РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована для повышения эффективности работы центробежного насоса.
Известно рабочее колесо центробежного насоса с односторонним входом, содержащее покрывные диски и размещенные между ними рабочие лопатки, образующие проточные каналы с дополнительным кольцевым диском наклоненным под углом до 20° в направлении входа и разделяющего меридиональное сечение проточных каналов на части. При этом диск по обе стороны снабжен лопатками (см. а.с. СССР №1044834, F04D 29/22).
Недостатком данного рабочее колесо центробежного насоса является невысокая надежность, обусловленная возникновением вибраций. При обтекании потоком жидкости кольцевого диска возникает на его поверхности давление различное по величине. Со стороны противоположной входному отверстию давление меньше (действие аналогичное возникновению подъемной силы крыла). Вихри образующиеся на этой поверхности при сходе с диска обеспечивают пульсацию колебаний.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является рабочее колесо центробежного насоса, содержащее ведущий и покрывной диски, расположенные между ними лопатки, диаметр выходных кромок которых меньше внешних диаметров дисков, кольцевые диски, установленные с зазором относительно друг друга на выходных кромках лопаток между ведущим и покрывным дисками в плоскостях перпендикулярных оси колеса (см. а.с. СССР №1280203, F04D 29/22).
Недостатком известного устройства является невысокая эффективность его работы из-за малого к.п.д.
Наличие кольцевых дисков резко увеличивает площадь контакта, движущаяся жидкость - направляющая поверхность. Движению жидкости, в зазорах, образованных кольцевыми дисками, препятствует сила сопротивления, обусловленная трением жидкости по поверхности дисков. Величина потерь напора по длине возрастает. Вход в зазор является дополнительным местным сопротивлением - сужение потока, а на выходе - расширение. Установка кольцевых дисков ведет к увеличению потерь напора: по длине, на местных сопротивлениях. Как следствие снижается к.п.д. насоса эксплуатируемого с колесом, выполненным в соответствии с известным решением.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении коэффициента полезного действия центробежного насоса.
Техническая задача решается тем, что в известной конструкции рабочего колеса центробежного насоса, содержащего ведущий и покрывной диски, расположенные между ними лопатки, диаметр выходных кромок которых меньше внешних диаметров дисков, а разность внешнего диаметра дисков и диаметра выходных кромок лопаток не более 1/14 и не менее 1/20 внешнего диаметра дисков. Кроме того, сопряжение выходных кромок лопаток с поверхностью дисков выполняется по криволинейной поверхности, которая выполняется по окружности с радиусом больше половины разности диаметров дисков и лопаток.
На фиг.1 представлен общий вид рабочего колеса центробежного насоса. На фиг.2 - сечение А-А.
2
1
1
2
1
2
1
Рабочее колесо центробежного насоса, содержит ведущий 1 (фиг.1) и покрывной 2 диски. Между дисками расположены лопатки 3. Диаметр выходных кромок лопаток 3 - D выполняется меньше чем внешние диаметры дисков 1 и 2 - D. Величина диаметров D, D принимается из условия обеспечения их разности Δ=D-D не более 1/14 и не менее 1/20 внешнего диаметра дисков 1, 2 - D.
1
2
Кроме того, сопряжение выходных кромок лопаток 3 с поверхностью дисков 1,2 выполняется по криволинейной поверхности 4. При этом вариантом исполнения является выполнение криволинейной поверхности 4 по окружности с радиусом R - больше половины разности внешнего диаметра дисков 1,2 - Dи диаметра выходных кромок лопаток 3 - D. Диски 1,2 и выходные кромки 5 лопаток 3 образуют кольцевую полость 6 (фиг.2). В корпусе насоса 7, за пределами внешнего диаметра дисков 1,2 имеет место технологическая полость 8, с которой связан отводящий патрубок 9.
Колесо центробежного насоса работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса жидкость, поступающая в пространство между лопатками, закручивается вместе с колесом и движется одновременно: вращательно, совместно с лопатками 3, и радиально - вдоль лопаток 3. Жидкость приобретает нормальное и тангенсальное ускорение. Под действием первого жидкость движется вдоль лопаток 3, под действием последнего, при достижении выпускного отвода, движется по отводящему патрубку 9.
В установившемся режиме работы все пространство между лопатками 3, кольцевая полость 6 и технологическая полость 8 заполнены жидкостью. Часть жидкости, находящаяся в технологической полости 8, не вытесняется в отводящий патрубок 9 и является не функциональной. Выполнение разности внешних диаметров дисков 1,2 и диаметра выходных кромок лопаток 3 не более 1/14 и не менее 1/20 внешнего диаметра дисков 1,2 обеспечивает размещение в кольцевой полости 6 движущейся жидкости в объеме достаточном, чтобы не происходило вовлечение в движение той части жидкости, что находится в технологической полости 8.
1
2
Выполнение сопряжения выходных кромок лопаток 3 с поверхностью дисков 1,2 по криволинейной поверхности обеспечивает в этой части лопаток 3 больший диаметр. Вследствие чего обеспечивается большая скорость частиц жидкости, контактирующих с лопатками в этой зоне. Кроме того, наличие перехода по окружности с радиусом R больше половины разности внешних диаметров дисков 1,2 - D и диаметра выходных кромок лопаток 3 - D позволяет снизить потери напора при выходе жидкости в зоне сопряжения лопатки 3 - диски 1,2, т.к. так такая линия перехода имеет меньший коэффициент гидравлического сопротивления.
Выполнение разности внешних диаметров дисков 1,2 не менее 1/20 диаметра внешних кромок лопаток 3 обеспечивает размещение в кольцевой полости 6 движущейся жидкости, достаточной чтобы за счет ее вязкости не происходило вовлечение в движение жидкости из технологической полости 8. При этом за счет исключения ее из движения, снижаются потери энергии, и увеличивается КПД работы рабочего колеса. При разности диаметров дисков 1,2 и диаметра внешних кромок лопаток 3 более 1/14 диаметра снижается рабочая длина лопаток 3, обеспечивающая разгон жидкости за счет контакта с ней. Эффективность работы рабочего колеса уменьшается.
Сопряжение выходных кромок лопаток 3 с поверхностью дисков 1,2 по криволинейной поверхности обеспечивает в этой части лопаток 3 больший диаметр и большую скорость частиц жидкости в этой зоне. Это позволяет компенсировать потери скорости, обусловленные трением по поверхности дисков и выровнять скорость частиц жидкости, распределенных вдоль кромки лопаток 3. Кроме того, наличие перехода позволяет снизить величину коэффициента гидравлического сопротивления. В связи с этим эпюра скоростей по ширине лопатки выравнивается, что обеспечивает более устойчивый режим работы. Уменьшается вибрация, на которую тратится часть энергии потока жидкости. Вся совокупность перечисленных факторов ведет к увеличению КПД.
Таким образом, заявляемое устройство, обладает большей эффективностью работы за счет увеличения КПД рабочего колеса.