РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ Российский патент 2019 года по МПК F04D29/22 F04D29/28 F04D29/41 F04D29/51 

Область техники

Настоящее изобретение относится к рабочему колесу для центробежных насосов, в особенности, относящихся к типу с одной или более ступенями.

Уровень техники

Как известно, центробежный насос имеет рабочее колесо, обычно выполненное из пары фасонных дисковых корпусов, обращенных друг к другу для образования зазора, в котором расположен ряд лопастей, которые соединяют два диска.

По центру каждого рабочие колеса имеется ступица, или аналогичное соединительное устройство, которое обеспечивает крепление рабочего колеса на трансмиссионный вал, который вращается приводом.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Хотя рабочие колеса известного типа широко применяются, они имеют недостатки; среди них, возможно, самый важный связан с генерированием осевых усилий.

Рабочее колесо центробежного насоса, фактически, подвергается отличающимся давлениям, которые действуют на две поверхности: давление ниже атмосферного в общем действует на впускной стороне, а давление, по существу, равное давлению нагнетания действует на противоположный поверхности. Данное производит осевое усилие, которое может даже быть значительным, например, создающим большие потери кпд и перегрузки, которые повреждают подшипники двигателя.

Данные проблемы усугубляются в варианте многоступенчатых насосов.

В попытке решения проблем, связанных с генерированием осевых усилий, некоторый изготовители многоступенчатых насосов ориентируют одну половину рабочих колес в направлении противоположном другой половине.

Вместе с тем, такое решение создает значительные трудности в выполнении внутренних проходных каналов.

Существующая техника также включает в себя рабочее колесо для центробежных насосов, раскрытое в итальянской патентной заявке no. VI2014A000271 на имя настоящего заявителя. Такое рабочее колесо эффективно решает проблемы, описанные выше, но требует обеспечения дисковых элементов с отличающимися диаметрами.

Решение проблемы

Целью изобретения является решение проблем, описанных выше, с обеспечением рабочие колеса для центробежных насосов, позволяющего уменьшить осевые усилия, одновременно обеспечивая максимальный кпд и применение дисковых элементов одного диаметра.

В объеме данной цели частная задача изобретения состоит в обеспечении рабочие колеса, которое позволяет решить проблемы, связанные с натяжение, которое обычно создается на трансмиссионном валу.

Другой задачей изобретения является создание рабочего колеса, которое позволяет предохранять подшипники двигателя.

Другой задачей изобретения является создание рабочего колеса, которое может быть изготовлено с небольшим числом компонентов, и является поэтому предпочтительным также с точки зрения чистой экономии.

Данная цель, данные задачи и другое, что должно становиться лучше понятным из описания ниже в данном документе, достигаются рабочим колесом для центробежных насосов, содержащим первый дисковый элемент, функционально выполненный навстречу впуску, и второй дисковый элемент функционально выполненный навстречу нагнетанию, коаксиальные и обращенные друг к другу, причем второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом установленными с угловыми интервалами лопастями и по центру обеспечен крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу; рабочее колесо отличается тем, что содержит проемы, выполненные, по существу, в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей, по существу, в зонах воздействия самого большого осевого усилия.

Настоящее изобретение также относится к центробежному насосу содержащему, по существу, полый корпус, который вмещает по меньшей мере одну рабочее колесо, которое крепится к трансмиссионному валу, который может вращаться вокруг оси вращения; причем трансмиссионный вал, вращается приводом; рабочее колесо содержит первый дисковый элемент, функционально выполненный навстречу впуску, и второй дисковый элемент функционально выполненный навстречу нагнетанию, коаксиальные и обращенные друг к другу; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, расставленными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу; причем рабочее колесо отличается тем, что содержит проемы, выполненные, по существу, в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей, по существу, в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие.

Полезный эффект изобретения

Рабочее колесо согласно изобретению обеспечивает значительное уменьшение осевых усилий, но одновременно обеспечивает максимальный кпд и напор.

