РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 1999 года по МПК F04D29/22 F04D29/28 

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к конструкциям рабочих колес центробежных насосов; может быть использовано также в центробежных воздуходувках.

Известно рабочее колесо, содержащее ведущий и ведомый диски и установленные между ними радиальные лопатки, образующие на входе колеса между дисками два или три ряда межлопаточных каналов [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является рабочее колесо, содержащее ведущий, ведомый и лопаточный диски, образующие радиальные каналы, в которых размещены лопатки, смещенные в окружном направлении [2].

Существенными недостатками как первой, так и второй конструкции являются:
низкий КПД, обусловленный образованием вихревого потока в межлопаточных каналах;
повышенный пусковой момент, вследствие расширения общей ширины каналов на периферии колеса в первом случае и того, что общая ширина на периферии всех каналов остается неизменной - во втором.

Целью изобретения являются повышение КПД и снижение пускового момента.

Указанная цель достигается описываемым рабочим колесом, включающим ведущий, ведомый и лопаточный диски, образующие радиальные каналы, в которых размещены лопатки, смещенные в окружном направлении.

Новым является то, что стенки боковых радиальных каналов ближе к периферии выполнены конусными, причем стенки, обращенные в противоположные стороны от плоскости симметрии рабочего колеса, пересекаются между собой в его плоскости симметрии по окружности, длина которой равна длине дуги всех каналов плюс толщины стенок между смежными каналами; каналы одного ряда смещены в окружном направлении от каналов смежного ряда на величину угла 360^o/n (где n - число рядов) и в плоскости симметрии образуют один ряд (центральный) и снабжено на периферийном участке радиальными каналами одного ряда, сообщающимися с радиальными каналами всех рядов через кольцевое пространство.

Новым также является то, что периферийные однорядные радиальные каналы сообщаются с радиальными каналами всех рядов через секторные участки кольцевого пространства.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого рабочего колеса;
на фиг. 2- сечение АА фиг. 1,
на фиг. 3 - продольный разрез рабочего колеса с 3-рядными каналами, сообщающимися с периферийными однорядными каналами через кольцевое пространство;
на фиг. 4 - вид на рабочее колесо (фиг. 3) в плане со снятым ведомым диском;
на фиг. 5 - в плане каналы "5" фиг. 3;
на фиг. 6 - в плане каналы "6" фиг. 3;
на фиг. 7 - в плане каналы "4" фиг. 3;
на фиг. 8 - продольный разрез рабочего колеса с 2-рядными каналами, сообщающимися с периферийными однорядными каналами через кольцевое пространство;
на фиг. 9 - вид на рабочее колесо (фиг. 8) в плане со снятым ведомым диском;
на фиг. 10 - толщины стенок между смежными каналами.

Рабочее колесо (фиг. 3) состоит из ведущего 1, ведомого 2 и лопаточного 3 дисков. В последнем выполнены 3- или 2-рядные радиальные каналы 4, 5 и 6. Стенки боковых каналов 4 и 5 ближе к периферии с диаметра D₁ выполнены конусными, причем стенки 7 и 8, обращенные в противоположные стороны от плоскости симметрии рабочего колеса, пересекаются между собой в его плоскости симметрии по окружности D₂, длина которой равна длине дуги всех каналов плюс толщина стенок между смежными каналами. Оптимальное значение диаметра D₂ определяют из выражения.

ПD₂-(L+t)_n;

где L - длина канала по дуге окружности D₂;
t - толщина лопатки на диаметре D₂;
n - количество каналов, выходящих на диаметр D₂.

Внутренние стенки каналов 6 3-рядного рабочего колеса, которые обращены к оси симметрии, на периферии в конические поверхности не переходят. Каналы одного ряда смещены в окружном направлении от каналов смежного ряда на величину 360^o/n (где n - число рядов) и в плоскости симметрии образуют один ряд (центральный). Все каналы на диаметры D₃ выходят на полосу, ограниченную двумя поперечными плоскостями 9 и 10. На периферии рабочего колеса выполнены радиальные (однорядные) каналы 11, образованные лопатками 12. Между концентрическими окружностями, сформированными диаметрами D₂ и D₃, заключено кольцевое пространство 13.

