперечного сечения 27 диска и составляет величину 50 мм. Внутренний диаметр корпуса составляет 56 мм. Диаметр равен двойному радиусу 18 (см. фиг. 4). Рабочее колесо содержит восемь лопаток 1. При этом, центробежный насос выполнен с возможностью работы на частоте вращения 6000 об/мин.The number of protrusions is from 3 to 9, while the number of recesses is equal to the number of protrusions. The
Частные возможные вариант реализации изобретения приведены ниже.Particular possible embodiments of the invention are given below.
В изобретении конструктивно семь из восьми лопаток закреплены на диске 6 таким образом, что их продольные оси ориентированы радиально, а одна лопатка закреплена на диске таким образом, что ее продольная ось ориентирована под углом 0.07 рад к радиальной оси диска, проходящей через цент масс лопатки.In the invention, seven of the eight blades are structurally mounted on the
На фиг. 9 представлена одна из семи лопаток - лопатка 33, у этой лопатки продольная ось 35 совпадает с радиальной осью диска. Продольная ось лопатки проходит через центр масс 34 лопатки. Одна из восьми лопаток - лопатка 37 закреплена на диске таким образом, что ее продольная ось 39, проходящая через центр масс 38 этой лопатки ориентирована под углом 36, равным 0.17 рад к радиальной оси 40 диска 6, проходящей через центр масс 38.In FIG. 9, one of the seven blades is represented - the
В изобретении центробежный насос выполнен так, что семь из восьми лопаток, закрепленных на диске, выполнены толщиной 1 мм (толщина лопатки указана позицией 41 на фиг. 9), а одна лопатка, закрепленная на диске, выполнена толщиной 1.5 мм.In the invention, the centrifugal pump is designed so that seven of the eight vanes mounted on the disk are 1 mm thick (the thickness of the vanes is indicated at 41 in Fig. 9), and one blade mounted on the disk is 1.5 mm thick.
В изобретении центробежный насос выполнен так, что семь из восьми лопаток, закрепленных на диске выполнены длиной 18 мм, а одна лопатка, закрепленная на диске, выполнена длиной 17.7 мм. Длина лопатки обозначена позицией 42 на фиг. 9.In the invention, the centrifugal pump is designed so that seven of the eight vanes mounted on the disk are 18 mm long, and one of the vanes mounted on the disk is 17.7 mm long. The blade length is indicated by 42 in FIG. 9.
В изобретении центробежный насос выполнен так, что граница 21 (см. фиг. 2) поперечного сечения 20 (см. фиг. 5) вышеуказанного прижимного устройства 2 содержит участок и указанный участок содержит чередующиеся по длине участка выступы и углубления. Протяженность вышеуказанного участка границы поперечного сечения прижимного устройства составляет величину М и величину М определяют по формуле:In the invention, the centrifugal pump is designed so that the boundary 21 (see FIG. 2) of the cross-section 20 (see FIG. 5) of the aforementioned
М=0.25 Р,M = 0.25 P,
где Р - периметр границы поперечного сечения прижимного устройства. При этом, количество выступов равно 3, количество углублений равно количеству выступов, и высота каждого выступа составляет 0.15 мм, глубина каждого углубления составляет 0.15 мм. Диаметр прижимного устройства 2 равен диаметру границы поперечного сечения 21 и составляет величину 50 мм.where P is the perimeter of the cross-sectional boundary of the clamping device. Moreover, the number of protrusions is 3, the number of recesses is equal to the number of protrusions, and the height of each protrusion is 0.15 mm, the depth of each recess is 0.15 mm. The diameter of the
Работает заявленное устройство следующим образом.The claimed device operates as follows.
