ЛОПАСТНОЕ КОЛЕСО Российский патент 2001 года по МПК F04D29/18 F04D3/00 

Изобретение относится к насосостроению, а именно к лопастным осевым насосам.

Известно лопастное колесо, содержащее установленные на втулке посредством ступицы лопасти (Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. М., Машиностроение, 1971, с. 4, рис. 1).

Недостатком этого лопастного колеса является низкий напор на одну ступень (Михайлов А. К., Малюшенко В.В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. М., Машиностроение, 1971, с. 11, рис. 5).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лопастное колесо, содержащее втулку и лопасти, угол установки которых выполнен изменяющимся по радиусу от втулки до периферии по закону rtgβ_вх= A, т. е. выполнен уменьшающимся по радиусу от втулки до периферии (СССР, а.с. 1479706, МКИ F 04 D 29/24, 1987).

Недостатком этого лопастного колеса являются большие поперечные габариты (Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. М., Машиностроение, 1971, с. 9, рис. 3).

Предложенное изобретение предназначено для решения технической задачи повышения напора насоса при одновременном уменьшении поперечных габаритов.

Технический результат достигается за счет того, что в лопастном колесе, содержащем втулку и лопасти, угол установки которых выполнен уменьшающимся по радиусу от втулки до периферии, дополнительно угол установки выполнен уменьшающимся по оси колеса от входа до выхода. Этому условию, например, удовлетворяют лопасти, выполненные представляющими из себя винтовые поверхности постоянного или переменного шага, в проходящих через ось продольных сечениях, имеющих форму параболы где k = 0,5 - 2,5 а x и y - соответственно абсцисса и ордината в сантиметрах точки поверхности лопасти относительно лежащей в продольном сечении образующей цилиндрической поверхности втулки лопастного колеса. На периферийной части лопастей закреплено уплотнительное кольцо, образующее зазор со стенкой корпуса.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где на
фиг. 1 - лопастное колесо, аксонометрическая проекция;
фиг. 2 - форма лопасти в проходящем через ось лопастного колеса продольном сечении.

Лопастное колесо содержит втулку 1, к которой присоединены лопасти 2. Лопасти 2 выполнены с рабочими поверхностями, угол установки которых α выполнен уменьшающимся как по радиусу от втулки до периферии, так и по оси колеса от входа до выхода. Преимущественно лопасти 2 выполнены представляющими из себя участки винтовых поверхностей постоянного или переменного шага в проходящих через ось 3 продольных сечениях, имеющих форму участков параболы где k = 0,5 - 2,5, а x и y - соответственно абсцисса и ордината в сантиметрах точки поверхности лопасти 2 относительно лежащей в продольном сечении образующей 4 цилиндрической поверхности втулки 1 лопастного колеса 2. Меньшие значения диапазона изменения k относятся к лопастным насосам высокого давления, большие - к водоотливным малонапорным. При выполнении винтовой поверхности в проходящих через ось 3 продольных сечениях в виде параболы угол установки рабочей поверхности лопастного колеса α изменяется от 90^o у втулки 1 лопастного колеса до величины, стремящейся к нулю на периферии лопастей 2. Кривизна ρ также монотонно уменьшается в том же направлении. Вследствие этого каждая лопасть 2 лопастного колеса имеет чашеобразную форму и вместе со втулкой 1 формирует пространство, ограниченное снаружи и сзади. На периферийной части лопастей 2 закреплено уплотнительное кольцо 5, образующее зазор со стенкой корпуса (не показан). На передней и тыльной торцовой поверхностях уплотнительного кольца 5 могут быть выполнены лабиринтные канавки ((не показаны).

Лопастное колесо работает следующим образом. При вращении лопастного колеса лопасти 2 отбрасывают жидкость в направлении вдоль его оси 3. Выполнение лопастей 2 с углами установки рабочей поверхности α у втулки 1, близкими к 90^o, позволяет получить большой напор, а близкими к нулю на периферии способствует формированию направленного потока отбрасываемой лопастным колесом жидкости за счет принудительного направления захваченной лопастями 2 жидкости вдоль оси 3 лопастного колеса. Монотонно уменьшающаяся по мере удаления от оси 3 кривизна лопастного колеса ρ способствует формированию плавного потока жидкости, сходящего с лопастей 2 лопастного колеса, и повышению к.п.д. лопастного насоса. Выполнение лопастей 2 лопастного колеса в виде параболы в проходящих через ось 3 продольных сечениях, кроме того, позволяет использовать свойство параболы фокусировать поток в направлении ее оси 3 и способствует улучшению гидродинамических характеристик лопастного насоса. Уплотнительное кольцо 5 служит уплотнению зазора между лопастным колесом и корпусом, чему способствуют лабиринтные канавки, и организует ограниченное пространство для направленного движения жидкости в прямом направлении. Кроме того, оно способствует увеличению изгибной жесткости лопастей 2 лопастного колеса.

Предложенное лопастное колесо позволяет повысить напор за счет принудительного направления жидкости лопастями вдоль оси лопастного колеса. Моделирование работы предлагаемого лопастного колеса показывает возможность получения 3-кратного и более увеличения напора по сравнению с лопастным колесом центробежного насоса.

Лопастное колесо предназначено для использования в насосостроении, а именно в лопастных осевых насосах. Лопастное колесо содержит втулку, к которой присоединены лопасти. Лопасти выполнены с рабочими поверхностями, угол установки которых уменьшают как по радиусу от втулки до периферии, так и по оси колеса от входа до выхода. Вследствие этого каждая лопасть лопастного колеса имеет чашеобразную форму и вместе со втулкой формирует пространство, ограниченное снаружи и сзади. На периферийной части лопастей закреплено уплотнительное кольцо. Выполнение лопастей лопастного колеса в проходящих через ось продольных сечениях с углами наклона к оси у втулки, близкими к 90°, позволяет получить большой напор, а близкими к нулю на периферии способствует формированию направленного потока отбрасываемой лопастным колесом жидкости за счет принудительного направления захваченной лопастями жидкости вдоль оси лопастного колеса. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Лопастное колесо, содержащее втулку и лопасти, угол установки которых выполнен уменьшающимся по радиусу от втулки до периферии, отличающийся тем, что угол установки лопастей выполнен уменьшающимся и по оси колеса от входа до выхода. 2. Лопастное колесо по п.1, отличающееся тем, что лопасти образованы винтовыми поверхностями постоянного или переменного шага, в проходящих через ось продольных сечениях, имеющих форму параболы где k = 0,5 - 2,5, а x и y - соответственно абсцисса и ордината в сантиметрах точки поверхности лопасти относительно проходящей через продольное сечение образующей цилиндрической поверхности втулки. 3. Лопастное колесо по п.1, отличающееся тем, что на периферийной части лопастей закреплено уплотнительное кольцо.