РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК F04D29/22 F04D29/66 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к рабочему колесу, имеющему лопасти, вращающиеся перпендикулярно оси вращения и включающие компонент, проходящий от лопасти до втулки.

Уровень техники

Количество вариантов исполнения высокоскоростных центробежных насосов неограниченно. Один из вариантов включает несколько прямых лопастей, идущих от наружной периферии рабочего колеса радиально внутрь перпендикулярно оси вращения рабочего колеса. В таких насосах лопасти обычно заканчиваются в месте, радиально отстоящем от втулки или внутренней стенки.

В месте между радиально внутренним концом лопастей и наружной периферией втулки может происходить кавитация. Кавитацию в высокоскоростных центробежных насосах трудно предотвратить, но с ней борются, видоизменяя форму подвода или кожуха. Кроме того, выше по потоку относительно рабочего колеса может быть предусмотрено направляющее устройство, служащее для направления потока перекачиваемой жидкости на лопасти рабочего колеса. Конструкция этого направляющего устройства может быть изменена для борьбы с кавитацией. Кроме того, иногда закругляют углы лопастей.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является рабочее колесо для центробежного насоса, содержащее радиально внутреннюю втулку; множество лопастей, проходящих прямо и в направлении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса (RU 92921 U1, 10.04.2010). Недостатком данного рабочего колеса является кавитация, которая может привести к парообразованию и потере устойчивости потока, а также к повреждению рабочего колеса.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является предотвращение кавитации в центробежных насосах.

Технический результат достигается за счет того, что рабочее колесо для центробежного насоса содержит радиально внутреннюю втулку и лопасти, проходящие прямо и в направлении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса. Лопасти имеют радиально наружный конец и радиально внутренний конец и в целом определяют объем, имеющий форму усеченного конуса. Компонент управления потоком образован между радиально внутренним концом лопастей и втулкой. Компонент управления потоком имеет изогнутую верхнюю поверхность.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает первый вариант осуществления рабочего колеса.

Фиг.2 показывает вид спереди компонентов первого варианта осуществления.

Фиг.3 - поперечный разрез части варианта осуществления Фиг.2.

Фиг.4 показывает второй вариант осуществления.

Фиг.5 показывает деталь второго варианта осуществления.

Осуществление изобретения

Фиг.1 показывает насос 20, имеющий подвод потока 22, ведущий в направляющее устройство 24. Направляющее устройство направляет поток жидкости на рабочее колесо 26 насоса. Отвод 23 расположен ниже по потоку относительно рабочего колеса 26. Вал 28 приводит рабочее колесо 26 во вращение.

Лопасти 36 имеют радиально наружный конец 33 и кромку, идущую под углом вверх к радиально внутреннему концу 31. Как можно видеть на этом разрезе, аксиально наружная кромка лопастей 36 определяет объем, в общем случае, имеющий форму усеченного конуса. Противокавитационный компонент, или компонент управления потоком, 32 радиально внутренне образован внутренними концами 31 лопастей 36 и поверхностями, идущими вплоть до внутренней втулки 37. Как можно видеть, наружный диаметр лопастей направляющего устройства 24 может быть, в общем случае, меньше наружного диаметра компонентов 32.

Как показано на Фиг.2, наружная поверхность 30 лопастей, в общем случае, коническая. Кроме того, лопасть расположена полностью перпендикулярно центральной оси вращения Х рабочего колеса 26 и вала 28. Компонент 32 ограничен своим радиально наружным краем 18 и переходом 19 во внутреннюю втулку 37. Компонент 32 имеет дополнительный материал в увеличенной части 40, которая толще в периферическом направлении, чем толщина t лопасти 36. Таким образом, имеется дополнительный материал с одной стороны (задней кромки) компонента 32, который сообщает дополнительную жесткость всему рабочему колесу 26.

Между компонентами 32 образуются промежутки 17.

Как видно на Фиг.2, радиально наружная часть 44 компонентов 32 выходит в радиальном направлении за радиально внутренний конец 31 лопастей 36.

Компонент 32 Фиг.1 и 2 может в радиальном направлении сужаться, так что он будет тоньше в радиально наружной части 44 увеличенной части 40, чем он может быть в радиально внутренней части.

Фиг.3 показывает, что имеется боковой радиус кривизны r, или радиус перехода передней кромки в кривую 51. Образование кривой 50, 51 на верху компонента 32 способствует направлению потока вдоль компонента и обеспечивает меньшую вероятность отклонения потока от поверхности рабочего колеса. Как показано, кривая 51 изгибается с радиусом R. Изображенный на Фиг.3 радиус R глубже в плоскости, чем показано на разрезе. Как можно видеть, радиус R может варьироваться в зависимости от сужения. В одном из вариантов осуществления радиус r очень мал по сравнению с радиусом R для максимизации дуги радиуса R и тем самым эффективности компонента для данной толщины t лопасти. В вариантах осуществления изобретения отношение радиуса r к толщине t лопасти меньше 5. Далее, отношение t к R, в общем случае, меньше 1.

Как следует из Фиг.1, поверхность верхних краев компонентов 32, в общем случае, непосредственно переходит во втулку 37, причем так, что несколько поверхностей верхних краев нескольких компонентов 32 определяют плоскость, перпендикулярную оси вращения Х рабочего колеса 26. То есть в то время как компоненты 32 изогнуты, как показано, в тангенциальном направлении, в других направлениях они не изогнуты, и вместо этого, в общем случае, являются прямыми в радиальном направлении.

