КОЛЕСО РАБОЧЕЕ ЦЕНТРОБЕЖНО-ОСЕВОЕ

Полезная модель относится к области станкостроения и может быть использована при производстве центробежных насосов, компрессоров и вентиляторов общетехнического и специального назначения, а также движителей ряда водо-моторных транспортных средств и некоторых воздушных аппаратов, использующих воздушные движители.
Рабочее центробежное колесо является одной из основных сборочных единиц центробежных насосов, центробежных компрессоров и вентиляторов.
Прототипом настоящей полезной модели являются радиально-центробежные рабочие колеса, представляющие собой конструкции из крыльчатки, состоящей из ряда лопастей, закрепленных между стенками, образующих по форме V-образные межлопастные каналы, по которым за счет внутренних сил от вращения колеса происходит радиальное истечение среды при всасывании ее от центрального всасывающего окна с торца одной из стенок колеса. (Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М. Энергоатомиздат, 1984 г.; Т.С. Соломахова, К.В. Чебышева. Центробежные вентиляторы. Справочник. М. Машиностроение. 1980 г.).
Существенным недостатком таких радиальных центробежных колес является невозможность обеспечения движения и нагнетания потоков сред в осевом направлении без дополнительных устройств для переориентации движения потоков с радиального направления в осевое направление, которые неизбежно создают дополнительные внутренние сопротивления и снижают общую эффективность таких колес и, в целом, устройств.
Кроме того, в таких колесах из-за расширяющихся межлопастных внутренних каналов V-образной формы, при истечении сред из всасывающего центрального окна происходить нарушение сплошности струй потоков, частичное их дробление и, соответственно, возникают дополнительные потери.
Задачей настоящей полезной модели является снижение и устранения отмеченных недостатков прототипа.
Технический результат, получаемый в заявляемой полезной модели, достигается тем, что рабочее колесо обеспечивает при вращении за счет центробежных сил и кинематического преобразования энергии сред истечение потоков этих сред, в которые оно погружено, от центрального всасывающего окна по внутренним каналам первоначально в радиальном направлении, а затем, на периферийном участке колеса, также за счет внутренних сил, отклоняться от боковой стенки в осевое направление. Таким образом, достигается задача нагнетания потоков сред в осевом направлении без дополнительных отклоняющих устройств при всасывании их также в осевом направлении.
Указанный технический результат достигается также тем, что внутренние каналы рабочего колеса, исходящие равномерно от центрального всасывающего окна, расположенного с одной стороны колеса, выполнены постоянного сечения и имеют выход на периферии с противоположного торца колеса за его пределы. Такие внутренние каналы обеспечивают постоянство компактности потоков в течение всего процесса их истечения, исключая утечки, дробление струй, их расслоение и, следовательно, обеспечивают минимизацию потерь, повышая общий КПД. Интенсивность истечения потоков зависит только от скорости вращения рабочего колеса, скорости истекающих потоков среды в зоне нагнетания и конструкции самого рабочего колеса.
На Фиг.1 изображен общий вид принципиального технического решения колеса рабочего центробежно-осевого в разрезе, на Фиг.2 изображены составные части этого рабочего колеса.
Колесо рабочее центробежно-осевое Фиг.1 состоит из крыльчатки 1 и, объединенной с ней в единый блок, боковой стенки 2.
Крыльчатка 3 Фиг.2 по внешнему очертанию сфероидальной формы выполнена, предпочтительно цельной конструкцией совместно со стенкой 4. С внешней торцевой стороны крыльчатка имеет образованные радиальные каналы 5 постоянного поперечного сечения, предпочтительно изогнутые назад, относительно направления вращения. Рекомендуемое количество каналов от 5-ти до 24-х Ступица 6, выполненная как единое целое с крыльчаткой, является элементом связи с приводом для обеспечения вращения колеса рабочего центробежно-осевого.
Боковая стенка 7 Фиг.2, как правило тонкостенная, сфероидальной формы, внутренние размеры и формы которой являются зависимыми от прилегающей крыльчатки 3 Фиг.2, имеет центральное всасывающее окно 8.
Сборка крыльчатки 1 и боковой стенки 2 должна быть сосной и плотной по прилегающим поверхностям. Крепление обеспечивается клеевыми, клеесварными, сварными или иными способами соединения, зависящими от конструкции, используемых материалов, требуемых показателей надежности и назначения.
После сборки колесо рабочее центробежно-осевое статически балансируется, а высокоскоростные колеса, при необходимости, дополнительно подвергаются динамической балансировке.
Работа колеса рабочего центробежно-осевого осуществляется следующим образом. Колесо устанавливается в составе какого-либо центробежно-осевого нагнетающего изделия, например, насоса, компрессора или вентилятора, присоединяется к приводному валу от соответствующего привода и колесо приводится во вращение предпочтительно по направлению стрелки на Фиг.1. При вращении рабочего колеса, погруженного в рабочую среду, в его внутренних каналах создаются массовые центробежные силы, движущие эту среду по этим каналам в виде компактных и неразрывных потоков от центрального всасывающего окна, расположенного с одной стороны колеса, до выхода этих потоков на периферии колеса за его пределы в осевом направлении с противоположной стороны. Интенсивно истекающие по каналам отдельные потоки объединяются в общий поток, используемый по назначению изделия.
Использование этого колеса в качестве движителя отдельных водо-моторных средствах, например, в подвесных моторах, катерах и др. осуществляется путем замены штатного винта на колесо рабочее центробежно-осевое соответствующего типоразмера. Движение судна или иного транспортного средства осуществляется за счет реактивной и активной составляющих нагнетаемого объединенного потока водной среды, интенсивно истекающего от рабочего колеса. Аналогично этому, рабочее колесо может быть использовано как движитель для отдельных аппаратов, движущихся или использующих для движения воздух, например, БИЛА, суда на воздушной подушке, различные модели игрушек и др.
При вращении колеса рабочая среда за счет внутренних сил всасывается через центральное окно 8 в боковой стенке 7 Фиг.2 и под действием также этих сил потоки интенсивно истекают по каналам 5 Фиг.2 первоначально в радиальном направлении, а затем отклоняются на периферии колеса от боковой стенки 2 Фиг.1 в осевое направление, интенсивно истекая за пределы рабочего колеса, создавая определенные массовые потоки, силы тяги реактивного и активного характеров Поэтому колесо рабочее относится к классу центробежноосвых рабочих колес.
Предварительные расчеты показывают, что колесо рабочее центробежно-осевое по настоящей полезной модели обеспечивает повышение эффективности изделий за счет существенного снижения расслоения потоков, утечек в сравнении с прототипом, снижения потерь от переориентации потоков от дополнительных отклоняющих устройств и повышает общий КПД в пределах 25% при использовании его как в качестве жидкостного, так и газового нагнетателей, а также движителей.
Полезная модель имеет несомненную перспективу при разработке и производстве на ее базе новых осевых центробежных насосов, центробежных компрессоров, вентиляторов, а также водо-моторных и воздушных движителей отдельных транспортных средств общего и специального назначения. Может быть использована на тепловых и атомных электрических станциях, тепловых сетях, нефтяных и газоперекачивающих станциях и других сферах промышленности, включая оборонную