Центробежный насос Российский патент 2018 года по МПК F04D1/04 F04D9/04 F04D29/44 

Изобретение относится к насосной технике, в частности к центробежным насосам и может быть использовано в тех областях техники, где требуется стабильная подача перекачиваемой жидкой среды или использование центробежных насосов с высокими антикавитационными свойствами.

Известен шнекоцентробежный насос, содержащий центробежное рабочее колесо и установленный во всасывающем патрубке на входе в центробежное рабочее колесошнек (см. книгу Б.В. Овсянников, Чебаевский В.Ф. «Высокооборотные лопаточные насосы», М., Машиностроение, 1975, с. 12, рис. 4).

Однако данный центробежный насос не позволяет в полной мере обеспечить требуемое повышение давления на входе в центробежное рабочее колесо, что связано с гидравлическими потерями напора при подаче на вход центробежного рабочего колеса сильно закрученного потока, что снижает антикавитационные свойства данного центробежного насоса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является центробежный насос, содержащий установленное в корпусе насоса рабочее колесо, на валу которого во всасывающем патрубке установлен шнек, а между шнеком и рабочим колесом установлен выправляющий аппарат (см. авторское свидетельство SU №268177, кл. F04D 9/04, опубл. 02.04.1970).

Данный центробежный насос обладает более

Высокими антикавитационными свойствами. Однако выполнение выправляющего аппарата в виде выполненных во всасывающем патрубке лопаток не позволяет в полной мере снизить гидравлические потери от закрутки потока перекачиваемой жидкой среды на входе в рабочее колесо центробежного насоса, что сужает область использования данного центробежного насоса.

Технической проблемой, решаемой в данном изобретении, является устранение выявленных в известных технических решениях недостатков.

Технический результат, достигаемый в данном изобретении, заключается в том, что достигается возможность более эффективно преобразовывать кинетическую энергию закрученного потока перекачиваемой жидкой среды, создаваемого шнеком, в потенциальную энергию, а именно в повышение давления потока перекачиваемой жидкой среды, и одновременно направлять поток перекачиваемой жидкой среды под оптимальным углом закрутки на вход рабочего колеса центробежного насоса, что позволяет повысить антикавитационные свойства центробежного насоса.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что центробежный насос содержит установленное в корпусе насоса рабочее колесо, на валу которого во всасывающем патрубке установлен шнек, а между шнеком и рабочим колесом установлен выправляющий аппарат, при этом последний выполнен с профилированным корпусом, втулкой и расположенными между втулкой и внутренней поверхностью корпуса десятью лопатками, корпус выправляющего аппарата выполнен в виде конфузора с входной проточкой и выходным фланцем для соединения, соответственно, с всасывающим патрубком насоса и корпусом насоса, в продольном сечении образующая наружной поверхности втулки состоит из двух прямых линий, сопряженных между собой дугой окружности с образованием выпуклой наружной поверхности с входным и выходным коническими участками, причем прямая линия входного участка наклонена к продольной оси выправляющего аппарата под углом α от 43° до 45° и прямая линия выходного участка наклонена в продольной оси выпрямляющего аппарата под углом β от 8° до 10°, внутренняя поверхность корпуса выправляющего аппарата образована со стороны входа цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической, выполненной с углом γ уклона конуса, составляющим от 20° до 22°, и сужающейся вдоль по потоку поверхностью, плавно сопряженной с выходной плавно расширяющейся по ходу потока поверхностью, длина втулки меньше длины корпуса выправляющего аппарата, а лопатки вдоль оси выпрямляющего аппарата выполнены плавно изогнутыми во входной и средней частях со стороны их вогнутой и выпуклой частей по дугам окружности вдоль потока среды с направлением потока на входе под острым углом δ и на выходе под острым углом λ к поперечному сечению выпрямляющего аппарата, входная и выходная кромки лопаток в продольном сечении лопатки образованы дугой окружности, при этом на входном участке каждая лопатка плавно увеличивает свою толщину и на выходном участка плавно сужается в направлении к выходной кромке, входное сечение втулки расположено с зазором внутрь выпрямляющего аппарата от выходного сечения проточки, входная кромка лопаток наклонена к вертикали в продольном сечении выпрямляющего аппарата внутрь выправляющего аппарата под углом ζ, составляющим с вертикалью от 9° до 11°, а в поперечном сечении выполнена под острым углом к радиусу корпуса выправляющего аппарата, на наружной поверхности корпуса выправляющего аппарата выполнены продольные ребра жесткости, а выправляющий аппарат выполнен в виде единой детали.

