ЦЕНТРОБЕЖНОЕ РЕАКТИВНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО Российский патент 1999 года по МПК F04D29/22 F03B3/12 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в устройствах необъемного вытеснения, а именно в центробежных насосах для перекачивания жидкости и в турбинных установках.

Известно Сегнерово колесо (Большая Советская Энциклопедия, т. 23, с. 162, 1976 г.), состоящее из вертикальной трубы, на которой укреплена свободно вращающаяся горизонтальная труба с горизонтальными же отогнутыми в противоположные стороны концами.

Недостатком данной конструкции является высокое сопротивление трения о воздух, сводящее КПД устройства почти к нулю.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является центробежное реактивное рабочее колесо по авторскому свидетельству СССР N 1479705, МКИ F 04 D 29/24, 29/22, 1989 г., содержащее ступицу, ведущий диск, выполненный на периферии с кольцевым пояском, имеющим наклонные каналы, ведомый диск запрессованный в кольцевой поясок, причем между ведущим и ведомым дисками расположены рабочие лопатки, образующие межлопаточные каналы, сообщающиеся с наклонными каналами кольцевого пояска.

Однако большой диаметр входа и обусловленное этим уменьшение эффективного радиуса рабочего колеса, а также наличие перекрывающих входную полость лопастей, секущих радиальный поток всасываемой жидкости, приводит к повышению энергетических затрат и, соответственно, к уменьшению рабочего давления в рабочем колесе, а следовательно, к снижению КПД устройств необъемного вытеснения.

Целью изобретения является повышение КПД устройств необъемного вытеснения.

Поставленная цель достигается тем, что в центробежном реактивном рабочем колесе, содержащем два диска, между которыми жестко закреплен кольцевой поясок с выполненными в нем закрытыми наклонными отводными каналами, установленном на валу и имеющем в центральной части отверстие для входа рабочего тела, где внутренней поверхностью пояска образована полость, отводные каналы расположены по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и ориентированы выходами в направлении, противоположном направлению вращения колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности кольцевого пояска, имеющего высоту, равную диаметру отводного канала, и ширину, равную двум диаметрам отводного канала, а радиус свободной полости колеса выполнен равным не менее двух диаметров входного отверстия для рабочего тела.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что отводные каналы расположены по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и ориентированы выходами в направлении, противоположном направлению вращения колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности кольцевого пояска, имеющего высоту, равную диаметру отводного канала, и ширину, равную двум диаметрам отводного канала, а радиус свободной полости колеса выполнен равным не менее двух диаметров входного отверстия для рабочего тела.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что данная конструкция центробежного реактивного рабочего колеса имеет существенные отличия от них, а именно:
- отсутствие лопаток, то есть создание свободного кольцевого тела вращения, приводит к радиальному перемещению каждой части без затрат энергии на изменение их направления, что создает непосредственно внутри рабочего органа (колеса) стабильное центробежное поле высокой напряженности и рабочее давление, увеличивая при этом напор в отводные каналы кольцевого пояска, расположенные по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и ориентированные выходами в направлении, противоположном направлению вращения колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности кольцевого пояска, который практически без потерь преобразуется в рабочее давление на выходе и, тем самым, повышает эффективность работы устройств в целом;
- выполнение отводных каналов в кольцевом пояске по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и в сторону, обратную направлению вращения рабочего колеса, обеспечивает снижение механических и гидравлических потерь при работе, увеличивая КПД системы;
- свободный объем рабочего колеса, заканчивающийся отводными каналами на периферии, исключает проскальзывание жидкости относительно стенок рабочей полости.

Оптимальные ширина и высота рабочего пояска определены опытным путем. Высота кольцевого пояска, равная диаметру отводного канала, определяет высоту периферийной части центробежного реактивного рабочего колеса, в результате чего снижаются до минимума механические потери при трении, а ширина кольцевого пояска, равная двум диаметрам выпускного отверстия, гарантирует образование направляющего канала, выдержанного по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу рабочего колеса.

Радиус свободной полости рабочего колеса - не менее двух диаметров входного отверстия для рабочего тела - обуславливает эффективную работу устройства, возрастающую по мере его увеличения.

На фиг. 1 изображено центробежное реактивное рабочее колесо в разрезе, на фиг. 2 - разрез А-А.

Центробежное реактивное рабочее колесо содержит два диска - верхний 1 (фиг. 1), подсоединенный к валу, и нижний 2 (фиг. 1), имеющий отверстие 3 для входа рабочего тела (фиг. 1), между которыми на периферии жестко закреплен кольцевой поясок 4 (фиг. 2, 1) с отводными каналами 5 (фиг. 2, 1), выполненными по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности кольцевого пояска. При этом образуется полая рабочая полость 6 (фиг. 1).

Центробежное реактивное рабочее колесо работает следующим образом. Рабочее тело через входное отверстие 3 (фиг. 1) заполняет рабочую полость 6 (фиг. 1). При вращении рабочего колеса рабочее тело, находящееся в рабочей полости, вращается вместе с ним, развивая максимально возможное давление, соответствующее возникающей, при заданной скорости вращения, напряженности центробежного поля и выталкивается в отводные каналы 5 (фиг. 2) кольцевого пояска 4 (фиг. 2), направленные в обратную сторону вращения рабочего колеса.

Таким образом, прелагаемое техническое решение позволяет повысить КПД устройств на 10 - 15%.

Центробежное реактивное рабочее колесо может быть использовано в устройствах необъемного вытеснения, в частности в центробежных насосах для перекачивания жидкости и в турбинных установках. Колесо содержит два диска, между которыми жестко закреплен кольцевой поясок с выполненными в нем закрытыми отводными каналами. Колесо установлено на валу и имеет в центральной части отверстие для входа рабочего тела. Внутренней поверхностью пояска образована полость. Отводные каналы расположены по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и ориентированы выходами в направлении, противоположном направлению вращения колеса. Наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности кольцевого пояска, имеющего высоту, равную диаметру отводного канала, и ширину - двум диаметрам отводного канала, а радиус свободной полости колеса выполнен равным не менее двух диаметров входного отверстия для рабочего тела. Использование изобретения позволяет снизить механические потери на трение и повысить КПД колеса. 2 ил.

Центробежное реактивное рабочее колесо, содержащее два диска, между которыми жестко закреплен кольцевой поясок с выполненными в нем закрытыми наклонными отводными каналами, установленное на валу и имеющее в центральной части отверстие для входа рабочего тела, при этом внутренней поверхностью пояска образована полость, отличающееся тем, что отводные каналы расположены по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и ориентированы выходами в направлении, противоположном направлению вращения колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности кольцевого пояска, имеющего высоту, равную диаметру отводного канала, и ширину, равную двум диаметрам отводного канала, а радиус свободной полости колеса выполнен равным не менее двух диаметров входного отверстия для рабочего тела.