КОНСТРУКТОР

Полезная модель относится к области насосостроения, а именно к шнекоцентробежным насосам.
1
2
1
2
Известен шнекоцентробежный насос, находящийся в корпусе и содержащийя предвключенное осевое колесо (предвключенный шнек) и установленное перед ним на одном валу дополнительное осевое колесо (бустерный шнек). Наружный диаметр D предвкпюченного осевого колеса и наружный диаметр D дополнительного осевого колеса выполнены в соотношении 0,925≤(D/D)≤1,0 (SU №1186830, F 04 D 9/04, 29/66, опубл. 23.10.1985).
Данное изобретение принято в качестве прототипа для заявленных объектов.
Такая конструкция применяется для повышения всасывающей способности ступени. Лопастная система предвключенного осевого колеса и дополнительного осевого колеса составлена из решеток профилей «пластина».
Результаты многих исследований, в том числе и проведенных во ВНИИАЭН, свидетельствуют о том, что предвключенные осевые колеса с такой формой профиля лопасти, работая в режимах развитой кавитации, обеспечивают высокую всасывающую способность, но при этом подвергаются интенсивному кавитационному разрушению.
Таким образом, существенным недостатком данной шнекоцентробежной ступени является то, что решая одну из сторон проблемы кавитации - повышение всасывающей способности, данная конструкция не исключает опасности кавитационного разрушения предвключенного осевого колеса.
В полезной модели решается техническая задача по выполнению осевого колеса в шнекоцентробежной ступени с лопастями в цилиндрических сечениях имеющих профили с криволинейной средней линией, максимальный прогиб которой для текущего сечения определяется по формуле:
lmax
i
Н.К.
ш
H.K.
2
f=l×[0,107-0,19(D/D)+0,108(D/D)], где
lmax
f - максимальный прогиб средней линии профиля в текущем цилиндрическом сечении;
l - длина хорды профиля;
i
D - текущий диаметр цилиндрического сечения;
Н.К.
D - наружный диаметр колеса,
И установке перед ним на одном валу дополнительного осевого колеса, имеющего наружный диаметр, равный 0,6-0,85 наружного диаметра предвключенного осевого колеса.
Достигаемый при этом технический результат заключается в создании шнекоцентробежной ступени и насоса с этой ступенью, в котором снижается интенсивность процесса кавитации и, следовательно, достигается возможность создания крупных насосов с высокой всасывающей способностью без разрушения проточной части.
Указанный технический результат для первого объекта достигается тем, что в шнекоцентробежном насосе, содержащем расположенные в корпусе предвкпюченное осевое колесо и установленное перед ним на одном валу дополнительное осевое колесо, предвключенное осевое колесо состоит из втулки, на поверхности которой выполнена винтовая лопасть, перпендикулярная поверхности втулки, а перед зоной кавитационного разрушения на тыльной поверхности лопасти выполнен выступ, имеющий наибольшую высоту в зоне наружного диаметра колеса, постепенно уменьшающуюся до нуля к поверхности втулки, наружный диаметр дополнительного осевого колеса равен 0,6-0,85 наружного диаметра предвключенного осевого колеса, причем оба указанных колеса жестко закреплены на одном валу без возможности осевых и угловых смещений как относительно вала и друг друга, а лопасти в цилиндрических сечениях имеют профили с криволинейной средней линией, максимальный прогиб которой для текущего сечения определяется по формуле:
lmax
i
H.K.
i
H.K.
2
f=l×[0,107-0,19(D/D)+0,108(D/D)], где
lmax
f - максимальный прогиб средней линии профиля в текущем цилиндрическом сечении;
l - длина хорды профиля;
i
D - текущий диаметр цилиндрического сечения;
H.K.
D - наружный диаметр колеса.
