УЗЕЛ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ Российский патент 2020 года по МПК F04D29/22 F04D29/41 

Область техники

Настоящее изобретение относится к узлу рабочего колеса, в частности для центробежных насосов с одной или более ступенями.

Уровень техники

Как известно, рабочие колеса центробежных насосов обычно содержат пары дисков, обращенных друг к другу так, для того чтобы образовать промежуточное пространство, в котором размещается комплект лопастей, которые соединяют оба диска.

Кроме того, в центре каждого рабочего колеса предусмотрена втулка, или эквивалентное соединительное устройство, которое позволяет прикреплять рабочее колесо к валу трансмиссии, который вращается посредством электродвигателя.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Хотя вышеописанные известные рабочие колеса широко используются, они имеют недостатки, вероятно, самый важный из которых обусловлен генерированием осевых усилий.

Рабочее колесо центробежного насоса по существу подвергается воздействию разных давлений, которые действуют на две его поверхности: на сторону впуска обычно действует давление ниже атмосферного, а на противоположную поверхность действует давление, по существу равное выходному давлению.

При этом создается осевое усилие, которое может становиться значительным, вызывая большие потери с точки зрения эффективности и перегрузки, которые повреждают подшипники электродвигателя.

Данные проблемы, очевидно, возрастают в случае многоступенчатых насосов.

В попытке решить проблемы, связанные с генерированием осевых усилий, некоторые изготовители многоступенчатых насосов ориентируют половину рабочих колес в противоположном направлении относительно остальных рабочих колес.

Однако такое решение вызывает значительные трудности при образовании внутренних проходных каналов.

Другие изготовители предусматривают отверстия на диске на выпускной стороне, однако данные отверстия уменьшают общую эффективность рабочих колес.

Задачей настоящего изобретения является решение вышеописанных проблем, предлагая узел рабочего колеса, в частности для центробежных насосов, который позволяет уменьшить осевые усилия, одновременно обеспечивая максимальную эффективность.

В пределах объема данной задачи, конкретной целью изобретения является создание узла рабочего колеса, который позволяет решить проблемы, связанные с тяговым усилием, обычно создаваемым на валу трансмиссии.

Другой целью изобретения является создание узла рабочего колеса, который позволяет предохранять подшипники двигателя.

Другой целью изобретения является создание узла рабочего колеса, который может быть изготовлен с использованием малого количества деталей и, следовательно, является предпочтительным также и с чисто экономической точки зрения.

Решение проблемы

Эта задача, эти и другие цели, которые в дальнейшем станут более понятными, достигаются посредством узла рабочего колеса, для центробежных насосов, содержащего диск меньшего диаметра и диск большего диаметра, расположенные коаксиально по отношению к оси вращения и обращенные друг к другу, для того чтобы образовать промежуточное пространство; причем упомянутые диски соединены посредством лопастей, расположенных радиально в упомянутом промежуточном пространстве, и в центре снабжены крепежными средствами для закрепления на валу трансмиссии, который вращается вокруг упомянутой оси вращения; причем упомянутый узел рабочего колеса отличается тем, что он содержит профилированные лопатки, которые выступают радиально из периферийной области упомянутого диска меньшего диаметра; причем упомянутые профилированные лопатки расположены по существу на упомянутых лопастях.

Настоящее изобретение относится также к центробежному насосу, содержащему по существу полый корпус, который вмещает в себя по меньшей мере один узел рабочего колеса, который прикреплен к валу трансмиссии, который вращается вокруг оси вращения; причем упомянутый вал трансмиссии вращается посредством электродвигателя; причем упомянутый узел рабочего колеса содержит два диска, имеющих разные диаметры, которые расположены коаксиально по отношению к упомянутой оси вращения и обращены друг к другу, для того чтобы образовать промежуточное пространство; причем упомянутые диски соединены посредством лопастей, расположенных радиально в упомянутом промежуточном пространстве, и снабжены крепежным средством для закрепления на упомянутом валу трансмиссии; причем упомянутый узел рабочего колеса отличается тем, что он содержит профилированные лопатки, которые выступают радиально из периферийной области упомянутого диска меньшего диаметра; причем упомянутые профилированные лопатки расположены по существу на упомянутых лопастях и приспособлены для уменьшения осевых усилий.

