СПИРАЛЬНЫЙ ОТВОД ОСЕДИАГОНАЛЬНОГО ШНЕКОВОГО НАСОСА Российский патент 2015 года по МПК F04D29/44 F04D1/04 

Изобретение относится к области насосостроения и касается конструкции спирального отвода оседиагональных шнековых насосов, обладающих одновременно повышенными энергетическими и антикавитационными качествами.

Диагональные насосы в соответствии с классификацией по коэффициенту быстроходности n_s (см. А.А. Ломакин. Центробежные и осевые насосы. «Машиностроение». М.-Л., 1966, стр. 25) - [1],

где

n - частота вращения ротора насоса, [об/мин],

Q - объемный расход, [м³/с],

Н - напор, [м];

относятся к категории так называемых высокобыстроходных (диагональных или винтовых) насосов, охватывающих диапазон значений коэффициента быстроходности n_s=300-600. Однако оседиагональные шнековые насосы кроме указанного диапазона, благодаря особенностям профилирования и достигнутым более высоким удельным напорным качествам, частично охватили область нормальных и быстроходных центробежных насосов с n_s=80-300 при одновременном сохранении высоких антикавитационных качеств, присущих шнековым (с винтовыми лопастями) насосам, работающим на номинальных режимах при пониженных значениях коэффициента расхода (φ₁), в диапазоне номинальных значений режимных параметров на входе в шнековое колесо (в области так называемых «малорасходных насосов»):

где: С₁ - осевая скорость, [м/с];

U₁ - окружная скорость на наружном диаметре, [м/с];

обеспечивающих достижение повышенных критических значений кавитационного коэффициента быстроходности С_кр, в пределах:

где

Δh_кр - кавитационный запас на входе в насос , [м].

Известна конструкция радиального спирального отвода в центробежных насосах (см. [1], стр. 117), состоящая из спирального канала, диффузора и языка, расположенного в точке поворота потока жидкости из окружного направления в спиральном канале с увеличивающейся площадью текущих расчетных сечений пропорционально углу «охвата», отсчитываемого от сечения, проходящего через язык, в тангенциальное направление на вход в горло и далее в диффузор и на выход из насоса, а также принятая за прототип конструкция радиального спирального отвода диагонального насоса (патент RU №2135835 C1, МПК F04D 3/02, опубл. 27.08.1999).

Недостатками указанных известных конструкций радиальных спиральных отводов является принятое при их профилировании исходное условие по структуре потока жидкости, выходящего из рабочего колеса на вход в спиральный канал, - равенство нулю осевой составляющей абсолютной скорости на боковых сторонах спирального канала V_x=0, а в оседиагональных шнековых насосах структура потока жидкости, выходящего из шнекового колеса, имеет существенно пространственный характер, т.е. имеет соизмеримые по величине, составляющие абсолютной скорости V: осевую V_х, радиальную V_r и окружную V_u и, следовательно, имеет диагональное направление. Неучет этих особенностей при профилировании спирального отвода оседиагонального шнекового насоса приводит к возникновению дополнительных гидравлических потерь на вихреобразование при натекании потока жидкости на боковые стороны спирального канала (на «удар» на боковой стороне спирального канала, обращенной навстречу осевой составляющей абсолютной скорости V_x и на «отрыв» потока - на противоположной стороне спирального канала), приводящее к снижению гидравлического КПД оседиагонального шнекового насоса.

Известно также, см. (К. Пфлейдерер. Лопаточные машины для жидкостей и газов. «Гос. науч.-техн. Изд. Машиностроительной литературы». М., 1960, стр. 296) - [2], что применение спирального отвода для диагонального насоса, например с n_s =365, нецелесообразно, так как при его профилировании выходное сечение спирального канала из-за малой величины окружной составляющей абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса (V_u<<V_x) получается чрезмерно большим по габаритам, вызывает возрастание гидравлических потерь и рекомендуется в указанных насосах, для достижения высоких значений КПД применять в качестве отвода направляющие аппараты, что существенно усложняет конструкцию диагонального насоса.

Однако такое заключение основано на противоположном по отношению к [1] способе профилирования спирального отвода диагонального насоса, т. е. при V_х>>0, что нехарактерно для оседиагональных шнековых насосов с повышенными удельными напорными качествами, охватывающих область n_s=80-500 (по статистике). Реально, как показывают опытные данные, достаточно высокие значения гидравлического КПД в оседиагональных шнековых насосах η_г≈0,75-0,80 достигаются при применении диагональных спиральных отводов, спрофилированных с учетом, соизмеримых по величине: осевой V_х, радиальной V_r и окружной V_u составляющих абсолютной скорости V потока жидкости, выходящего из шнекового колеса и втекающего в спиральный канал отвода оседиагонального шнекового насоса.

Задачей изобретения является повышение КПД и снижение мощности, потребляемой оседиагональным шнековым насосом.

Технический результат при осуществлении заявленного изобретения заключается в устранении дополнительных гидравлических потерь на вихреобразование на боковых сторонах спирального канала (на «удар» - на боковой стороне, обращенной навстречу осевой составляющей абсолютной скорости V_x и на «отрыв» потока - на противоположной боковой стороне) в потоке жидкости, выходящем из шнекового колеса и втекающего в спиральный канал отвода оседиагонального шнекового насоса.