В продольном сечении лопатки радиус дуги окружности, образующей выходной участок вогнутой части профиля лопатки, равен радиусу дуги окружности, образующей выходной участок выпуклой части профиля лопатки, радиус дуги окружности, образующий среднюю вогнутую часть профиля лопатки, больше радиуса дуги окружности, образующей среднюю выпуклую часть профиля лопатки, дуга окружности, образующая входную кромку лопатки сопряжена с дугой окружности, образующей вогнутую часть лопатки, прямой линией, образующей с поперечным сечением выправляющего аппарата угол λ от 33° до 35°, и сопряжена с дугой окружности, образующей выпуклую часть лопатки, прямой линией, образующей с поперечным сечением выправляющего аппарата угол μ от 31° до 33°,а дуга окружности, образующая выходную кромку лопатки сопряжена с дугой окружности, образующей вогнутую часть лопатки с образованием с поперечным сечением выправляющего аппарата угла δ от 82° до 83°, и сопряжена с дугой окружности, образующей выпуклую часть лопатки с образованием с поперечным сечением выправляющего аппарата угла θ от 78° до 79°.

В ходе проведенного исследования было выявлено, что недостаточно просто воздействовать на поток перекачиваемой жидкой среды с помощью шнека и преобразовать часть кинетической энергии потока перекачиваемой жидкой среды в давление. Требуется максимально возможно снизить при этом гидравлические потери и подвести поток перекачиваемой жидкой среды к рабочему колесу с оптимальными скоростными характеристиками и под оптимальным минимальным углом закрутки. Это достигается установкой плавно изогнутых в продольном направлении лопаток в описанном выше профилированном кольцевом канале, образованном внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью втулки, причем требуемая жесткость конструкции достигается выполнением на наружной поверхности корпуса продольных ребер жесткости.

На фиг. 1 представлен продольный разрез центробежного насоса,

На фиг. 2 представлен продольный разрез выправляющего аппарата центробежного насоса.

На фиг. 3 представлен вид А по фиг. 2

На фиг. 4 представлен продольный разрез лопатки выправляющего аппарата.

Центробежный насос содержит установленное в корпусе 1 насоса рабочее колесо 2, на валу 3 которого во всасывающем патрубке 4 установлен шнек 5, а между шнеком 5 и рабочим колесом 2 установлен выправляющий аппарат 6.

Выправляющий аппарат 6 выполнен с профилированным корпусом 7, втулкой 8 и расположенными между втулкой 8 и внутренней поверхностью корпуса 7 десятью лопатками 9.

Корпус 7 выправляющего аппарата 6 выполнен в виде конфузора с входной проточкой 10 и выходным фланцем 11 для соединения, соответственно со всасывающим патрубком 4 насоса и корпусом 1 насоса.

В продольном сечении образующая наружной поверхности втулки 8 состоит из двух прямых линий сопряженных между собой дугой окружности с образованием выпуклой наружной поверхности с входным и выходным коническими участками, причем прямая линия входного участка наклонена к продольной оси 12 выправляющего аппарата 6 под углом α от 43° до 45° и прямая линия выходного участка наклонена в продольной оси 12 выпрямляющего аппарата 6 под углом β от 8° до 10°

Внутренняя поверхность корпуса 7 выправляющего аппарата 6 образована со стороны входа цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической, выполненной с углом γ уклона конуса, составляющим от 20° до 22°, и сужающейся вдоль по потоку поверхностью, плавно сопряженной с выходной плавно расширяющейся по ходу потока поверхностью. Длина втулки 8 меньше длины корпуса 7 выправляющего аппарата 6, а лопатки 9 вдоль оси выпрямляющего аппарата 6 выполнены плавно изогнутыми во входной и средней частях со стороны их вогнутой и выпуклой частей по дугам окружности вдоль потока среды с направлением потока на входе под острым углом δ и на выходе под острым углом λ, к поперечному сечению выпрямляющего аппарата 6, входная 14 и выходная 15 кромки лопаток 9 в продольном сечении лопатки образованы дугой окружности.