Краткое описание чертежей

Дополнительные характеристики и преимущества станут более понятными из описания предпочтительных, но не единственных вариантов осуществления узла рабочего колеса в соответствии с изобретением, показанных в качестве неограничивающего примера в прилагаемых чертежах, на которых:

Фиг.1 представляет собой вид в разрезе многоступенчатого центробежного насоса;

Фиг.2 представляет собой перспективный вид узла рабочего колеса в соответствии с изобретением;

Фиг.3 представляет собой вид сбоку в разрезе узла рабочего колеса в соответствии с изобретением;

Фиг.4 представляет собой вид спереди узла рабочего колеса в соответствии с изобретением;

Фиг.5 представляет собой перспективный вид элемента узла рабочего колеса в соответствии с изобретением;

Фиг.6 представляет собой вид сбоку в разрезе элемента в соответствии с предыдущим чертежом;

Фиг.7 представляет собой вид спереди элемента, показанного на фиг.5 и 6;

Фиг.8 представляет собой вид спереди элемента узла рабочего колеса в соответствии с дополнительным аспектом изобретения;

Фиг.9 представляет собой вид сзади узла рабочего колеса в соответствии с дополнительным аспектом изобретения;

Фиг.10 представляет собой вид в разрезе узла рабочего колеса в соответствии с фиг.9.

Описание вариантов осуществления

Со ссылкой на фиг.1-7, узел рабочего колеса для центробежных насосов обозначен в целом ссылочной позицией 1.

Пример, показанный в данном документе, относится к случаю, в котором узел 1 рабочего колеса относится к многоступенчатому центробежному насосу, однако для специалиста в данной области техники очевидно, что узел рабочего колеса в соответствии с настоящим изобретением может быть также установлен на насосах другого типа.

Многоступенчатый центробежный насос, который показан на фиг.1, образован посредством по существу полого корпуса 21, который вмещает в себя комплект узлов 1 рабочего колеса, предлагаемых в соответствии с настоящим изобретением; причем узлы 1 рабочего колеса коаксиально закреплены на валу 22 трансмиссии, который вращается посредством электродвигателя 23.

Узел 1 рабочего колеса содержит диск 2 большего диаметра, связанный с впуском, и диск 3 меньшего диаметра, связанный с выпуском.

Два диска 2 и 3 являются коаксиальными по отношению к оси 100 вращения и обращены друг к другу, для того чтобы образовать по существу цилиндрическое промежуточное пространство.

Лопасти 4 расположены в упомянутом промежуточном пространстве и прочно соединяют диск 2 большего диаметра с диском 3 меньшего диаметра.

Лопасти 4 распределены под углом вокруг оси 100 вращения и проходят из центра к периферийной области двух дисков 2 и 3, не выступая из диска большего диаметра.

В показанном варианте осуществления, например, лопасти 4 изогнуты так, чтобы образовать расходящиеся каналы, которые расположены радиально.

Предпочтительно, оба диска 2 и 3 снабжены крепежным средством для закрепления на валу 22 трансмиссии, показанном на фиг.1, который способен вращаться вокруг оси 100 вращения.

В конкретном примере, упомянутое крепежное средство содержит втулку 5, которая предусмотрена в центре диска 3 меньшего диаметра.

Втулка 5 выполнена с возможностью механического соединения с валом 22 трансмиссии. Упомянутое крепежное средство содержит также сквозное отверстие 6, которое образовано в центре относительно диска 2 большего диаметра.

Сквозное отверстие 6 имеет большее поперечное сечение, чем вал 22 трансмиссии, и сочетается с кольцом 7, которое выступает из диска 2 большего диаметра.

На практике, когда узел 1 рабочего колеса устанавливают на валу 22 трансмиссии, кольцо 7 окружает вал 22, охватывая кольцевое отверстие, которое образует впуск рабочего колеса. В соответствии с настоящим изобретением, узел 1 рабочего колеса содержит профилированные лопатки 8, которые выступают радиально из периферийной области диска 3 меньшего диаметра, по существу на лопастях 4.

