СПОСОБ ПОДАЧИ ЖИДКОСТИ И ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГИДРОНАСОС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F04D1/00 F04D29/42 

Изобретение относится к области гидравлики и гидромашиностроения, а конкретно к способам подачи жидкости и центробежным гидронасосам.

Изобретение может быть также использовано и в других устройствах, предназначенных для подачи жидкости или газа.

Известен способ подачи жидкости, заключающийся в создании вращающимся рабочим колесом центробежного насоса разрежения в линии всасывания, в ускорении потока в межлопаточных каналах последнего и выбросе жидкости из него в линию нагнетания (Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М.: Машгиз, 1960, с. 28).

Недостатком этого известного способа подачи жидкости является повышенное гидравлическое сопротивление потоку, вызываемое несовершенством его организации в полостях гидронасоса, и связанные с этим потеря напора и снижение расхода, выражающиеся в уменьшении подачи жидкости в трубопровод.

Известен центробежный гидронасос для подачи жидкости, содержащий корпус с консольно установленным на валу рабочим колесом с межлопаточными каналами, сообщенными на входе через приемное отверстие с полостью подводящего всасывающего патрубка корпуса, а на выходе через расширяющуюся спиральную камеру с полостью отводящего нагнетательного патрубка (авт. св. СССР N 1430608, кл. F 04 D 29/44, 1988).

Недостатком этого известного центробежного насоса является несовершенство его проточной части, особенно в части конструкции всасывающего патрубка, приводящее к повышению гидравлического сопротивления потоку жидкости.

Наиболее близким к изобретению в части способа является способ подачи жидкости, заключающийся в создании вращающимся рабочим колесом встроенного в трубопровод центробежного насоса разрежения в линии всасывания с равномерным распределением скоростей по сечению потока перед колесом, в ускорении потока в межлопаточных каналах последнего с повышением давления в направлении его движения от центра к периферии колеса и в выбросе жидкости из него под давлением по расширяющейся спиральной камере в линию нагнетания [1].

Главным недостатком известного способа является то, что возможность достижения равномерности распределения скоростей по сечению потока перед колесом более чем проблематична, так как не обеспечиваются условия неразрывности потока по всей траектории всасывания, что всегда сопряжено с ростом гидравлического сопротивления и соответственно потерь как напора, так и подачи. Аналогичные явления происходят и на линии нагнетания, которые здесь усугубляются еще и тем, что поступление жидкости в спиральную камеру происходит соударением отдельных струй, выходящих из межлопаточных каналов, друг с другом, вызывающим торможение потока и его турбулизацию.

Таким образом, основной недостаток известного способа состоит в том, что на всем пути потока нарушается концепция неразрывности и равномерности распределения скоростей по сечению потока.

Наиболее близким к изобретению в части устройства является центробежный насос, содержащий корпус с консольно установленным на валу рабочим колесом с профильными лопатками, закрепленными одним торцем на диске колеса и образующими совместно межлопаточные каналы, сообщенные на входе через приемное отверстие с полостью подводящего всасывающего патрубка корпуса, а на выходе через расширяющуюся спиральную камеру - с полостью отводящего нагнетательного патрубка [2].

Недостатком этого известного центробежного насоса является конструктивное несовершенство как его всасывающей части, так и нагнетательной. Всасывающий патрубок не обеспечивает равномерности скоростей течения жидкости на входе в рабочее колесо, а последнее совместно со спиральной камерой не создает условий для обеспечения ламинарности потока перед нагнетательным патрубком, который в свою очередь не снижает его турбулентности.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в снижении гидропотерь в потоке по всей траектории его течения по полостям колеса, а именно за счет повышения равномерности распределения скоростей на входе в колесо, гашения пиковых скоростей на входе в спиральную камеру, выравнивания скоростей потока по сечению ее, ламинаризации потока в нагнетательном патрубке. При этом конструкция насоса позволяет встраивать его в прямолинейный участок трубопровода с помощью простого фланцевого соединения.

