РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА И СОДЕРЖАЩИЙ ЕГО ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2010 года по МПК F04D29/22 F04D7/04 

Настоящее изобретение имеет отношение к рабочему колесу для центробежного насоса и к центробежному насосу.

В патенте США 3246605 раскрыт роторный насос, содержащий кожух, имеющий впуски с противоположных осевых боковых сторон, составной ротор, имеющий центральный диск с лопастями, идущими к противоположным сторонам диска, открытым к соответствующим впускам. Каждая лопасть имеет наклонный ковш вдоль ее свободной стороны. Ковши направлены вперед, то есть в направлении вращения, чтобы выполнять функцию ковшей. Флюид выталкивается через различные выпуски в улитку.

В публикации ФРГ Gebrauchsmuster G8811026 раскрыта турбина для перемешивания вспененного материала в реакционном сосуде. Турбина имеет центральную ступицу для установки на валу, диск и множество смесителей, установленных со смещением друг от друга по окружности на диске. Каждый из смесителей имеет U-образный, открытый вперед корпус. Стороны корпуса идут тангенциально в периферийном направлении, причем стороны сходятся в радиальном внешнем направлении. Ширина между сторонами является постоянной в тангенциальном направлении при одном и том же радиусе, и сужается в радиальном направлении.

Настоящее изобретение направлено на создание рабочего колеса, имеющего смещенные друг от друга по оси кольцевые боковые стороны; смещенные друг от друга по окружности лопасти, каждая из которых идет между указанными боковыми сторонами; и смещенные друг от друга по окружности вспомогательные лопасти, снаружи от одной или обеих боковых сторон. В рабочем режиме вспомогательные лопасти вращаются и имеют рабочий зазор с рабочим колесом в кольцевом пространстве между каждой своей стороной и соответствующей стороной стационарного кожуха насоса, в результате чего потенциально создается напор, позволяющий устранять или по меньшей мере ослаблять возможную утечку или рециркуляцию от внешнего, имеющего высокое давление, периферийного выпуска рабочего колеса радиально внутрь, в пространство между рабочим колесом и кожухом.

Заявитель полагает, что настоящее изобретение найдет особое применение в насосах для нагнетания абразивных флюидов, в особенности в грязевых насосах, и именно такое применение имелось в виду в описании настоящего изобретения. Однако следует иметь в виду, что настоящее изобретение не ограничено только таким применением.

В соответствии с настоящим изобретением в его широком аспекте предлагается рабочее колесо для центробежного насоса описанного типа, причем в указанном рабочем колесе передние грани вспомогательных лопастей имеют наклон относительно перпендикуляра к соответствующей боковой стороне рабочего колеса.

Таким образом, передние грани могут идти под тупым углом к соответствующей боковой стороне рабочего колеса. Можно мысленно представить, что, в любом радиальном положении, внешняя в осевом направлении точка на любой вспомогательной лопасти идет, в рабочем режиме насоса, с запаздыванием относительно внутренней в осевом направлении точки.

Тупой угол между передней гранью вспомогательной лопасти и боковой стороной рабочего колеса может составлять ориентировочно от 100 до 170°, а преимущественно ориентировочно от 120 до 150°, а еще лучше может составлять около 135°. Этот угол может быть постоянным вдоль длины соответствующей вспомогательной лопасти.

В соответствии с одним из вариантов задние кромки вспомогательных лопастей могут иметь наклон относительно перпендикуляра к соответствующей боковой стороне рабочего колеса, такой, что угол между задней гранью и боковой стороной рабочего колеса является тупым.

Вместо этого, в соответствии с другим вариантом задние кромки вспомогательных лопастей могут быть перпендикулярными к соответствующей боковой стороне рабочего колеса.

Как правило, предусмотрено, что радиально внешние периферийные стороны вспомогательных лопастей являются цилиндрическими. Однако, вместо этого, они могут быть скошенными и могут сужаться в осевом направлении (направлениях) наружу, с удалением от каждой из боковых сторон.

Рабочее колесо может быть получено в виде отливки или формовки. При этом, для облегчения выемки из формы, его углы могут отличаться от номинальных значений (таких как 90°) на угол выемки из формы, такой как, например, от 1 до 3°.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается центробежный насос, имеющий рабочее колесо, выполненное в соответствии с основным аспектом настоящего изобретения.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг.1 показан вид в перспективе, с частичным вырывом, центробежного насоса в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 показан фрагментарно вид в перспективе рабочего колеса с конца впуска, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.3 показан график сравнения четырех различных конфигураций вспомогательных лопастей, две из которых выполнены в соответствии с настоящим изобретением, и рабочего колеса, имеющего гладкий диск, то есть без вспомогательных лопастей.

