Центробежный насос
CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к насосной технике, в частности к центробежным насосам и может быть использовано в тех областях техники, где требуется стабильная подача перекачиваемой жидкой среды или использование центробежных насосов с высокими антикавитационными свойствами.
Известен шнекоцентробежный насос, содержащий центробежное рабочее колесо и установленный во всасывающем патрубке на входе в центробежное рабочее колесо шнек (см. книгу Б.В. Овсянников, Чебаевский В.Ф. «Высокооборотные лопаточные насосы», М., Машиностроение, 1975, с. 12, рис. 4).
Однако данный центробежный насос не позволяет в полной мере обеспечить требуемое повышение давления на входе в центробежное рабочее колесо, что связано с гидравлическими потерями напора при подаче на вход центробежного рабочего колеса сильно закрученного потока, что снижает антикавитационные свойства данного центробежного насоса.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является центробежный насос, содержащий установленное в корпусе насоса рабочее колесо, на валу которого во всасывающем патрубке установлен шнек, а между шнеком и рабочим колесом установлен выправляющий аппарат (см. авторское свидетельство SU №268177, кл. F04D 9/04, опубл. 02.04.1970).
Данный центробежный насос обладает более высокими антикавитационными свойствами. Однако выполнение выправляющего аппарата в виде выполненных во всасывающем патрубке лопаток не позволяет в полной мере снизить гидравлические потери от закрутки потока перекачиваемой жидкой среды на входе в рабочее колесо центробежного насоса, что сужает область использования данного центробежного насоса.
Технической проблемой, решаемой в данном изобретении, является устранение выявленных в известных технических решениях недостатков.
Технический результат, достигаемый в данном изобретении, заключается в том, что достигается возможность более эффективно преобразовывать кинетическую энергию закрученного потока перекачиваемой жидкой среды, создаваемого шнеком, в потенциальную энергию, а именно в повышение давления потока перекачиваемой жидкой среды, и одновременно направлять поток перекачиваемой жидкой среды под оптимальным углом закрутки на вход рабочего колеса центробежного насоса, что позволяет повысить антикавитационные свойства центробежного насоса.
Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что центробежный насос содержит установленное в корпусе насоса рабочее колесо, на валу которого во всасывающем патрубке установлен шнек, а между шнеком и рабочим колесом установлен выправляющий аппарат, последний выполнен с профилированным корпусом, втулкой и расположенными между втулкой и внутренней поверхностью корпуса девятью лопатками, корпус выправляющего аппарата выполнен в виде конфузора с входной проточкой и выходным фланцем для соединения, соответственно, с всасывающим патрубком насоса и корпусом насоса, в продольном сечении образующая наружной поверхности втулки состоит из дуги окружности, образующей выпуклую входную часть наружной поверхности втулки, и сопряженной с ней прямой линии, наклоненной к продольной оси выправляющего аппарата под углом α от 13° до 15° и образующей выходную коническую часть наружной поверхности втулки, внутренняя поверхность корпуса выправляющего аппарата образована со стороны входа цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической, выполненной с углом β уклона конуса, составляющим от 12° до 14°, и сужающейся вдоль по потоку поверхностью, плавно сопряженной с выходной цилиндрической поверхностью, длина втулки меньше длины корпуса выправляющего аппарата, а лопатки выполнены плавно изогнутыми по дуге окружности в продольном сечении вдоль потока среды с направлением потока на выходе вдоль продольной оси выправляющего аппарата, входная и выходная кромки лопаток в продольной сечении лопатки образованы дугой окружности, при этом на входном участке каждая лопатка плавно увеличивает свою толщину и на выходном участка плавно сужается в направлении к выходной кромке, входное сечение втулки совпадает с выходным сечением проточки, входная кромка лопаток наклонена к вертикали в продольном сечении внутрь выправляющего аппарата под углом γ, составляющим с вертикалью от 9° до 11°, а в поперечном сечении выполнена под острым углом к радиусу корпуса выправляющего аппарата, на наружной поверхности корпуса выправляющего аппарата выполнены продольные ребра жесткости, а выправляющий аппарат выполнен в виде единой детали.
