SU1605034A1

SU1605034A1 - Centrifugal pump impeller blade

Info

Publication number: SU1605034A1
Application number: SU884472881A
Authority: SU
Inventors: Эдуард Иванович Антонов; Виктория Ионовна Ковалевская; Витольд Витольдович Пак
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Горной Механики Им.М.М.Федорова
Priority date: 1988-08-11
Filing date: 1988-08-11
Publication date: 1990-11-07

Abstract

Изобретение относитс предназначено дл повышени КПД и надежности работы рабочих колес центробежных насосов за счет улучшени обтекаемости профил лопаток. Лопатка содержит основной загнутый назад участок 1 крылового профил и хвостовик 2, загнутый вперед. Хвостовик 2 выполнен непрерывно сужающимс , а его тыльна 4 и рабоча 3 стороны имеют обратную кривизну по отношению соответственно к тыльной 7 и рабочей 5 сторонам основного участка. Благодар такой конструкции и плавному сопр жению тыльных 4 и 7 и рабочих 3 и 5 поверхностей обеспечиваетс высокий КПД. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The invention relates to improving the efficiency and reliability of the impellers of centrifugal pumps by improving the flow around the blade profile. The blade contains the main backward curved section 1 of the wing profile and the shank 2, bent forward. The tail 2 is made continuously tapered, and its rear 4 and working 3 sides have opposite curvature with respect to the rear 7 and working 5 sides of the main section, respectively. Thanks to this design and smooth mating of the rear 4 and 7 and working 3 and 5 surfaces, high efficiency is ensured. 2 hp f-ly, 2 ill.

Description

Изобретение относитс к насосостроению, а именно к конструкци м лопаток центробежных колес.The invention relates to a pump manufacturing industry, namely to the design of centrifugal impeller blades.

Цель изобретени - повышение КПД и надежности работы насоса.The purpose of the invention is to increase the efficiency and reliability of the pump.

На фиг. 1 изображена предлагаема лопатка; на фиг. 2 - то же, со скосом.FIG. 1 depicts the proposed blade; in fig. 2 - the same, with a bevel.

Лопатка колеса центробежного насоса содержит основной загнутый назад участок 1 крылового профил и хвостовик 2, образованный рабочей 3 и тыльной 4 поверх- 10 ност ми, перва из которых выполнена с кривизной , обратной по отношению к рабочей поверхности 5 основного участка 1, и имею- ший наклоненный назад и непрерывно суThe wheel of the centrifugal pump wheel contains the main curved back section 1 of the wing section and the shank 2 formed by the working 3 and rear 4 surfaces, the first of which is made with a curvature opposite to the working surface 5 of the main section 1 and has tilted back and continuously su

последн с увеличением радиуса интенсивно растет и на участке длины хвостовика 2 всегда превышает кориолисову силу (котора к выходу из колеса даже несколько снижаетс ). Кроме того, кривизна поверхности 4 выбираетс по возможности минимальной , что благодар использованию крылового профил дл построени OCHOBHOJ го участка 1 обеспечиваетс определенной свободой выбора радиуса размещени перехода от поверхности 7 к поверхности 4. Этсхг радиус всегда меньше соответствующего радиуса размещени перехода от поверхности 5 к поверхности 3, что на фиг. 1 и 2 показано линией Г, отдел ющей условжающийс выходной участок 6. Тыльна g но хвостовик 2 от участка 1. Геометри по О ж11-т.г-.тт..лт1о гч лЛгч- гч viry-irtTT. 5 гтл гтГ Т П ЫПЯРТРО ППП KnHRH 4HVthe latter increases rapidly with increasing radius and in the area of the length of the shank 2 always exceeds the Coriolis force (which even slightly decreases towards the exit from the wheel). In addition, the curvature of the surface 4 is chosen as low as possible, which, by using the wing profile to build the OCHOBHOJ section 1, is provided with a certain freedom to choose the radius of the transition from surface 7 to surface 4. This radius is always less than the corresponding radius of placement of the transition from surface 5 to surface 3 that in fig. Figures 1 and 2 are shown by the line G separating the conditional output section 6. The rear g is but the shank 2 is from section 1. Geometry in O 11-tg-ttt..lt1o gh lLgch-gch viry-irtTT. 5 gt gtg t p ypyatro ppp knhrh 4hv

поверхность 4 хвостовика 2 выполнена с обратной кривизной по отношению к тыльной поверхности 7 основного участка 1, при этом угол у установки ее на выходе не превышает пр мого угла. Хвостовик 2 может быть выполнен непрерывно сужающимс к выходу по 20 всей его длине. Кроме того, на выходе хвостовика 2 со стороны его рабочей поверхности 3 может быть выполнен скос 8.the surface 4 of the shank 2 is made with the inverse curvature with respect to the back surface 7 of the main portion 1, while the angle at its exit does not exceed the right angle. Shank 2 can be made continuously tapering towards the exit by 20 all its length. In addition, at the exit of the shank 2 from the side of its working surface 3 can be made bevel 8.

