ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2003 года по МПК F04D29/16 F16J15/48 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к центробежным насосам для перекачки жидкости, и может быть использовано в компрессорах, турбинах, вентиляторах и т.д.

При конструировании центробежных насосов большое внимание уделяется уплотнению рабочих органов насоса, поскольку в процессе эксплуатации происходит износ контактирующих поверхностей уплотнений, что значительно ухудшает основные параметры насоса: КПД, напор и надежность.

Известны конструкции ступеней центробежных насосов, состоящие из рабочего колеса, направляющего аппарата, межступенного диска и контактного плавающего уплотнения, образованного поверхностью ступицы рабочего колеса и поверхностью уплотнительного кольца, установленного на межступенном диске [1].

В известной конструкции в коническое щелевое пространство, образованное уплотнительным кольцом и неподвижной поверхностью межступенного диска, установлен эластичный элемент таким образом, что по мере износа он имеет возможность перемещаться в направлении сужения конической щели и за счет его деформации обеспечивает самоуплотнение. Существенным недостатком такого технического решения является то, что уплотнение требует применения износостойких материалов с низким коэффициентом трения, так как элементы уплотнения в процессе работы соприкасаются между собой.

Известен центробежный насос, содержащий установленную в корпусе на приводном валу крыльчатку и уплотнительные кольца, взаимодействующие своей внутренней поверхностью с цилиндрической поверхностью полок крыльчатки [2]. В этом устройстве на части внутренней поверхности уплотнительных колец со стороны уплотняемой полости выполнены наклонные канавки, сообщенные с уплотняемой полостью, равномерно расположенные по периметру и ориентированные под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения крыльчатки. Такое решение позволяет улучшить смазку уплотняемой поверхности.

Недостатком данного устройства является увеличение зазора в уплотнении по мере износа уплотняющих поверхностей особенно при перекачке жидкости с твердыми механическими примесями, а это, в свою очередь, снижает надежность насоса, а также приводит к увеличению перетечек и, как следствие, к снижению КПД.

Ближайшим техническим решением к изобретению является центробежный насос, содержащий приводной вал, лопастное рабочее колесо со ступицами, уплотняющие поверхности которых контактируют с эластичными кольцами, застопоренньми от проворота в корпусе насоса [3]. В известном насосе эластичные уплотнительные кольца выполнены с отверстиями для увеличения эластичности и жестко закреплены по внешнему периметру. При работе насоса за счет перепада давления часть кольца сдвигается в сторону области с меньшим давлением, в результате чего происходит перекос кольца, и его внутренняя поверхность прижимается к ступице колеса. В известном насосе также происходит увеличение зазора в уплотнениях за счет износа уплотняющих поверхностей.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение надежного самоуплотнения рабочего колеса центробежного насоса при меньшем потреблении мощности, рассеиваемой на уплотняющих деталях в процессе работы насоса, что повышает КПД насоса и его надежность.

Технический результат достигается тем, что в центробежном насосе, содержащем приводной вал, лопастное рабочее колесо со ступицами, уплотняющие поверхности которых контактируют с эластичными кольцами, застопоренными от проворота в корпусе насоса, каждое эластичное кольцо установлено с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса насоса и прижатия с минимальным зазором к поверхности ступицы под действием сил, образованных перепадом давления, создаваемого колесом при работе насоса, при этом внутренняя поверхность каждого эластичного кольца в средней части выполнена с равномерно расположенными по окружности выемками, обеспечивающими при вращении колеса формирование гидродинамического клина между поверхностью эластичного кольца и цилиндрической поверхностью ступицы колеса. Выемки, равномерно расположенные по окружности на внутренней поверхности кольца, могут быть выполнены ступенчатыми или клиновыми. Эластичные кольца могут быть установлены в корпусе насоса с гарантированным зазором со стороны наружных поверхностей не менее 0,5 мм на сторону.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен продольный разрез центробежного насоса;
на фиг.2 - вид сечения А-А, показанного на фиг.1;
на фиг.3 - вид сечения Б-Б, показанного на фиг.2.