На входном участке каждая лопатка 9 плавно увеличивает свою толщину и на выходном участка плавно сужается в направлении к выходной кромке 15. Входное сечение втулки 8 расположено с зазором внутрь выпрямляющего аппарата 6 от выходного сечения проточки 10. Входная кромка 14 лопаток 9 наклонена к вертикали в продольном сечении выпрямляющего аппарата 6 внутрь выправляющего аппарата 6 под углом ζ, составляющим с вертикалью от 9° до 11°, а в поперечном сечении выполнена под острым углом к радиусу корпуса 7 выправляющего аппарата 6, на наружной поверхности корпуса 7 выправляющего аппарата 6 выполнены продольные ребра жесткости 13, а выправляющий аппарат 6 выполнен в виде единой детали.

В продольном сечении лопатки 9 радиус R1 дуги окружности, образующей выходной участок вогнутой части профиля лопатки 9, равен радиусу R2 дуги окружности, образующей выходной участок выпуклой части профиля лопатки 9, радиус R3 дуги окружности, образующий среднюю вогнутую часть профиля лопатки 9, больше радиуса R2 дуги окружности, образующий среднюю выпуклую часть профиля лопатки 9, дуга окружности, образующая входную кромку 15 лопатки 9 сопряжена с дугой окружности, образующей вогнутую часть лопатки 9 прямой линией, образующей с поперечным сечением выправляющего аппарата 6 угол λ от 33° до 35°, и сопряжена с дугой окружности, образующей выпуклую часть лопатки 9, прямой линией, образующей с поперечным сечением выправляющего аппарата угол μ от 31° до 33°, а дуга окружности, образующая выходную кромку 14 лопатки 9, сопряжена с дугой окружности R1, образующей вогнутую часть лопатки с образованием с поперечным сечением выправляющего аппарата 6 (касательная к месту сопряжения) угла δ от 82° до 83°, и сопряжена с дугой окружности R2, образующей выпуклую часть лопатки с образованием с поперечным сечением выправляющего аппарата (касательная к месту сопряжения) угла θ от 78° до 79°.

Центробежный насос работает следующим образом.

Поток жидкой перекачиваемой среды поступает вначале во вращающийся шнек 5, в котором жидкой среде передается механическая энергия. Разогнанный шнеком 5 поток жидкой перекачиваемой среды из шнека 5 поступает в выправляющий аппарат 6, где за счет торможения потока жидкой перекачиваемой среды на лопатках 9 снижается скорость потока жидкой перекачиваемой среды и повышается его давление. Из выпрямляющего аппарата 6 поток перекачиваемой жидкой среды направляется в рабочее колесо 2 под заранее заданным оптимальным углом закрутки, где жидкая среда дополнительно разгоняется и из рабочего колеса 2 поступает в направляющий аппарат 1, где разогнанный поток жидкой рабочей среды тормозится с повышение давления потока перекачиваемой среды. Из центробежного насоса поток жидкой перекачиваемой среды под заданным давлением подают потребителю.

Спрофилированная проточная часть выправляющего аппарата 6 позволяет снизить гидравлические потери, а оставшиеся гидравлические потери энергии в большей степени являются потерями энергии на трение по проточной части выправляющего аппарата 6.