Указанный технический результат для второго объекта достигается тем, что в шнекоцентробежной ступени насоса, представляющей собой предвключенное осевое колесо и установленное перед ним на одном валу дополнительное осевое колесо, отличающаяся тем, что указанное колесо состоит из втулки, на поверхности которой выполнена винтовая лопасть, перпендикулярная поверхности втулки, и на тыльной поверхности которой выполнен выступ, расположенный перед зоной кавитационного разрушения и имеющий наибольшую высоту в зоне наружного диаметра колеса, постепенно уменьшающуюся до нуля к поверхности втулки, наружный диаметр дополнительное осевого колеса равен 0,6-0,85 наружного диаметра предвключенного осевого колеса, причем оба указанных колеса жестко закреплены на одном валу без осевых и угловых смещений относительно вала и друг друга, а лопасти в цилиндрических сечениях имеют профили с криволинейной средней линией, максимальный прогиб которой для текущего сечения определяется по формуле:
lmax
i
H.K.
i
H.K.
2
f=l×[0,107-0,19(D/D)+0,108(D/D)], где
lmax
f - максимальный прогиб средней линии профиля в текущем цилиндрическом сечении;
l - длина хорды профиля;
i
D - текущий диаметр цилиндрического сечения;
H.K.
D - наружный диаметр колеса.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Применение такой конструкции создает наиболее благоприятное взаимодействие потока жидкости с лопастной системой этих колес в кавитационном режиме, в результате чего снижается интенсивность кавитационного разрушения предвключенного осевого колеса с выступом.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг.1 - изображен шнекоцентробежный насос с шнекоцентробежной ступенью, продольный разрез;
ном
ном
фиг.2 - графики сравнительных характеристик шнекоцентробежной ступени насоса с предвключенным осевым колесом с профилем лопасти "пластина" и дополнительным осевым колесом и без него в диапазоне подач (0,3-1,3)Q (где, Q - подача номинальная);
фиг.3 - представлены графики сравнительных характеристик шнекоцентробежного насоса с предвключенным осевым колесом с заявляемым профилем лопасти и дополнительным осевым колесом и без него в диапазоне подач
ном
(0,3-1,3)Q;
1
2
фиг.4 - график, показывающий зависимость интенсивности кавитационного разрушения при соотношения диаметров дополнительного осевого колеса (D) и предвключенного осевого колеса (D).
Согласно настоящей полезной модели шнекоцентробежный насос содержит расположенную в корпусе шнекоцентробежную ступень.
1
2
Шнекоцентробежная ступень насоса включает в себя предвключенное осевое колесо 1 и установленное перед ним на одном валу 2, дополнительное (брустерное) осевое колесо 3, наружный диаметр которого (D) равен 0,6-0,85 наружного диаметра предвключенного осевого колеса 1 (D). Кроме того, оба осевых колеса жестко закреплены на одном валу без возможности осевых и угловых смещений как относительно вала, так и относительно друг друга.
При этом предвключенное осевое колесо 1 состоит из втулки, на поверхности которой выполнена винтовая лопасть, перпендикулярная поверхности втулки, а перед зоной кавитационного разрушения на тыльной поверхности лопасти выполнен выступ, имеющий наибольшую высоту в зоне наружного диаметра колеса, постепенно уменьшающуюся до нуля к поверхности втулки, причем лопасти в цилиндрических сечениях имеют профили с криволинейной средней линией, максимальный прогиб которой для текущего сечения определяется по формуле:
lmax
i
H.K.
i
H.K.
2
f=l×[0,107-0,19(D/D)+0,108(D/D)], где
lmax
f - максимальный прогиб средней линии профиля в текущем цилиндрическом сечении;
l - длина хорды профиля;
i
D - текущий диаметр цилиндрического сечения;
H.K.
D - наружный диаметр колеса,
Шнекоцентробежная ступень насоса работает следующим образом.
