СТУПЕНЬ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к рабочим органам многоступенчатых центробежных насосов, и может быть использована в насосах, в том числе предназначенных для подачи питательной воды в энергоблоки атомных и тепловых электростанций, перекачивания нефти и нефтепродуктов, а также пластовой воды на нефтяных месторождениях.
В ряде случаев к напорным характеристикам многоступенчатых центробежных насосов в виде зависимости напора насоса Н от его подачи Q предъявляются дополнительные требования по крутизне k, определяемой по формуле:
max
расч
k=H/H,
mаx
где Н - максимальный напор, развиваемый насосом, м;
расч
Н - напор, создаваемый насосом на расчетном (номинальном) режиме работы, м.
mах
Так, для питательных насосов атомных электростанций существуют ограничения по максимальному напору Н и, соответственно, предельной допустимой крутизне k напорной характеристики, вызванные ограничениями по предельным давлениям, на которые выпускаются запорная арматура и трубопроводы.
Наряду с этим к напорным характеристикам многоступенчатых центробежных насосов, в первую очередь предусматривающих параллельную работу, также предъявляется требование по стабильности и монотонности, которое заключается в том, что с увеличением подачи напор насоса должен постоянно плавно уменьшаться.
mах
s
Известна ступень многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса и направляющего аппарата с обратными лопатками (то есть с лопатками, расположенными с обратной стороны направляющего аппарата по отношению к рабочему колесу этой ступени), для которой уменьшение значений максимального напора Н и, соответственно, крутизны к, достигается за счет подрезки выходных кромок обратных лопаток направляющего аппарата. В этом случае уменьшается угол установки обратных лопаток направляющего аппарата на выходе, увеличивается момент скорости на входе в рабочее колесо и, как следствие, уменьшаются теоретический и действительный напоры ступени. При этом для рассматриваемой ступени, имеющей коэффициент быстроходности n=120, получена стабильная форма напорной характеристики без западающих участков [В.Г.Тазетдинов, Е.И.Янкин, А.А.Иванюшин. Способ уменьшения крутизны напорной характеристики центробежного многоступенчатого насоса. Химическое и нефтяное машиностроение. - №1, 1984, - с.11-12]. Данная конструкция ступени выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
s
s
Опыт ВНИИАЭН по экспериментальной отработке ступеней с коэффициентом быстроходности n>120, имеющих подрезанные обратные лопатки направляющего аппарата, свидетельствует об ухудшении формы напорной характеристики ступени после подрезки обратных лопаток направляющего аппарата в части нарушения стабильности и монотонности напорной характеристики ввиду появления западающего участка на режимах подач, меньших номинальной. Причиной нарушения стабильности и монотонности напорной характеристики ступени с коэффициентом быстроходности n>120 при подрезке обратных лопаток направляющего аппарата является резкое увеличение размеров и интенсивности вторичного вихря, возникающего в безлопаточном пространстве на входе в рабочее колесо на недогрузочных режимах. При подрезке обратных лопаток направляющего аппарата увеличивается объем безлопаточного пространства на входе в рабочее колесо, и, как следствие, растут размер и интенсивность вторичного вихря. В конечном итоге вышеописанные особенности не позволяют использовать в многоступенчатых центробежных насосах известные ступени в широком диапазоне коэффициентов быстроходности, поскольку не обеспечиваются все обязательные требования потребителя к форме напорной характеристики насоса.
В основу полезной модели поставлена задача создания ступени многоступенчатого центробежного насоса, в которой путем нового исполнения существующих конструктивных элементов достигается уменьшение вторичного вихря на входе в рабочее колесо, в результате чего обеспечивается стабильность и монотонность напорной характеристики, а значит и возможность удовлетворения требований потребителя.
Поставленная задача достигается тем, что в ступени многоступенчатого центробежного насоса, содержащей расположенное на валу рабочее колесо с входной воронкой и направляющий аппарат с обратными лопатками, согласно полезной модели, по крайней мере, одна из обратных лопаток направляющего аппарата выполнена в направлении к оси вращения вала насоса длиннее остальных лопаток.
Исполнение ступени с хотя бы одной удлиненной в направлении к оси вращения вала насоса обратной лопаткой направляющего аппарата позволяет получить стабильную и монотонную напорную характеристику при подрезке остальных обратных лопаток направляющего аппарата и тем самым удовлетворить требования потребителя к форме напорной характеристики насоса.
