ВИХРЕВОЙ НАСОС

Полезная модель относится к насосостроению и может быть использована в производстве вихревых насосов.
Известен вихревой насос, содержащий корпус с крышкой, образующие кольцевой рабочий канал, сообщающийся с внутренними полостями входного и выходного патрубков насоса, рабочее колесо, и сопряженную с выходным патрубком сепарационную камеру (Б.М. Певзнер «Судовые центробежные и осевые насосы», «Судостроение», Ленинград, 1964, рис. 172 на стр. 317).
Недостатком данного насоса является низкая эффективность его самовсасывания в процессе запуска. Это обусловлено тем, что выбрасываемая при вращении рабочего колеса из рабочего кольцевого канала в сепарационную камеру насоса жидкость недостаточно эффективно стекает обратно в сторону кольцевого рабочего канала, что замедляет смешивание с воздухом, вследствие чего происходит нагрев жидкости вплоть до образования пара, который примешиваясь к воздуху из всасывающей линии существенно ухудшает качественные характеристики процесса самовсасывания.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности самовсасывания вихревого насоса в режиме его запуска за счет обеспечения стока жидкости из сепарационной камеры в кольцевой рабочий канал.
Поставленная задача достигается тем, что в вихревом насосе, содержащем корпус с крышкой, образующих рабочий кольцевой канал, сообщающийся с внутренними полостями входного и выходного патрубков насоса, рабочее колесо, и сопряженную с выходным патрубком сепарационную камеру, на внутренней поверхности выходного патрубка выполнены по меньшей мере две продольные открытые канавки с увеличивающейся по их длине в сторону рабочего кольцевого канала площадью их проходного сечения, при этом отношение площадей проходного сечения на обоих концах канавки составляет не более 2, причем канавки со стороны сопряжения выходного патрубка с сепарационной камерой выполнены с шириной, не превышающей 0,2 диаметра внутренней полости выходного патрубка, и с глубиной, составляющей не менее половины от их ширины. Кроме того, ширина канавок может быть выполнена увеличивающейся по их длине в сторону рабочего кольцевого канала.
Выполнение на внутренней поверхности выходного патрубка по меньшей мере двух канавок способствует стоку жидкости из сепарационной камеры в сторону кольцевого рабочего канала, не позволяя потоку жидкости, вращающемуся совместно с рабочим колесом, захватывать всю стекающую из сепарационной камеры жидкость до ее входа на лопатки рабочего колеса.
Выполнение канавок с увеличивающейся по их длине в сторону рабочего кольцевого канала площадью их проходного сечения способствует снижению скорости потока жидкости перед ее входом на лопатки рабочего колеса, чем обеспечивается более эффективное смешивание жидкости с находящимся в насосе воздухом.
Численное значение отношения площадей проходного сечения на обоих концах канавки, не превышающее 2, является оптимальным для осуществления возврата жидкости из сепарационной камеры на лопатки рабочего колеса и обеспечивает жидкости требуемую скорость перед ее входом на эти лопатки для наилучшего перемешивания жидкости с воздухом.
Соотношения ширины и глубины канавок на их конце со стороны сопряжения выходного патрубка с сепарационной камерой (ширина канавки не превышает 0,2 диаметра выходного патрубка, а ее глубина составляет не менее половины ширины) являются оптимальными для обеспечения решения поставленной задачи и определены экспериментальным путем.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображен разрез корпуса насоса в плоскости вращения рабочего колеса;
- на фиг. 2 изображен разрез A-A фиг. 1 корпуса насоса в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения рабочего колеса.