Вращающий момент на вал насоса передается с вала электродвигателя. Схема насосной установки с электродвигателем показана на фиг. 11. На схеме насос 45 закреплен в трубе 51 посредством подшипников 44 и 46. Выход насоса соединен с напорной трубой 43. Вал насоса посредством соединительного вала 47 соединен с валом электродвигателя 49. Электродвигатель также закреплен в трубе посредством подшипников 48 и 50.Torque to the pump shaft is transmitted from the motor shaft. A diagram of a pumping unit with an electric motor is shown in FIG. 11. In the diagram, the
Во время работы насоса, жидкость поступает через центральное входное отверстие прижимного устройства 2 в межлопаточное пространство, затем с выхода лопаток поступает в направляющий аппарат 10. Дополнительное воздействие на поток оказывают лопатки 11. Направляющий аппарат направляет поток и центральное входное отверстие прижимного устройства рабочего колеса следующей ступени или на выход из насоса в напорный трубопровод. Гидродинамическое воздействие оказывается на торцы лопаток, при натекании на них потока, на корпус 7 насоса, на стенки и другие элементы направляющего аппарата.During pump operation, fluid flows through the central inlet of the
В силу не нулевой толщины лопаток рабочего колеса, во время работы насоса возникает периодическое гидродинамическое воздействие потока жидкости, обтекающего лопатки, на корпус насоса и элементы направляющего аппарата. Как правило, частота гидродинамического воздействия близка к одной из низших частот собственных колебаний насоса или его элемента, например, рабочего колеса. В этом случае возникают и развиваются резонансные гидродинамические процессы в работающем насосе - вибрация элементов и в целом насоса. В случае совпадения частоты гидродинамического воздействия с одной из частот собственных колебаний насоса или его элемента, возникает и стремительно развивается резонансный режим работы насоса, который приводит к поломке насоса. В процессе работы насоса (приработке его элементов), частоты его собственных колебаний могут изменяться. В этом случае, значение одной из частот собственных колебаний может приближаться к значению частоты гидродинамического воздействия. Наступает гидродинамический резонансный или близкий к резонансному, режим работы насоса. Опасные процессы развиваются, значения виброускорения и виброперемещения существенно растут. В табл. 1 в первой строчке показано, как изменяется значение виброускорения у базовой конструкции насоса в течение 90 суток. В табл. 6 в первой строчке показано, как изменяется значение виброперемещения у базовой конструкции насоса в течение 90 суток. Замеры виброускорения и виброперемещения осуществляли на корпусе насоса над первым подшипником 44 в радиальном направлении (см. фиг. 11). Похожие картины развития вибрационных характеристик можно получить и в других точках на корпусе насоса.Due to the non-zero thickness of the impeller blades, during the pump operation there is a periodic hydrodynamic effect of the fluid flow around the blades on the pump casing and the elements of the guiding apparatus. As a rule, the frequency of hydrodynamic effects is close to one of the lowest frequencies of natural oscillations of the pump or its element, for example, the impeller. In this case, resonant hydrodynamic processes arise and develop in a running pump - vibration of the elements and the pump as a whole. If the frequency of the hydrodynamic effect coincides with one of the natural frequencies of the pump or its element, a resonant mode of operation of the pump occurs and rapidly develops, which leads to a breakdown of the pump. During the operation of the pump (running-in of its elements), the frequencies of its own vibrations can vary. In this case, the value of one of the frequencies of natural vibrations can approach the value of the frequency of hydrodynamic effects. There comes a hydrodynamic resonance or close to resonant, pump operation mode. Hazardous processes are developing, the values of vibration acceleration and vibration displacement are growing significantly. In the table. 1 in the first line shows how the vibration acceleration value of the basic pump design changes over 90 days. In the table. 6 in the first line shows how the value of vibration displacement at the basic design of the pump changes over 90 days. Measurements of vibration acceleration and vibration displacement were carried out on the pump housing over the
Для того, чтобы уйти от гидродинамического резонанса при работе насоса в изобретении предлагается внести ряд конструктивных особенностей в элементы рабочего колеса. Экспериментально установлено, что выполнение выступов и углублений, с определенными геометрическими характеристиками, на заданном участке кромки диска рабочего колеса, приводит к турбулизации потока жидкости в районе выступов и углублений. При этом гидродинамическая картина течения жидкости меняется, изменяется частота гидродинамического воздействия движущейся жидкости на элементы направляющего аппарата. Характеристики выступов и углублений, а также их число, подбирается таким образом, чтобы «увести подальше» значение частоты гидродинамического воздействия от ближайшей частоты собственных колебаний насоса или его элемента. Указанным способом удалось существенно снизить уровень вибраций, в том числе, уменьшить развитие вибрации во времени.In order to get away from hydrodynamic resonance during the operation of the pump, the invention proposes to introduce a number of design features into the elements of the impeller. It was experimentally established that the implementation of the protrusions and recesses, with certain geometric characteristics, on a given section of the edge of the impeller disk, leads to turbulization of the fluid flow in the region of the protrusions and recesses. In this case, the hydrodynamic picture of the fluid flow changes, the frequency of the hydrodynamic effect of the moving fluid on the elements of the guiding apparatus changes. The characteristics of the protrusions and recesses, as well as their number, are selected in such a way as to "take away" the value of the frequency of hydrodynamic effects from the nearest frequency of natural oscillations of the pump or its element. In this way, it was possible to significantly reduce the level of vibration, including reducing the development of vibration over time.