Изобретение относится к насосной технике. Центробежный насос содержит установленный между шнеком и рабочим колесом выправляющий аппарат (ВА). ВА выполнен с профилированным корпусом, втулкой (В) и расположенными между В и внутренней поверхностью корпуса десятью лопатками (Л). Корпус ВА выполнен в виде конфузора с входной проточкой и выходным фланцем для соединения, соответственно, с всасывающим патрубком и корпусом насоса. Образующая наружной поверхности В в продольном сечении состоит из двух прямых линий, сопряженных между собой дугой окружности с образованием выпуклой наружной поверхности с входным и выходным коническими участками. Прямые линия участков наклонены к продольной оси ВА под разными углами. Внутренняя поверхность корпуса ВА образована со стороны входа цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической, и сужающейся вдоль по потоку поверхностью, плавно сопряженной с выходной плавно расширяющейся по ходу потока поверхностью. Длина В меньше длины корпуса ВА. Л вдоль оси ВА плавно изогнуты во входной и средней частях со стороны их вогнутой и выпуклой частей по дугам окружности вдоль потока среды с направлением потока на входе и выходе под острыми углами к поперечному сечению ВА. Входная и выходная кромки Л в продольном сечении Л образованы дугой окружности. На входном участке каждая Л плавно увеличивает свою толщину и на выходном участка плавно сужается в направлении к выходной кромке. Входное сечение В расположено с зазором внутрь ВА от выходного сечением проточки. Входная кромка Л наклонена к вертикали в продольном сечении внутрь аппарата, в поперечном сечении выполнена под острым углом к радиусу корпуса ВА. На наружной поверхности корпуса ВА выполнены продольные ребра жесткости, а ВА выполнен в виде единой детали. В результате достигается возможность более эффективно преобразовывать кинетическую энергию закрученного потока перекачиваемой жидкой среды в повышение давления потока перекачиваемой жидкой среды и одновременно повысить антикавитационные свойства центробежного насоса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Центробежный насос, содержащий установленное в корпусе насоса рабочее колесо, на валу которого во всасывающем патрубке установлен шнек, а между шнеком и рабочим колесом установлен выправляющий аппарат, отличающийся тем, что выправляющий аппарат выполнен с профилированным корпусом, втулкой и расположенными между втулкой и внутренней поверхностью корпуса десятью лопатками, корпус выправляющего аппарата выполнен в виде конфузора с входной проточкой и выходным фланцем для соединения, соответственно, с всасывающим патрубком насоса и корпусом насоса, в продольном сечении образующая наружной поверхности втулки состоит из двух прямых линий, сопряженных между собой дугой окружности с образованием выпуклой наружной поверхности с входным и выходным коническими участками, причем прямая линия входного участка наклонена к продольной оси выправляющего аппарата под углом α от 43° до 45° и прямая линия выходного участка наклонена в продольной оси выпрямляющего аппарата под углом β от 8° до 10°, внутренняя поверхность корпуса выправляющего аппарата образована со стороны входа цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической, выполненной с углом γ уклона конуса, составляющим от 20° до 22°, и сужающейся вдоль по потоку поверхностью, плавно сопряженной с выходной плавно расширяющейся по ходу потока поверхностью, длина втулки меньше длины корпуса выправляющего аппарата, а лопатки вдоль оси выпрямляющего аппарата выполнены плавно изогнутыми во входной и средней частях со стороны их вогнутой и выпуклой частей по дугам окружности вдоль потока среды с направлением потока на входе под острым углом λ и на выходе под острым углом δ к поперечному сечению выпрямляющего аппарата, входная и выходная кромки лопаток в продольном сечении лопатки образованы дугой окружности, при этом на входном участке каждая лопатка плавно увеличивает свою толщину и на выходном участка плавно сужается в направлении к выходной кромке, входное сечение втулки расположено с зазором внутрь выпрямляющего аппарата от выходного сечения проточки, входная кромка лопаток наклонена к вертикали в продольном сечении выпрямляющего аппарата внутрь выправляющего аппарата под углом ζ, составляющим с вертикалью от 9° до 11°, а в поперечном сечении выполнена под острым углом к радиусу корпуса выправляющего аппарата, на наружной поверхности корпуса выправляющего аппарата выполнены продольные ребра жесткости, а выправляющий аппарат выполнен в виде единой детали.

2. Центробежный насос по п. 1, отличающийся тем, что в продольном сечении лопатки радиус дуги окружности, образующей выходной участок вогнутой части профиля лопатки, равен радиусу дуги окружности, образующей выходной участок выпуклой части профиля лопатки, радиус дуги окружности, образующий среднюю вогнутую часть профиля лопатки, больше радиуса дуги окружности, образующей среднюю выпуклую часть профиля лопатки, дуга окружности, образующая входную кромку лопатки, сопряжена с дугой окружности, образующей вогнутую часть лопатки, прямой линией, образующей с поперечным сечением выправляющего аппарата угол λ от 33° до 35°, и сопряжена с дугой окружности, образующей выпуклую часть лопатки, прямой линией, образующей с поперечным сечением выправляющего аппарата угол μ от 31° до 33°, а дуга окружности, образующая выходную кромку лопатки, сопряжена с дугой окружности, образующей вогнутую часть лопатки, с образованием с поперечным сечением выправляющего аппарата угла δ от 82° до 83° и сопряжена с дугой окружности, образующей выпуклую часть лопатки, с образованием с поперечным сечением выправляющего аппарата угла θ от 78° до 79°.