Фактически, благодаря опорожнению зон самого высокого давления на втором дисковом элементе, т.e., благодаря выполнению проемов, становится возможным уменьшить силы, создающие осевое усилие.

Также, напор и кпд не уменьшаются поскольку профиль данных проемов полностью включен во второй дисковый элемент.

Рабочее колесо, согласно настоящему изобретению, позволяет решить проблемы, связанные с натяжением, обычно генерируемым на трансмиссионном валу центробежных насосов с одной или несколькими ступенями. Данное обеспечивает, например, предотвращение повреждения подшипников двигателя.

Краткое описание чертежей

Дополнительные характеристики и преимущества должны стать лучше понятными из описания предпочтительных, но не эксклюзивных вариантов осуществления рабочие колеса изобретения, в не ограничивающих примерах на прилагаемых чертежах, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показан вид спереди рабочего колеса согласно изобретению.

На фиг. 2 показан вид сзади рабочего колеса согласно изобретению.

На фиг. 3 вид сбоку с сечением рабочего колеса согласно изобретению.

На фиг. 4 показан вид спереди рабочего колеса согласно дополнительному варианту осуществления изобретения.

На фиг. 5 показан вид сзади рабочего колеса фиг. 4.

На фиг. 6 показан вид сбоку с сечением рабочего колеса фиг. 4 и 5;

На фиг. 7 показан вид спереди рабочего колеса согласно дополнительному варианту осуществления изобретения;

На фиг. 8 показан вид сзади рабочего колеса фиг. 7.

На фиг. 9 показан вид сбоку с сечением рабочего колеса фиг. 7 и 8.

На фиг. 10 показан вид спереди рабочего колеса согласно дополнительному варианту осуществления изобретения.

На фиг. 11 показан вид сзади рабочего колеса фиг. 10.

На фиг. 12 показан вид сбоку с сечением рабочего колеса фиг. 10 и 11.

На фиг. 13 показан вид спереди рабочего колеса согласно дополнительному варианту осуществления изобретения.

На фиг. 14 показан вид сзади рабочего колеса фиг. 13;

На фиг. 15 показан вид сбоку с сечением рабочие колеса фиг. 13 и 14.

На фиг. 16 показан вид спереди рабочего колеса согласно дополнительному варианту осуществления изобретения.

На фиг. 17 показан вид сзади рабочего колеса фиг. 16.

На фиг. 18 показан вид сбоку с сечением рабочего колеса фиг. 16 и 17.

Описание вариантов осуществления

На фиг. 1-3 показана рабочее колесо для центробежных насосов, в целом обозначенное ссылочной позицией 1, согласно изобретению.

Пример, показанный в данном документе, относится к случаю, в котором рабочее колесо 1 применяетcя в многоступенчатом центробежном насосе; вместе с тем, специалисту в данной области техники понятно, что рабочее колесо по настоящему изобретению может также применяться в насосах другого типа.

Многоступенчатый центробежный насос, который сам по себе известен и не показан на фигурах, состоит, по существу, из полого корпуса, который представляет место для комплекта рабочих колес, предложенных настоящим изобретением, которые коаксиально закреплены на трансмиссионном валу, который вращается приводом.

Рабочее колесо 1 включает в себя первый дисковый элемент 2, который функционально расположен навстречу впуску, и второй дисковый элемент 3, который функционально расположен навстречу нагнетанию.

Диаметр второго дискового элемента 3 является, по существу, равным или немного меньше диаметра первого дискового элемента 2.

Два дисковых элемента 2 и 3 являются коаксиальными оси 1000 вращения и обращены друг к другу для образования, по существу, цилиндрического промежуточного пространства.

Лопасти 4 расположены в промежуточном пространстве и жестко соединяют первый дисковый элемент 2 со вторым дисковым элементом 3.