Этот результат достигается тем, что в способе подачи жидкости, заключающемся в создании вращающимся рабочим колесом встроенного в трубопровод насоса разрежения в линии всасывания с равномерным распределением скоростей по сечению потока перед колесом, в ускорении потока в межлопаточных каналах последнего с повышением давления в направлении его движения от центра к периферии колеса и в выбросе из него жидкости под давлением по расширяющейся спиральной камере в линию нагнетания, поток во встроенном в прямолинейный трубопровод гидронасосе трансформируют в линии всасывания двойным поворотом, а равномерности распределения скоростей перед колесом достигают его первоначальным торможением путем двухкратного объемного расширения и последующим ускорением за счет двухкратного сужения, при этом первый поворот выполняют перед торможением деформацией потока встречно наклонным плоскостным воздействием с дальнейшим расширением по веерообразным составляющим и второй поворот - перед сужением, по сходящимся, а выброс жидкости с периферийной части - колеса, из межлопаточных его каналов, ведут с резким боковым расширением ее струй при входе в спиральную камеру с повышением градиента расширения и далее трансформируют поток в конфузорно-диффузорный с прямолинейным ориентированием его путем межплоскостного течения в линии нагнетания.

Этот же результат достигается тем, что в центробежном гидронасосе для подачи жидкости, содержащем корпус с консольно установленным на валу рабочим колесом с профильными лопатками, закрепленными одним торцем на диске колеса и образующими совместно межлопаточные каналы, сообщенные на входе через приемное отверстие с полостью подводящего всасывающего патрубка корпуса, а на выходе - через расширяющуюся спиральную камеру - с полостью отводящего нагнетательного диффузорного патрубка, во встроенном в прямолинейный трубопровод корпусе насоса всасывающий патрубок выполнен в виде расширяющегося колпака, снабженного в нижней его части плоской, наклоненной под углом 45^o площадкой, примыкающей к стенке спиральной камеры, а в верхней его части - боковым сужающимся профильным каналом, заканчивающимся приемным отверстием, переходящим в кольцевое углубление между корпусом и свободными торцами лопаток с возможностью минимизации зазора между ними и ориентирования межлопаточных струй относительно спиральной камеры, при этом по периферии диска колеса между выходными кромками лопаток выполнены профильные выборки, а отводящий нагнетательный патрубок дополнительно снабжен конфузорным участком, размещенным между выходной частью спиральной камеры и диффузором, с выполненными в нем двумя плоскими, наклонно расходящимися площадками.

На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе моноблока - центробежный гидронасос с электродвигателем; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1, на фиг. 3 - корпус центробежного гидронасоса в разрезе, на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг 3; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 7 - рабочее колесо центробежного гидронасоса.

Подачу жидкости осуществляют центробежным гидронасосом, содержащим корпус 1 с консольно установленным на валу 2 рабочим колесом 3 с профильными лопатками 4, закрепленными одним торцем 5 на диске 6 колеса 3 и образующими совместно межлопаточные каналы 7, сообщенные на входе через приемное отверстие 8 с полостью подводящего всасывающего патрубка 9 корпуса 1, а на выходе - через спиральную расширяющуюся камеру 10 с полостью 11 отводящего нагнетательного диффузорного патрубка 12. Во встроенном в прямолинейный участок трубопровода корпусе 1 насоса всасывающий патрубок 9 выполнен в виде расширяющегося колпака 13, снабженного в нижней его части плоской, наклоненной под углом 45^o площадкой 14, примыкающей к стенке спиральной камеры 10, а в верхней его части - боковым сужающимся профильным каналом 15, заканчивающимся приемным отверстием 8, переходящим в кольцевое углубление 16 между корпусом 1 и свободными торцами 17 лопаток 4 с возможностью минимизации зазора 18 между ними и ориентирования межлопаточных струй относительно спиральной камеры 10, при этом по периферии диска 6 колеса 3 между выходными кромками лопаток 5 выполнены профильные выборки 19, а отводящий нагнетательный патрубок 12 дополнительно снабжен конфузорным участком 20, размещенным между выходной частью спиральной камеры 10 и диффузором 21 патрубка 12 с выполненными на нем двумя плоскими, наклонно расходящимися площадками 22 и 23.

