ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к насосостроению, в частности к устройствам, предназначенным для подачи жидкости под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса, и может быть использовано для создания насосов центробежного типа с рабочим осерадиальным колесом тоннельного типа с односторонним осевым входом.
Известен центробежный насос, включающий статорную и роторную части, при этом статорная часть содержит корпус, крышки и входной и выходной патрубки с обратными фланцами, а внутри обратного фланца выходного патрубка расположен обратный клапан, имеющий стакан и крышку с наружным ребром [RU 82795 U1, F04D 29/00, 10.05.2009].
Недостатком насоса является относительно низкий КПД.
Известен также центробежный насос, содержащий входной и выходной штуцеры для подключения к водопроводным магистралям, электропривод, связанный через проставочный элемент с валом качающего узла, состоящим из последовательно расположенных на валу секций, каждая из которых состоит из рабочего колеса с лопатками, направляющего элемента и крышки, жесткий цилиндрический корпус, выполненный в виде стакана, в котором размещены упомянутые секции, при этом секции размещены с образованием между рабочими колесами секций свободного пространства и с зазором между внешней боковой поверхностью секций и внутренней поверхностью жесткого цилиндрического корпуса, а на валу между секциями установлены антифрикционные шайбы [RU 110431 U1, F04D 1/06, 20.11.2011].
Недостатком является относительно низкий КПД.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является центробежный насос, содержащий корпус с входным (всасывающим) патрубком и отводом (напорным патрубком) и расположенное в корпусе рабочее колесо, имеющее лопатки, закрепленный на валу ведущий диск и ведомый диск, установленный с возможностью осевого перемещения, при этом корпус насоса снабжен крышкой, установленной с возможностью осевого перемещения и связанной с ведомым диском, лопатки закреплены на ведущем диске, а в ведомом диске выполнены пазы или прорези для расположения лопаток [RU 80519 U1, F04D 15/00, 10.02.2009].
Такие признаки наиболее близкого технического решения, как корпус с входным патрубком, переходящим в центральную часть корпуса с установленным в ней рабочим колесом и переходящим в напорный патрубок, совпадают с существенными признаками заявленного изобретения.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкий КПД, относительно большое лобовое сопротивление, относительно малая допустимая скорость вращения и относительно высокий уровень шума.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в улучшении технических и экономических характеристик устройства, при котором обеспечивается технический результат, заключающийся в увеличении КПД, уменьшении лобового сопротивления вращению, увеличении максимально допустимой скорости вращения и уменьшении уровня шума.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в центробежном насосе, содержащем корпус с входным патрубком, переходящим в центральную часть корпуса с установленным в ней рабочим колесом и переходящей в напорный патрубок, согласно изобретению в центральной части корпуса установлено рабочее колесо тоннельного типа, на переднем кольцеобразном диске которого выполнены кольцевые каналы, на внутренней стенке центральной части корпуса перед входом в напорный патрубок выполнена соответствующая ему ступенька, а на внутренней стороне крышки корпуса, установленной со стороны входного патрубка, выполнены кольцевые буртики.
На фиг.1 представлен общий вид центробежного насоса.
На фиг.2 - разрез центробежного насоса.
На фиг.3 - узел А на фиг.1.
На чертеже обозначены: вал 1, сальниковое уплотнение 2, шпилька 3, напорный патрубок 4, ступенька 5, рабочее колесо 6 тоннельного типа, передний кольцеобразный диск 7 рабочего колеса, резиновое кольцо 8, крышка 9 корпуса центробежного насоса, входной (всасывающий) патрубок 10, основные каналы 11 (тоннели) рабочего колеса тоннельного тина, шпонка 12, центральная часть 13 корпуса насоса, кольцевой буртик 14, кольцевой канал 15.
Центробежный насос содержит корпус с входным (всасывающим) патрубком 10, переходящим в центральную часть 13 корпуса с установленным в ней рабочим колесом 6 тоннельного типа и переходящей в напорный патрубок 4, при этом на переднем кольцеобразном диске рабочего колеса 6 тоннельного типа выполнены кольцевые каналы 15, на внутренней стенке центральной части корпуса перед входом в напорный патрубок выполнена ступенька 5, а на внутренней стороне крышки 9 корпуса, установленной со стороны входного патрубка 10, выполнены кольцевые буртики 14.
Центральная часть 13 корпуса имеет цилиндрическую форму и выполнена заодно с напорным патрубком 4. Перед входом в каждый напорный патрубок 4 на внутренней поверхности центральной части 13 корпуса по всей его длине выполнена ступенька 5, в центральной части 13 корпуса со стороны входного патрубка 10 выполнен фланец для крепления крышки 9 корпуса, а с противоположной стороны выполнены отверстие для вала 1 рабочего колеса и сальниковое уплотнение 2.