Необходимо отметить, что профиль профилированных лопаток 8 выполнен так, чтобы уменьшать осевые усилия.

В варианте осуществления, показанном на фиг.2-7, профилированные лопатки 8 являются по существу трапецеидальными и расположены в пределах кольцеобразной области, заключенной между окружностями, диаметры которых совпадают соответственно с диаметрами двух дисков 2 и 3.

Профилированные лопатки 8, которые распределены под углом вокруг оси 100 вращения, разнесены посредством соответствующего количества дуговых профилей 9.

С конкретной ссылкой на фиг.2-7, дуговые профили 9 по существу соответствуют участкам окружности, которая является концентричной относительно оси 100 вращения.

Предпочтительно, периферийный конец лопастей 4 профилирован так, что он способен сопрягать профилированные лопатки 8 с диском 2 большего диаметра.

Узел 1 рабочего колеса может быть изготовлен разными способами, используя металлические материалы, такие как, например, сталь, нержавеющая сталь, литая сталь, чугун, латунь и т.п., или другие материалы, обладающие требуемыми технологическими характеристиками, такие как, например, некоторые технополимеры.

Фиг.8-10 показывают варианты осуществления изобретения, в которых узел рабочего колеса обозначен соответственно ссылочными позициями 101 и 201, и содержит дуговые профили, соответственно 109 и 209, снабженные более или менее значительными участками с расстоянием, которое увеличивается радиально относительно оси 100 вращения.

Форма дуговых профилей 109 и 209 практически также обусловливает форму профилированных лопаток, обозначенных соответственно ссылочными позициями 108 и 208, которые могут стать значительно более криволинейными чем в предыдущем примере, настолько, чтобы сопрягаться без разрывов непрерывности с дуговыми профилями 109 и 209.

В вариантах осуществления, показанных на фиг.8-10, элементы, которые соответствуют элементам, уже описанным со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг.2-7, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Многоступенчатый центробежный насос, показанный на фиг.1, может включать множество узлов 101 рабочего колеса, или может включать множество узлов 201 рабочего колеса, вместо узлов 1 рабочего колеса.

Что касается функционирования узла рабочего колеса в соответствии с изобретением, экспериментальные испытания и тщательный анализ результатов позволили установить, что наличие профилированных лопаток 8, 108 или 208 на диске 3 меньшего диаметра предусматривает более высокую эффективность динамики текучих сред и хороший напор при одинаковом уменьшении осевых усилий.

На практике установлено, что узел рабочего колеса для центробежных насосов в соответствии с изобретением полностью достигает поставленной цели, значительно уменьшая осевые усилия и в то же время обеспечивая максимальную эффективность и напор.

Посредством устранения участков, подвергающихся воздействию более высокого давления, в диске меньшего диаметра или посредством образования профилированных лопаток, фактически можно уменьшать усилия, которые вызывают осевую тягу.

Кроме того, поскольку профилированные лопатки на практике представляют собой неотделимые части диска меньшего диаметра, которые расположены на лопастях, имеющие трапецеидальную форму или т.п., напор и эффективность не уменьшаются.

Таким образом, узел рабочего колеса в соответствии с настоящим изобретением решает проблемы, связанные с тяговым усилием, которое обычно возникает на валу трансмиссии центробежных насосов с одной или более ступенями.

Это позволяет, например, предотвратить повреждение подшипников двигателя.

На практике, используемые материалы, если они совместимы с конкретным использованием, а также возможные формы и размеры, могут быть любыми, соответствующими требованиям и существующему уровню техники.