Обычно для осуществления способа подачи жидкости вращающимся рабочим колесом 3 создают разрежение в линии всасывания 9, достигая равномерности распределения скоростей по сечению потока перед колесом 3, затем поток ускоряют в межлопаточных каналах 7 последнего с повышением давления в направлении его движения от центра к периферии колеса 3 и затем выбрасывают жидкость через расширяющуюся спиральную камеру 10 в патрубок 12 линии нагнетания.

В предложенном способе указанный процесс подачи проводят таким же образом, но с учетом его специфики, а именно поток трансформируют в линии всасывания, т. е. в патрубке 9, двойным поворотом, а равномерности распределения скоростей перед колесом 3 достигают его первоначальным торможением за счет двухкратного объемного расширения (увеличивая сечение колпака 13) и последующим ускорением за счет двухкратного сужения (уменьшая сечение колпака 13) на подходе к приемному отверстию 8. При этом первый поворот потока выполняют перед его торможением путем деформации его плоскостным воздействием на него, т. е. поток, соударяясь с плоской, наклоненной под углом 45^o площадкой 14, изменяет свое направление и как бы разбегается, расширяясь по веерообразным составляющим вдоль стенок колпака 13 струйками, текущими с разными скоростями. Второй поворот потока выполняют перед его ускорением, т.е. поток как бы собирается в боковом сужающемся профильном участке колпака 15, и отдельные его струйки выравнивают свои скорости перед поступлением в приемное отверстие 8 перед колесом 3; при этом достигается практически полное равенство скоростей потока по всему его сечению.

Выброс жидкости с периферийной части колеса 3 из межлопаточных каналов 7 ведут с резким боковым расширением ее струй при входе в спиральную камеру 10 с повышением градиента расширения, т.е. степень разрежения повышается. Этого удается достичь благодаря профильным выборкам 19, выполненным между выходными кромками лопаток 5 по периферии диска 6 колеса 3 (фиг. 7), далее для достижения большей равномерности скоростей течения потока и снижения его турбулентности последний трансформируют в конфузорно-диффузорной с прямолинейным ориентированием его путем межплоскостного течения, т.е. отводящий нагнетательный патрубок 12 дополнительно снабжен конфузорным участком 20, а на его диффузорном участке 21 выполнены две плоские, наклонно расходящиеся площадки 22 и 23.

Применение предложенного технического решения позволяет, таким образом, организовать процесс течения жидкости по всем полостям гидронасоса, чтобы потери в них свелись к минимуму, что в свою очередь приводит к повышению напора и расхода подаваемой жидкости.

В линии всасывания это достигается прежде всего благодаря мероприятиям, приводящим к полному выравниванию скоростей потока по всему сечению на входе в колесо. Потери в линии нагнетания, возникающие от соударения вытекающих из межлопаточных каналов струй друг с другом и значительной турбулизации потока после колеса, снижаются благодаря усовершенствованию конструкции колеса и введению конфузорного участка нагнетательного патрубка.

Таким образом, предлагаемый способ подачи жидкости и конструкция гидронасоса для его осуществления позволяют свести к минимуму присущие известным способам и конструкциям гидросопротивления и потери, связанные с ними, позволяя достичь неразрывности потока и равномерности распределения скоростей потока по всем его сечениям и получить технический эффект, создаваемый изобретением.

