РАДИАЛЬНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО НАСОСА, ВЕНТИЛЯТОРА ИЛИ КОМПРЕССОРА

Изобретение относится к области насосостроения (вентиляторостроения, компрессоростроения), а именно, к конструкциям радиальных рабочих колес насосов и может быть использовано также в вентиляторах и компрессорах.
Известно рабочее колесо скважинного центробежного насоса (1), которое включает ведущий и ведомый диски и расположенные между ними клиновидные лопатки. Лопатки имеют выпуклые и вогнутые поверхности и образуют радиальные и клиновидные каналы, сообщенные между собой. Радиальные каналы выполнены сужающимися в поперечном и расширяющимися в продольном сечениях, а клиновидные каналы - расширяющимися в продольном сечении. Однако, описанная конструкция не обладает достаточным КПД, что обусловлено резким падением давления в межлопастном канале на внутренней поверхности лопасти и возвратом перекачиваемой жидкости (или газа) из зоны повышенного давления в канале направляющего аппарата в межлопастной канал на участке выходного сечения межлопастного канала за выходной кромкой лопасти. В результате в межлопастном канале образуется вихревой поток в направлении противоположном рабочему потоку перекачиваемой среды, создающий дополнительное сопротивление и вызывающий дополнительные затраты энергии и, как следствие, потерю напора и расхода жидкости. Кроме того, из-за колебательного характера изменения скорости вихревого движения жидкости в зоне внутренней поверхности лопасти межлопастных каналов рабочего колеса появляется дополнительный шум.
Целью изобретения является уменьшение вихревого движения потока воздуха или жидкости в межлопастных каналах рабочего колеса, приводящего к потере энергии и повышение, тем самым, напора, расхода, снижение вибрации, и как следствие, повышение КПД насоса.
Поставленная цель достигается рабочим колесом насоса, вентилятора или компрессора, включающем ведущий и ведомый диски и, расположенные между ними, основные, периферийные и внутренние лопасти, отличающемся тем, что каждая периферийная лопасть имеет форму поверхности в виде дуги окружности и сопряжена по линии наружного диаметра рабочего колеса, с одной стороны, с поверхностью основной лопасти, а с другой стороны - с поверхностью внутренней лопасти таким образом, что ширина радиального канала, образованного смежными лопастями (основной и внутренней), на выходе меньше ширины радиального канала на входе в обратно пропорциональной зависимости по отношению к изменению скорости потока.
Таким образом, периферийная лопасть ограничивает выходное сечение межлопастного канала, препятствуя возврату перекачиваемой среды из зоны повышенного давления канала направляющего аппарата в зону пониженного давления в области межлопастного канала, прилегающей к внутренней стенке лопасти, а внутренняя лопасть, в совокупности с соседней рабочей лопастью, образуя межлопастной канал, сужающийся от внутреннего диаметра колеса к наружному, обратно пропорционально увеличению скорости потока, препятствует образованию зоны разрежения на внутренней поверхности рабочей лопасти.
Основные лопасти имеют стандартную для радиальных колес поверхность: вогнутую, выпуклую или прямолинейную, расположенную под прямым углом (радиальные) или имеющую отрицательный или положительный угол наклона, относительно направления вращения колеса.
2л
На рис.1 изображены типы лопастей рабочего колеса в плане без ведомого диска, где лопастной угол β определяет тип лопасти:
2л
а) При β<0 - лопасти отогнуты назад,
2л
б) При β=0 - лопасти радиальны,
2л
в) При β>0 - лопасти отогнуты вперед,
На рис.2 изображено рабочее колесо, где:
н
вн
н
вн
1 - ведущий диск колеса, 2 - ведомый диск колеса, 3 - основная лопасть, 4 - периферийная лопасть, 5 - внутренняя лопасть, 6 - радиальный канал, D - наружный диаметр рабочего колеса, D - внутренний диаметр рабочего колеса, L - ширина наружного сечения межлопастного канала, L - ширина внутреннего сечения межлопастного канала
Работает колесо следующим образом. На жидкость (или газ), поступающую в межлопастные каналы, осуществляется давление поверхностью основной лопасти, вращающейся вокруг оси рабочего колеса, и, под воздействием центробежной силы, жидкость (или газ) с ускорением перемещается по сужающемуся каналу к внешнему диаметру колеса. Поскольку межлопастной канал постоянно сужается, скорость потока соответственно постоянно возрастает, обратно пропорционально сечению канала, и перед выходом из канала достигает максимума. При этом, ограничение перефирийной лопастью выходного сечения в совокупности с повышенной скоростью потока на выходе из межлопастного канала колеса, с одной стороны препятствует возврату перекачиваемой среды в полость канала, выполняя роль клапана, а с другой - препятствует возникновению эффекта срыва струи с кромки периферийной лопасти, вследствие чего, на поверхности внутренней лопасти не образуется вихревой поток.
Что соответственно снижает потери энергии и соответственно увеличивает кинетическую энергию потока, преобразуемую, на выходе из канала, в потенциальную энергию давления. Таким образом, совокупность вышеперечисленных факторов приводит к повышению напора, расхода и, как следствие, повышению КПД уменьшению вибрации.
Использованная литература:
1. Патент РФ №2367824, 2007 г.