Компонент 32 действует как затвор, предотвращая обратный поток со стороны, лежащей ниже по потоку, и, далее, служит предотвращению кавитации. Наибольшее утолщение увеличенной части 40 за счет дополнительного материала имеет место в непосредственной близости от оси вращения, что обеспечивает большую толщину у оси вращения.

На Фиг.4 показан другой вариант осуществления насоса 120, имеющий рабочее колесо 126, приводимое валом 128; жидкость поступает через подвод 122. В этом варианте осуществления также может использоваться направляющее устройство 124. И в этом варианте кромка лопасти 130 идет под углом вверх к радиально внутреннему концу, а далее начинается компонент 132. Как можно видеть, компонент 132 идет до внутренней втулки 136.

На Фиг.5 показано рабочее колесо 126. Как можно видеть, в этом варианте осуществления дополнительный материал 140 не образует радиального сужения, и, в общем случае, дает одну и ту же толщину по всей длине. Другими словами, лопасти 130 переходят в компоненты 132, которые переходят во втулку 136.

Хотя на Фиг.1 рабочее колесо показано с направляющим устройством, но колесо может также использоваться и без направляющего устройства, как показано на Фиг.5. Может использоваться любое количество отводов. Кроме того, с этим рабочим колесом могут использоваться так называемые "разделенные лопатки".

Хотя раскрыт лишь один из вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисту понятно, что могут быть предложены определенные модификации, не отступающие от его объема. Поэтому для определения истинного объема и содержания изобретения должна быть изучена прилагаемая формула.

Изобретение относится к рабочему колесу уентробежного насоса, имеющему лопасти. Рабочее колесо для центробежного насоса содержит радиально внутреннюю втулку и лопасти, проходящие прямо и в направлении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса. Лопасти проходят от радиально наружного конца до радиально внутреннего конца и определяют имеющий форму усеченного конуса наружной объем. Компонент управления потоком образован между радиально внутренним концом лопастей и втулкой. Компонент управления потоком имеет изогнутую верхнюю поверхность. Изобретение направлено на предотвращение кавитации в центробежных насосах. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Рабочее колесо для центробежного насоса, содержащее радиально внутреннюю втулку; множество лопастей, проходящих прямо и в направлении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса, причем указанные лопасти проходят от радиально наружного конца к радиально внутреннему концу и определяют имеющий форму усеченного конуса наружный объем по аксиально наружной кромке лопастей; и компонент управления потоком, расположенный между радиально внутренним концом лопастей и проходящий к указанной втулке, причем компонент управления потоком имеет изогнутую верхнюю поверхность.

2. Рабочее колесо но п.1, отличающееся тем, что лопасти в целом имеют коническую верхнюю поверхность, которая переходит в указанный компонент.

3. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что на задней кромке лопастей и компонентах управления потоком предусмотрен дополнительный материал, увеличивающий толщину каждого компонента.

4. Рабочее колесо по п.3, отличающееся тем, что дополнительный материал расположен радиально снаружи от втулки до места за радиально внутренним концом лопастей.

5. Рабочее колесо по п.3, отличающееся тем, что толщина дополнительного материала сужается, причем у втулки она больше, чем у радиально наружных мест.

6. Рабочее колесо по п.3, отличающееся тем, что компонент управления потоком в целом имеет равномерную толщину.

7. Рабочее колесо по п.3, отличающееся тем, что предусмотрены периферически разнесенные промежутки между дополнительным материалом и передней кромкой ближайшего следующего компонента управления потоком.

8. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что поверхность верхних краев компонентов управления потоком определяет плоскость, перпендикулярную оси вращения рабочего колеса.

9. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что предусмотрено направляющее устройство, расположенное выше по потоку относительно рабочего колеса.

10. Рабочее колесо по п.9, отличающееся тем, что наружный диаметр лопастей в направляющем устройстве меньше наружного диаметра компонента управления потоком.

11. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что указанная изогнутая верхняя поверхность имеет, по меньшей мере, первую часть с первым радиусом, который больше, чем периферическая толщина лопастей.

12. Рабочее колесо по п.11, отличающееся тем, что изогнутая верхняя поверхность имеет вторую часть, переходящую от боковой стенки компонента управления потоком в первую часть, причем вторая часть имеет радиус кривизны, который меньше, чем указанный первый радиус.

13. Рабочее колесо для центробежного насоса, содержащее радиально внутреннюю втулку; множество лопастей, проходящих прямо и в направлении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса, причем указанные лопасти проходят от радиально наружного конца к радиально внутреннему концу и определяют имеющий форму усеченного конуса наружный объем по аксиально наружной кромке лопастей; и компонент управления потоком, расположенный между радиально внутренним концом лопастей и проходящий до указанной втулки, причем компонент управления потоком имеет изогнутую верхнюю поверхность, при этом поверхность верхних краев множества указанных компонентов определяет плоскость, перпендикулярную оси вращения рабочего колеса, указанные лопасти имеют в целом коническую верхнюю поверхность, которая переходит в указанные компоненты, на задней кромке указанных лопастей и компонентах предусмотрен дополнительный материал, увеличивающий толщину каждого из указанных компонентов, между дополнительным материалом и передней кромкой ближайшего следующего компонента образованы периферически разнесенные промежутки, указанная изогнутая верхняя поверхность имеет, по меньшей мере, первую часть с первым радиусом, который больше, чем периферическая толщина лопастей, а также вторую часть, переходящую от боковой стенки указанного компонента в указанную первую часть и имеющую радиус кривизны, который меньше, чем указанный первый радиус кривизны.