ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04D29/42 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в конструкциях насосов для перекачки жидкостей.

Известен центробежный насос [1] в котором корпус имеет спиральный отвод с тангенциальным выходом, спиральным сборником и диффузором и рабочее колесо с лопатками и ведущим диском, связанным с приводным валом, размещенное в спиральном отводе.

Недостатком известного насоса являются повышенные нагрузки от крутящего момента, возникающие вследствие эксцентричного выхода жидкости из насоса, которые передаются на опоры.

Указанного недостатка лишен центробежный насос с радиальным выходом [2] содержащий корпус со спиральным отводом, выполненным в виде спирального сборника, переходящего в криволинейный напорный патрубок, и рабочее колесо с лопатками и ведущим диском, связанным с приводным валом, размещенное в спиральном отводе.

Это техническое решение является наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Однако и этот насос обладает рядом недостатков. К ним относится невозможность применения при изготовлении спирального сборника наиболее экономичного метода листовой штамповки. Кроме того, конфигурация напорного патрубка в известном насосе не способствует протеканию жидкости с минимальными гидравлическими потерями, так как неопределенность кривой, задающей его среднюю линию, может вызвать существенные потери при повороте и торможении потока в случае резкого изменения ее кривизны.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является усовершенствование конструкции центро- бежного насоса. Конкретный технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении технологичности насоса в изготовлении и экономичности его в эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в центробежном насосе, содержащем корпус со спиральным отводом, имеющим радиальный выход и состоящим из спирального сборника и напорного патрубка, и рабочее колесо с лопатками и ведущим диском, связанным с приводным валом, размещенное в спиральном отводе, средняя линия напорного патрубка выполнена из лемнискате Бернулли с точкой перегиба, расположенной в наиболее узком его сечении, а каждое радиальное сечение внутренней поверхности спирального сборника образовано отрезком прямой, составляющей острый угол с касательной к поверхности ведущего диска со стороны лопаток в точке на его наружном диаметре, и кривой, имеющей только одну точку пересечения с любой из прямых, параллельных оси вращения рабочего колеса.

На фиг. 1 представлен центробежный насос в разрезе; на фиг.2 радиальный разрез А-А на фиг.1.

Центробежный насос содержит корпус 1 со спиральным отводом 2, имеющим радиальный выход. Спиральный отвод 2 состоит из спирального сборника 3 и напорного патрубка 4. В спиральном отводе 2 размещено рабочее колесо 5 с лопатками 6 и ведущим диском 7. Ведущий диск 7 связан с приводным валом 8. Средняя линия ВС (фиг.1) напорного патрубка 4 выполнена по лемнискате Бернулли с точкой перегиба, расположенной в наиболее узком сечении напорного патрубка (точка В). Каждое радиальное сечение (фиг.2) внутренней поверхности спирального сборника 3 образовано отрезком DE прямой, составляющей острый угол α с касательной FG к поверхности ведущего диска 7 со стороны лопаток 6 в точке I на его наружном диаметре, и кривой НК, имеющей только одну точку пересечения с любой из прямых LM, параллельных оси вращения рабочего колеса 5.

Центробежный насос работает следующим образом. Рабочее колесо 5, приводимое во вращение приводным валом 8, через ведущий диск 7 захватывает перекачиваемую жидкость и подает ее в спиральный сборник 3, откуда она выводится через радиальный выход спирального отвода 2 в напорный патрубок 4.

Выполнение средней линии напорного патрубка спирального отвода по лемнискате Бернулли с точкой перегиба в начальном, наиболее узком сечении, позволяет уменьшить гидравлические потери при необходимом повороте потока до радиального направления, так как кривизна лемнискаты изменяется пропорционально расстоянию от точки перегиба, что обеспечивает наиболее плавный поворот потока. Следует отметить, что преимущество использования лемнискаты в качестве средней линии напорного патрубка особенно усиливается, если патрубок выполнен в виде кривоосного диффузора, что характерно для высокоэкономичных насосов. В связи с тем что гидравлические потери пропорциональны квадрату скорости потока, лемниската, имеющая на начальном участке минимальную кривизну, обеспечивает минимальное воздействие на поток в зоне максимальных скоростей и, следовательно, минимальные потери на поворот. В то же время необходимый основной поворот потока осуществляется в зоне уже заторможенного потока вблизи выходной части диффузора.

