РАБОЧЕЕ КОЛЕСО Российский патент 2016 года по МПК F04D29/22 F04D29/02 F04D29/62 

Изобретение касается рабочего колеса для центробежного насоса, а также центробежного насоса, снабженного таким рабочим колесом.

Рабочие колеса применяются в многочисленных типах центробежных насосов. Часто рабочие колеса имеют достаточно сложную геометрию, которая затрудняет их изготовление методом литья под давлением. Поэтому во многих случаях необходимо изготавливать две отдельные части и затем соединять их друг с другом.

У рабочих колес из пластмассы, которые изготовлены, например, из упрочненных волокном пластмассовых материалов, таких как полимерные или пластмассовые композитные материалы, детали рабочих колес соединяются, например, посредством ультразвуковой сварки. Ультразвуковая сварка часто является причиной асимметрии в рабочих колесах. Одним из основных недостатков при применении ультразвуковой сварки является то, что у сваренных ультразвуком рабочих колес возможно возникновение проблем в отношении эксцентриситета рабочих колес.

Ультразвуковая сварка для соединения комплексных пластмассовых деталей в уровне техники известна. Эти детали обычно закладываются, подобно сэндвичу, между неподвижной деталью и другой деталью, которая соединена с преобразователем для передачи акустической вибрации.

Ультразвук создает соединение, когда точки контакта между деталями начинают плавиться. Ультразвуковая сварка вызывает локальное плавление пластмассы вследствие поглощения энергии вибрации, и таким образом в отдельных местах могут происходить деформации, что обусловливает названную асимметрию рабочего колеса.

Чтобы рабочее колесо не становилось асимметричным, у некоторых рабочих колес уровня техники детали соединяются с применением механических методов соединения и лазерной сварки. Механические соединения реализуются за счет того, что одна из деталей рабочего колеса снабжается пазовыми структурами. Но вследствие неточностей пазовых структур такие рабочие колеса могут тоже становиться асимметричными.

Соответственно может возникать повышенный поток утечек между стороной всасывания и корпусом насоса рабочего колеса, что ведет к снижению эффективности насоса, в котором применено рабочее колесо.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предложить рабочее колесо или, соответственно, центробежный насос, который по меньшей мере частично предотвращает эти недостатки. Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить рабочее колесо, которое рассчитано на повышение эффективности насоса, когда оно применено в насосе.

Эти задачи решаются с помощью рабочего колеса и центробежного насоса в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения, последующем описании и на чертеже.

Итак, предлагается рабочее колесо для центробежного насоса, включающее в себя имеющий некоторое количество лопаток первый закрывающий диск и присоединенный посредством сварки к первому закрывающему диску второй закрывающий диск, при этом каждая лопатка имеет область вершины, в которой она контактирует со вторым диском. При этом в соответствии с изобретением по меньшей мере одна лопатка из всех лопаток на первом участке области вершины посредством сварного соединения соединена со вторым диском, и по меньшей мере на одном втором участке области вершины свободна от сварного соединения.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения область вершины имеет третий участок, который свободен от сварного соединения.

Первый участок области вершины может проходить предпочтительно по длине, которая больше, чем общая длина второго и третьего участка области вершины.

Предпочтительно первый участок может быть расположен в середине области вершины, второй участок на наружной краевой области этой области вершины, а третий участок на внутренней краевой области этой области вершины, в каждом случае относительно диаметра рабочего колеса указанной по меньшей мере одной лопатки.

Второй участок может проходить по длине области вершины, которая составляет от 1% до 20%, в частности от 5% до 10% общей длины области вершины.

Третий участок может проходить по длине области вершины, которая составляет от 1% до 40%, в частности от 10% до 20% общей длины области вершины.

Один из первого и второго закрывающих дисков может быть изготовлен из светопроницаемого материала, а другой из первого и второго закрывающих дисков по меньшей мере частично из светопоглощающего материала.

При необходимости только первый участок области вершины может быть изготовлен из светопоглощающего материала.

Светопоглощающий материал может представлять собой пластмассу, содержащую пигменты, а светопроницаемый материал может представлять собой ту же пластмассу без пигментов.

Первый закрывающий диск может быть предпочтительно выполнен без пазов.

Особенно предпочтительно, если сварное соединение изготавливается посредством лазерной сварки.

Изобретение включает в себя также центробежный насос, снабженный одним или несколькими из описанных ранее рабочих колес.

