ЩЕЛЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ РАБОЧЕГО КОЛЕСА НАСОСА
GROOVE SEAL OF A PUMP IMPELLER

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях уплотнительных узлов насосов, компрессоров и других гидравлических машин.
Щелевые уплотнения выполняются в виде узких и достаточно протяженных щелей или в виде лабиринтов. Уплотнение достигается за счет малой величины зазора, которая ограничивается радиальным биением вала и деформациями корпусных деталей. Принцип действия такого уплотнения основан на создании большого гидравлического сопротивления в длинных и узких щелях, благодаря чему утечка сводится к приемлемой величине.
Известно рабочее колесо центробежного насоса, содержащее покрывной диск, снабженный дополнительным уплотнением в виде кольцевого выступа, концентричного внутреннему выступу основного уплотнения и образующего вместе с основным уплотнением разгрузочную камеру (патент RU 2362912 С1, 27.07.2009, F04D 29/22).
Недостатками известного устройства являются недостаточная эффективность, сложность конструкции уплотнительного узла и снижение характеристик насоса из-за утечки из уплотнения. Вредное влияние утечки, помимо снижения КПД насоса за счет объемных потерь, проявляется в том, что поток, выходя в область всасывания с большой скоростью, ухудшает условия работы насоса. Эта скорость имеет две составляющие: меридианную и тангенциальную. Меридианная составляющая скорости входит в поток на всасывании рабочего колеса поперек основного потока и отжимает его. При этом сужение потока приводит к увеличению скорости на входе в рабочее колесо, увеличивая потери и ухудшая всасывающую способность. Тангенциальная (окружная) составляющая скорости вносит вращение в основной поток на всасывании, что приводит к снижению напора и мощности.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является щелевое уплотнение рабочего колеса насоса, содержащее щелевое кольцо, установленное в корпусе насоса, и уплотнительный поясок рабочего колеса насоса, образующие двойное щелевое уплотнение С-образной формы по наружному и внутреннему диаметрам пояска (патент US 4269564 А, 26.05.1981).
Недостатком указанного патента является тот факт, что рециркуляционный поток жидкости вызывает износ не только сменных деталей (щелевое кольцо и поясок крыльчатки), но и дорогостоящего корпуса.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является увеличение напорности насоса, обеспечение повышенной износостойкости щелевого уплотнения за счет увеличения длины щелевого уплотнения, уменьшение осевых габаритов насосов при сравнимых объемных утечках, обеспечение лучшей ремонтопригодности и технологичности.
Данный технический результат достигается с помощью конструкции щелевого уплотнения рабочего колеса насоса, содержащего щелевое кольцо, установленное в корпусе насоса, и уплотнительный поясок рабочего колеса насоса, образующие двойное щелевое уплотнение С-образной формы по наружному и внутреннему диаметрам пояска, а согласно изобретению щелевое кольцо выполнено съемным С-образной формы, а уплотнительный поясок колеса установлен в кольце с образованием разгрузочной камеры между уплотнениями по наружному и внутреннему диаметрам пояска.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображено щелевое уплотнение рабочего колеса насоса.
Щелевое уплотнение рабочего колеса насоса содержит: рабочее колесо с покрывным диском 1, корпус насоса 2 со съемным щелевым кольцом 3, двойное щелевое уплотнение с разгрузочной камерой 4. Щелевое уплотнение создается как по наружному диаметру пояска рабочего колеса 5, так и по внутреннему 6.
Щелевое уплотнение рабочего колеса насоса работает следующим образом.
В процессе работы через зазор, образованный сменным щелевым кольцом 3, установленным с натягом в корпусе насоса 2 и рабочим колесом 1, возникает утечка среды. Съемное щелевое кольцо 3 обеспечивает лучшую технологичность и ремонтопригодность. Щелевое уплотнение имеет «С-образную» форму, что обеспечивает увеличение длины щелевого уплотнения за счет «двойной щели» и увеличивает сопротивление перетечкам, значительно уменьшая их. Между щелевыми уплотнениями образуется разгрузочная камера 4, которая гасит скоростной напор после первого щелевого уплотнения, таким образом, увеличивая сопротивление перетечкам.
Щелевое уплотнение «С-образной» формы обеспечивает разворот потока жидкости, протекающего через него, в направлении вектора течения основного потока (направление течения указано стрелкой), минимизируя турбулентность при вливании потока жидкости из уплотнения в основное течение. Утечка практически не имеет меридианной составляющей скорости, которая приводит к сужению потока на всасывании рабочего колеса. При этом появляется эффект эжектирования потока на входе в рабочее колесо, что обеспечивает рост напорности насоса.
Двойная щель уплотнения уменьшает перепад давления на пояске рабочего колеса, что снижает его деформацию, позволяет уменьшить его толщину, обеспечить сужение щелевых зазоров и сократить площади щелей за счет уменьшения наружного диаметра пояска рабочего колеса.
Таким образом, предлагаемая конструкция щелевого уплотнения рабочего колеса «С»-образной формы повышает эффективность уплотнения, улучшает кавитационные характеристики и упрощает конструкцию.