РАБОЧЕЕ КОЛЕСО СВОБОДНОВИХРЕВОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкциям рабочих колес свободновихревых насосов системы охлаждения судовых двигателей внутреннего сгорания.
Известна конструкция рабочего колеса свободновихревого насоса типа «Turo» фирмы «EGGER», выполненная в виде диска с прямыми радиальными лопатками (см. Герман, В.Ф. Свободновихревые насосы: Учебное пособие. - 2-е изд., доп. и перераб. - Сумы: СумГУ, 2013, с. 19, рис. 1.2).
Недостатком такого рабочего колеса насоса являются повышенная кавитация, низкая долговечность и надежность рабочего колеса.
0
2
Самым близким по технической сути является конструкция рабочего колеса, снабженного ступицей и диском с радиальными плоскими лопатками, скругленными с рабочей стороны от наружного радиуса R] ступицы до радиуса , а с тыльной стороны от радиуса R до наружного радиуса R диска (см. патент SU №1576733, F04D 29/18, 1990 г.).
Недостатком этого устройства является то, что лопатки не обладают способностью изменять форму при изменении температуры перекачиваемой жидкости.
Техническая задача - создание рабочего колеса насоса, позволяющего автоматически регулировать подачу перекачиваемой жидкости, повысить надежность и долговечность свободновихревого насоса путем использования лопаток из материала с эффектом памяти формы.
Технический результат - повышение прочности и надежности рабочего колеса путем усовершенствования конструкции устройства.
Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем ступицу и диск с радиальными плоскими лопатками, скругленными с рабочей и тыльной сторон, лопатки выполнены из материала с эффектом памяти формы наклонными относительно диска, при этом концы лопаток возле ступицы выполнены свободными с зазором, а нижние концы лопаток жестко закреплены в пазах диска.
Предлагаемое рабочее колесо с лопатками из материала с эффектом памяти формы можно применять в насосах забортной воды системы охлаждения судового двигателя. В зависимости от районов плавания судов и климатических условий, температура забортной воды изменяется в широких пределах от 0°С до 32°С. Угол наклона лопаток меняется в зависимости от изменения температуры воды. При этом снижается момент сопротивления на валу, когда лопатки изгибаются при одной и той же частоте вращения привода насоса. При уменьшении температуры перекачиваемой жидкости для привода насоса требуется меньшая мощность. Обеспечиваются повышение коэффициента полезного действия судового двигателя и снижение расхода топлива.
Предлагаемое устройство изображено на чертеже (фиг. 1 - общий вид, фиг. 2 - вид лопатки сбоку). Рабочее колесо содержит ступицу 1 и диск 2 с радиальными плоскими лопатками 3, выполненными из материала с эффектом памяти формы. Лопатки 3 крепятся к диску 2 рабочего колеса при помощи замков «ласточкин хвост» (см. Мягков В.Д. Допуски и посадки. Справочник. М., Л., "Машиностроение", 1966, с. 533). Это позволяет заменять отдельные лопатки в случае их повреждения.
Лопатки предлагаемого рабочего колеса выполнены литьем из сплава Ni-Ti, обладающего двунаправленным эффектом памяти формы - способности детали накапливать деформацию при охлаждении (через область прямого мартенситного превращения) и восстанавливать накопленную деформацию при нагреве (через область обратного мартенситного превращения), то есть циклически деталь изменяет форму в интервалах температуры мартенситного превращения. Сплавы Ni-Ti - гибкие материалы, которые обладают хорошей коррозионо-эрозионной стойкостью, высокой прочностью и являются надежным материалом при циклическом использовании (см. Бледнова Ж.М., Степаненко М.А. Роль сплавов с эффектом памяти формы в современном машиностроении. Научно-образовательный курс, 2012, пункт 3, с. 21).
н
к
н
к
Лопатки изготавливаются с учетом обеспечения номинальной подачи забортной воды при температуре 32°С. Затем они подвергаются старению и пластической деформации, выходящей за пределы обратимой деформации, в мартенситном состоянии, чтобы обеспечить следующие условия: проявление двунаправленного эффекта памяти формы, температуры начала и окончания прямого мартенситного превращения М=32°С, М=0°С, температуры начала и окончания обратного мартенситного превращения А около 0°С, А около 32°С, угол положения лопаток относительно плоскости диска рабочего колеса когда насос обеспечивает наименьшую подачу, соответствующую температуре 0°С (см. Ооцука К., Симидзу К. и др. Сплавы с эффектом памяти формы. Пер. с японск. - М.: Металлургия, 1990, с. 158).
Рабочее колесо свободновихревого насоса работает следующим образом: с увеличением температуры забортной воды до 32°С лопатки нагреваются, тепловое движение атомов заставляет их выстраиваться в аустенитную решетку, лопатки выпрямляются. При 32°С лопатки полностью выпрямляются, обеспечивая наибольшую подачу воды.
С уменьшением температуры забортной воды до 0°С идет процесс охлаждения лопаток, происходит накопление деформации. При 0°С форма лопаток полностью устанавливается в положение, соответствующее наименьшему углу наклона к диску и обеспечивает наименьшую подачу воды.
Форма лопатки рабочего колеса насоса изменяется в соответствии с изменением температуры перекачиваемой жидкости, обеспечивает ее расход для охлаждения двигателя. При уменьшении температуры перекачиваемой жидкости, лопатки изгибаются к диску, значительно уменьшается требуемая мощность. Снижаются нагрузка на коленчатый вал, расход топлива и повышается энергоэффективность двигателей.
3
Предлагаемое устройство позволяет автоматически регулировать расход перекачиваемой жидкости в зависимости от ее температуры. Число рабочих циклов лопаток предлагаемого рабочего колеса составляет 10 раз. Если нет изменения температуры перекачиваемой жидкости, угол наклона лопаток не изменяется. Использование рабочего колеса с лопатками из материала с эффектом памяти формы позволяет снизить момент сопротивления на валу насоса, когда лопатки изгибаются к диску, следовательно, позволяет снизить расход топлива, повысить коэффициент полезного действия двигателя.