С помощью изобретения особенно предпочтительно достигается, что те места закрывающих дисков, в которых они приварены, при процессе сварки не деформируются. Кроме того, можно избежать эксцентриситета обоих дисков, потому что благодаря отсутствию пазов, которые необходимы в уровне техники, диски перед свариванием могут двигаться радиально относительно друг друга, так что они могут хорошо юстироваться относительно друг друга. Это способствует тому, что сторона всасывания насоса при эксплуатации особенно хорошо уплотнена относительно корпуса насоса, что повышает эффективность насоса, изготовленного в соответствии с изобретением.

Ниже изобретение поясняется с помощью примеров осуществления, изображенных на чертеже. Показано:

фиг.1: покомпонентное изображение первого варианта осуществления в соответствии с изобретением;

фиг.2: покомпонентное изображение другого варианта осуществления в соответствии с изобретением;

фиг.3: вид заднего снабженного лопатками закрывающего диска и

фиг.4: покомпонентное изображение в поперечном сечении рабочего колеса в соответствии с изобретением.

Рабочее колесо 2 для центробежного насоса в соответствии с фиг.1 включает в себя первый, задний закрывающий диск 6, который имеет некоторое количество лопаток 8, и присоединенный посредством сварки к заднему закрывающему диску 6 или, соответственно, лопаткам 8 второй, передний закрывающий диск 4. Каждая лопатка 8 имеет область 12 вершины, в которой она контактирует с передним закрывающим диском 4. По меньшей мере одна лопатка 8, но в настоящем примере осуществления все лопатки 8, на первом участке 20 области 12 вершины имеют сварное соединение с передним закрывающим диском 4, а на втором, наружном участке 14 и третьем, внутреннем участке 16 области 12 вершины она свободна от сварного соединения.

Передний диск 4 и задний диск 6 дистанцированы друг от друга посредством лопаток 8. Передний диск 4 изготовлен из пропускающего лазерное излучение 10 материала, так что лазерное излучение 10 может проходить сквозь передний диск 4, как изображено на фиг.1. Задний диск 6 включает в себя девять лопаток 8, каждая из которых изогнута и проходит от центральной выемки в середине задней панели 6 к краю 18 рабочего колеса 2. Задний диск 6 изготовлен из материала, который предназначен для того, чтобы крепиться к передней стороне посредством лазерной сварки, а именно с помощью лазерного излучения 10.

Для переднего диска 4 и заднего диска 6 может, в принципе, применяться один и тот же исходный материал. Однако, чтобы лазерное излучение 10 могло проходить сквозь один из дисков, либо передний диск 4, либо задний диск 6 должен изготавливаться из пропускающего материала, а соответственно другой диск из поглощающего лазерное излучение материала, который под воздействием лазерного излучения 10 плавится. В примере осуществления, показанном на фиг.1, передний диск состоит из пропускающего лазерное излучение материала, а задний диск из материала, который может поглощать лазерное излучение. Как видно из фиг.1, лазерное излучение 10, которое попадает на передний диск 4, проходит сквозь него и поглощается в областях вершин 12 лопаток 8 диска 6.

Второй задний закрывающий диск 6 может быть изготовлен из пластмассы, которая содержит пигменты, так чтобы он мог поглощать лазерное излучение. Первый передний закрывающий диск 4 может быть изготовлен из той же самой пластмассы, но без пигментов, так чтобы он мог пропускать лазерное излучение.

В примере осуществления, показанном на фиг.2, рабочее колесо 2 включает в себя передний закрывающий диск 4, который изготовлен из поглощающего лазерное излучение материала, и задний закрывающий диск 6 из пропускающего лазерное излучение материала. Задний диск 6 и передний диск 4 выполнены для соединения с применением того же метода, который был описан со ссылкой на фиг.1. Лазерное излучение 10 проходит сквозь задний диск 6 сквозь лопатки 8 и поглощается передним диском 4.

Здесь первый, передний диск 4, может быть изготовлен из пластмассы, которая содержит пигменты, так чтобы он мог поглощать лазерное излучение, в то время как второй, задний диск 6, может быть изготовлен из той же самой пластмассы, но без пигментов, так чтобы он мог пропускать лазерное излучение.

В качестве материала может предпочтительно применяться полиэфирсульфон (ПЭС).

Пластмасса может быть упрочнена 1-40% стекловолокна, предпочтительно 10-30%.

