Рабочее колесо центробежного насоса

Полезная модель относится к центробежным насосам и может быть использована в нефтяном машиностроении в составе многоступенчатых центробежных насосов для перекачки жидкости, в том числе в условиях отложения солей.
Известна из патента RU 2605487 конструкция рабочего колеса, которая имеет лопатки, первый закрывающий диск и присоединенный посредством сварки к первому закрывающему диску второй закрывающий диск. Каждая лопатка имеет область вершины, в которой она контактирует со вторым закрывающим диском. По меньшей мере одна лопатка из всех лопаток на первом участке области вершины имеет сварное соединение со вторым закрывающим диском, причем по меньшей мере один второй участок области вершины свободен от сварного соединения. Один из закрывающих дисков изготовлен из светопроницаемого материала, а другой из закрывающих дисков изготовлен, по меньшей мере, частично из светопоглощающего материала.
Наиболее близким аналогом является конструкция рабочего колеса центробежного насоса, известная из патента RU 89878. Рабочее колесо центробежного насоса содержит несущий диск с лопастями, снабженными выступами, расположенными на их торцах, взаимосвязанными с пазами покрывного диска. Все детали рабочего колеса выполнены из термопластического материала. Выступы несущего диска выполнены с высотой, большей глубины пазов, выполненных глухими. Несущий и покрывной диски снабжены фиксирующими элементами, при этом несущий и покрывной диски соединены между собой при помощи сварки.
Однако указанные конструкции обладают недостаточной стойкостью к отложению солей на лопастях рабочего колеса в процессе эксплуатации, связанной с наличием наплывов в местах сварки и дефектов, возникающих при их удалении. Возможны низкие энергетические характеристики в связи с тем, что ширина колеса может меняться при изготовлении, отсутствием плавных сопряжений в местах соединения диска с лопастями.
Технической проблемой является недостаточная стойкость к отложению солей на лопастях рабочего колеса в процессе эксплуатации.
Техническим результатом полезной модели является повышение стойкости лопастей рабочего колеса из полимерных материалов к отложению солей при эксплуатации, повышение энергетических характеристик.
Технический результат достигается тем, что в рабочем колесе центробежного насоса, содержащем ведущий диск с лопастями и ведомый диск без лопастей, выполненные из полимерного материала, на лопастях выполнены гребни и фиксирующие выступы, сопрягаемые с пазами и фиксирующими отверстиями на диске без лопастей, при этом высота гребней больше глубины пазов, угол при вершине гребней не превышает 70°, площадь поперечного сечения пазов равна площади поперечного сечения сопрягаемых гребней, угол наклона образующей фиксирующих выступов и фиксирующих отверстий к оси находится в пределах от 2 до 20°.
Заявляемое колесо имеет следующие аспекты выполнения.
По краям пазов изготовлены дополнительные выступы в виде галтелей.
Осевая опора на ведущем диске изготовлена в виде ребер.
На ведущем диске рабочего колеса изготовлен дополнительный лопаточный венец.
Если площадь поперечного сечения пазов равна площади поперечного сечения сопрягаемых гребней, то получается одновременно высокая прочность соединения, отсутствие зазоров и наплывов, которые могут возникать, если площадь поперечного сечения пазов больше соответствующей площади гребней, и вследствие этого - заданные высокие энергетические характеристики на номинальном расходе.
Для проведения ультразвуковой сварки необходимо иметь определенный угол при вершине гребней, не превышающий 70°. В этом случае при воздействии ультразвука гребень плавится и заполняет пазы в ответной детали. При больших углах расплавления может не произойти, сварка будет менее эффективной и менее надежной.
Перед сваркой необходимо собрать две половинки, из которых состоит колесо, фиксирующие выступы и отверстия в виде усеченного конуса, в которых угол наклона образующей к оси находится в пределах от 2 до 20°, обеспечат правильность и минимальное время сборки.
Если по краям пазов изготовлены дополнительные выступы в виде галтелей, то таким образом получим плавных сопряжений в местах соединения диска с лопастями, меньше гидравлических потерь, более высокие энергетические характеристики.
Если осевая опора на ведущем диске изготовлена в виде ребер, например, радиальных, то при такой конструкции жесткость и прочность соединения ведущего диска и ступицы будет выше, что важно при изготовлении рабочего колеса из полимерного материала. Возрастет надежность работы.
Вес рабочего колеса из полимерного материала почти в пять раз меньше, чем из металла. Изготовленный на ведущем диске рабочего колеса дополнительный лопаточный венец, позволит оптимизировать величину осевой силы.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-9, на которых показаны:
фиг. 1 - рабочее колесо центробежного насоса в разрезе;
фиг. 2 - конструктивный вариант фиксирующего выступа на лопасти;
фиг. 3 - конструктивный вариант соединения лопастей с диском после сварки;
фиг. 4 - конструктивный вариант фиксации дисков рабочего колеса;
фиг. 5 - лопасти на ведущем диске;
фиг. 6 - ведущий диск с лопастями в разрезе;
фиг. 7 - выступ на лопастях в виде гребня;
фиг. 8 - ведомый диск с пазами;
фиг. 9 - ведущий диск с дополнительным лопаточным венцом и осевой опорой в виде радиальных ребер.
На фиг. 1-9 позициями 1-11 обозначены:
1. Ведущий диск.
2. Лопасти.
3. Ведомый диск.
4. Выступ на лопасти в виде гребня.
5. Пазы.
6. Фиксирующий выступ в виде усеченного конуса.
7. Фиксирующее отверстие.
8. Выступ в виде галтели.
9. Внутренняя поверхность диска без лопастей.
10. Осевая опора в виде радиальных ребер.
11. Дополнительный лопаточный венец.
Рабочее колесо центробежного насоса состоит из двух половинок в виде ведущего диска 1 с лопастями 2 и ведомого диска 3 без лопастей, выполненных из полимерного материала. На торцах лопастей 2 выполнены выступы в виде гребней 4 с углом при вершине α и фиксирующие выступы 6 в виде усеченного конуса. Угол α выполнен не превышающим 70°.
На внутренней поверхности 9 ведомого диска 3 выполнены пазы 5 и фиксирующие отверстия 7, которые сопрягаются с гребнями 4 и фиксирующими выступами 6 ведущего диска 1. Высота гребней 4 выполнена больше глубины пазов 5.
Площадь поперечного сечения пазов 5 выполнена равной площади поперечного сечения сопрягаемых гребней 4. Угол β наклона образующей фиксирующих выступов 6 и фиксирующих отверстий 7 к оси находится в пределах от 2 до 20°.
По краям пазов 5 могут быть изготовлены дополнительные выступы в виде галтелей 8.
На ведущем диске 1 может быть изготовлен дополнительный лопаточный венец 11 и осевая опора в виде радиальных ребер 10.
Рабочее колесо изготавливают следующим образом.
При сборке рабочего колеса центробежного насоса фиксирующие отверстия 7 совмещают с фиксирующими выступами 6. Гребни 4 располагаются в пазах 5. Затем окончательно соединяют ведущий диск 1 и ведомый диск 3 при помощи ультразвуковой сварки, при которой происходит расплавление гребней 4 с последующим заполнением пазов 5 расплавленным полимерным материалом.