С другой стороны для уменьшения гидравлических потерь в отводе и необходимой подготовки потока к входу в высокоэкономичный напорный патрубок особенно необходимо снижать потери в спиральном сборнике. Выполнение каждого радиального сечения внутренней поверхности спирального сборника в виде пересечения отрезка прямой, составляющей острый угол с касательной к поверхности ведущего диска со стороны лопаток в крайней точке на его наружном диаметре, и кривой, имеющей только одну точку пересечения с любой из прямых, параллельных оси вращения рабочего колеса, позволяет вынести место стыка и, следовательно, возмущения и потерь в потоке из наиболее энергоемкой зоны максимальных скоростей над выходом рабочего колеса и обеспечить возможность изготовления спирального сборника наиболее экономичным методом штамповки из листового материала с высокой чистотой поверхности, обеспечивающей минимальные гидравлические потери. При этом замыкающая опорная деталь имеет простую технологичную коническую форму.

Взаимосвязь указанных признаков обуславливается тем, что эффективность высокоэкономичного напорного патрубка, кривизна которого определена лемнискатой Бернулли, существенно повышается в сочетании с предлагаемой формой внутреннего радиального сечения спирального сборника и смещением места cтыка этого сборника и спирального корпуса, что обусловлено уменьшением гидравлических сопротивлений в зоне максимальных скоростей. При обычных симметричных штампованных сборниках разъем и место сварки расположены в наиболее энергоемкой зоны над выходом рабочего колеса, что значительно увеличивает гидравлические потери в насосе. В случае же изготовления сборника литьем его боковые внутренние поверхности имеют повышенную шероховатость, а следовательно, высокое гидравлическое сопротивление.

В связи с изложенным только сочетание предложенной формы сечения спирального сборника с заявленной конфигурацией напорного патрубка позволяет получить указанный технический результат и обеспечить требуемое повышение технологичности изготовления и экономичности в эксплуатации.

Сущность изобретения: спиральный отвод корпуса имеет радиальный выход и состоит из спирального сборника и напорного патрубка. Ведущий диск рабочего колеса с лопатками связан с приводным валом. Колесо размещено в спиральном отводе. Радиальные сечения внутренней полости спирального сборника и средняя линия напорного патрубка образованы кривыми линиями. Средняя линия напорного патрубка выполнена по лемнискате Бернулли с точкой перегиба, расположенной в начальном наиболее узком его сечении. Каждое радиальное сечение внутренней полости сборника образовано отрезком прямой, составляющей острый угол с касательной к поверхности ведущего диска со стороны лопаток в точке на его наружном диаметре, и кривой, имеющей только одну точку пересечения с любой из прямых, параллельных оси вращения колеса. 2 ил.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС, содержащий корпус со спиральным отводом, имеющим радиальный выход и состоящим из спирального сборника и напорного патрубка, и размещенное в спиральном отводе рабочее колесо с лопатками и ведущим диском, связанным с приводным валом, причем радиальные сечения внутренней полости спирального сборника и средняя линия напорного патрубка образованы кривыми линиями, отличающийся тем, что средняя линия напорного патрубка выполнена по лемнискате Бернулли с точкой перегиба, расположенной в начальном, наиболее узком его сечении, а каждое радиальное сечение внутренней полости спирального сборника образовано отрезком прямой, составляющей острый угол с касательной к поверхности ведущего диска со стороны лопаток в точке на его наружном диаметре, и кривой, имеющей только одну точку пересечения с любой из прямых, параллельных оси вращения рабочего колеса.