РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
ROTARY PUMP IMPELLER

Изобретение относится к области центробежных насосов, в частности к способам повышения их КПД путем модернизации рабочих колес. Усовершенствование рабочего колеса насоса с целью повышения КПД насоса может быть произведено путем оптимизации количества, формы, расположения лопастей или других элементов рабочего колеса. Однако повышение КПД насоса может быть достигнуто путем придания особых свойств поверхностям элементов рабочего колеса без изменения при этом самих элементов. Таким свойством, в частности, является гидрофобность поверхности. Придание водоотталкивающих свойств поверхностям элементов рабочего колеса осуществляется путем выполнения этих элементов из гидрофобного материала, либо путем нанесения на поверхности элементов гидрофобного покрытия.
Известно рабочее колесо насоса, в котором лопатки выполнены в виде нитей, изготовленных из гидрофобного материала (SU 1090916 A, F04D 1/00, 07.05.1984). Такое решение позволяет повысить КПД насоса, однако не обеспечивает достаточного ресурса рабочего колеса, испытывающего высокие нагрузки.
Наиболее близким аналогом изобретения является рабочее колесо насоса, раскрытое в SU 1116218 A, F04D 11/00, 30.09.1984. На рабочие поверхности внутренних дисков колеса нанесено гидрофобное покрытие, например, из тефлона. При этом обработана не вся рабочая поверхность диска, а его радиальные участки, чередующиеся с необработанными радиальными участками. Границы между смачиваемыми и несмачиваемыми участками играют роль лопаток, вследствие чего повышается напор при неизменной потребляемой энергии, т.е. КПД насоса. Однако такое колесо имеет существенную трудоемкость в изготовлении, кроме того, таким способом невозможно обработать изначально эксплуатирующиеся колеса, т.е. колеса насосов, находящихся в эксплуатации в настоящее время, поскольку для этого колесо должно быть разборным.
Целью изобретения является повышение КПД насоса без изменения его конструкции путем модернизации изначально эксплуатирующегося рабочего колеса или замены его на усовершенствованное рабочее колесо.
Указанная цель может быть достигнута использованием рабочего колеса центробежного насоса, содержащего ведущий и ведомый диски и лопастную систему, имеющего покрытие из гидрофобного материала только на внешней поверхности ведомого диска, при этом гидрофобным материалом может являться фторопласт или поверхностно-активное вещество, например октадециламин. Для изготовления рабочего колеса согласно изобретению может быть использовано изначально эксплуатирующееся рабочее колесо.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в следующем:
- повышение КПД вновь изготавливаемого или уже находящегося в эксплуатации насоса;
- технологичность изготовления рабочего колеса, т.е. малое количество операций и удобство их выполнения.
Описание осуществления изобретения поясняется ссылками на фиг.1 с изображением рабочего колеса центробежного насоса, выполненного согласно изобретению, и фиг.2 с графиком, иллюстрирующим повышение КПД насоса при оснащении его рабочим колесом, выполненным согласно изобретению, в сравнении с исходным рабочим колесом.
Рабочее колесо центробежного насоса (фиг.1) содержит ведущий диск 1, ведомый диск 2, лопастную систему 5, состоящую из одной или нескольких лопастей. Ведомый диск имеет внешнюю поверхность 3. На внешнюю поверхность ведомого диска нанесено покрытие из гидрофобного материала 4, в качестве которого могут быть использованы фторопласты или поверхностно-активные вещества, например октадециламин. Придание внешней поверхности ведомого диска водоотталкивающих свойств обеспечивает снижение гидравлического сопротивления поверхности потоку жидкости, тем самым повышает КПД насоса.
Рабочее колесо согласно изобретению может быть изготовлено предварительно для установки в насос взамен изначально эксплуатирующегося колеса. Однако возможна обработка согласно изобретению изначально эксплуатирующегося рабочего колеса. В последнем случае изготовление рабочего колеса может предусматривать следующую последовательность технологических операций:
- демонтаж колеса;
- предварительная очистка всего рабочего колеса;
- нанесение покрытия из гидрофобного материала только на внешнюю поверхность ведомого диска рабочего колеса.
При этом предварительная очистка рабочего колеса может быть осуществлена любым химическим или механическим способом. Предпочтительным вариантом предварительной очистки рабочего колеса является очистка при помощи поверхностно-активного вещества с целью удаления отложений за счет его моющих свойств, после чего поверхностно-активное вещество удаляется с поверхностей колеса способом промывки, например, в уксусной кислоте.
На фиг.2 представлены результаты стендовых испытаний насоса, оснащенного исходным, т.е. изначально эксплуатирующимся, новым рабочим колесом и таким же рабочим колесом, обработанным согласно изобретению.
Объектом стендовых исследований являлся серийный центробежный консольно-моноблочный насос КМ65-50-160 производства ЗАО "Помпа", предназначенный для использования в системах водоснабжения. Эксперименты по каждому варианту проводились по следующему алгоритму:
- определение характеристик насоса с исходным рабочим колесом без покрытия;
- демонтаж колеса из насоса и модернизация колеса, заключающаяся в нанесении на внешнюю поверхность ведомого диска покрытия из гидрофобного материала, в качестве которого применено поверхностно-активное вещество октадециламин;
- монтаж колеса в насос;
- определение характеристик насоса с модернизированным рабочим колесом.
Гидрофобное покрытие на основе ПАВ формировалось в экспериментальной установке МЭИ (ТУ).
Анализ характеристик насоса с исходным и модернизированным согласно изобретению колесами дает возможность говорить о том, что придание гидрофобных свойств внешней поверхности ведомого диска рабочего колеса обеспечивает повышение КПД насоса на 3…5%.
В результате испытаний установлено, что придание гидрофобных свойств другим поверхностям рабочего колеса в отдельности или в различных комбинациях не приводит к повышению КПД насоса на указанную величину. Эффект максимизации КПД насоса, достигаемый при придании гидрофобных свойств только внешней поверхности ведомого диска рабочего колеса, вероятно, объясняется наиболее благоприятным с точки зрения энергозатрат распределением потоков жидкости в камере насоса.