Жидкость из входного патрубка поступает на лопасти дополнительного осевого колеса, а затем - предвключенного осевого колеса. При кавитационном обтекании предвключенного осевого колеса на его поверхности образуются две каверны: одна, основная каверна, начинающаяся от входной кромки лопасти, и вторая каверна, за выступом, которая, выполняя функции демпфера, защищает лопасть от разрушающего воздействия основной каверны. Интенсивность воздействия основной каверны в значительной степени зависит от структуры потока на входе в предвключенное осевое колесо.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что поток на входе в предвключенное осевое колесо является равноскоростным только на подачах больше, чем оптимальная. На оптимальной и недогрузочных подачах на входе в предвключенное осевое колесо возникают обратные токи, а область смешения обратных токов с основным потоком является наиболее неблагоприятной с точки зрения взаимодействия потока и лопастной системы, отличающейся крайней неупорядоченностью как по величине, так и по направлению скоростей. Интенсивность процесса кавитации определяется, в основном, явлениями, происходящими в этой области.
к
max
H
к
max
H
Применение дополнительного осевого колеса с заданными параметрами приводит к снижению интенсивности обратных токов, что ослабляет интенсивность кавитации в проточной части предвключенного осевого колеса. При этом увеличивается эффективность работы выступа на тыльной поверхности лопасти и, как следствие, снижается интенсивность кавитационного разрушения предвключенного осевого колеса. В настоящее время не существует достаточно достоверного теоретического метода определения интенсивности кавитационного разрушения предвключенного осевого колеса. Поэтому оптимизация конструкции ступени основывается на результатах экспериментов проведенных во ВНИИАЭН. В качестве критерия интенсивности кавитационного разрушения предвключенного осевого колеса принимается показатель превышения максимального уровня виброускорения, замеренного на участке корпуса, где расположено это колесо, над его значением при отсутствии кавитации: W=W-W, где W - превышение максимального уровня виброускорения над его значением при отсутствии кавитации, W - максимальный уровень виброускорения, W - уровень виброускорения при отсутствии кавитации.
ном
ном
На фиг.2 представлен график сравнительных характеристик шнекоцентробежной ступени насоса с предвключенным осевым колесом с профилем лопасти "пластина" и дополнительным осевым колесом (на графике представлен кривой с кружочками) и без него (на графике представлен кривой с крестиками) в диапазоне подач (0,3-1,3)Q (где, Q - подача номинальная). Из этого графика видно, что интенсивность виброускорения (Wк/q) практически не изменилась.
Следовательно, установка дополнительного осевого колеса не изменила интенсивности кавитационного воздействия для предвкпюченных осевых колес с профилем лопасти "пластина".
ном
1
2
1
2
1
2
На фиг.3 представлен график сравнительных характеристик шнекоцентробежного насоса с предвключенным осевым колесом с заявляемым профилем лопасти и дополнительным осевым колесом (на графике представлен кривой с кружочками) и без него (на графике представлен кривой с крестиками) в диапазоне подач (0,3-1,3)Q. Как видно, для профиля лопасти по SU №731075 интенсивность виброускорения при установке дополнительного осевого колеса снизилась. Следовательно, интенсивность кавитационного разрушения тоже снизилась. Из графика, приведенного на фиг.4, видно, что максимальное снижение интенсивности кавитационного разрушения происходит в диапазоне (D/D)=0,6-0,85. Это подтверждено ресурсными испытаниями, которые проводились при соотношении диаметров (D/D)=0,5-1,0. Предвключенное осевое колесо с профилем согласно авторскому свидетельству СССР №731075 имело разрушение после четырех часов работы при частоте вращения 6000 об/мин. Это же Предвключенное осевое колесо с дополнительным осевым колесом при (D/D)=0,8 не имело следов кавитационного разрушения после десяти часов работы при частоте вращения 8000 об/мин. Разрушений дополнительного осевого колеса также не было отмечено.
Применение предлагаемого дополнительного осевого колеса практически не снижает к.п.д. ступени.