Вихревой насос, содержит корпус 1 с крышкой 2, образующие рабочий кольцевой канал 3, сообщающийся с внутренними полостями 4 и 5, соответственно, входного и выходного патрубков насоса, рабочее колесо 6 и сепарационную камеру 7, сопряженную с выходным патрубком. На внутренней поверхности выходного патрубка выполнены по меньшей мере две канавки 8. Канавки 8 выполнены на всю длину патрубка 5 от плоскости его сопряжения с сепарационной камерой 7 и до поверхности 9 рабочего кольцевого канала 3 по его внутреннему диаметру. Канавки 8 выполнены с увеличивающейся по их длине в сторону рабочего кольцевого канала площадью их проходного сечения, при этом отношение площадей проходного сечения на обоих концах канавки составляет не более 2. Площадь проходного сечения канавки может изменяться за счет изменения ширины канавки, или за счет изменения глубины канавки или за счет одновременного изменения, как ширины, так и глубины канавки. Предпочтительным вариантом выполнения канавок 8 является их расширение в сторону кольцевого рабочего канала, т.е. увеличение ширины канавок. Канавки 8 в плоскости стыка выходного патрубка с сепарационной камерой 7 выполнены с шириной, не превышающей 0,2 диаметра внутренней полости 5 выходного патрубка, а их глубина составляет не менее половины ширины.
Наиболее оптимальные соотношения параметров канавок 8 выбраны экспериментальным путем.
В нижеприведенной таблице 1 представлены характеристики вихревого насоса в процессе его запуска в зависимости от вариантов выполнения канавок 8 (соотношений их геометрических параметров).
По всем трем вариантам ширина канавок в плоскости стыка с сепарационной камерой составляет не более 0,2 диаметра:
По 1-му варианту канавки 8 выполнены постоянной ширины и глубины;
по 2-му варианту канавки выполнены расширяющимися по их длине в сторону кольцевого рабочего канала с увеличением вдвое площади его проходного сечения и глубиной канавок в плоскости стыка выходного патрубка с сепарационной камерой, составляющей одну треть от их ширины;
по 3-му варианту канавки выполнены расширяющимися по их длине в сторону кольцевого рабочего канала с увеличением вдвое площади его проходного сечения и глубиной канавок в плоскости стыка выходного патрубка с сепарационной камерой, составляющей половину от их ширины.
Таблица 1
Параметры вихревого насоса
Выполнение канавок на выходном патрубке насоса
По 1-му варианту
По 2-му варианту
По 3-му варианту
1. Предельное разрежение на входе в насос, Ра
53·10<sup>3</sup>
72·10<sup>3</sup>
76·10<sup>3</sup>
2. Время создания разрежения в объеме 40 литров, сек.
243
176
153
Из приведенных в таблице результатов видно, что наиболее оптимальным является выполнение канавок по 3-му варианту.
Вихревой насос работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 6 его лопатки захватывают жидкость в кольцевом рабочем канале 3 и выбрасывают ее в сепарационную камеру 7, одновременно кольцевой рабочий канал 3 заполняется воздухом из внутренней полости входного патрубка 4. Выброшенная из кольцевого рабочего канала 3 в сепарационную камеру 7 жидкость стекает по канавкам 8 обратно в направлении кольцевого рабочего канала 3, а именно до поверхности 9 канала 3, сопрягаемой с выходным патрубком и смешивается с поступающим из всасывающей линии воздухом, а рабочее колесо 6 выбрасывает эту смесь в сепарационную камеру 7, где воздух отделяется от жидкости и уходит по трубопроводу в атмосферу. Жидкость же вновь стекает по канавкам 8 в кольцевую рабочую полость 3 и смешивается с очередной порцией воздуха. Наличие у канавок 8 определенной глубины не позволяет потоку жидкости, вращающемуся совместно с рабочим колесом 6, захватывать из них стекающую из сепарационной камеры 7 жидкость. Увеличение площади проходного сечения канавок 8 в направлении кольцевого рабочего канала 3, преимущественно, за счет расширения канавок, способствует снижению скорости жидкости перед входом ее на лопатки рабочего колеса 6, чем обеспечивается более эффективное смешивание жидкости с находящимся в насосе воздухом. Этот процесс продолжается до тех пор, пока всасывающая линия не заполнится жидкостью из заборной емкости, и насос начнет перекачивать жидкость.
Таким образом, предлагаемое решение позволяет интенсифицировать процесс самовсасывания вихревого насоса при его запуске.