ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО НАСОСА НЕОБЪЕМНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ
INLET DEVICE OF NEGATIVE DISPLACEMENT PUMP

Изобретение относится к конструкции входных устройств центробежных, шнекоцентробежных и осевых насосов и может быть использовано в специальном насосостроении.
Известны высокооборотные турбонасосные агрегаты для перекачки взрывоопасных и ядовитых жидкостей, таких как водород, кислород, метан, азотная кислота, перекись водорода и т.д.
Такие турбонасосные агрегаты, в основном, применяются в ракетной технике, широко описаны в технической литературе, например (см. «Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей» авторы Б.В.Овсянников и Б.И.Боровский, издательство «Машиностроение», Москва, 1971 г.), где на стр.21, рис.1.11 показан общий вид такого турбонасосного агрегата.
За последнее время подобные агрегаты находят применение в стационарных установках, которые устанавливаются в полостях с ограниченным объемом, например, в подводных аппаратах.
К таким турбонасосным агрегатам, кроме ограничения по габаритам, предъявляются жесткие требования по безопасности эксплуатации. Для обеспечения безопасной эксплуатации агрегата наиболее широкое распространение получило конструктивное решение, заключающееся в размещении турбонасосного агрегата в бронированной капсуле цилиндрической формы как наиболее оптимальной по прочности и более простой и удобной для установки в ней агрегата.
Диаметральные габариты капсулы, в основном, зависят от диаметральных габаритов элементов конструкции турбонасосного агрегата.
В турбонасосных агрегатах радиальный габарит, в большинстве случаев, определяет входное устройство насоса с боковым подводом жидкости, через которое проходит вал.
Классические конструктивные схемы входных устройств насосов показаны в той же книге авторов Б.В.Овсянникова и Б.И.Боровского на странице 185, рис.3.2. На странице 186, рис.3.3. показана схема проектирования проточной части кольцевого входного устройства насоса. Как видно из схемы, проточная часть состоит из трех участков:
1 - входной участок цилиндрической формы с диаметром, обеспечивающим скорость течения в нем на 20…30% меньше скорости на цилиндрическом участке подвода к колесу, которая должна составлять 5…10 м/сек.;
2 - диффузорный участок, делящий расход жидкости на две равные части относительно вертикальной оси входного устройства и обеспечивающий равномерное повышение скорости течения;
3 - цилиндрический участок подвода жидкости к колесу насоса. Известно также входное устройство центробежного насоса с боковым всасывающим патрубком, подсоединенным к кольцевой полости, переходящей в конический подвод перед входом в рабочее колесо, в котором для выравнивания поля скоростей на входе в насос конический подвод выполнен с плавно изменяющимся углом конусности вокруг оси вращения колеса, причем данный угол имеет наибольшее значение со стороны всасывающего патрубка, а наименьшее - с противоположной стороны: патент РФ 2004851 - прототип изобретения.
Входное устройство по прототипу имеет большие радиальные габариты, трудоемко в изготовлении, так как изготавливается литьем или штампосварным способом, требующим соответствующего оснащения производства.
Заявляемое изобретение направлено на уменьшение радиальных габаритов входного устройства насосного агрегата и, как следствие, габаритов бронированной капсулы, обеспечение удобства монтажа агрегата в капсуле и упрощение технологии изготовления кольцевого входного устройства, что особенно важно при единичном производстве агрегатов. Для достижения этого результата во входном устройстве насосов необъемного вытеснения, включающем в себя кольцевой диффузорный участок и цилиндрический участок на выходе из устройства, в нем кольцевой диффузорный участок выполнен из осесимметричных переднего и заднего обтекателей и установленного между ними соосного цилиндрического вкладыша, который имеет боковой профилированный канал ω-образной формы в радиальном сечении, симметричный относительно диаметра вкладыша. В отличие от общепринятого исполнения диффузорный участок устройства выполнен в цилиндрическом вкладыше соосным с осью агрегата, входное устройство насоса имеет меньший радиальный габарит и, помимо выполнения функции подвода жидкости, является посадочным местом агрегата в капсуле. Торцевые стенки диффузорного участка устройства имеют простую форму и выполнены в виде осесимметричных точеных дисков.
Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 дан продольный разрез устройства по сечению Е-Е, на Фиг.2 - сечение А-А, на Фиг.3 - вид Б. Входное устройство насоса включает в себя кольцевой диффузорный участок 1 и цилиндрический участок на выходе из устройства 2. В отличие от известных решений кольцевой диффузорный участок 1 выполнен из переднего 3 и заднего 4 осесимметричных обтекателей и установленного между ними соосного цилиндрического вкладыша 5. Во вкладыше 5 выполнен боковой профилированный канал 6 ω-образной формы в радиальном сечении, симметричный относительно диаметра вкладыша. На торцах вкладыша 5 выполнены установочные бурты 7, по которым во вкладыш посажены обтекатели 3 и 4, а насосный агрегат - в капсуле 8 изделия.
B
Диаметр вкладыша D определяется из соотношения:
В
а ширина канала: В=(0,2…0,3)·D,
B
где D - диаметр вкладыша (м);
3
Q - расход жидкости через насос (м/с);
В - ширина канала (м).
Во время работы насоса жидкость поступает в кольцевой диффузорный участок 1 и ускоряется в нем. Благодаря профилированию обтекателей 3 и 4 и канала 6 вкладыша 5 обеспечивается равномерное поле скоростей жидкости в цилиндрическом участке 2 перед рабочим колесом насоса и бескавитационный режим работы насоса.