РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Заявляемая полезная модель относится к центробежным насосам и может быть использована в нефтяном машиностроении в составе многоступенчатых центробежных насосов.
Известна конструкция рабочего колеса центробежного насоса (патент РФ на полезную модель РФ №89878, дата публикации 27.04.2009 г.), которая содержит несущий диск с лопастями, снабженными выступами, расположенными на их торцах, взаимосвязанными с пазами покрывного диска, при этом 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.
Недостатком описанной конструкции является низкая прочность и теплостойкость. Низкая прочность рабочего колеса обусловлена сварной конструкцией изделия, при которой прочность сварного шва меньше прочности цельной конструкции из того же материала, а низкая теплостойкость - низкой стойкостью сварной конструкции к повышенным температурам среды. Кроме того, низкая теплостойкость сварного соединения связана с ограничениями по применению теплостойких полимерных материалов.
Задачей полезной модели является повышение прочности и теплостойкости рабочего колеса многоступенчатого центробежного насоса.
Технический результат достигается тем, что рабочее колесо центробежного насоса содержит лопасти, верхний и нижний диски, выполненные из термопластичных материалов. При этом сопряжение лопастей с дисками образует цельную литую конструкцию. Лопасти и диски могут быть выполнены из полимерного материала, состоящего из следующих компонентов: стеклонаполнитель до 60%, фторопласт до 30%, минеральный наполнитель до 20%, термопластичный материал остальное.
Положительный эффект достигается тем, что сопряжение дисков и лопастей выполнено в виде цельной литой конструкции. Повышение прочности рабочего колеса обусловлено цельной литой конструкцией сопряжения дисков с лопастями, отсутствием концентраторов напряжений, например, сварных швов. В частном случае повышение прочности цельной литой конструкции сопряжения достигается применением термопластичных материалов с волокнистыми наполнителями. Кроме того, исключение процесса соединения дисков с лопастями, например, при помощи сварки, позволяет применять более теплостойкие термопластичные полимерные материалы, не поддающиеся сварке.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено рабочее колесо центробежного насоса в разрезе, на фиг. 2 - рабочее колесо центробежного насоса в разрезе А-А по фиг. 1, на фиг. 3 - распределение волокон при формировании литьем под давлением дисков и лопастей, на фиг. 4 - графическая зависимость прочности при растяжении в осевом направлении рабочего колеса от температуры среды.
Рабочее колесо центробежного насоса (фиг. 1) содержит верхний 1 нижний 2 диски, лопасти 3, расположенные между ними. Сопряжение дисков 1 и 2 с лопастями 3 выполнено в виде цельной литой конструкции (фиг. 2). В частном случае термопластичный материал, из которого формируются диски и лопасти может содержать наполнители в виде волокон 4 (фиг. 3).
Диски 1 и 2 с лопастями 3 при изготовлении оформляются одновременно из одного и того же материала, тем самым, формируется цельная литая конструкция сопряжения дисков с лопастями. Для изготовления рабочего колеса может применяться известный из уровня техники метод литья под давлением в литьевые формы. Данный процесс происходит на специальных литьевых машинах - термопластавтоматах. При этом термопластичный полимерный материал в виде гранул (гранулят) загружается в бункер. Далее из бункера гранулят попадает в цилиндр с шнеком. Наружная часть цилиндра нагревается по зонам, то есть повышается по ходу перемещения полимерных гранул по внутренней полости цилиндра. Шнек, находясь внутри цилиндра, вращаясь, перемещает гранулы вдоль оси к выходу из цилиндра. При этом гранулы расплавляются до создания однородной смеси. На выходе из цилиндра размещается экструзионная головка (фильера), у которого создается давление уже расплавленной полимерной смеси. Под действием давления со стороны цилиндра через отверстие экструзионной головки расплавленная полимерная смесь впрыскивается в полость литьевой формы. Расплавленная смесь сначала оформляет верхний диск 1 и, проходя через полости, формирующие лопасти 3, оформляет нижний диск 2. Таким образом оформляется цельная литая конструкция сопряжения лопастей с дисками внутри литьевой формы. Далее после впрыска дозы расплава в литьевую форму происходит выдержка в форме под давлением до его затвердевания или отверждения. Затем осуществляется размыкание формы и выталкивание готового изделия. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий.
Следует отметить, что при данной конструкции рабочего колеса волокна 4, например, стеклонаполнителя термопластичного материала, располагаясь в местах сопряжения лопастей с дисками, увеличивают прочность данного сопряжения, армируя, в том числе и указанные участки изделия.
Были проведены исследования образцов рабочих колес с одинаковой геометрией дисков и лопастей, но с разными конструкциями сопряжения лопастей 3 с дисками 1 и 2 - цельной и сварной. В результате исследований была выявлена значительная разница в прочности сопряжения дисков с лопастями при растяжении в осевом направлении при различных температурах среды для двух образцов. Данная зависимость проиллюстрирована на фиг. 4, где образец №1 - рабочее колесо, где сопряжение лопастей и дисков имеют цельную конструкцию, образец №2 - рабочее колесо сварной конструкции. Оба образца были изготовлены из одного и того же полимерного материала. Прочность при растяжении дана в относительных единицах, где за единицу принято максимальное усилие разрушения образца №1. Как видно из фигуры образец №1 значительно превосходит по прочности образец №2.