В ходе проведенного исследования было выявлено, что недостаточно просто воздействовать на поток перекачиваемой жидкой среды с помощью шнека и преобразовать часть кинетической энергии потока перекачиваемой жидкой среды в давление. Требуется максимально возможно снизить при этом гидравлические потери и подвести поток перекачиваемой жидкой среды к рабочему колесу с оптимальными скоростными характеристиками и под оптимальным минимальным углом закрутки. Это достигается установкой плавно изогнутых в продольном направлении лопаток в описанном выше профилированном кольцевом канале, образованном внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью втулки, причем требуемая жесткость конструкции достигается выполнением на наружной поверхности корпуса продольных ребер жесткости.
На фиг. 1 представлен продольный разрез центробежного насоса,
На фиг. 2 представлен продольный разрез выправляющего аппарата центробежного насоса.
На фиг. 3 представлен вид А по фиг. 2
На фиг. 4 представлен продольный разрез лопатки выправляющего аппарата.
Центробежный насос содержит установленное в корпусе 1 насоса рабочее колесо 2, на валу 3 которого во всасывающем патрубке 4 установлен шнек 5, а между шнеком 5 и рабочим колесом 2 установлен выправляющий аппарат 6.
Выправляющий аппарат 6 выполнен с профилированным корпусом 7, втулкой 8 и расположенными между втулкой 8 и внутренней поверхностью корпуса 7 девятью лопатками 9.
Корпус 7 выправляющего аппарата 6 выполнен в виде конфузора с входной проточкой 10 и выходным фланцем 11 для соединения, соответственно с всасывающим патрубком 4 насоса и корпусом 1 насоса.
В продольном сечении образующая наружной поверхности втулки 8 состоит из дуги окружности, образующей выпуклую входную часть наружной поверхности втулки, и сопряженной с прямой линией, наклоненной к продольной оси 12 выправляющего аппарата под углом α от 13° до 15° и образующей выходную коническую часть наружной поверхности втулки.
Внутренняя поверхность корпуса 7 выправляющего аппарата 6 образована со стороны входа цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической, выполненной с углом β уклона конуса, составляющим от 12° до 14°, и сужающейся вдоль по потоку поверхностью, плавно сопряженной с выходной цилиндрической поверхностью. Длина втулки 8 меньше длины корпуса 7 выправляющего аппарата 6, а лопатки 9 выполнены плавно изогнутыми по дуге окружности в продольном сечении вдоль потока среды с направлением потока на выходе вдоль продольной оси 12 выправляющего аппарата 6. Входная 14 и выходная 15 кромки лопаток 9 в продольном сечении лопатки 9 образованы дугой окружности, при этом на входном участке каждая лопатка 9 плавно увеличивает свою толщину и на выходном участка плавно сужается в направлении к выходной кромке 15. Входное сечение втулки 8 совпадает с выходным сечением проточки 10. Входная кромка лопаток 9 наклонена к вертикали в продольном сечении внутрь выправляющего аппарата под углом γ, составляющим с вертикалью от 9° до 11°, а в поперечном сечении выполнена под острым углом к радиусу корпуса 7 выправляющего аппарата 6. На наружной поверхности корпуса 7 выправляющего аппарата 6 выполнены продольные ребра 13 жесткости, а выправляющий аппарат 6 выполнен в виде единой детали.
Центробежный насос работает следующим образом.
Поток жидкой перекачиваемой среды поступает вначале во вращающийся шнек 5, в котором жидкой среде передается механическая энергия. Разогнанный шнеком 5 поток жидкой перекачиваемой среды из шнека 5 поступает в выправляющий аппарат 6, где за счет торможения потока жидкой перекачиваемой среды на лопатках 9 снижается скорость потока жидкой перекачиваемой среды и повышается его давление. Из выпрямляющего аппарата 6 поток перекачиваемой жидкой среды направляется в рабочее колесо 2 под заранее заданным оптимальным углом закрутки, где жидкая среда дополнительно разгоняется и из рабочего колеса 2 поступает в направляющий аппарат 1, где разогнанный поток жидкой рабочей среды тормозится с повышение давления потока перекачиваемой среды. Из центробежного насоса поток жидкой перекачиваемой среды под заданным давлением подают потребителю.
Спрофилированная проточная часть выправляющего аппарата 6 позволяет снизить гидравлические потери, а оставшиеся гидравлические потери энергии в большей степени являются потерями энергии на трение по проточной части выправляющего аппарата 6.