В таблице 1 представлено изменение среднего за сутки значения виброускорения в районе первого подшипника центробежного насоса в течение трех месяцев наблюдения, в зависимости от технического облика насоса. Из таблицы видно, что выполнение выступов и углублений на кромке диска приводит к снижению вибрации. Дальнейшее увеличение количества выступов (от количества, заявленного в изобретении) не приводит к росту положительного эффекта. Уменьшение количества выступов и углублений (от количества, заявленного в изобретении) приводит к резкому уменьшению эффекта. Заявленная в изобретении конструкция диска с выступами и углублениями позволяет снизить уровень вибрации приблизительно в 1.7…2.2 раза на заявленной частоте работы насоса. С течением времени уровень вибрации также уменьшается.Table 1 presents the change in the daily average value of vibration acceleration in the region of the first bearing of a centrifugal pump during three months of observation, depending on the technical appearance of the pump. The table shows that the implementation of the protrusions and recesses on the edge of the disk leads to a decrease in vibration. A further increase in the number of protrusions (of the amount claimed in the invention) does not lead to an increase in the positive effect. Reducing the number of protrusions and recesses (from the amount claimed in the invention) leads to a sharp decrease in the effect. The design of the disk with protrusions and recesses claimed in the invention allows to reduce the vibration level by about 1.7 ... 2.2 times at the declared pump frequency. Over time, the level of vibration also decreases.
Экспериментально установлено, что высота выступа и глубина углубления существенно зависят от частоты оборотов диска. Чем выше скорость вращения (частота вращения), тем меньшие требуется высота выступа и глубина углубления. Так, если при скорости вращения диска равной 750 об/мин оптимальная высота выступа была 1 мм, то при скорости вращения 6000 об/мин оптимальная высота выступа уже 0.15 мм.It was experimentally established that the height of the protrusion and the depth of the recess substantially depend on the speed of the disk. The higher the rotational speed (rotational speed), the lower the protrusion height and the depth of the recess. So, if at a disk rotation speed of 750 rpm the optimal height of the protrusion was 1 mm, then at a rotation speed of 6000 rpm the optimal height of the protrusion is already 0.15 mm.
Значения виброускорения и виброперемещения, приведенные в таблицах, получены при заявленной в изобретении частоте вращения рабочего диска. Количество ступеней в экспериментальном насосе изменяли от одной до шести. В таблицах приведены результаты экспериментов с насосом, у которого было три ступени, конструктивные особенности, описанные в изобретении, реализовывались только на одной ступени насоса. Уменьшение числа ступеней в насосе до одной улучшали эффект процентов на пять, что близко к погрешности измерений. Увеличение числа ступеней в насосе с трех до шести ухудшали эффект приблизительно процентов на пять-шесть, что также близко к погрешности измерений. Увеличение количества ступеней более шести при заявленном внутреннем диаметре корпуса проблематично с технологической стороны.The values of vibration acceleration and vibration displacement given in the tables are obtained at the rotational speed of the working disk declared in the invention. The number of stages in the experimental pump was varied from one to six. The tables show the results of experiments with the pump, which had three stages, design features described in the invention, were implemented only on one stage of the pump. Reducing the number of steps in the pump to one improved the effect of five percent, which is close to the measurement error. An increase in the number of stages in the pump from three to six worsened the effect of approximately five to six percent, which is also close to the measurement error. An increase in the number of steps over six with the declared internal diameter of the case is problematic from a technological point of view.
В формализованном виде технические облики насосов, прошедших испытания при разработке изобретения, могут быть описаны следующим образом: центробежный насос, содержащий корпус, вал, от 1-й до 6-и ступеней и каждая ступень содержит направляющий аппарат, жестко соединенный с корпусом, рабочее колесо, закрепленное на валу, при этом, рабочее колесо содержит диск с лопатками, прижимное устройство с центральным входным отверстием и в одной из ступеней насоса граница поперечного сечения, проходящего через вышеуказанный диск, содержит участок и указанный участок содержит чередующиеся по длине участка выступы и углубления.In a formalized form, the technical appearance of the pumps tested during the development of the invention can be described as follows: a centrifugal pump containing a housing, a shaft, from 1 to 6 stages and each stage contains a guide apparatus, rigidly connected to the housing, an impeller mounted on the shaft, while the impeller contains a disk with blades, a clamping device with a central inlet and in one of the stages of the pump the boundary of the cross section passing through the above disk contains a section and bonded portion comprises alternating along the length of portion projections and recesses.