Для достижения технического результата в спиральном отводе оседиагонального шнекового насоса, состоящем из спирального канала, диффузора и языка, расположенного в точке поворота потока жидкости из окружного направления в спиральном канале с увеличивающейся площадью текущих расчетных сечений пропорционально углу «охвата», отсчитываемого от сечения, проходящего через язык, в тангенциальное направление, на вход в горло и далее в диффузор и на выход из насоса, на боковой стороне спирального канала, обращенной навстречу осевой составляющей абсолютной скорости V_x, выполнен осесимметричный боковой язык в виде конической поверхности с увеличивающимся в диагональном направлении наружным диаметром, плавно сочлененный в окружном направлении с языком, а противоположная боковая сторона спирального канала выполнена также конической с увеличивающимся в диагональном направлении внутренним диаметром, при этом обе боковые стороны сопряжены между собой по дуге окружности так, что образуют текущее расчетное сечение спирального канала. Устройство бокового языка и конических поверхностей на боковых сторонах спирального канала, сориентированных по направлению потока, выходящего из шнекового колеса, позволяет снизить гидравлические потери на вихреобразование при втекании потока жидкости из шнекового колеса в спиральный канал отвода и повысить гидравлический КПД оседиагонального шнекового насоса.

Кроме того, по внутренней цилиндрической поверхности бокового языка, обращенной к цилиндрической поверхности втулки, находящейся на выходе шнекового колеса, конструктивно просто расположить щелевое или лабиринтно-щелевое уплотнение, что позволяет сократить габариты оседиагонального шнекового насоса.

На Фиг. 1 изображено текущее расчетное сечение спирального канала 1, включающее в себя боковые стороны 2 и 3 и сопрягающую их по дуге окружности сторону 4, боковой язык 5. Боковая сторона 2 по внутреннему контуру, а боковая сторона 3 и боковой язык 5 по наружному контуру образованы коническими поверхностями с увеличивающимся в диагональном направлении диаметром. По внутренней цилиндрической поверхности бокового языка 5, обращенной к цилиндрической поверхности втулки, находящейся на выходе шнекового колеса, расположено щелевое или лабиринтно-щелевое уплотнение 6.

На Фиг. 2 изображен вид на боковую сторону 3 спирального канала 1 в плане с показом текущих расчетных сечений 7, с увеличивающейся площадью пропорционально углу «охвата» φ_охв, отсчитываемому от сечения, проходящего через язык 8, горла 9 и диффузора 10.

Таким образом, пространственный поток жидкости, выходящий из шнекового колеса с осевой V_х, радиальной V_r и окружной V_u составляющими абсолютной скорости V в диагональном направлении втекает в спиральный канал 1, в котором на боковой стороне 3, расположенной навстречу осевой составляющей абсолютной скорости V_x, благодаря конической поверхности бокового языка 5 без возникновения гидравлических потерь на «удар» плавно поворачивается в окружное направление с окружной составляющей V_u, а противоположная боковая сторона 2 спирального канала 1 также благодаря конической поверхности обтекается потоком жидкости без возникновения гидравлических потерь на «отрыв» потока по отношению к составляющим V_x и V_r, и обе боковые стороны 2 и 3, сопряженные между собой по дуге окружности стороной 4, обеспечивают течение потока в окружном направлении при расчетном значении абсолютной скорости V для текущих расчетных сечений 7 с увеличивающейся площадью пропорционально углу «охвата» φ_охв и после прохождения последнего текущего расчетного сечения, поток жидкости языком 8 отводится в тангенциальное направление на вход в горло 9 и далее в диффузор 10 и на выход из насоса.

Возможно совмещение спирального отвода со щелевым или лабиринтно-щелевым уплотнением 6 по внутренней цилиндрической поверхности бокового языка 5, что позволяет сократить габариты спирального отвода оседиагонального шнекового насоса.

Изобретение относится к насосостроению. Спиральный отвод оседиагонального шнекового насоса содержит спиральный канал, диффузор и язык. Язык расположен в точке поворота потока из окружного направления в спиральном канале с увеличивающейся площадью текущих расчетных сечений пропорционально углу «охвата», отсчитываемого от сечения, проходящего через язык, в тангенциальное направление, на вход в горло и далее в диффузор и на выход из насоса. На боковой стороне спирального канала, обращенной навстречу осевой составляющей абсолютной скорости потока жидкости, выполнен осесимметричный боковой язык в виде конической поверхности с увеличивающимся в диагональном направлении наружным диаметром, плавно сочлененный в окружном направлении с языком. Противоположная боковая сторона спирального канала также выполнена конической с увеличивающимся в диагональном направлении внутренним диаметром. Обе боковые стороны сопряжены между собой по дуге окружности, так, что в целом образуют текущее расчетное сечение спирального канала. Изобретение направлено на повышение КПД и снижение мощности, потребляемой насосом, путем снижения гидравлических потерь на вихреобразование. 2 ил.

Спиральный отвод оседиагонального шнекового насоса, характеризующийся тем, что он состоит из спирального канала, диффузора и языка, расположенного в точке поворота потока жидкости из окружного направления в спиральном канале с увеличивающейся площадью текущих расчетных сечений пропорционально углу «охвата», отсчитываемого от сечения, проходящего через язык, в тангенциальное направление, на вход в горло и далее в диффузор и на выход из насоса, при этом на боковой стороне спирального канала, обращенной навстречу осевой составляющей абсолютной скорости V потока жидкости, выходящего из шнекового колеса, выполнен осесимметричный боковой язык в виде конической поверхности с увеличивающимся в диагональном направлении наружным диаметром, плавно сочлененный в окружном направлении с языком, причем противоположная боковая сторона спирального канала также выполнена конической с увеличивающимся в диагональном направлении внутренним диаметром и обе боковые стороны сопряжены между собой по дуге окружности так, что в целом образуют текущее расчетное сечение спирального канала.