ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к конструкции рабочего органа центробежного насоса.
Известен центробежный насос, содержащий корпус с всасывающим и напорным патрубками, рабочее колесо открытого типа с лопатками постоянной ширины, выполненными из предварительно деформированных трубчатых элементов из упругого материала, замкнутых по внешним концам, изогнутых в плоскости вращения и закрепленных во втулке обтекателя, внутри которой выполнена полость, связанная каналами с внутренними полостями трубчатых элементов и заполненная жидкостью с повышенным коэффициентом термического расширения (Авт.  свид. СССР №623997, МКИ F04D 29/22, дата приоритета 28.03.1977, дата публикации 15.09.1978, авторы Иванов В.В. и др.).
Недостатком известного насоса является сложная технология изготовления рабочего колеса, обусловленная выполнением замкнутых полостей и каналов в лопатках и обтекателе, а также заполнением полости во втулке обтекателя жидкостью с повышенным коэффициентом термического расширения.
5
Известен центробежный насос, принятый в качестве прототипа, содержащий рабочее колесо открытого типа, установленное в корпусе с всасывающим и напорным патрубками, причем рабочее колесо выполнено в виде диска с укрепленными на нем лопатками постоянной ширины из упругого материала, каждая из которых имеет герметичную полость, заполненную легкокипящим газом (Патент РФ, 1076637, А1, МПК F04D 29/22, дата приоритета 25.08.1981, дата публикации 28.02.1984, авторы Галь А.Ф. и др., SU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая его эффективность, обусловленная конструктивными особенностями лопаток, а именно, сложностью изготовления лопаток с герметичными полостями, заполненными легкокипящим газом, недостаточной надежностью из-за необходимости сохранения этой герметичности в процессе работы, низкой точностью задания угла поворота лопатки из-за постепенного перехода газа в кипящее состояние при изменении температуры перекачиваемой среды и, как следствие, возникающей погрешностью автоматического регулирования подачи.
Задачей изобретения является повышение эффективности центробежного насоса путем упрощения конструкции, повышения надежности и более эффективного автоматического регулирование подачи.
Для решения поставленной задачи в центробежном насосе, включающем корпус с всасывающим и напорным патрубками и рабочее колесо открытого типа, содержащее диск с закрепленными на нем лопатками постоянной ширины, изогнутыми в плоскости вращения и установленными с возможностью изменения геометрических параметров при воздействии температурного фактора рабочей среды, согласно изобретению, лопатки рабочего колеса выполнены в форме полосы из материала с эффектом памяти формы.
Согласно изобретению, всасывающий и напорный патрубки дополнительно снабжены коаксиально установленными в них трубами, выполненными из материала с эффектом памяти формы, образующими внутренние поверхности патрубков с изменяемой геометрией при воздействии температурного фактора рабочей среды.
Согласно изобретению, в качестве материала с эффектом памяти формы использован сплав никелида титана.
7
Использование данного сплава (с памятью) в заявляемой конструкции центробежного насоса наиболее эффективно, так как для никелида титана характерны высокие усталостные свойства, где число циклов до разрушения превышает 10, а также высокая химическая и коррозионная стойкость.
Техническая сущность эффекта памяти формы заключается в следующем. Известно, что для каждого сплава существует определенная критическая температура, ниже которой материал легко деформируется. Охладив изделие ниже этой температуры, можно изменить его форму. Однако, если деформированное изделие начать нагревать, оно самостоятельно восстанавливает исходную форму. Процесс восстановления формы и получил название эффекта памяти формы, а сплавы, обладающие этим свойством, называются сплавами с памятью.
2
При возврате формы сплав с памятью генерирует значительные напряжения, до 50-70 кг/мм при величине обратимой деформации 10-20% и степени восстановления формы до 100%.
В зависимости от доли никеля в сплаве точка перехода (точка срабатывания) может варьироваться от (-50°C) до (+120°C).
Таким образом, можно подобрать сплав для изготовления лопаток предлагаемого центробежного насоса, который будет гарантированно и с прецизионной точностью изменять угол расположения лопаток при любой температуре перекачиваемой среды в указанном диапазоне.
На фиг.1 схематично изображен центробежный насос, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, фрагмент поперечного разреза; на фиг.3 - всасывающий патрубок, продольный разрез; на фиг.4 - то же, поперечный разрез В-В.
Заявляемый центробежный насос содержит корпус 1 и рабочее колесо 2. Корпус снабжен всасывающим патрубком 3 и напорным патрубком (условно не показано). Рабочее колесо 2 содержит диск 4, на котором закреплены лопатки, выполненные в виде загнутых полос из сплава, обладающего памятью формы, например никелида титана, и имеющие геометрию 5 в холодном состоянии и геометрию 6 - в горячем состоянии. При увеличении температуры перекачиваемой среды происходит изменение геометрических параметров лопаток, влияющее на повышение напора. Во всасывающем и напорном патрубках для повышения эффективности работы центробежного насоса может быть коаксиально установлена и закреплена труба 7 (геометрия холодного состояния), выполненная также из материала с эффектом памяти формы и имеющая геометрию 8 в горячем состоянии. При этом изменение внутреннего диаметра трубы 7 при изменении температуры перекачиваемой среды может существенно уменьшить риск образования кавитации при изменении гидравлических параметров перекачки жидкости.
Устройство работает следующим образом. При увеличении температуры перекачиваемой среды лопатки рабочего колеса из «холодной» формы 5 переходят в «горячую» форму 6, обеспечивая оптимальные параметры транспортирования перекачиваемой жидкости, а именно - автоматическое увеличение подачи. При этом одновременно уменьшаются диаметры внутренней поверхности всасывающего и напорного патрубков, так как коаксиально установленные в них трубы из сплава с памятью формы переходят от «холодного» состояния 7 в «горячее» состояние 8, уменьшая возможность кавитационного срыва. При уменьшении температуры перекачиваемой среды происходит обратный процесс.
Использование изобретения позволит автоматически изменять основные параметры центробежного насоса и повысить его надежность при перекачивании теплоносителя, а значит снизить аварийность, например в атомной энергетике. Повышение надежности насоса в этом случае обеспечит повышение надежности атомной электростанции, что позволит уменьшить загрязнение окружающей среды.