ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
Полезная модель относится к области гидромашиностроения, в частности, к насосостроению, и может быть исиользована в консольных центробежных насосах для подачи жидких сред.
Известн центробежный насос (см. Михайлов А,К., Манюшенко В.В. Лонастные насосы. М.: Машиностроение. 1977. С. 258-259), содержащий корпус с осевым подводом и рабочее колесо, консольно установленное в корпусе и включающее основной диск, рабочие лопатки, расположенные на основном диске со стороны осевого подвода, и импеллерные лопатки, расположенные на другой стороне основного диска в задисковой пазухе.
Недостатками такого насоса являются наличие потерь энергии на работу импеллера в замкнутой задисковой пазухе, а также низкие надежность и ресурс работы вследствие возникновения осевой силы давления на рабочее колесо при отклонении режима работы насоса от расчетного.
Известен центробежный насос, описанный в патенте РФ № 209760301 кл. 6F 04 D 1/00, онубл. бюл. JsTi 33 от 27.11.97., содержащий корнус, проточный тракт от осевого подвода до выходного диффузорного патрубка и рабочее колесо, расположенное в корпусе и включающее стуницу, основной диск с отверстиями, примыкающими к ступице, и рабочие лопатки, размещенные на обеих сторонах основного диска.
Недостатками этого насоса являются низкий КПД вследствие больших гидравлических потерь при прохождении жидкости через отверстия в основном диске, в том числе, потерь на удар, вызванных существенным отклонением вектора относительной скорости жидкости на входе в отверстия от образующих поверхпостей отверстий, а также низкие надежность и ресурс работы вследствие того, что различие в геометрии участков проточного тракта по разные стороны основного диска, необходимые ввиду большого гидравлического сопротивления отверстий в
МПК F04D1/00
основном диске, приводят к разной крутизне соответствующих расходнонанорных характеристик и не позволяют уравновесить осевые силы давления на рабочее колесо на всех режимах работы насоса.
Технической задачей полезной модели является повышение КПД центробежного насоса и его эксплуатационного ресурса.
Решение этой задачи достигается тем, что в известном центробежном насосе содержащем корпус, проточный тракт от осевого подвода до выходного диффузорного патрубка и рабочее колесо, расположенное в корпусе и включающее ступицу, основной диск с отверстиями, примыкающими к ступице, и рабочие лопатки, размещенные на обеих сторонах основного диска, отверстия в основном диске выполнены относительно осевого направления подвода жидкости с наклоном в окружном нанравлении против вращения рабочего колеса и имеют форму кольцевых окон с перемычками между ними, причем, по обеим сторонам основного диска перемычки имеют скругления, а напротив кольцевых окон с их стороны, противоположной осевому подводу, в корпусе выполнена кольцевая выемка, плавно сопрягающая ближайшие к ступице поверхности окон с поверхностью проточного тракта за передними кромками лопаток, участки которого с обеих сторон основного диска выполнены идентично.
Существо полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано меридиональное сечение насоса, на фиг. 2 - его сечение по А-А, на фиг. 3 - сечение кольцевых окон по дуге Б-Б, развернутое на плоскости, и треугольник скоростей потока жидкости на их входе.
Центробежный насос содержит проточный тракт 1 от осевого подвода 2 до выходного диффузорного патрубка 3, корпус 4 и расположенное в нем рабочее колесо 5, закреплептюе консольно с помощью шпонки 6 и обтекателя 7 на нриводном вале 8 и включающее ступицу 9, основной диск 10 с отверстиями 11, примыкаюпщми к ступице 9, рабочие лопатки 12, размещенные на обеих сторонах 13 и 14 основного диска 10, и покрывные диски 15 и 16.
Отверстия 11 выполнены в основном днске 10 относительно осевого направления и подвода жидкости с наклоном а в окружном направлении 0
против вращения рабочего колеса о) и имеют форму кольцевых окон 17 с перемычками между ними 18. По обеим сторонам 13 и 14 основного диска 10 перемычки 18 имеют скругления 19, а напротив кольцевых окон 17 с их стороны 20, противоположной осевому подводу 2, в корпусе 4 выполнена кольцевая выемка 21, плавно сопрягающая ближайшие к ступице 9 поверхности 22 окон 17 с поверхностью 23 проточного тракта 1 за передними кромками 24 лопаток 12, участки которого 25 и 26 с обеих сторон 13 и 14 основного диска 10 выполнены идентично.
