ЦЕНТРОБЕЖНОЕ РЕАКТИВНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО Российский патент 2008 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, 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 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 (патент РФ №2132973, БИ №19, 1999).

Недостатком известного устройства является то, что форма рабочего пространства не обеспечивает должной обтекаемости, что приводит к повышению сопротивления движения рабочего потока, т.е. энергетических затрат и, соответственно, к уменьшению рабочего давления в рабочем колесе, а следовательно, к снижению КПД устройств необъемного вытеснения

Задачей изобретения является повышение КПД устройства необъемного вытеснения.

В результате использования предлагаемого изобретения уменьшается сопротивление движению рабочего потока, при этом свободный объем рабочего колеса, заканчивающийся отводными каналами на периферии, исключает проскальзывание рабочего тела относительно стенок рабочей полости, а предлагаемая форма внутренней поверхности обеспечивает снижение механических и гидравлических потерь при работе, увеличивая КПД системы.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом центробежном реактивном рабочем колесе, содержащем два диска во внутренней полости, 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 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, внутренняя полость рабочего колеса выполнена в виде тороида, поперечное сечение которого образовано двумя сопряженными дугами окружностей радиуса R₁ и R₂, отношение которых R₁/R₂=1,618 соответствует пропорции золотого сечения, а центры поперечного сечения удалены на расстояние, равное радиусу R₂, при этом в центре рабочего колеса выполнено возвышение, образованное вращением сечения внутренней тороидальной поверхности.

Внутренняя полость рабочего колеса выполнена в виде торроида, поперечное сечение которого образовано двумя сопряженными дугами окружностей радиуса R₁ и R₂, отношение которых R₁/R₂=1,618 соответствует пропорции золотого сечения, а центры поперечного сечения удалены на расстояние, равное радиусу R₂.

Сечение внутренней рабочей полости имеет тороидальную форму, имеющую золотое сечение, обеспечивающую оптимальное распределение рабочей среды внутри полости за счет рассекания его острием, образованным поверхностью с последующим завихрением и выходом в отводные каналы.

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.

Радиус входного отверстия R_вх и внешний радиус колеса R_вн могут находиться в соотношении R_вх≈0,7·R_вн.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1-3.

На фиг.1 изображено центробежное реактивное рабочее колесо в разрезе.

На фиг.2 представлен разрез А-А.

На фиг.3 изобретение представлено в изометрической проекции с разрезом.

Центробежное реактивное рабочее колесо состоит из отверстия для входа рабочего тела 1, внутренней полости центробежного реактивного рабочего колеса 2, выполненной в виде тороида, поперечное сечение которого образовано двумя сопряженными дугами окружностей радиуса R1 и R2, отношение которых R1/R2=1,618 соответствует пропорции золотого сечения, а центры дуг окружностей удалены на расстояние, равное радиусу R2, отводных каналов 3, расположенных по окружности внутренней полости рабочего колеса (фиг.2 и 3) и выполненных по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности полости, возвышения 4, образованного вращением составляющих дуг окружностей R₁ и R₂, вала рабочего колеса 5, кольцевого пояска 6.

На фиг.3 показано сечение внутренней поверхности и образованное этой поверхностью полутора возвышение (острие) 4, благодаря которому происходит более оптимальное распределение рабочей среды за счет рассекания его образованным острием.

Центробежное реактивное рабочее колесо работает следующим образом.

Рабочее тело через входное отверстие 1 (фиг.1) заполняет рабочую полость 2. 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 3 кольцевого пояска 6 (фиг.2), направленные в обратную сторону вращения рабочего колеса. Оптимальное распределение рабочей среды происходит за счет рассекания ее образованным острием 4. Вращение рабочего колеса передается на вал генератора 5.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить потери и повысить КПД устройств.

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. Отводные каналы расположены по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и ориентированы выходами в направлении, противоположном направлению вращения колеса. Внутренняя полость имеет тороидальную форму, имеющую золотое сечение. Использование изобретения позволяет снизить механические потери на трение и повысить КПД колеса. 3 ил.

Центробежное реактивное рабочее колесо, установленное на валу и имеющее отверстие для входа рабочего тела и отводные каналы, 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 полости, отличающееся тем, что внутренняя полость рабочего колеса выполнена в виде тороида, поперечное сечение которого образовано двумя сопряженными дугами окружностей радиуса R₁ и R₂, отношение которых R₁/R₂=1,618 соответствует пропорции золотого сечения, а центры поперечного сечения удалены на расстояние, равное радиусу R₂, при этом в центре рабочего колеса выполнено возвышение, образованное вращением сечения внутренней тороидальной поверхности.