Сущность изобретения: способ подачи жидкости включает создание разрежения в линии всасывания и выброс жидкости из рабочего колеса центробежного гидронасоса под давлением по расширяющейся спиральной камеры в линию нагнетания. При этом поток во встроенном в прямолинейный трубопровод гидронасосе трансформируют в линии всасывания двойным поворотом. Равномерности распределения скоростей перед колесом достигают его первоначальным торможением путем двухкратного объемного расширения и последующим ускорением путем двухкратного сужения. Первый поворот выполняют перед торможением деформацией потока встречно-наклонным плоскостным воздействием с дальнейшим расширением по веерообразным составляющим. Второй поворот осуществляют перед сужением, по сходящимся составляющим. Выброс жидкости с периферийной части колеса, из межлопаточных его каналов ведут с резким боковым расширением струй жидкости при выходе в спиральную камеру с повышением градиента расширения. Далее поток трансформируют в конфузорно-диффузорный с прямолинейным ориентированием его путем межплоскостного течения в линии нагнетания. Способ реализуется в центробежном насосе для подачи жидкости, в котором для обеспечения равномерности распределения скоростей всасывающий патрубок выполнен в виде расширяющегося колпака. В нижней части колпак снабжен плоской, наклоненной под 45^o площадкой, примыкающей к стенке спиральной камеры. В верхней части колпак снабжен боковым сужающимся профильным каналом, заканчивающимся приемным отверстием. Отверстие выполнено переходящим в кольцевое углубление между корпусом и свободными торцами лопаток. По периферии диска колеса между выходными кромками лопаток выполнены профильные выборки. Нагнетательный патрубок дополнительно снабжен конфузорным участком, размещенным между выходной частью спиральной камеры и диффузором нагнетательного патрубка с выполненными в нем двумя плоскими, наклонно расходящимися площадками. 2 с.п.ф-лы, 7 ил.

1. Способ подачи жидкости, заключающийся в создании вращающимся рабочим колесом встроенного в трубопровод центробежного гидронасоса разрежения в линии всасывания с равномерным распределением скоростей по сечению потока перед колесом, в ускорении потока в межлопаточных каналах последнего с повышением давления в направлении его движения от центра к периферии колеса и в выбросе жидкости из него под давлением по расширяющейся спиральной камере в линию нагнетания, отличающийся тем, что поток во встроенном в прямолинейный трубопровод гидронасосе трансформируют в линии всасывания двойным поворотом, а равномерности распределения скоростей перед колесом достигают его первоначальным торможением путем двухкратного объемного расширения и последующим ускорением путем двухкратного сужения, при этом первый поворот выполняют перед торможением деформацией потока встречно-наклонным плоскостным воздействием с дальнейшим расширением по веерообразным составляющим и второй поворот - перед сужением, по сходящимся, а выброс жидкости с периферийной части колеса, из межлопаточных его каналов, ведут с резким боковым расширением ее струй при выходе в спиральную камеру с повышением градиента расширения и далее трансформируют поток в конфузорно-диффузорный с прямолинейным ориентированием его путем межплоскостного течения в линии нагнетания. 2. Центробежный гидронасос для подачи жидкости, содержащий корпус с консольно установленным на валу рабочим колесом с профильными лопатками, закрепленными одним торцом на диске колеса и образующими совместно межлопаточные каналы, сообщенные на входе через приемное отверстие с полостью подводящего всасывающего патрубка корпуса, а на выходе - через расширяющуюся спиральную камеру с полостью отводящего нагнетательного диффузорного патрубка, отличающийся тем, что во встроенном в прямолинейный трубопровод корпусе насоса всасывающий патрубок выполнен в виде расширяющегося колпака, снабженного в нижней его части плоской, наклоненной под углом 45^o площадкой, примыкающей к стенке спиральной камеры, а в верхней его части - боковым сужающимся профильным каналом, заканчивающимся приемным отверстием, переходящим в кольцевое углубление между корпусом и свободными торцами лопаток с возможностью минимизации зазора между ними и ориентирования межлопаточных струй относительно спиральной камеры, при этом по периферии диска колеса между выходными кромками лопаток выполнены профильные выборки, а отводящий нагнетательный патрубок дополнительно снабжен конфузорным участком, размещенным между выходной частью спиральной камеры и диффузором нагнетательного патрубка с выполненными в нем двумя плоскими, наклонно расходящимися площадками.