Проведенные исследования показали, что возможно усилить положительный эффект от выступов и углублений на диске за счет внесения конструктивной особенности в креплении одной из восьми лопаток. Одну лопатку закрепляют на диске таким образом, что ее продольная ось ориентирована под углом не равным нулю (под заявленным в изобретении углом) к радиальной оси диска. Такое расположение лопатки вносит возмущение в поток жидкости, обтекающий лопатку. В результате изменяется частота гидродинамического воздействия на элементы насоса. В таблице 2 показано изменение среднего за сутки значения виброускорения в районе первого подшипника центробежного насоса в течение трех месяцев наблюдения при заявленном угле наклона лопатки. Это оптимальный угол наклона лопатки, увеличение угла приводит к увеличению вибрации, а уменьшение угла приводит к снижению положительного эффекта. За счет наклона лопатки можно, в среднем, процентов на двадцать дополнительно снизить вибрацию насоса.Studies have shown that it is possible to enhance the positive effect of the protrusions and recesses on the disk by introducing a design feature in the fastening of one of the eight blades. One blade is fixed to the disk in such a way that its longitudinal axis is oriented at an angle not equal to zero (at the angle stated in the invention) to the radial axis of the disk. This arrangement of the blade introduces disturbance into the fluid flow around the blade. As a result, the frequency of hydrodynamic effects on the pump elements changes. Table 2 shows the change in the daily average value of vibration acceleration in the region of the first bearing of a centrifugal pump during three months of observation at the declared angle of inclination of the scapula. This is the optimal angle of inclination of the blade, an increase in the angle leads to an increase in vibration, and a decrease in the angle leads to a decrease in the positive effect. Due to the tilt of the blade, it is possible, on average, twenty percent to further reduce the vibration of the pump.
Исследования также показали, что изменить характеристики гидродинамического воздействия на элементы насоса возможно за счет того, что одну лопатку, закрепленную на диске, выполнить большей толщины чем остальные лопатки. В таблице 3 показано изменение среднего за сутки значения виброускорения в районе первого подшипника центробежного насоса в течение трех месяцев наблюдения при заявленном увеличении толщины одной из лопаток. Дальнейшее увеличение толщины одной лопатки (от заявленного в изобретении значения) приводит к росту виброускорения. Уменьшение толщины (от заявленного в изобретении значения) приводит к снижению положительного эффекта. Из таблицы 3 видно, что общий эффект от использования утолщенной лопатки может быть увеличен примерно в 1.2 раза.Studies have also shown that it is possible to change the characteristics of the hydrodynamic effect on the pump elements due to the fact that one blade fixed to the disk can be made thicker than the other blades. Table 3 shows the change in the daily average value of vibration acceleration in the region of the first bearing of a centrifugal pump during three months of observation with the stated increase in the thickness of one of the blades. A further increase in the thickness of one blade (from the value stated in the invention) leads to an increase in vibration acceleration. A decrease in thickness (from the value stated in the invention) leads to a decrease in the positive effect. From table 3 it can be seen that the overall effect of using a thickened scapula can be increased by about 1.2 times.
Кроме того, исследования показали, что изменить характеристики гидродинамического воздействия на элементы насоса возможно за счет того, что одну лопатку, закрепленную на диске, выполнить меньшей длины чем остальные лопатки. В таблице 4 показано изменение среднего за сутки значения виброускорения в районе первого подшипника центробежного насоса в течение трех месяцев наблюдения при заявленном уменьшении длины одной из лопаток. Дальнейшее укорочение одной лопатки (от заявленного в изобретении значения) приводит к росту виброускорения. Удлинение лопатки от заявленного в изобретении значения технически невозможно. Из таблицы 4 видно, что общий эффект от использования укороченной лопатки может быть увеличен примерно в 1.15 раза.In addition, studies have shown that it is possible to change the characteristics of the hydrodynamic effect on the pump elements due to the fact that one blade fixed to the disk is shorter than the rest of the blade. Table 4 shows the change in the daily average value of vibration acceleration in the region of the first bearing of a centrifugal pump during three months of observation with the declared reduction in the length of one of the blades. Further shortening of one blade (from the value stated in the invention) leads to an increase in vibration acceleration. Elongation of the scapula from the value stated in the invention is technically impossible. From table 4 it is seen that the overall effect of using a shortened scapula can be increased by about 1.15 times.