Предлагается два варианта кольцевого пространства 13: сплошное и прерывистое. В первом случае начало всех лопаток периферийного ряда лежит на диаметре D₄, а концы лопаток, относящиеся к многорядным каналам, на диаметре D₃ (фиг. 5). Во втором случае некоторые лопатки, образующие многорядные каналы, переходят в лопатки периферийного ряда (фиг. 4, 6, 7, 9) и делят кольцевое пространство 13 на отдельные сектора. При D₄/D₀≥5 кольцевое пространство делают прерывистым, а при D₄/D₀≤5 - сплошным. На фиг. 5, 6, 7 указан угол между секторами, равный 120^o; это один из возможных вариантов. А практически он может меняться в пределах 60 -180^o.

Работает рабочее колесо следующим образом: при его вращении жидкость из полости "а" направляется в каналы 4, 5 и 6 (фиг. 3 и 8), пройдя радиальные и наклонные их участки, выходит в кольцевое пространство 13. Здесь давление и скорость жидкости стабилизируются, и после этого жидкость попадает в радиальные каналы 11 (фиг. 4, 5, 6, 7, 9), из которых вытесняется в каналы направляющего аппарата.

Выполнение стенок боковых каналов ближе к периферии конусными позволяет добиться оптимальной величины диффузорности каналов на центральном и периферийном участках и резко снизить вихревые потоки в каналах и тем самым повысить КПД и снизить пусковой момент.

Смещение каналов одного ряда в окружном направлении от каналов смежного ряда на величину угла 360^o/n позволяет достичь плавный переход боковых каналов в один центральный ряд каналов с оптимальной диффузорностью, что также снижает вихревые потоки и ведет к повышению КПД и снижению пускового момента.

В кольцевом пространстве происходит уравнивание потока жидкости по скоростям и давлению. Это пространство служит как бы в качестве всасывающей полосы для периферийного участка рабочего колеса. Выходящий из всех каналов поток жидкости в кольцевом пространстве успокаивается, откуда попадает в каналы периферийного ряда, который фактически выполняет функцию второй ступени рабочего колеса. При этом вихреобразование почти полностью исчезает, а это ведет к повышению КПД.

Использованная информация
1. Патент США N 3478691, МКИ F 04 D 29/22, 1969 г.

2. А.С. N 1117410, МКИ F 04 D 29/18, 1984 г.

Рабочее колесо может быть использовано в центробежных насосах и воздуходувках. Колесо содержит ведущий, ведомый и лопаточные диски, образующие многорядные радиальные каналы. В каналах размещены лопатки, смещенные в окружном направлении. Стенки боковых каналов ближе к периферии выполнены конусными. Стенки, обращенные в противоположные стороны от плоскости симметрии колеса, выполнены пересекающимися между собой в его плоскости симметрии по окружности. Длина указанной окружности равна длине дуги всех каналов плюс толщина стенок между смежными каналами. На периферийном участке колеса выполнены периферийные радиальные каналы, размещенные в один ряд и сообщенные с радиальными каналами всех рядов через кольцевое пространство. Указанное пространство может быть разделено на секторы. Использование рабочего колеса данной конструкции повышает КПД и снижает пусковой момент за счет снижения вихревых потоков в колесе. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Рабочее колесо центробежного насоса, включающее ведущий, ведомый и лопаточный диски, образующие многорядные радиальные каналы, в которых размещены лопатки, смещенные в окружном направлении, отличающееся тем, что стенки боковых каналов ближе к периферии выполнены конусными, причем стенки, обращенные в противоположные стороны от плоскости симметрии рабочего колеса, выполнены пересекающимися между собой в его плоскости симметрии по окружности, длина которой равна длине дуги всех каналов плюс толщина стенок между смежными каналами, а на периферийном участке колеса выполнены периферийные радиальные каналы, размещенные в один ряд и сообщенные с радиальными каналами всех рядов через кольцевое пространство. 2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что кольцевое пространство, сообщающее периферийные и многорядные каналы, разделено на секторы.