ОСЕВОЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04D3/00 F04D29/66 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к конструкции осевых насосов и гидротурбинам, и может быть использовано при проектировании силового оборудования гидроэлектростанций, насосных и гидроаккумулирующих станций, а также для скоростных судов, имеющих подводные крылья, и подводных лодок.

Известен осевой насос, включающий всасывающую трубу, рабочее колесо и отводящий трубопровод [1] . При работе осевого насоса вода из всасывающей трубы поступает в лопастную систему рабочего колеса и далее - в отводящий трубопровод.

За рабочим колесом в отводящем трубопроводе наблюдается значительная пульсация давления, причиной которой являются кавитация и срыв крупных вихрей с кромок лопастей рабочего колеса. В процессе взаимодействия лопастей рабочего колеса с потоком воды под лопастями возникает зона пониженного давления. В этой зоне образуются каверны, которые представляют собой пузырьки пара в потоке с пониженным давлением. При дальнейшем движении потока пузырьки перемещаются в область большего давления, где схлопываются с большой скоростью. В результате схлопывания большого количества пузырьков возникает высокочастотная пульсация давления, которая воздействует на лопасти рабочего колеса и приводит к быстрому разрушению.

Кроме того, крупные вихри, срывающиеся с кромок лопастей, также вызывают увеличение пульсаций гидродинамического давления на стенках проточной части и гидродинамического шума в потоке, частота которых наблюдается в широком спектре. Пульсация давления, обусловленная кавитацией и срывом крупных вихрей, приводит к сильной вибрации всего насоса и появлению шума.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является осевой насос, содержащий рабочее колесо с профилированными лопастями, имеющими турбулизаторы потока [2]. Наличие турбулизаторов уменьшает размеры срывающихся вихрей, а следовательно, несколько снижает пульсацию давления за рабочим колесом.

Недостатком этого устройства являются снижение срока службы осевого насоса из-за разрушения его лопастей в результате проявления кавитации, а также существенная вибрация насоса и шум из-за значительной пульсации давления за рабочим колесом.

Для устранения указанного недостатка у осевого насоса, включающего размещенное в корпусе лопастное рабочее колесо с турбулизаторами потока на выходных кромках лопастей, предлагается входную кромку каждой лопасти рабочего колеса выполнить с прорезью, заполненной до расчетного профиля вставкой из инертного материала, причем к вставкам подвести положительный потенциал, а к корпусу рабочего колеса - отрицательный потенциал.

В качестве инертного материала для вставок может быть использован графит. Для протекания электролиза в воде разность потенциалов должна быть не менее 1,23 В. Эффект можно усилить, применив процесс гидролиза солей. Для этого в нижней части корпуса можно выполнить отверстия для подачи в поток под рабочее колесо соли карбоната аммония NH₄CO₃. В таком осевом насосе снизится вибрация осевого насоса, уменьшится гидродинамический шум в потоке, а следовательно, увеличиться срок службы насоса, а также снизится стоимость строительных работ по насосной станции за счет уменьшения воздействия кавитации и объемов работ по выемке грунта под фундамент насосной станции.

В результате использования изобретения улучшатся условия работы эксплуатационного персонала за счет уменьшения вибрации и шума, а также увеличится срок службы механического оборудования и строительной части насосной службы механического оборудования и строительной части насосной станции. Кроме того, улучшение кавитационных условий позволит повысить отметку рабочего колеса.

На фиг. 1 изображен осевой насос, продольный разрез вертикальной плоскостью; на фиг. 2 - лопасть рабочего колеса, вид сверху; на фиг. 3 - профиль лопасти с вставкой.

Осевой насос содержит всасывающую трубу 1, корпус 2 рабочего колеса 3 с лопастями 4. На выходных кромках лопастей 4 установлены турбулизаторы 5. Входная кромка каждой лопасти 4 выполнена с прорезью 6, которая заполнена до расчетного профиля вставкой 7. К вставкам 7 с помощью контактных проводов 8 подведен положительный потенциал, а к корпусу 2 по контактному проводу 9 - отрицательный потенциал. Устройство может быть снабжено отверстиями 10, размещенными в нижней части корпуса 2, через которые по трубопроводу 11 подается соль карбоната аммония.

При работе насоса вода из всасывающей трубы 1 поступает в зону рабочего колеса 3, где происходит взаимодействие лопастей 4 с потоком. За счет существующей разности потенциалов между корпусом 2 и вставками 7, установленными в прорезях 6 входных кромок лопастей 4, в потоке происходит процесс электролиза, в результате которого осуществляется электрохимическое окисление воды с выделением кислорода в виде пузырьков в зоне входных кромок лопастей. Двигаясь к выходным кромкам лопастей 4 и далее в напорный трубопровод, поток увлекает с собой пузырьки кислорода. Наличие этих пузырьков кислорода в зоне схлопывания каверн оказывает демпфирующее воздействие, в результате которого резко снижается амплитуда пульсации давления и, следовательно, уменьшается разрушающее воздействие кавитации на рабочее колесо. Кроме того, наличие пузырьков также оказывает разрушающее действие на крупные вихри, срывающиеся с выходных кромок лопастей.

Для усиления демпфирующего воздействия возможно использование процесса гидролиза солей. С этой целью в нижней части корпуса 2 выполнены отверстия 10, через которые с помощью трубопровода 11 подается соль карбоната аммония. Подачу можно осуществить либо в виде раствора сильной концентрации, либо при помощи воздушного потока, подаваемого, например, компрессором.

В результате взаимодействия соли с водой происходит образование угольной кислоты и гидроксида аммония. При дальнейшем гидролизе угольная кислота распадается на углекислый газ и воду, а гидроксид аммония - на аммиак и воду. Образовавшийся углекислый газ и аммиак в виде пузырьков также выносятся потоком воды в лопастную систему насоса и далее - в напорный трубопровод. Следовательно, данный процесс увеличивает демпфирующее воздействие и снижает неблагоприятное воздействие кавитации на осевой насос.

Предлагаемое устройство может быть использовано на скоростных судах с подводными крыльями и подводных лодках. В первом случае вставки устанавливаются на входной кромке каждого подводного крыла, а на подводных лодках, имеющих, как правило, мощные гребные винты, они размещаются на входной кромке каждой лопасти этих винтов.

Использование заявляемого осевого насоса на насосных станциях позволит получить не только экономический, но и социальный эффект, который определится улучшением условий работы эксплуатационного персонала за счет уменьшения вибрации всех элементов агрегатного здания и, следовательно, снижения вредного воздействия на здоровье людей.

Использование: при проектировании силового оборудования: гидроэлектростанций. Сущность изобретения: в корпусе размещено лопастное колесо с турбулизаторами потока на выходных кромках лопастей. Кромки выполнены с прорезями, заполненными до расчетного профиля вставками из инертного материала (графита). К вставкам подведен положительный потенциал, к корпусу рабочего колеса - отрицательный потенциал. В нижней части корпуса выполнены отверстия, через которые в поток подают соль карбоната аммония. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ОСЕВОЙ НАСОС, содержащий размещенное в корпусе лопастное колесо с турбулизаторами потока на выходных кромках лопастей, отличающийся тем, что входная кромка каждой лопасти рабочего колеса выполнена с прорезью, заполненной до расчетного профиля вставкой из инертного материала, причем к вставкам подведен положительный потенциал, а к корпусу рабочего колеса - отрицательный потенциал. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что вставки выполнены из инертного материала - графита. 3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нижней части корпуса выполнены отверстия для подачи в поток соли карбоната аммония.