На фиг.4 схематично показано сечение четырех профилей вспомогательных лопастей и профиля рабочего колеса без вспомогательных лопастей.

На фиг.1 показан центробежный насос в соответствии с настоящим изобретением, обозначенный в общем виде позицией 10. Насос имеет кожух насоса, обозначенный в общем виде позицией 12, внутри которого вращается рабочее колесо 14. Рабочее колесо 14 установлено консольно на конце вала 16, который установлен с возможностью вращения в подшипниках, обозначенных в общем виде позицией 18.

Кожух 12 насоса имеет впуск 20, ведущий к впуску рабочего колеса 14. Кожух 12 насоса дополнительно имеет периферийную улитку 22 вокруг рабочего колеса 14, которая ведет к выпуску 24.

Рабочее колесо 14 имеет кольцевую боковую сторону 26 на конце впуска, и противоположную боковую сторону 28 на конце вала. Основные лопасти 30, в показанном варианте, имеют изогнутую конфигурацию со смещением друг от друга по окружности и идут радиально наружу между боковыми сторонами 26, 28. Направление вращения рабочего колеса 14 показано стрелкой 36.

Рабочее колесо 14 содержит также вспомогательные лопасти 32, расположенные снаружи от боковой стороны 26 конца впуска, и вспомогательные лопасти 34, расположенные снаружи от боковой стороны 28 конца выпуска.

На фиг.2 показано частично рабочее колесо в соответствии с настоящим изобретением, где можно видеть передние грани вспомогательных лопастей, обозначенные в общем виде позицией 40. На фиг.2 показаны вспомогательные лопасти 32 только на боковой стороне 26 конца впуска, причем следует иметь в виду, что другие вспомогательные лопасти 34 являются зеркальными им.

Каждая вспомогательная лопасть 32 имеет, напротив передней грани 40, заднюю грань 44 и боковую сторону 43, которая при работе будет проходить (при вращении) с небольшим зазором мимо стационарного кожуха. Каждая вспомогательная лопасть 32 относительно радиуса, например, показанного пунктиром на фиг.2, будет иметь наклон в заднем направлении относительно направления вращения и будет образовывать угол, обозначенный позицией 48.

В соответствии с настоящим изобретением каждая передняя грань 40 имеет наклон относительно гипотетической плоскости, перпендикулярной к боковой стороне 26, так что образуется тупой угол между боковой стороной 26 и каждой передней стороной 40. Тупой угол, в соответствии с этим вариантом, составляет около 135°.

Заявитель обнаружил, что, особенно в насосах, перекачивающих абразивную рабочую жидкость, такую как шлам, радиально внешние участки вспомогательных лопастей, особенно на стороне впуска, изнашиваются очень быстро. За счет этого обычная вспомогательная лопасть, имеющая перпендикулярную переднюю грань, которая вначале имеет высокую эффективность, теряет эффективность очень быстро и очень быстро становится неприемлемо неэффективной. В этом отношении, следует иметь в виду, что напор или давление, создаваемые лопастью, являются квадратической функцией от радиального положения. Таким образом, если самый наружный участок теряет функциональные свойства, это оказывает особенно сильное отрицательное влияние на потенциально создаваемый напор.

Заявитель обнаружил, что, в отличие от этого, вспомогательные лопасти, имеющие косые передние грани в соответствии с настоящим изобретением, не изнашиваются так быстро, как обычные лопасти, имеющие перпендикулярные передние грани, и что такие вспомогательные лопасти в соответствии с настоящим изобретением, которые имеют скошенные передние грани, сохраняют в течение более длительного периода приемлемую эффективность, позволяющую создавать напор для противодействия утечке. Это соответствующим образом увеличивает эксплуатационный ресурс вспомогательных лопастей, то есть увеличивает время до момента, когда может потребоваться ремонт или замена. Так как износ вспомогательных лопастей, особенно на стороне впуска, очень часто является решающим фактором, влияющим на рабочее время между капитальными ремонтами, увеличение этого рабочего времени в соответствии с настоящим изобретением является особенно важным.

Другим преимуществом является исключение или по меньшей мере снижение потока абразивной рабочей жидкости, что обычно снижает износ.

По желанию, задние кромки 44 лопастей 32 также могут быть аналогично скошены, то есть могут идти под тупым углом к соответствующей боковой стороне рабочего колеса. Этот угол может быть таким же или другим, то есть может быть меньше или больше, чем угол передней грани 40.

В соответствии с другим вариантом, задняя грань может быть перпендикулярной к боковой стороне рабочего колеса.

