ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНАЯ СТУПЕНЬ НАСОСА

Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к рабочим органам центробежных насосов, в том числе питательных и конденсатных насосов АЭС и ТЭС, магистральных и подпорных насосов для перекачивания нефти и нефтепродуктов, к кавитационным качествам которых предъявляются повышенные требования.
ш.рад
Согласно общепринятым в гидромашиностроении рекомендациям к проектированию шнекоцентробежной ступени для обеспечения высокой всасывающей способности и максимальной экономичности радиальный зазор между лопастями осевого предвключенного колеса и статорной втулкой корпуса выбирается минимально возможным с точки зрения обеспечения надежной работы насоса без задеваний лопастями осевого предвключенного колеса внутренней поверхности статорной втулки. В этом случае величина радиального зазора Δ составляет:
ш.рад
ш.рад
ш
Δ=δ×D
ш.рад
где δ=0,001..0,002 - относительный радиальный зазор;
ш
D - наружный диаметр лопастей осевого предвключенного колеса шнекоцентробежной ступени.
ш.рад
кр
Известна шнекоцентробежная ступень, содержащая корпус с установленными в нем на валу осевым предвключенным колесом, размещенным в статорной втулке корпуса с радиальным зазором, величина которого относительно наружного диаметра лопастей осевого предвключенного колеса составляет не менее 0,0025, и центробежным рабочим колесом. В данной ступени радиальный зазор между лопастями осевого предвключенного колеса и статорной втулкой корпуса увеличен (δ составляет не менее 0,0025), что способствует повышению критического кавитационного коэффициента быстроходности С. Насосы на базе шнекоцентробежной ступени с таким радиальным зазором имеют лучшую всасывающую способность и, как следствие, меньший допускаемый кавитационный запас, что снижает стоимость жизненного цикла насоса. [Сточек Н.П., Шапиро А.С. Гидравлика жидкостных ракетных двигателей. -М.: Машиностроение, 1978; С.97.]. Данная конструкция шнекоцентробежной ступени выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
Недостатком известной конструкции является снижение экономичности шнекоцентробежной ступени и, как следствие, насоса в целом, ввиду увеличения объемных потерь, связанных с перетеканием перекачиваемой жидкости через радиальный зазор над осевым предвключенным колесом из-за разницы давлений на лицевой (напорной) и тыльной сторонах лопастей осевого предвключенного колеса.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение экономичности шнекоцентробежной ступени с величиной радиального зазора относительно наружного диаметра осевого предвключенного колеса не менее 0,0025 и, как следствие, насоса в целом за счет снижения объемных потерь при перетекании перекачиваемой жидкости по радиальному зазору с лицевой на тыльную сторону лопастей.
Поставленная задача достигается тем, что в шнекоцентробежной ступени насоса, содержащей корпус с установленными в нем на валу осевым предвключенным колесом, размещенным в статорной втулке корпуса с радиальным зазором, величина которого относительно наружного диаметра лопастей осевого предвключенного колеса составляет не менее 0,0025, и центробежным рабочим колесом, внутренняя поверхность статорной втулки выполнена с канавками, при этом канавки могут быть выполнены в виде винтовой или резьбовой нарезки или прямых продольных пазов.
Выполнение канавок на внутренней поверхности статорной втулки способствует тому, что при вращении осевого предвключенного колеса возникающие в канавках вихревые течения на участке, соприкасающемся с радиальным зазором, имеют направление, противоположное направлению потока жидкости, перетекающей с лицевой на тыльную поверхность лопасти осевого предвключенного колеса. В результате взаимодействия двух разнонаправленных потоков скорость потока жидкости, перетекающей с лицевой на тыльную поверхность лопасти осевого предвключенного колеса в радиальном зазоре, уменьшается, что приводит к снижению объемных потерь.
Канавки могут быть выполнены в виде винтовой или резьбовой нарезки, что имеет максимальную технологичность, или в виде прямых продольных пазов, что обеспечивает надежность при перекачивании жидкостей, содержащих твердые частицы.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками, на которых представлены:
Фиг.1 - шнекоцентробежная ступень насоса, продольный разрез;
Фиг.2 - шнекоцентробежная ступень насоса, поперечный разрез, со схемой перетекания перекачиваемой жидкости по радиальному зазору с лицевой на тыльную сторону лопасти осевого предвключенного колеса;
Фиг.3 - вариант выполнения канавок виде винтовой нарезки;
Фиг.4 - место А фиг.3;
Фиг.5 - вариант выполнения канавок в виде резьбовой нарезки;
Фиг.6 - место А фиг.5;
Фиг.7 - вариант выполнения канавок в виде прямых продольных пазов;
Фиг.8 - графики, показывающие зависимость коэффициента полезного действия (к.п.д.) η шнекоцентробежной ступени от подачи Q:
а) при отсутствии канавок;
б) при наличии канавок.
ш.рад
ш.рад
ш
Шнекоцентробежная ступень насоса содержит корпус 1 (фиг.1) с установленными в нем на валу 2 осевым предвключенным колесом 3, размещенным с радиальным зазором Δ в статорной втулке 4 корпуса 1, и центробежным рабочим колесом 5, а также отводящее устройство 6. Величина радиального зазора δ относительно наружного диаметра D лопастей осевого предвключенного колеса 3 составляет не менее 0,0025. На внутренней поверхности статорной втулки 4 корпуса 1 над осевым предвключенным колесом 3 выполнены канавки 7 (фиг.2), применение которых снижает объемные потери при перетекании перекачиваемой жидкости по радиальному зазору с лицевой на тыльную сторону лопасти. Канавки 7 могут быть выполнены в виде винтовой (фиг.3, 4) или резьбовой (фиг.5, 6) нарезки или в виде прямых продольных пазов (фиг.7). Выбор глубины и длины канавок, а также их месторасположения в осевом направлении относительно лопастей осевого предвключенного колеса осуществляется индивидуально в зависимости от геометрии лопастной системы последнего.
ш
Эффект применения канавок подтверждают результаты экспериментальных исследований, проведенных в ОАО «ВНИИАЭН». Так, на фиг.8 представлены графики, показывающие зависимость к.п.д. η шнекоцентробежной ступени от подачи Q с величиной радиального зазора относительно наружного диаметра D лопастей осевого предвключенного колеса 0,011:
при отсутствии канавок - с гладкой внутренней поверхностью статорной втулки (график «а»);
при наличии канавок, выполненных на внутренней поверхности статорной втулки в виде прямых продольных пазов (график «б»).
Как видно из графиков, наличие канавок способствует увеличению к.п.д. данной ступени насоса.
Шнекоцентробежная ступень насоса работает следующим образом. При вращении вала 2 рабочая жидкость, пройдя через подводящее устройство, поступает в осевое предвключенное колесо 3. В канавках 7, выполненных на внутренней поверхности статорной втулки 4 корпуса 1, возникают вихревые течения (фиг.2), направление которых на участке, соприкасающемся с радиальным зазором, противоположно направлению потока жидкости, перетекающего с лицевой на тыльную поверхность лопасти осевого предвключенного колеса 3, что приводит к уменьшению скорости в радиальном зазоре и, соответственно, к снижению объемных потерь. В осевом предвключенном колесе 3 жидкость получает приращение энергии, достаточное для бескавитационной работы центробежного рабочего колеса 5, а затем, пройдя через центробежное рабочее колесо 5, направляется в отводящее устройство 6 ступени насоса.
Полезная модель позволяет повысить экономичность шнекоцентробежной ступени насоса с величиной радиального зазора относительно наружного диаметра осевого предвключенного колеса не менее 0,0025.