Центробежный насос (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором на приводном валу 2 установлено рабочее колесо 3 с уплотняющими ступицами 4. В корпусе 1 насоса расположены эластичные кольца 5, установленные с гарантированным зазором со стороны наружных поверхностей 6 не менее 0,5 мм на сторону, чем обеспечивается возможность перемещения каждого эластичного кольца 5 в радиальном направлении относительно корпуса насоса. Внутренняя поверхность 7 каждого эластичного кольца 5 обращена к цилиндрической поверхности 8 ступицы 4. В средней части внутренней поверхности 7 выполнены равномерно расположенные по окружности клиновые или ступенчатые выемки 9, которые совместно с уплотняемой поверхностью 8 ступицы 4 образуют полости 10 (фиг.2, 3). Эластичные кольца 5 выполнены с наружными фланцами 11, имеющими стопорные элементы 12, например, в виде штифтов, обеспечивающие предотвращение эластичных колец от проворота.

При работе центробежного насоса под действием сил, возникающих от перепада давления, создаваемого рабочим колесом 3, фланец 11 эластичного кольца 5 в осевом направлении прижимается к корпусу 1 насоса. В радиальном направлении с минимальным зазором кольцо 5 прижимается к поверхности 8 ступицы 4 (фиг. 3). Одновременно при вращении рабочего колеса 3 формируется гидродинамический клин, образованный в полости 10 выемок 9 между эластичным кольцом 5 и поверхностью 8 ступицы 4. За счет формирования гидродинамического клина происходит отжимание поверхности эластичного кольца 5 от поверхности 8 ступицы 4 на расстояние до 50 мкм и трение скольжения переходит в жидкостное трение.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает надежное самоуплотнение рабочего колеса с меньшими потерями мощности на уплотнение, что существенно повышает КПД насоса и обеспечивает постоянство его параметров в течение срока эксплуатации.

Источники информации
1. Описание к патенту RU 2133379, МПК 6 F 04 D 1/00, заявл. 18.02.98.

2. Описание к патенту RU 2105201, МПК 6 F 04 D 29/12, заявл. 21.11.96.

3. Описание к патенту FR 564319, МПК 6 F 04 D 29/16, заявл. 24.03.1923.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в центробежных насосах, компрессорах, турбинах и т.д. Центробежный насос содержит приводной вал, лопастное рабочее колесо со ступицами, уплотняющие поверхности которых контактируют с эластичными кольцами, застопоренными от проворота в корпусе насоса. Каждое эластичное кольцо установлено с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса насоса и прижатия с минимальным зазором к поверхности ступицы под действием сил, образованных перепадом давления, создаваемого колесом при работе насоса. Внутренняя поверхность каждого эластичного кольца в средней части выполнена с равномерно расположенными по окружности выемками, обеспечивающими при вращении колеса формирование гидродинамического клина между поверхностью эластичного кольца и цилиндрической поверхностью ступицы колеса. Выемки на внутренней поверхности кольца выполнены ступенчатыми или клиновыми. Изобретение направлено на обеспечение надежного самоуплотнения колеса при меньшем потреблении мощности. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Центробежный насос, содержащий приводной вал, лопастное рабочее колесо со ступицами, уплотняющие поверхности которых контактируют с эластичными кольцами, застопоренными от проворота в корпусе насоса, отличающийся тем, что каждое эластичное кольцо установлено с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса насоса и прижатия с минимальным зазором к поверхности ступицы под действием сил, образованных перепадом давления, создаваемого колесом при работе насоса, при этом внутренняя поверхность каждого эластичного кольца в средней части выполнена с равномерно расположенными по окружности выемками, обеспечивающими при вращении колеса формирование гидродинамического клина между поверхностью эластичного кольца и цилиндрической поверхностью ступицы колеса. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что выемки, равномерно расположенные по окружности на внутренней поверхности кольца, выполнены ступенчатыми или клиновыми. 3. Насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что эластичные кольца установлены в корпусе насоса с гарантированным зазором со стороны наружных поверхностей не менее 0,5 мм на сторону.