Как это показано на фиг.2, радиально внешние периферийные грани 45 вспомогательных лопастей 32 являются цилиндрическими и совпадают с соответствующей периферией боковых сторон 26, 28. В соответствии с другим вариантом такие грани могут иметь наклон, то есть они могут сужаться в осевом направлении наружу, таким образом, что осевые концы таких граней имеют меньший диаметр, чем соответствующая боковая сторона. Более того, смежные поверхности могут иметь скос или наклон.

На фиг.3 и 4 показаны графически теоретические результаты для градиентов давления или разностей давлений, создаваемых за счет движения (вращения) профиля лопасти относительно плоской поверхности. На фиг.4 показаны четыре различных профиля относительно стационарной плоской стороны, то есть такой стороны, как сторона кожуха, мимо которой движется соответствующий профиль. Для обеспечения возможности сравнения, рабочий зазор между вершиной лопасти и стационарной плоской поверхностью поддерживали постоянным во всех четырех случаях. Пятым случаем является боковая сторона рабочего колеса без вспомогательных лопастей, которая движется мимо стационарной плоской поверхности, то есть мимо стороны кожуха.

На этом же графике показан вращающий момент, который требуется для создания вращения лопасти, то есть приведена индикация относительно энергии, необходимой для преодоления сопротивления флюида. Также показан вращающий момент для плоской поверхности (без лопасти).

Следует иметь в виду, что эти результаты являются теоретическими и приведены только для целей сравнения.

Следует также иметь в виду, что теоретическое сравнение на фиг.3 и 4 связано с созданным градиентом давления и с вращающим моментом, который требуется для создания градиента давления. Эти результаты не связаны с первостепенной задачей настоящего изобретения, а именно с уменьшением износа передней грани вспомогательной лопасти. Можно полагать, и предварительные испытания это подтверждают, что износ может быть снижен за счет использования вспомогательных лопастей, имеющих наклонные передние грани.

Изобретение может быть использовано в центробежных насосах, в частности предназначенных для перекачивания абразивосодержащих сред. Центробежный насос 10 содержит кожух 12 насоса, в котором рабочее колесо 14 установлено консольно на валу 16 с возможностью вращения. Кожух 12 имеет осевой впуск 20 и периферийную улитку 22 вокруг рабочего колеса 14, ведущую к выпуску 24. Рабочее колесо 14 имеет смещенные друг от друга по оси кольцевые боковые стороны 26 с идущими радиально наружу, изогнутыми в заднем направлении, лопастями 30 между боковыми сторонами. Снаружи от боковых сторон, с зазором от соответствующих сторон кожуха 12, предусмотрены вспомогательные лопасти 32, 34, создающие градиент давления для исключения утечки рабочей жидкости или противодействия ей. Передние грани вспомогательных лопастей имеют наклон относительно перпендикуляра к боковым сторонам 26, 28 рабочего колеса, то есть передние углы идут под тупым углом к указанным боковым сторонам. Изобретения направлены на повышение ресурса путем уменьшения износа вспомогательных лопастей и утечек. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Рабочее колесо (14) для центробежного насоса (10), содержащее смещенные друг от друга по оси кольцевые боковые стороны (26, 28); смещенные друг от друга по окружности лопасти (30), каждая из которых идет между указанными боковыми сторонами; смещенные друг от друга по окружности вспомогательные лопасти (32, 34), расположенные по оси снаружи от одной или обеих боковых сторон, отличающееся тем, что передние грани (40) вспомогательных лопастей скошены относительно перпендикуляра к соответствующей боковой стороне рабочего колеса и направлены под тупым углом к соответствующей боковой стороне (26, 28) рабочего колеса.

2. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что тупой угол между передней гранью соответствующей вспомогательной лопасти и боковой стороной рабочего колеса составляет от 100 до 170°.

3. Рабочее колесо по п.2, отличающееся тем, что тупой угол является постоянным вдоль длины соответствующей вспомогательной лопасти.

4. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что задние кромки (44) вспомогательных лопастей скошены относительно перпендикуляра к соответствующей боковой стороне рабочего колеса.

5. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что задние кромки (44) вспомогательных лопастей являются перпендикулярными соответствующей боковой стороне рабочего колеса.

6. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что радиально внешние периферийные стороны (45) вспомогательных лопастей являются цилиндрическими.

7. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что радиально внешние периферийные стороны (45) вспомогательных лопастей являются наклонными и сужаются в осевом направлении наружу с удалением от каждой стороны.

8. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что выполнено в виде отливки или формовки.

9. Центробежный насос (10), отличающийся тем, что он содержит рабочее колесо (14) по одному из пп.1-8.