В предлагаемом исполнении ступени сохраняется позитивный эффект от известной ступени в части уменьшения крутизны напорной характеристики при подрезке части обратных лопаток направляющего аппарата. Наряду с этим ввиду уменьшения размеров и интенсивности вторичного вихря путем выполнения хотя бы одной из обратных лопаток более длинной в направлении к оси вращения вала насоса (лопатка остается не подрезанной) обеспечивается стабильность напорной характеристики ступени во всем диапазоне подач. При этом число более длинных (не подрезанных) обратных лопаток и превышение их длины над длиной подрезанных лопаток определяется в каждом конкретном случае индивидуально в зависимости от значений требуемой крутизны k напорной характеристики ступени, а также фактической отклоняющей способности системы обратных лопаток направляющего аппарата ступени.
Исполнение ступени, в которой выходная кромка более длинной (не подрезанной) обратной лопатки (лопаток) направляющего аппарата вынесена во входную воронку рабочего колеса, позволяет обеспечить максимальную монотонность и стабильность напорной характеристики ступени на недогрузочных режимах за счет максимального уменьшения размеров и интенсивности вторичного вихря.
В этом случае количество более длинных (не подрезанных) обратных лопаток, вынесенных во входную воронку рабочего колеса, а также глубина их введения во входную воронку определяются в каждом конкретном случае индивидуально в зависимости от значений допускаемого коэффициента стеснения потока на входе в рабочее колесо, которое еще не приводит к появлению дополнительных гидравлических потерь.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает стабильность и монотонность напорной характеристики ступени за счет уменьшения размеров и интенсивности вторичного вихря.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками, на которых представлены:
s
Фиг.1 - Графики сравнительных напорных характеристик ступени многоступенчатого центробежного насоса с коэффициентом быстроходности n>120:
а - исходная ступень (с не подрезанными на выходе обратными лопатками);
б - ступень с подрезанными на выходе обратными лопатками;
в - ступень с одной (несколькими) удлиненной (не подрезанной) лопаткой;
г - ступень с вынесенной во входную воронку рабочего колеса выходной кромкой более длинной (не подрезанной) одной (несколькими) обратной лопатки.
Фиг.2 - Исходная ступень многоступенчатого центробежного насоса (без подрезанных обратных лопаток), продольный разрез;
Фиг.3 - Ступень многоступенчатого центробежного насоса с подрезанными на выходе обратными лопатками, продольный разрез;
Фиг.4 - Ступень многоступенчатого центробежного насоса с одной удлиненной (не подрезанной) лопаткой, продольный разрез;
Фиг.5 - Ступень многоступенчатого центробежного насоса с вынесенной во входную воронку рабочего колеса выходной кромкой более длинной (не подрезанной) обратной лопатки, продольный разрез;
Фиг.6 - Вид в плане на обратные лопатки направляющего аппарата с одной удлиненной (не подрезанной) лопаткой.
s
Фигуры 2-5 показывают влияние подрезки выходных кромок обратных лопаток направляющего аппарата на структуру потока (вторичный вихрь) на недогрузочных режимах в ступени многоступенчатого центробежного насоса с коэффициентом быстроходности n>120.
Ступень многоступенчатого центробежного насоса содержит рабочее колесо 1 (фиг.2) с входной воронкой 2 (фиг.3), посаженное на вал 3 насоса, и направляющий аппарат 4 (фиг.4), имеющий переводную зону и обратные лопатки 5 с выходной кромкой 6, из которых по меньшей мере одна лопатка 7 (фиг 5, 6) выполнена в направлении к оси вращения вала 3 насоса длиннее остальных обратных лопаток.
Ступень в составе насоса работает следующим образом. При вращении вала 3 перекачиваемая жидкость, пройдя между обратными лопатками 5 и 7 направляющего аппарата предыдущей ступени, поступает во входную воронку 2 рабочего колеса 1. Получив приращение энергии в результате прохождения через рабочее колесо 1, перекачиваемая жидкость поступает на вход направляющего аппарата 4 ступени. Пройдя через переводную зону направляющего аппарата 4 ступени, получив с помощью обратных лопаток 5 и 7 направляющего аппарата направление к оси насоса, жидкость с выходных кромок 6 обратных лопаток 5 и 7 направляющего аппарата 4 поступает во входную воронку 2 рабочего колеса 1 последующей ступени.