Лопасти 4, которые расставлены с угловыми интервалами вокруг оси 1000 вращения, проходят от центра к периферийной зоне двух дисковых элементов 2 и 3, без выхода наружу, в продолжение адаптированного профиля.

В показанном решении, например, лопасти 4 являются криволинейными для образования каналов, которые расходятся лучами, и расположены радиально.

Предпочтительно, второй дисковый элемент 3 крепится к трансмиссионному валу крепежным средством. Трансмиссионный вал, который не показан на фигурах, вращается вокруг оси 1000 вращения.

Крепежное средство содержит ступицу 5, которая может быть связана механически с трансмиссионным валом, обеспеченную на центре второго дискового элемента 3.

Сквозное отверстие 6 обеспечено по центру на первом дисковом элементе 2, противоположно ступице 5; сквозное отверстие 6 имеет диаметр больше диаметра трансмиссионного вала.

Сквозное отверстие 6 соединено с горловиной 7, которая выступает из первого дискового элемента 2.

На практикe, когда рабочее колесо 1 закреплено на трансмиссионном валу, горловина 7 окружает вал, образуя кольцевой проем, который образует впуск рабочего колеса.

Согласно настоящему изобретению рабочее колесо 1 включает в себя ряд проемов, выполненных, по существу, в периферийной зоне второго дискового элемента 3 между парами соседних лопастей 4, в которой возможно идентифицировать зоны диска, на которые действует самое большое осевое усилие.

Радиально периферийная сторона каждого проема проходит расстояние, которое короче периферийной кромки второго дискового элемента 3, относительно оси 1000 вращения.

Другими словами, проемы полностью включены в профиль второго дискового элемента 3.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 1-3, проемы образованы фасонными щелями 8, обеспеченными в периферийной зоне второго дискового элемента 3, между парами соседних лопастей 4.

Каждая оконтуренная щель 8 имеет дугообразный профиль 9 на радиально периферийной стороне; дугообразный профиль 9 имеет выпуклость, обращенную к оси 1000 вращения.

Дугообразный профиль 9 соединен с противоположным оконтуренным профилем 10, который в примере, показанном на фиг. 1-3, имеет криволинейный участок, с выпуклостью, обращенной к оси 1000 вращения.

На фиг. 4-6 показан рабочее колесо, в общем обозначенное ссылочной позицией 101, которое аналогично рабочему колесу 1 но обеспечено оконтуренными профилями 110 с выпуклостью, обращенной наружу от второго дискового элемента 3.

Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 7-9, в котором рабочее колесо согласно изобретению в общем обозначено ссылочной позицией 201, дугообразные профили 9 и оконтуренные профили 10, или аналогично оконтуренные профили 110, оконтуренных щелей 8 соединены одной или несколькими радиально проходящими перемычками 211, которые имеют функцию придания жесткости конструкции,.

Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 10-12, в котором рабочее колесо согласно изобретению обозначено ссылочной позицией 301, проемы образованы сквозными отверстиями 308 обеспеченными, по существу, в периферийной зоне второго дискового элемента 3, между парами соседних лопастей 4.

В примере, показанном на фиг. 10-12, центры сквозных отверстий 308 расположены, по существу, вдоль дуги окружности с центром на оси 1000 вращения; вместе с тем, специалисту в данной области техники очевидно, что сквозные отверстия могут быть расположены в других эквивалентных конфигурациях.

Например, на фиг 13-15 показан рабочее колесо, обозначенное ссылочной позицией 401, которое аналогично рабочему колесу 301, но имеет сквозные отверстия 408, которые выполнены, по существу, вдоль многочисленных дуг, которые являются соосными, с центровкой по оси 1000 вращения.

На фиг. 16-18 показано рабочее колесо, согласно изобретению, в общем обозначенное ссылочной позицией 501, которая включает в себя сквозные отверстия 508, обеспеченные во втором дисковом элементе 3 между парами соседних лопастей 4, и расположенные, по существу, вдоль дуг окружности, центр которой расположен за пределами диска.