Крышка 9 корпуса выполнена заодно с входным патрубком 10. На крышке 9 корпуса выполнен кольцевой буртик 14 (один и более), а также отверстия для крепления с фланцем центральной части 13 корпуса. Кроме того, на переднем кольцеобразном диске 7 рабочего колеса выполнен кольцевой канал 15.
Работает центробежный насос следующим образом.
Предложенный центробежный насос представляет собой насос с осерадиальным рабочим колесом тоннельного типа с односторонним осевым входом.
Поток жидкости через входной патрубок 10 поступает внутрь центральной части 13 корпуса и далее на вход рабочего колеса 6 тоннельного типа через отверстие в переднем кольцеобразном диске 7 рабочего колеса, а затем в основные каналы 11 (тоннели) рабочего колеса тоннельного типа, которые преимущественно выполнены с увеличивающимися размерам поперечного сечения от их входа к выходу. При вращении рабочего колеса 6 на несущих поверхностях основных каналов 11 (тоннелей) образуется подъемная сила, в результате чего во входном отверстии создаются условия для подсасывания потока. Рабочее колесо 6 при вращении придает жидкости дополнительную (индуктивную) скорость, отбрасывая поток на периферию рабочего колеса 6 и одновременно закручивая поток, который направляется ступенькой 5 в напорный патрубок 4. Образование подъемной силы на несущих поверхностях основных каналов 11 (тоннелей) существенно компенсирует падение давления в рабочем колесе 6.
При выполнении рабочего колеса со связующими тоннелями, например [RU 2010139629, F04D 29/28 28.09.2010], часть потока жидкости проходит через связующие тоннели, значительно уменьшая индуктивное сопротивление, что ведет к повышению КПД рабочего колеса и соответственно насоса.
Увеличение давления достигается за счет увеличения оборотов рабочего колеса 6 и длины основных каналов 11 (тоннелей), а увеличение расхода - за счет увеличивающейся высоты основных каналов 11 (тоннелей) от входа к выходу. Создание высокого давления и большого расхода жидкости достигается за счет совместной работы центробежной силы инерции и силы реакции жидкости при создании подъемной силы несущими поверхностями тоннелей, которыми являются боковые стенки тоннелей.
Несущая поверхность создает подъемную силу и, одновременно, в противоположном направлении создается сила давления. Для их создания необходимо затратить дополнительную энергию (мощность) на отбрасывание жидкости перпендикулярно касательной к окружности рабочего колеса. При этом молекулам жидкости сообщается индуктивная скорость, которая называется скоростью подсасывания.
При торможении индуктивной скорости на выходе из рабочего колеса увеличивается сила давления.
Вращающиеся боковые стенки тоннелей рабочего колеса вследствие вязкости жидкости испытывают силу сопротивления вращению. В эту силу входят все силы сопротивления в зависимости от условий работы рабочего колеса. Они объединены в единое лобовое сопротивление, состоящее из профильного и индуктивного сопротивления.
Лобовое сопротивление изменяется в очень широком диапазоне в зависимости от окружной скорости, расхода, угла атаки и т.д. и поэтому пренебрегать изменением его величины недопустимо, так как это непосредственно влияет на КПД рабочего колеса.
Индуктивное сопротивление появляется у несущих поверхностей конечного размаха и зависит от подъемной силы, а его величина резко увеличивается по мере роста угла атаки.
При выполнении рабочего колеса со связующими тоннелями поток жидкости, проходя через связующие тоннели, сдувает пограничный слой на задних скатах выходных участков несущих поверхностей тоннелей, предотвращая срыв потока и, тем самым, увеличивает подъемную силу и одновременно уменьшает индуктивное сопротивление вращению рабочего колеса, что приводит, в том числе, и к существенному уменьшению уровня шума.
Для уменьшения потери давления внутри центральной части 13 корпуса насоса на переднем кольцеобразном диске 7 рабочего колеса тоннельного типа выполнены кольцевые каналы 15, а на крышке 9 корпуса выполнены кольцевые буртики 14.
Для направления потока жидкости в напорный патрубок 4 перед ним по всей длине центральной части 13 корпуса выполнена ступенька 5.
Резиновое кольцо 8 предназначено для исключения доступа воздуха из атмосферы внутрь корпуса насоса.
Конструкция центральной части 13 корпуса насоса позволяет устанавливать на нем до четырех напорных патрубков и, соответственно, до четырех ступенек.
Вместо сальникового уплотнения вала 2 возможно применение различных типов торцевого уплотнения.
В сумме, все это ведет к достижению требуемого технического результата, в частности, к уменьшению лобового сопротивления вращению и существенному увеличению КПД центробежного насоса, а также к существенному увеличению максимально допустимой скорости вращения рабочего колеса без потери его прочностных характеристик и к уменьшению уровня шума.