верхности 3 подстраиваетс под кривизну поверхности 4 так, что вместе они образуют непрерывно сужающийс к выходу криволинейный серповидный профиль хвостовика 2. При этом создаютс предельно благопри тные услови дл плавного сли ни пото ков в отводе после их схода с поверхностей 3 и 4. . Как следует из теории о турбулентных отрывных течени х нестацио- .нарность процессов вихреобразовани на стенке с плавной кривизной существенно ниже , чем на стенке с резким изломом. Именно благодар последнему и отмеченному плавному сли нию потоков с поверхностей 3 и 4 в изобретении ликвидируютс или существенно снижаютс срывные кромочные влени за лопатками колеса с уменьшением не только потерь напора в насосе, но и пульсаций статического давлени на «лопаточной частоте при установке колеса в лопаточный отвод многоступенчатого насоса . Перечисленные достоинства могут бытьThe surfaces 3 are adjusted to the curvature of the surface 4 so that together they form a curved, crescent-shaped profile of the shank 2, which is continuously narrowed towards the exit. This creates extremely favorable conditions for smooth flow confluence in the outlet after they are removed from surfaces 3 and 4. As follows from the theory of turbulent separated flows, the nonstationary character of the vortex formation processes on a wall with a smooth curvature is significantly lower than on a wall with a sharp fracture. It is precisely due to the last and marked smooth fusion of flows from surfaces 3 and 4 in the invention that the shear edge phenomena behind the wheel blades are eliminated or reduced not only the pressure losses in the pump, but also the static pressure pulsations at the paddle frequency when the wheel is installed in the paddle tap multistage pump. The listed advantages can be

Лопатка (фиг. 1) функционирует следующим образом.Blade (Fig. 1) operates as follows.

При возникновении течени в рабочем колесе поток набегает на лопатку и растекаетс вдоль рабочих и тыльных поверхностей 3, 4, 5, 7 участка 1 и хвостовика 2 с приращением энергии в нем. При этом благодар хорощей обтекаемости крылового профил основного участка 1 и благопри тному перераспределению действующих на частицы жидкости сил поток прижимаетс к рабочей поверхности 3, за счет чего обеспечивает25When a flow occurs in the impeller, the flow enters the blade and spreads along the working and rear surfaces 3, 4, 5, 7 of section 1 and the shank 2 with an increment of energy in it. At the same time, due to the good nature of the flow around the wing profile of the main section 1 and the favorable redistribution of forces acting on the fluid particles, the flow is pressed against the working surface 3, thereby providing 25

30thirty

верхности 3 подстраиваетс под кривизну поверхности 4 так, что вместе они образуют непрерывно сужающийс к выходу криволинейный серповидный профиль хвостовика 2. При этом создаютс предельно благопри тные услови дл плавного сли ни потоков в отводе после их схода с поверхностей 3 и 4. . Как следует из теории о турбулентных отрывных течени х нестацио- .нарность процессов вихреобразовани на стенке с плавной кривизной существенно ниже , чем на стенке с резким изломом. Именно благодар последнему и отмеченному плавному сли нию потоков с поверхностей 3 и 4 в изобретении ликвидируютс или существенно снижаютс срывные кромочные влени за лопатками колеса с уменьшением не только потерь напора в насосе, но и пульсаций статического давлени на «лопаточной частоте при установке колеса в лопаточный отвод многоступенчатого насоса . Перечисленные достоинства могут бытьThe surfaces 3 are adjusted to the curvature of the surface 4 so that together they form a curved, crescent-shaped profile of the shank 2 which is continuously narrowed towards the exit. This creates extremely favorable conditions for smooth flow confluence in the outlet after they are removed from surfaces 3 and 4. As follows from the theory of turbulent separated flows, the nonstationary character of the vortex formation processes on a wall with a smooth curvature is significantly lower than on a wall with a sharp fracture. It is precisely due to the last and marked smooth fusion of flows from surfaces 3 and 4 in the invention that the shear edge phenomena behind the wheel blades are eliminated or reduced not only the pressure losses in the pump, but also the static pressure pulsations at the paddle frequency when the wheel is installed in the paddle tap multistage pump. The listed advantages can be