Задний диск 6 (после соединения с передним диском 4) описывается более подробно со ссылкой на фиг.3. Задний диск 6 включает в себя девять лопаток 8, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру 18 заднего диска 6. Лазерное излучение 10 должно проходить через передний диск 4, как было описано со ссылкой на фиг.1, и должен поглощаться по линиям 12 вершин лопаток 8 заднего диска 6. На фиг.3 первый участок 20 области 12 вершины, который имеет сварное соединение с передним диском 4, на чертеже показан темнее, потому что вследствие поглощенного лазерного излучения он расплавлен, в то время как второй, наружный или третий, внутренний участок 14 или 16 области 12 вершины, который свободен от сварного соединения, так как он не расплавлен, на чертеже показан светлее.

Итак, расплавленный материал на чертеже показан темнее, чем остальной материал заднего диска 6. На соответствующем внутреннем участке 16 или наружном участке 14 области 12 вершины лопаток 8 заднего диска 6 лазерное излучение не поглощалось.

Передний диск 4 и задний диск 6 могут соединяться друг с другом с применением излучения любого подходящего источника 10 лазерного излучения. Однако предпочтительно применяется метод развертки, при котором лазерное излучение поглощается в разных местах поглощающей излучение детали (например, диска 6) как функция времени. Таким образом может предотвращаться структурная деформация этих мест вследствие перегрева.

В целом возможно применение переднего диска 4 и заднего диска 6, которые изготовлены из пропускающего материала, за исключение тех областей дисков 4, 6, которые выполнены для того, чтобы плавиться, когда лазерное излучение 10 поглощается. Та область дисков, которая выполнена для того, чтобы плавиться, когда свет поглощается, соответственно должна быть способна поглощать лазерное излучение.

На изображении в поперечном сечении в соответствии с фиг.4 показана половина переднего диска рабочего колеса 2 и расположенная под ним лопатка 8. Только первый, средний участок 20 области 12 вершины лопатки 8 диска 6 соединяется посредством сварки с диском 4. Этот сварной участок 20 охвачен вторым, наружным участком 14 и третьим, внутренним участком 16, которые оба остаются свободны от сварного соединения. Передний диск 4 рабочего колеса 2 дистанцирован посредством лопаток 8 от заднего диска 6. Радиальный контур переднего диска 4 соответствует контуру лопатки 8. Кроме того, как видно, длина d₂ сварного участка 20 больше, чем длина d₁ наружного участка 14 и длина d₃ внутреннего участка 16. Так как наружный участок 14 и внутренний участок 16 области 12 вершины свободны от сварного соединения, может предотвращаться деформация лопаток 8, соответственно, диска 4, потому что наружный участок 14 и внутренний участок 16 давят на передний диск 4, и благодаря этому соблюдается необходимое расстояние между передним диском 4 и задним диском 6.

Второй участок 14, который находится снаружи, может проходить на длину области 12 вершины, которая составляет от 1% до 20%, в частности от 5% до 10% общей длины области 12 вершины.

Третий участок 16, который находится внутри, может проходить на длину области вершины, которая составляет от 1% до 40%, в частности от 10% до 20% общей длины области вершины.

Обычно рабочее колесо применяется в центробежном насосе.

Способ изготовления рабочего колеса 2 в соответствии с изобретением включает в себя этап соединения (стыковки) первого закрывающего диска 4 со вторым закрывающим диском 6, причем на этом этапе соединения по меньшей мере одна лопатка 8 из всех лопаток только на первом участке 20 области 12 вершины приваривается ко второму закрывающему диску 6, и причем по меньшей мере один второй участок 14 области 12 вершины не приваривается посредством этапа соединения ко второму диску 6, то есть остается без сварного соединения.

Когда лазерное излучение 10 поглощено поглощающим материалом, передний закрывающий диск 4 и задний закрывающий диск 6 готовы к объединению друг с другом, а именно путем простого приведения в контакт друг с другом. Этот этап может выполняться с помощью специального инструмента.

Но можно также передний диск 4 и задний диск, в частности, также привести в контакт друг с другом и только потом начать лазерную сварку. Таким образом достигается очень точное соединение переднего диска 4 с задним диском 6, так что возможно сокращение до минимума эксцентриситета рабочего колеса 2 и локальных деформаций сварных деталей.

Первый диск 4 не имеет пазов, так что внешние диски 4 и 6 в радиальном направлении могут двигаться относительно друг друга, прежде чем будет выполняться лазерная сварка. Таким образом, оба диска 4 и 6 могут точно юстироваться, чтобы так можно было избежать эксцентриситета рабочего колеса 2.

Особенно предпочтительным оказалось, если этап соединения выполняется посредством лазерной сварки, и чтобы первый диск 4 и второй диск 6 перед сваркой приводились к контакт друг с другом.