Центробежный насос работает следующим образом.
Поток перекачиваемой жидкости за осевым подводом 2 делится на две равные части, одна из которых проходит по участку 25 проточного тракта 1, а другая - через отверстия 11 в осгювном диске 10 и далее по участку 26 проточного тракта 1.
Потери гидродинамического напора при прохождении потоком отверстий 11 равны
/7 -2, где  - коэффициент потерь, и - осевая составляющая
скорости течения в отверстиях 11.
Определенная часть этих потерь выражается в падении статического давления за отверстиями 11, которое распространяется по стороне 14 основного диска 10 и в пространстве между покрывным диском 16 и корпусом 4. Соответствующий перепад (Л/) давлений между сторонами 13 и 14 основного диска 10, а также между поверхпостями покрывных дисков 15 и 16 создает осевую силу на рабочем колесе 5, передающуюся на приводной вал 8. Форма кольцевых окон 17, в которой выполнены отверстия 11, обеспечивает максимальпзЮ площадь их проходных сечений, снижение за счет этого скорости потока  и потерь h, снижение перепада давлений А/ и соответствующее уменьшение осевой силы на всех режимах насоса.
Снижение потерь h повышает кпд насоса, а снижение осевой силы повышает его надежность и эксплуатационный ресурс.
Относительная скорость (vv) потока на входе в отверстия 11 определяется треугольником скоростей, в котором «w - переносная скорость (скорость движения в окружном направлении перемычек 18). Коэффициент потерь  зависит от угла }дара (Да) на входе потока в отверстия 11, который равен разности ,,, где а - угол наклона к осевому направлению вектора скорости v.
Выполнение отверстий 11 с наклоном «о в окружном направлении 9,
противоположном направлению вращения рабочего колеса со., позволяет уменьшить угол удара Да- практически до нуля и тем самым существенно снизить коэффициент нотерь С (в некоторых случаях в десятки раз). Соответственно уменьшаются потери гидродинамического напора h. при
нрохождении потоком отверстий 11 и осевая сила, действующая на рабочее колесо 5 и нриводной вал 4.
Наличие скруглений 19 перемычек 18 дополнительно снижает коэффициент потерь ,.
Поступающий по осевому подводу 2, поток жидкости имеет определенный первоначальный вектор количества движения. Его часть, проходящая по участку 25 проточного тракта 1, разворачивается в радиальном направлении, т.е. на 90°, и оказывает осевые усилия на рабочее колесо 5, (RK.I) и обтекатель 7 (R,,} соответствующие в сумме половине нервоначального вектора количества движения. Вторая часть потока нроходит через отверстия 11, разворачивается в кольцевой выемке 21 более чем на 90° и поступает на участок 26 проточного тракта 1. Так как кольцевая выемка 21 плавно сопряжена с поверхностью 23 проточного тракта 1, участки которого 25 и 26 выполнены идентично, то осевое усилие, оказываемое второй частью нотока на рабочее колесо 5 при изменении вектора количества движения потока па участке 26 проточного тракта 1,
полностью компенсирует осевое усилие (Ккл) от первой части потока на всех режимах работы насоса, что позволяет повысить его надежность и эксплуатационный ресурс,
При увеличении угла удара Да с нулевого значения до 5° - Ю потери /г, возрастают лишь незначительно, но при этом на отверстиях 11 создается определенный теоретический напор, соответствующий величине циркуляции скорости потока за ними. Часть этого напора преобразуется в повышение статического давления потока за отверстиями 11 (вентиляционный эффект вращающихся наклонных поверхрюстей), которое полностью компенсирует сравнительно небольшие падение давления на отверстиях 11, связанное с потерями /2„, и действие сил давления на поверхность обтекателя 7, в том
числе осевую силу R,.
Идентичное вынолнсние геометрии участков 25 и 26 проточного тракта 1 обеспечивает тождестве пюсть расходно-напорных характеристик по этим участкам, что, в свою очередь, обеспечивает одинаковое изменение статических давлений на боковых поверхностях 13 и 14 основного диска IО и поверхностях покрывных дисков 15 и 16 при изменении подачи насоса. Это предотвращает возникновение значительной осевой силы на рабочем колесе 5 и приводном вале 8 при отклонении режима работы насоса от расчетного, что в совокупности с другими введенными конструктивными предложениями обеспечивает повышение надежности и эксплуатационного ресурса насоса.