с требуемый угол схода потока в отвод на- 35 реализованы с достаточным эффектом при ве- соса (последнее особенно важно дл боль- личине угла установки-выходного участка А ших подач). Одновременно и на тыльных поверхност х 4 и 7 обеспечиваютс услови безотрывного или близкого к нему обтекани в широком диапазоне режимов работы насоса. Вдоль поверхности 7 такой результат 40 достигаетс благодар эффективности самого крыловидного профил участка 1. Но этот эффект в данной схеме важен не только самThe required return angle of the flow to the outlet 35 is implemented with a sufficient effect at the pump (the latter is especially important for the different installation angle — output section A of our feed rates). At the same time, on the rear surfaces 4 and 7, a continuous flow or close to it flow around is provided in a wide range of pump operation modes. Along surface 7, such a result 40 is achieved due to the effectiveness of the pterygoid profile of section 1 itself. But this effect in this scheme is not only important

по себе, но и в св зи с тем, что, обестыльной поверхности 4, не превышающей чени пр мого угла, т. е. (дальнейшее его увеличение исключает положительное действие центробежной сапы от вращени колеса на крайней части поверхности 4 с возникновением кромочных вихревых влений ). Таким образом, лопатка остаетс и в области хвостовика 2 наклоненной назад. Этим обуславливаетс определенное сужепечива безотрывное натекани потока на по- ние области применени лопатки (фиг. 1)by itself, but also due to the fact that the disconnected surface 4, which does not exceed the right angle, i.e. ). Thus, the blade remains in the area of the shank 2 tilted back. This causes a definite suzhepekiva unseparable flow of fluid to the area of application of the blade (Fig. 1)

следующую поверхность 4 обратной кривизны , он создает услови дл последующего безотрывного обтекани самой поверхности 4. Эффективна реализаци этих условий обеспечиваетс путем соответствующего выбора кривизны поверхности 4, а основное требование к такому выбору заключаетс в том, чтобы в любой точке поверхности 4 сумма отрывающих поток от последней кори- олисовой силы и центробежной силы (возникающей из-за выпуклой кривизны поверхности 4) не превосходила величины центробежной силы, вызываемой вращением колеса . Возможность выполнени данного требовани обусловлена прежде всего тем, чтоthe next surface 4 is inverse curvature, it creates conditions for subsequent non-separating flow around the surface 4. The effective implementation of these conditions is ensured by an appropriate choice of the curvature of the surface 4, and the main requirement for such a choice is that at any point of the surface 4 the sum of Coriolis force and centrifugal force (arising from the convex curvature of surface 4) did not exceed the magnitude of the centrifugal force caused by the rotation of the wheel. The ability to fulfill this requirement is primarily due to the fact that

по углу выхода лопатки и развиваемому колесом напору. Однако этот минус в значительной мере компенсируетс именно тем, что в области применимости данного решени (по углу 2) при использовании его в мно50 гоступенчатых насосах (с лопаточными отводами ) удаетс не только несколько снизить потери напора и повысить КПД (на 1-2%) за счет снижени кромочных потерь, но и повысить надежность его работы за счет снижени интенсивности вибрационных вле55 НИИ. Благодар плавной геометрии поверхностей хвостовика 5, данное решение существенно более приемлемо в технологическом плане - дл лить .the angle of exit of the blade and the pressure developed by the wheel. However, this disadvantage is largely compensated by the fact that, in the area of applicability of this solution (in angle 2), when using it in many guest-stage pumps (with blade outlets), it is possible not only to slightly reduce head loss and increase efficiency (by 1-2%) due to the reduction of edge loss, but also to increase the reliability of its work by reducing the intensity of vibration effects of scientific research institutes. Due to the smooth geometry of the surfaces of the shank 5, this solution is much more technologically acceptable for casting.