Лазерная сварка может предпочтительно выполняться методом развертки, при котором оба диска 4, 6 объединяются методом последовательной лазерной сварки с использованием траектории развертки, при котором испускаемое лазерное излучение 10 направляется по этой траектории в разные места, и лазерное излучение 10 повторно проходит по той же траектории развертки.

Описанные выше центробежные колеса выполнены из двух конструктивных элементов, а именно заднего закрывающего диска 6 с отформованными за одно целое с ним лопатками 8 и передним закрывающим диском 4. Оба этих конструктивных элемента целесообразным образом изготавливаются как пластмассовые конструктивные элементы, полученные методом литья под давлением, однако могут быть также получены другим способом.

Список ссылочных позиций

2 Рабочее колесо

4 Первый передний закрывающий диск

6 Второй задний закрывающий диск

8 Лопатки

10 Лазерное излучение

12 Область вершины

14 Второй наружный участок

16 Третий внутренний участок

18 Периметр

20 Первый участок

Группа изобретений относится к центробежным насосам. Рабочее колесо (2) для центробежного насоса, включающее в себя имеющий лопатки (8) первый закрывающий диск (4) и присоединенный посредством сварки к первому закрывающему диску (4) второй закрывающий диск (6). Каждая лопатка (8) имеет область (12) вершины, в которой она контактирует со вторым закрывающим диском (6). По меньшей мере одна лопатка (8) из всех лопаток (8) на первом участке (20) области (12) вершины имеет сварное соединение со вторым закрывающим диском (6), причем по меньшей мере один второй участок (14) области (12) вершины свободен от сварного соединения. Один из закрывающих дисков (4, 6) изготовлен из светопроницаемого материала, а другой из закрывающих дисков (4, 6) изготовлен по меньшей мере частично из светопоглощающего материала. Группа изобретений направлена на повышение эффективности насоса. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Рабочее колесо (2) для центробежного насоса, включающее в себя имеющий лопатки (8) первый закрывающий диск (4) и присоединенный посредством сварки к первому закрывающему диску (4) второй закрывающий диск (6), при этом каждая лопатка (8) имеет область (12) вершины, в которой она контактирует со вторым закрывающим диском (6), и по меньшей мере одна лопатка (8) из всех лопаток (8) на первом участке (20) области (12) вершины имеет сварное соединение со вторым закрывающим диском (6), причем по меньшей мере один второй участок (14) области (12) вершины свободен от сварного соединения, отличающееся тем, что один из закрывающих дисков (4, 6) изготовлен из светопроницаемого материала, а другой из закрывающих дисков (4, 6) изготовлен по меньшей мере частично из светопоглощающего материала.

2. Рабочее колесо (2) по п. 1, отличающееся тем, что область (12) вершины имеет третий участок (16), который свободен от сварного соединения.

3. Рабочее колесо (2) по п. 2, отличающееся тем, что первый участок (20) области (12) вершины проходит по длине (d₂), которая больше, чем общая длина второго (14) и третьего (16) участка области (12) вершины.

4. Рабочее колесо (2) по п. 2, отличающееся тем, что первый участок (20) расположен в середине области (12) вершины, второй участок (14) - на наружной краевой области этой области (12) вершины, а третий участок (16) - на внутренней краевой области этой области (12) вершины указанной по меньшей мере одной лопатки (8).

5. Рабочее колесо (2) по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что второй участок (14) проходит по длине (d₁) области (12) вершины, которая составляет от 1 до 20%, в частности от 5 до 10% общей длины области (12) вершины.

6. Рабочее колесо (2) по одному из пп. 2-4, отличающееся тем, что третий участок (16) проходит по длине (d₃) области (12) вершины, которая составляет от 1 до 40%, в частности от 10 до 20% общей длины области (12) вершины.

7. Рабочее колесо (2) по п. 1, отличающееся тем, что только первый участок (20) области (12) вершины изготовлен из светопоглощающего материала.

8. Рабочее колесо (2) по п. 1, отличающееся тем, что светопоглощающий материал представляет собой пластмассу, содержащую пигменты, а светопроницаемый материал представляет собой пластмассу без пигментов.

9. Рабочее колесо (2) по п. 1, отличающееся тем, что первый закрывающий диск (4) выполнен без пазов.

10. Рабочее колесо (2) по п. 1, отличающееся тем, что сварное соединение изготовлено посредством лазерной сварки.

11. Центробежный насос, снабженный рабочим колесом (2) по одному из предыдущих пунктов.