В вариантах осуществления, показанных на фиг. 4-18, элементы, которые соответствуют элементам, описанным со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг. 1-3 указаны теми же ссылочными позициями.

Рабочее колесо согласно изобретению может быть изготовлено с помощью различные методик, с применением металлов, таких, например, как сталь, нержавеющая сталь, сталь с литьем под давлением, чугун, латунь и т.п., или других материалов, обеспечивающих необходимые технические характеристики, таких, например как некоторые технополимеры.

Также следует отметить, что детали конструкции оконтуренных щелей 8 и/или сквозных отверстий 308, 408 или 508 могут в любом случае варьироваться, по существу, в эквивалентной конфигурации по форме, размерам, пропорциям и устройству, вместе с тем, оставаясь в объеме патентоспособной концепции.

Что касается работы рабочего колеса согласно изобретению, экспериментальные испытания и тщательный анализ результатов позволил обнаружить, что проемы, обеспеченные во втором дисковом элементе 3, дают гидродинамику с более высоким кпд и удовлетворительный напор для достаточного уменьшения осевых усилий.

На практикe обнаружено, что рабочее колесо для центробежных насосов, согласно изобретению, полностью достигает поставленной цели, поскольку обеспечивает значительное уменьшение осевых усилий, но одновременно обеспечивает максимальный кпд и напор.

Фактически, с помощью опорожнения зон действия самого высокого давления во втором дисковом элементе, т.e., благодаря выполнению проемов, становится возможным уменьшить силы, которые генерируют осевое усилие.

Также, напор и кпд не уменьшаются, поскольку профиль данных проемов полностью включен во второй дисковый элемент.

Рабочее колесо согласно настоящему изобретению, таким образом, обеспечивает решение проблем, связанных с натяжением, которое обычно генерируется на трансмиссионном валу центробежных насосов с одной или несколькими ступенями. Данное обеспечивает, например, предотвращение повреждения подшипников двигателя.

Рабочее колесо для центробежных насосов, и центробежный насос, сконструированные таким образом, допускают многочисленные модификации и вариации, все относящиеся к объему патентоспособной концепции; все детали могут, кроме того, быть заменены другими, технически эквивалентными элементами.

Применяемые на практикe материалы, когда они соответствуют специфике применения, а также возможные при определенных обстоятельствах формы и размеры, могут быть любыми согласно требованиям состояния данной области техники.

Данная заявка испрашивает приоритет по итальянской патентной заявке No. VI2015A000081, зарегистрирована 20 марта 2015 г., объект изобретения которой включен в состав в данном документе в виде ссылки.

Группа изобретений относится к центробежным насосам. Рабочее колесо центробежного насоса содержит первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию. Дисковые элементы жестко соединены между собой лопастями, размещёнными через угловые интервалы. Второй дисковый элемент закреплен по центру на трансмиссионном валу крепежным средством. В периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, имеются проемы. Проемы образованы оконтуренными щелями. Радиально периферийная сторона каждой из оконтуренных щелей имеет дугообразный профиль с выпуклостью, обращенной к оси вращения. Изобретение обеспечивает значительное уменьшение осевых усилий, но одновременно обеспечивает максимальный КПД и напор. 8 н. и 4 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Рабочее колесо для центробежных насосов, содержащее первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, размещёнными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу, отличающееся тем, что содержит проемы, выполненные в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, причем проемы образованы оконтуренными щелями, которые выполнены в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей; причем радиально периферийная сторона каждой из оконтуренных щелей имеет дугообразный профиль с выпуклостью, обращенной к оси вращения.

2. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что радиально периферийная сторона каждого из проемов проходит на некотором расстоянии, которое меньше расстояния до периферийной кромки второго дискового элемента, относительно оси вращения рабочего колеса.

3. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что крепежное средство содержит ступицу, механически связанную с трансмиссионным валом; ступица расположена противоположно к горловине, имеет диаметр больше диаметра вращающейся оси; горловина обеспечена на первом дисковом элементе.

4. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что второй дисковый элемент имеет диаметр, равный или меньше диаметра первого дискового элемента.

5. Рабочее колесо для центробежных насосов, содержащее первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, размещенными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу, отличающееся тем, что содержит проемы, выполненные в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, причем проемы образованы оконтуренными щелями, которые выполнены в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей; причем радиально периферийная сторона каждой из оконтуренных щелей имеет дугообразный профиль, каждая из оконтуренных щелей имеет оконтуренный профиль, который является противоположным по отношению к дугообразному профилю, упомянутый оконтуренный профиль имеет криволинейный участок с выпуклостью, обращенной к оси вращения.

6. Рабочее колесо для центробежных насосов, содержащее первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, размещёнными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу, отличающееся тем, что содержит проемы, выполненные в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, причем проемы образованы оконтуренными щелями, которые выполнены в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей; причем радиально периферийная сторона каждой из оконтуренных щелей имеет дугообразный профиль, каждая из оконтуренных щелей имеет оконтуренный профиль, который является противоположным по отношению к дугообразному профилю, упомянутый оконтуренный профиль имеет криволинейный участок с выпуклостью, обращенной наружу из второго дискового элемента.

7. Рабочее колесо по п. 6, отличающееся тем, что дугообразный профиль и оконтуренный профиль соединены по меньшей мере одной радиально проходящей перемычкой.

8. Рабочее колесо для центробежных насосов, содержащее первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, размещенными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу; отличающееся тем, что содержит проемы, выполненные в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, центры сквозных отверстий выполнены по двум или больше дугам окружности, которые являются концентрическими и центрированы относительно оси вращения.

9. Рабочее колесо для центробежных насосов, содержащее первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, размещёнными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу, отличающееся тем, что содержит проемы, выполненные в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, центры сквозных отверстий выполнены по дугам окружности, центры которых расположены снаружи от второго дискового элемента.

10. Центробежный насос, содержащий полый корпус, который вмещает по меньшей мере одно рабочее колесо, закрепленное на трансмиссионному валу, который может вращаться вокруг оси вращения; трансмиссионный вал вращается посредством привода; рабочее колесо содержит первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, расположенными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу; отличающийся тем, что рабочее колесо содержит проемы, выполненные в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, причем проемы образованы оконтуренными щелями, которые выполнены в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей; причем радиально периферийная сторона каждой из оконтуренных щелей имеет дугообразный профиль с выпуклостью, обращенной к оси вращения.

11. Центробежный насос, содержащий полый корпус, который вмещает по меньшей мере одно рабочее колесо, закрепленное на трансмиссионному валу, который может вращаться вокруг оси вращения; трансмиссионный вал вращается посредством привода; рабочее колесо содержит первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, расположенными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу, отличающийся тем, что рабочее колесо содержит проемы, выполненные в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, причем центры сквозных отверстий выполнены по двум или больше дугам окружности, которые являются концентрическими и центрированы относительно оси вращения.

12. Центробежный насос, содержащий полый корпус, который вмещает по меньшей мере одно рабочее колесо, закрепленное на трансмиссионном валу, который может вращаться вокруг оси вращения; трансмиссионный вал вращается посредством привода; рабочее колесо содержит первый дисковый элемент, функционально расположенный навстречу впуску и являющийся коаксиальным и обращенным ко второму дисковому элементу, который функционально расположен навстречу нагнетанию; второй дисковый элемент жестко соединен с первым дисковым элементом лопастями, расположенными через угловые интервалы, и обеспечен по центру крепежным средством для закрепления на трансмиссионном валу; отличающийся тем, что рабочее колесо содержит проемы, выполненные в периферийной зоне второго дискового элемента, между парами соседних лопастей в зонах, на которые действует самое большое осевое усилие, причем центры сквозных отверстий выполнены по дугам окружности, центры которых расположены снаружи от второго дискового элемента.