последн с увеличением радиуса интенсивно растет и на участке длины хвостовика 2 всегда превышает кориолисову силу (котора к выходу из колеса даже несколько снижаетс ). Кроме того, кривизна поверхности 4 выбираетс по возможности минимальной , что благодар использованию крылового профил дл построени OCHOBHOJ го участка 1 обеспечиваетс определенной свободой выбора радиуса размещени перехода от поверхности 7 к поверхности 4. Этсхг радиус всегда меньше соответствующего радиуса размещени перехода от поверхности 5 к поверхности 3, что на фиг. 1 и 2 показано линией Г, отдел ющей услов но хвостовик 2 от участка 1. Геометри поно хвостовик 2 от участка 1. Геометри погч- гч viry-irtTT. 5 гтл гтГ Т П ЫПЯРТРО ППП KnHRH 4HVthe latter increases rapidly with increasing radius and in the area of the length of the shank 2 always exceeds the Coriolis force (which even slightly decreases towards the exit from the wheel). In addition, the curvature of the surface 4 is chosen as low as possible, which, by using the wing profile to build the OCHOBHOJ section 1, is provided with a certain freedom to choose the radius of the transition from surface 7 to surface 4. This radius is always less than the corresponding radius of placement of the transition from surface 5 to surface 3 that in fig. Figures 1 and 2 are shown by line G, which separates conditional shank 2 from section 1. Geometry of the shank 2 from section 1. Geometries of the ICT-viry-irtTT. 5 gt gtg t p ypyatro ppp knhrh 4hv

реализованы с достаточным эффектом при ве- личине угла установки-выходного участка А implemented with sufficient effect when the angle of installation-output section A

тыльной поверхности 4, не превышающей чени пр мого угла, т. е. (дальнейшее его увеличение исключает положительное действие центробежной сапы от вращени колеса на крайней части поверхности 4 с возникновением кромочных вихревых влений ). Таким образом, лопатка остаетс и в области хвостовика 2 наклоненной назад. Этим обуславливаетс определенное суже ние области применени лопатки (фиг. 1)the rear surface 4, not exceeding the straight angle, i.e. (its further increase excludes the positive effect of centrifugal sap from rotating the wheel on the extreme part of the surface 4 with the appearance of edging eddies). Thus, the blade remains in the area of the shank 2 tilted back. This causes a certain narrowing of the field of application of the blade (Fig. 1)

ние области применени лопатки (фиг. 1)the area of application of the blade (Fig. 1)

по углу выхода лопатки и развиваемому колесом напору. Однако этот минус в значительной мере компенсируетс именно тем, что в области применимости данного решени (по углу 2) при использовании его в многоступенчатых насосах (с лопаточными отводами ) удаетс не только несколько снизить потери напора и повысить КПД (на 1-2%) за счет снижени кромочных потерь, но и повысить надежность его работы за счет снижени интенсивности вибрационных влеНИИ . Благодар плавной геометрии поверхностей хвостовика 5, данное решение существенно более приемлемо в технологическом плане - дл лить .the angle of exit of the blade and the pressure developed by the wheel. However, this disadvantage is largely compensated by the fact that, in the area of applicability of this solution (in angle 2), when used in multistage pumps (with blade outlets), it is possible not only to slightly reduce head losses and increase efficiency (by 1-2%) over by reducing edge loss, but also by increasing the reliability of its operation by reducing the intensity of vibrating edges. Due to the smooth geometry of the surfaces of the shank 5, this solution is much more technologically acceptable for casting.

й th

При использовании лопатки (фиг. 1) загнута назад поверхность 7 заканчиваетс до хвостовика 2. Благодар этому обеспечиваетс возможность более гибкого согласовани геометрии участка 1 и хвостовика 2 между собой. Последнее св зано с тем, что на выбор угла установки рр (фиг. 1) и толщины лопатки в месте перехода от участка 1 к хвостовику 5 (сечение, обозначенное линией Г) теперь не накладываютс требовани , обусловленные наличием загнутой назад тыльной поверхности хвостовика 2. Поэтому , варьиру этими параметрами, совокупно с кривизной и длилой участков 3 и 4 можно добитьс дополнительного выигрыша в экономичности.When using a blade (Fig. 1), the surface 7 is folded backward and ends up to the shank 2. Due to this, it is possible to more flexibly match the geometry of the section 1 and the shank 2 to each other. The latter is due to the fact that the choice of the installation angle pp (Fig. 1) and the thickness of the blade at the transition point from section 1 to the shank 5 (section denoted by line D) is no longer imposed due to the backward curved back surface of the shank 2. Therefore, by varying these parameters, together with the curvature and length of sections 3 and 4, it is possible to achieve an additional gain in efficiency.