Экспериментально установлено, что выполнение выступов и углублений на кромке прижимного устройства приводит к дополнительному снижению вибрации. Дальнейшее увеличение количества выступов (от количества, заявленного в изобретении) не приводит к росту положительного эффекта. Уменьшение количества выступов и углублений (от количества, заявленного в изобретении) приводит к резкому уменьшению эффекта. Заявленная в изобретении конструкция прижимного устройства с выступами и углублениями позволяет снизить уровень вибрации приблизительно в 1.25 раза на заявленной частоте работы насоса. С течением времени уровень вибрации также уменьшается.It was experimentally established that the implementation of the protrusions and recesses on the edge of the clamping device leads to an additional reduction in vibration. A further increase in the number of protrusions (of the amount claimed in the invention) does not lead to an increase in the positive effect. Reducing the number of protrusions and recesses (from the amount claimed in the invention) leads to a sharp decrease in the effect. The design of the clamping device claimed in the invention with protrusions and recesses makes it possible to reduce the vibration level by approximately 1.25 times at the declared pump frequency. Over time, the level of vibration also decreases.
При проведении исследований осуществляли замер виброускорения и виброперемещения. Эффект от изобретения может быть продемонстрирован на примере изменений виброускорений. Данный показатель наиболее универсальный для характеристики вибрации. Виброперемещения, при экспериментах, показывали аналогичную виброускорению динамику изменения. Для примера в таблице 6 представлено изменение среднего за сутки значения виброперемещения в районе первого подшипника центробежного насоса в течение трех месяцев наблюдения, в зависимости от количества выступов и углублений на кромке диска. В экспериментах достигнуто уменьшение виброперемещения в разы.During the research, vibration acceleration and vibration displacement were measured. The effect of the invention can be demonstrated by the example of changes in vibration accelerations. This indicator is the most universal for vibration characteristics. Vibration displacements, during experiments, showed a dynamics of change similar to vibration acceleration. For example, table 6 shows the change in the daily average value of vibration displacement in the region of the first bearing of a centrifugal pump during three months of observation, depending on the number of protrusions and recesses on the edge of the disk. In experiments, a decrease in vibration displacement by several times was achieved.
В результате исследований, проведенных при разработке изобретения, установлено, что внедрение предложенных конструктивных изменений в насос приводит к уменьшению вибрации, а, следовательно, и к повышению надежности работы насоса, его долговечности.As a result of research conducted during the development of the invention, it was found that the introduction of the proposed design changes in the pump leads to a decrease in vibration, and, consequently, to increase the reliability of the pump, its durability.
Таким образом, задача изобретения решена, при реализации изобретения будет достигнуто повышение надежности работы центробежного насоса за счет снижения вибрации. Будет существенно снижено гидродинамическое воздействие на насос, будет устранена гидродинамическая причина развития вибрации со временем в процессе работы насоса.Thus, the objective of the invention is solved, when implementing the invention will increase the reliability of the centrifugal pump by reducing vibration. The hydrodynamic effect on the pump will be significantly reduced, the hydrodynamic cause of the development of vibration with time during the operation of the pump will be eliminated.
Будет достигнут заявленный технический результат, а именно, будет достигнуто снижение уровня вибрации, при работе центробежного насоса, путем ухода от резонанса за счет внесения изменения в колебательный гидродинамический режим работы насоса при воздействии движущейся жидкости на элементы рабочего колеса насоса.The claimed technical result will be achieved, namely, the vibration level will be reduced during the operation of the centrifugal pump, by avoiding resonance due to changes in the oscillatory hydrodynamic mode of the pump when the moving fluid acts on the elements of the pump impeller.
Также будет замедлено развитие и усиление вибрационных процессов с течением времени работы насоса.Also, the development and intensification of vibrational processes over time will be slowed down.
Примечание. Замеры виброускорения осуществляли один раз в час в течение суток. Всего за сутки 24 замера.Note. Measurement of vibration acceleration was carried out once an hour during the day. In total 24 measurements per day.
