УПЛОТНЕНИЕ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Областью техники, к которой относится заявляемая полезная модель, является машиностроение, а конкретно производство насосов центробежного типа.
Аналогом заявляемой полезной модели является уплотнение центробежного насоса [Певзнер Б.М. Насосы судовых установок и систем. Л.: Судостроение, 1970. - 384 с., см. стр.51] содержащее рабочее колесо, вал и неподвижные элементы - корпус, сальниковое уплотнение, переднее уплотнение. Переднее уплогнение рабочего колеса центробежного насоса расположено в районе его входного сечения.
Через зазор между вращающимися и неподвижными частями насоса, разделяющие область с различным давлением, всегда возникают протечки жидкости. Они уменьшают полезную подачу, объемный КПД (формула 2.83, 2.84. Певзнер Б.М. Насосы судовых установок и систем. Л.: Судостроение, 1970. - 384 с.) и, как следствие, общий КПД насоса.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является консольный насос типа К [Колесников О.Г. Судовые вспомогательные механизмы и системы. М.: Транспорт, 1977. - 464 с., см.стр.90-91]. Прототип содержит следующие признаки, совпадающие с заявляемой полезной моделью: вал, рабочее колесо, состоящее из двух дисков - ведущего и ведомого, соединенных лопатками, а также неподвижные элементы - корпус, крышку, защитно-уплотняющее кольцо, запрессованное в крышку. Уплотнение рабочего колеса центробежного насоса образуется цилиндрической поверхностью колеса и защитно-уплотняющим кольцом. Уплотнение расположено в районе входного сечения рабочего колеса.
При работе насоса, под действием давления в спиральном отводном канале корпуса, жидкость поступает через зазоры между неподвижными элементами (корпус, крышка) к уплотнению рабочею колеса (расположенному у области всасывания), просачивается через зазор между защитно-уплотняющим кольцом и цилиндрической поверхностью колеса, после чего попадает на всасывание насоса. Таким образом, часть жидкости перетекает обратно, что уменьшают полезную подачу, объемный КПД и, как следствие, общий КПД насоса. Вместе с перетекающей жидкостью в уплотнение постоянно поступают содержащиеся в потоке взвешенные механические частицы, что приводит к его ускоренному износу.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение объема протечек с выхода рабочего колеса на всасывание насоса. Решение этой задачи позволит получить следующий технический результат: увеличить полезную подачу, объемный КПД и, как следствие, общий КПД насоса, а также уменьшить количество твердых частиц попадающих в уплотнение насоса и снизить его абразивный износ.
Заявляемая полезная модель характеризуется наличием следующих существенных признаков (фиг.1): рабочего колеса 1, состоящего из двух дисков - ведущего 2 и ведомого 3, соединенных лопатками 4, неподвижных элементов - корпуса 5, крышки 6, а также уплотнения рабочего колеса 7, которое расположено в районе его входного сечения. В отличие от наиболее близкого аналога заявляемая полезная модель содержит дополнительное уплотнение 8 между рабочим колесом и неподвижной частью насоса (корпус, крышка, неподвижно закрепленный кольцевой элемент 9 и др.). Уплотнение расположено у периферийной области рабочего колеса. При этом уплотнение может быть выполнено в виде:
1. Щелевого уплотнения между неподвижной частью насоса и ведомым диском 3 рабочего колеса 1 (фиг.2 и 3). Наилучший технический результат достигается при величине зазора t от 0,00005 до 0,002 м.
2. Лабиринтного уплотнения между неподвижной частью насоса и ведомым диском 3 рабочего колеса 1. Лабиринтное уплотнение выполняется в виде кольцевых прямоугольных проточек и входящих в них гребней, (фиг.4 и 5). Наилучший технический результат достигается при величине зазора t между торцевыми поверхностями гребней и проточек от 0,00005 до 0,002 м.
3. Лабиринтного уплотнения между неподвижной частью насоса и ведомым диском 3 рабочего колеса 1. Лабиринтное уплотнение выполняется в виде кольцевых треугольных проточек и входящих в них треугольных гребней (фиг.6 и 7). Наилучший технический результат достигается при величине зазора t между поверхностями гребня и проточки от 0,00005 до 0,002 м.
4. Спиральной канавки 10 на периферийной части ведомого диска 3 рабочего колеса 1 (фиг.8 и 9).