Отличие функционировани лопатки по фиг. 2 заключаетс в том, что угол схода потока с рабочей поверхности 3 (при прочих равных услови х) увеличен, а наружный диаметр ее уменьшен. Действие этих факторов в отношении величины создаваемого напора противоположно. Поэтому в зависимости от их соотношени напор колеса может быть сохранен, повышен или понижен по сравнению с предыдущим вариантом. Однако во всех этих случа х путем соответствующего выбора наклона скоса 8 назад и сужени хвостовика 2 к выходу можно обеспечить достаточно благопри тные услови сли ни потоков на выходе из колеса.The difference in the function of the blade in FIG. 2 lies in the fact that the angle of flow from the working surface 3 (ceteris paribus) is increased, and its outer diameter is reduced. The effect of these factors on the magnitude of the generated head is the opposite. Therefore, depending on their ratio, the head of the wheel can be saved, raised or lowered compared to the previous version. However, in all these cases, by appropriately selecting the slope of the bevel 8 backwards and the narrowing of the shank 2 towards the exit, it is possible to ensure sufficiently favorable conditions for the flow at the wheel outlet.

Сход щие непосредственно с поверхности 3 слои жидкости сразу после начала скоса 8 еще в пределах колеса начинают отклон тьс назад. Благодар последнему интенсивность возможного отрыва потока за скосом 8 в любом случае невелика. При этом повышаютс прочность и жесткость колеса на выходе. Благодар увеличению тол- щины профил хвостовика 2 и угла между поверхностью 3 и скосом 8 резко повышаетс его износоустойчивость при перекачивании гидроабразивных сред. Такое усиление хвостовика 2 выполнено со стороны рабочей3 liquid layers immediately coming from the surface immediately after the beginning of the bevel 8 still within the wheel begin to deviate backwards. Thanks to the latter, the intensity of the possible separation of the flow beyond the bevel 8 is in any case small. This increases the strength and rigidity of the output wheel. Due to the increase in the thickness of the profile of the shank 2 and the angle between the surface 3 and the bevel 8, its wear resistance increases dramatically when pumping hydro-abrasive media. This strengthening of the shank 2 is performed by the working

ЮYU

1515

5 five

20 20

35 35

2525

30thirty

поверхности 3 (п-оскольку масса твердых частиц на выходе из колеса концентрируетс в этой области), причем именно в той точке, где угол выхода и скорость гидроабразивной среды максимальны. Благодар действию сил инерции на твердые частицы они не воздействуют на скос 8. В целом, все вместе эти факторы весьма важны потому, что в конечном итоге дл сохранени в эксплуатации рабочих характеристик насоса наиболее существенно сохранение геометрии лопаток на выходе.surface 3 (n-since the mass of solids at the wheel outlet is concentrated in this area), and precisely at the point where the exit angle and the speed of the hydro-abrasive medium are maximum. Due to the effect of inertia forces on solid particles, they do not affect the bevel 8. In general, all these factors are very important because, ultimately, in order to preserve the pump performance in operation, it is most important to preserve the geometry of the blades at the outlet.

Таким образом, в варианте лопатки по фиг. 2,практически без снижени экономичности , по сравнению с вариантом лопатки по фиг. 1, имеет место дополнительное по- выщение показателей надежности за счет повышени износоустойчивости хвостовика 2 при сохранении большой прочности и жесткости колеса.Thus, in the embodiment of the blade according to FIG. 2, with virtually no reduction in efficiency, compared with the blade variant of FIG. 1, there is an additional increase in reliability indicators by increasing the wear resistance of the shank 2 while maintaining the wheel's high strength and rigidity.

Claims

1. A blade wheel of a centrifugal pump comprising a main backward curved section of the wing section and a shank formed by the working and rear surfaces, the first of which is made with a curvature opposite to the working surface of the main section, and having a downwardly inclined rear section, characterized in that, in order to increase the efficiency and reliability of the pump, the rear surface of the shank is made with the inverse curvature relative to the rear surface of the main portion, while setting it at the output does not exceed the right angle.

2. A blade according to claim 1, characterized in that the shank is made continuously tapered towards the exit along its entire length.

3. A blade according to claim 1, characterized in that a bevel is made at the exit of the shank from the side of its working surface.

W 8