Примечание. Замеры виброперемещения осуществляли один раз в час в течение суток. Всего за сутки 24 замера.Note. Measurements of vibration displacement were carried out once an hour during the day. In total 24 measurements per day.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129144A RU2651911C1 (en) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Centrifugal pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129144A RU2651911C1 (en) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Centrifugal pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2651911C1 true RU2651911C1 (en) | 2018-04-24 |
Family
ID=62045501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017129144A RU2651911C1 (en) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Centrifugal pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2651911C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727275C1 (en) * | 2019-10-30 | 2020-07-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Impeller of centrifugal pump |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU870766A1 (en) * | 1979-03-05 | 1981-10-07 | Предприятие П/Я М-5356 | Centrifugal pump |
| RU80519U1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-02-10 | Григорий Иванович Егоров | ADJUSTABLE CENTRIFUGAL PUMP |
| RU2476844C1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-02-27 | Александр Федорович Илюшин | Method of balancing borehole rotary pump rotors |
| RU2485352C1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Нефтекамский машиностроительный завод" (ООО "НКМЗ") | Oil delivery rotary pump with rotor running in antifriction bearings and method of improving pump performances |
| CN105041663A (en) * | 2015-06-25 | 2015-11-11 | 江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司 | Vibration attenuation condensate pump and vibration attenuation method thereof |
| RU2568358C1 (en) * | 2014-05-22 | 2015-11-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Centrifugal impeller |
| US20170218979A1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-08-03 | Hanwha Techwin Co., Ltd. | Fluid machine |
-
2017
- 2017-08-15 RU RU2017129144A patent/RU2651911C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU870766A1 (en) * | 1979-03-05 | 1981-10-07 | Предприятие П/Я М-5356 | Centrifugal pump |
| RU80519U1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-02-10 | Григорий Иванович Егоров | ADJUSTABLE CENTRIFUGAL PUMP |
| RU2476844C1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-02-27 | Александр Федорович Илюшин | Method of balancing borehole rotary pump rotors |
| RU2485352C1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Нефтекамский машиностроительный завод" (ООО "НКМЗ") | Oil delivery rotary pump with rotor running in antifriction bearings and method of improving pump performances |
| RU2568358C1 (en) * | 2014-05-22 | 2015-11-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Centrifugal impeller |
| CN105041663A (en) * | 2015-06-25 | 2015-11-11 | 江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司 | Vibration attenuation condensate pump and vibration attenuation method thereof |
| US20170218979A1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-08-03 | Hanwha Techwin Co., Ltd. | Fluid machine |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727275C1 (en) * | 2019-10-30 | 2020-07-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Impeller of centrifugal pump |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11396887B2 (en) | Rotating diffuser pump | |
| KR101099832B1 (en) | Turbo type blood pump | |
| US20160245297A1 (en) | Impeller comprising variably-dimensioned fillet to secure blades and compressor comprised thereof | |
| Guo et al. | An Experimental Study on the Fluid Forces Induced by Rotor‐Stator Interaction in a Centrifugal Pump | |
| JP5590213B2 (en) | Turbo blood pump | |
| KR101545278B1 (en) | Axial or mixed flow pump | |
| US3964841A (en) | Impeller blades | |
| US20170254339A1 (en) | Impeller for centrifugal fans | |
| RU2651911C1 (en) | Centrifugal pump | |
| Marscher | An End User's Guide to Centrifugal Pump Rotordynamics | |
| RU2651912C1 (en) | Centrifugal pump | |
| Valentini et al. | Fluid-induced rotordynamic forces on a whirling centrifugal pump | |
| CN105756991A (en) | Double-suction multi-flow-channel impeller and design method thereof | |
| US4530643A (en) | Centrifugal pump impeller | |
| US2234733A (en) | Compressor or pump of the rotary blades type | |
| JPS5872693A (en) | Axial thrust balancer device | |
| Uy et al. | Experimental measurements of rotordynamic forces caused by front shroud pump leakage | |
| US1887417A (en) | Rotary pump and fan | |
| Yoshida et al. | The rotordynamic forces on an open-type centrifugal compressor impeller in whirling motion | |
| CN102434487B (en) | Method for designing double-helix axial-flow pump impeller | |
| Li et al. | Blade interaction forces in a mixed-flow pump with vaned diffuser | |
| Richert et al. | The effect of casing geometry on rotordynamic fluid forces on a closed type centrifugal impeller in whirling motion | |
| RU167096U1 (en) | WRENCHES OF SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP WITH DRIVE SHAFT | |
| d'Agostino | Comparison of rotordynamic fluid forces in axial inducers and centrifugal turbopump impellers | |
| Kawashima et al. | Proposal of Unique Process Pump with Floating Type Centrifugal Impeller (Preliminarily Report: Axial Thrust of Impeller with Driving Shaft) |