На фигуре 1 изображены элементы полезной модели и их взаимное расположение.
На фигуре 2 изображено взаимное расположение элементов уплотнения рабочего колеса центробежного насоса, выполненного в виде щелевого зазора.
На фигуре 3 представлено увеличенное изображение уплотнения рабочего колеса центробежного насоса, выполненного в виде щелевого зазора.
На фигуре 4 изображено взаимное расположение элементов лабиринтного уплотнения рабочего колеса центробежного насоса, выполненного в виде кольцевых прямоугольных проточек и входящих в них гребней.
На фигуре 5 представлено увеличенное изображение лабиринтного уплотнения рабочего колеса центробежного насоса, выполненного в виде кольцевых прямоугольных проточек и входящих в них гребней.
На фигуре 6 изображено взаимное расположение элементов лабиринтного уплотнения рабочего колеса центробежного насоса, выполненного  в виде кольцевых треугольных проточек и входящих в них треугольных гребней.
На фигуре 7 представлено увеличенное изображение лабиринтного уплотнения рабочего колеса центробежного насоса, выполненного в виде кольцевых треугольных проточек и входящих в них треугольных гребней.
На фигуре 8 изображено взаимное расположение элементов уплотнения рабочего колеса центробежного насоса, выполненного в виде спиральной канавки на периферийной части ведомого диска.
На фигуре 8 изображен вид спиральной канавки на внешней стороне ведомого диска рабочего колеса центробежного насоса.
При работе центробежного насоса на выходе из рабочего колеса создается повышенное давление жидкости. Под действием этого давления, жидкость поступает к дополнительному уплотнению 8 у периферийной части рабочего колеса 1. Это дополнительное уплотнение создает повышенное сопротивление движению жидкости между неподвижными элементами насоса (крышкой, корпусом, кольцевым элементом и др.) и ведомым диском 3 рабочего колеса. После этого просочившаяся жидкость поступает к уплотнению рабочего колеса расположенному в зоне всасывания. Таким образом, при реализации заявляемой полезной модели получается двухступенчатое уплотнение рабочего колеса центробежного насоса, что снижает обратный переток жидкости, увеличивает объемный КПД, а так же уменьшается количество поступающих с жидкостью взвешенных механических частиц, что снижает износ уплотнений.
При этом уплотнение в виде узкого зазора (фиг.2 и 3) работает, как два местных сопротивления (резкое сужение канала, резкое расширение канала), что создает дополнительное сопротивление движению жидкости между неподвижными элементами насоса (крышкой, корпусом, неподвижно закрепленным кольцевым элементом и др.) и ведомым диском 3 рабочего колеса 1.
Лабиринтное уплотнение в виде кольцевых прямоугольных проточек и входящих в них гребней (фиг.4 и 5) работает как, несколько местных сопротивлений (резкое сужение канала, несколько поворотов, резкое расширение канала), также на радиальных участках движения жидкости на последнюю действует центробежная сила, препятствующая движению потока в направлении оси вращения рабочего колеса. Такое сочетание создает повышенное сопротивление движению жидкости между неподвижными элементами насоса (крышкой, корпусом, неподвижно закрепленным кольцевым элементом и др.) и ведомым диском рабочего колеса.
Лабиринтное уплотнение в виде кольцевых треугольных проточек и входящих в них треугольных гребней (фиг.6 и 7) работает как, несколько местных сопротивлений (резкое сужение канала, несколько поворотов, резкое расширение канала), также на жидкость, находящуюся в каналах действует центробежная сила, препятствующая движению потока в направлении оси вращения рабочего колеса. Такое сочетание создает повышенное сопротивление движению жидкости между неподвижными элементами насоса (крышкой, корпусом, неподвижно закрепленным кольцевым элементом и др.) и ведомым диском рабочего колеса.
Спиральная канавка 10 (фиг.8 и 9) на периферийной части ведомого диска рабочего колеса, выполненная в соответствующем направлении, вызывает движение жидкости в противоток утечкам, а также работает, как два местных сопротивления (резкое сужение канала, резкое расширение канала). Такое сочетание создает повышенное сопротивление движению жидкости между неподвижными элементами насоса (крышкой, корпусом, неподвижно закрепленным кольцевым элементом и др.) и ведомым диском рабочего колеса.