Группа изобретений относится к области насосостроения. Узел рабочего колеса для центробежных насосов содержит диски меньшего и большего диаметра, расположенные коаксиально по отношению к оси вращения и обращенные друг к другу с образованием промежуточного пространства. Диски соединены лопастями, расположенными радиально в упомянутом промежуточном пространстве, и в центре снабжены крепежным средством для закрепления на валу трансмиссии, вращаемом вокруг оси вращения. Узел рабочего колеса содержит профилированные лопатки, которые выступают радиально из периферийной области диска меньшего диаметра. Профилированные лопатки расположены на упомянутых лопастях и имеют трапецеидальную форму, а диск большего диаметра имеет круговую периферию. Изобретения направлены на уменьшение осевых усилий и одновременное обеспечение максимальной эффективности, а также предохранение подшипников двигателя. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Узел рабочего колеса для центробежных насосов, содержащий диск меньшего диаметра и диск большего диаметра, расположенные коаксиально по отношению к оси вращения и обращенные друг к другу, для того чтобы образовать промежуточное пространство; причем упомянутые диски соединены лопастями, расположенными радиально в упомянутом промежуточном пространстве, и в центре снабжены крепежным средством для закрепления на валу трансмиссии, вращаемом вокруг упомянутой оси вращения; причем узел рабочего колеса отличается тем, что он содержит профилированные лопатки, которые выступают радиально из периферийной области диска меньшего диаметра; причем профилированные лопатки расположены по существу на упомянутых лопастях, при этом профилированные лопатки имеют по существу трапецеидальную форму, а диск большего диаметра имеет круговую периферию.

2. Узел рабочего колеса по п.1, отличающийся тем, что профилированные лопатки расположены в пределах кольцевой области, которая заключена между окружностями, диаметры которых совпадают по существу с диаметрами упомянутых дисков.

3. Узел рабочего колеса по п.1, отличающийся тем, что профилированные лопатки распределены под углом вокруг упомянутой оси вращения.

4. Узел рабочего колеса по п.1, отличающийся тем, что профилированные лопатки разнесены посредством соответствующего количества дуговых профилей, которые по существу соответствуют дугам окружности.

5. Узел рабочего колеса по п.4, отличающийся тем, что каждый из дуговых профилей содержит по меньшей мере один участок, расстояние которого увеличивается радиально относительно упомянутой оси вращения.

6. Узел рабочего колеса по п.1, отличающийся тем, что лопасти проходят к периферийной области упомянутых дисков, не выступая из диска большего диаметра.

7. Узел рабочего колеса по п.1, отличающийся тем, что периферийный конец лопастей профилирован так, чтобы сопрягать профилированные лопатки с диском большего диаметра.

8. Узел рабочего колеса для центробежных насосов, содержащий диск меньшего диаметра и диск большего диаметра, расположенные коаксиально по отношению к оси вращения и обращенные друг к другу, для того чтобы образовать промежуточное пространство; причем упомянутые диски соединены лопастями, расположенными радиально в упомянутом промежуточном пространстве, и в центре снабжены крепежным средством для закрепления на валу трансмиссии, вращаемом вокруг упомянутой оси вращения; причем узел рабочего колеса отличается тем, что он содержит профилированные лопатки, которые выступают радиально из периферийной области диска меньшего диаметра; причем профилированные лопатки расположены по существу на упомянутых лопастях, при этом упомянутое крепежное средство содержит втулку, связанную с валом трансмиссии, и сквозное отверстие, имеющее диаметр, который больше диаметра вала трансмиссии; причем упомянутая втулка и упомянутое сквозное отверстие предусмотрены соответственно в диске меньшего диаметра и в диске большего диаметра, коаксиально по отношению к оси вращения, при этом втулка выполнена как одно целое с диском меньшего диаметра, имеет одинаковую с ним толщину, и имеет отверстие с шпоночными профилями для зацепления с валом трансмиссии.

9. Узел рабочего колеса по п.8, отличающийся тем, что он содержит кольцо, которое выступает из диска большего диаметра в сквозном отверстии.

10. Центробежный насос, содержащий по меньшей мере один узел рабочего колеса по п.1, который закреплен на валу трансмиссии, вращаемом вокруг оси вращения; и

полый корпус, который вмещает в себя по меньшей мере один указанный узел рабочего колеса.

11. Центробежный насос по п.10, отличающийся тем, что содержит множество узлов рабочего колеса и представляет собой многоступенчатый центробежный насос.

12. Центробежный насос, содержащий:

по меньшей мере один узел рабочего колеса по п.8, который закреплен на валу трансмиссии, вращаемом вокруг оси вращения; и

полый корпус, который вмещает в себе по меньшей мере один указанный узел рабочего колеса.

13. Центробежный насос по п.12, отличающийся тем, что содержит множество узлов рабочего колеса и представляет собой многоступенчатый центробежный насос.