Турбонасос Советский патент 1985 года по МПК F04D29/46 

Изобретение относится к насосостроению, а именро к турбонасосам с управляемыми лопатками направляющих аппаратов. Известен турбонасос, содержащий корпус с входным патрубком и вьгходной улиткой, размещенные в корпусе ротор с лопатками, входной и выходной направляющие аппараты с лопатками и обтекатель lj . Недостатками этого турбонасоса являются низкий КПД, отсутствие воз можности регулировать поворот лопаток направляющих аппаратов, неуравновешенность этих лопаток. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является турбонасос содержащий корпус с входным патрубком и выходной улиткой, размещенные в корпусе ротор с лопатками, входной и выходной направляющие аппараты с лопатками, расположенными соответственно между входным патрубком и ротором и между последним и улиткой, установленные на стержнях, параллельных оси вращения рото ра, с возможностью согласованного поворота, приводное устройство, имеющее зубчатое колесо, взаимодейс вующее с лопатками выходного направ ляющего аппарата, и установленный во входном патрубке обтекатель 2j . Недостатками известного турбонас са являются отсутствие возможности автоматически регулировать поворот лопаток направляющих аппаратов, а также неуравновещенность этих лопаток. Целью .изобретения является автоматическое регулирование поворота лопаток и уравновешивание давления на них рабочего тела. Указанная цель дос;гигается тем, что в турбонасосе, содержащем с входным патрубком и выходной улиткой, .размещенные в корпусе рото с лопатками, входной и выходной направляющие аппараты.с лопатками, расположенными соответственно между входным патрубком и ротором и между последним и улиткой, установленные на стержнях, параллельных оси враще ния ротора, с возможностью согласованного поворота, приводное устройс во, имеющее зубчатое колесо, взаимо действукицее с лопатками выходного направляющего аппарата, и установле ный во входном патрубке обтекатель. упомянутое приводное устройство CH iHжено дополнительным зубчатым колесом и валом, имеющим шестерни, находящиеся в зацеплении с основным и дополнительным зубчатыми колесами, а последние посредством кривошипно-шатунных механизмов связаны соответственно с лопатками выходного и входного направляющих аппаратов. Указанная цель достигается тем, что углы установки лопаток входного и выходного направлякядих аппаратов связаны выражением ctg(y,k.ctge; +k, где k - коэффициент, )-; , г 1г k - коэффициент, k kctg/ yctg/3,; «(-угол установки лопаток входного направляющего аппарата; 2 угол установки лопаток выходного направляющего аппарата;Г| - радиус цилиндрической поверхности ротора на входе; радиус цилиндрической поверхности ротора на выходе; Г, - ширина цитшндрической поверхности ротора на входе; 2- ширина цилиндрической поверхности ротора на выходе; /, - угол установки лопаток ротора ла входе; р2 угол установки лопаток ротора на выходе. Ось вращения стержня каждой лопатки входного направляющего аппарата расположена по средней линии лопатки. Внутренняя поверхность входного патрубка образована плавно сопряженными цилиндрическими участками, в которых расположены периферийные участки лопаток входного направляющего аппарата. На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый турбонасос,продольный разрез ;на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вариант выполнения привод7 ного устройства. Турбонасос содержит корпус 1 входным патрубком 2 и выходной улиткой 3, размещенные в корпусе 1 ротор 4 с лопатками 5, входной и выходной направляющие аппараты соответственно с лопатками 6 и 7, расположенными соответственно между входным патрубком 2 и ротором А и меж1;у

последним и улиткой 3 и установленные на стержнях 8 и 9, параллельных оси вращения ротора, с возможностью согласованного поворота, приводное устройство, включающее зубчатое коле со 10 взаимодействующее с лопатками 7 выходного направляющего аппарата, и установленный во входном патрубке 2 обтекатель 11. Приводное устройство снабжено дополнительным зубчатым колесом 12 и валом 13, имеющим шестерни 14 и 15, находящиеся в зацеплении соответственно с основным и дополнительным зубчатыми колесами 10 и 12, а последние посредстBOM кривошипно-шатунных механизмов, включающих кривошипы 16 и 17 и шатуны 18 и 19, связаны соответственно с лопатками 7 и 6 выходного и входного направляющих аппаратов. При зтом кривошипы 16 закреплены на стержнях 9 лопаток 7 вьгеодного направляющего аппарата, а кривошипы 1 7на стержнях 8 лопаток 6 входного направляющего аппарата, шатуны 18 кривошипов 16 соединены с основным зубчатым колесом 10, а шатуны 19 . .кривошипов 17 с дополнительным зубчатым колесом 12 (фиг. 1).

Углы о(, и установки лопаток 6 и 7 входного и выходного направляющих аппаратов связаны выражением

ctgct,k.ctgft.j-fk , р где k - коэффициент, k(--)- о-;

,I 2 tt

k - коэффициент, k k ctgfl ctg/, ; cCi - угол установки лопаток 6

входного направляинцёго- аппарата;

угол установки лопаток 7 выходного направляющего аппарата;

г - радиус цилиндрической поверхности ротора 4 на входе; г - радиус цилиндрической поверхности ротора 4 на выходе , - ширина цилиндрической поверхности ротора 4 на входе; Ел - ширина цилиндрическойповерхности ротора 4 на выходе |1, - угол установки лопаток -5

ротора 4 на входе; 2 угол установки лопаток 5

ротора 4 на выходе (фиг. 2). При этом ось вращения стержня 8 каждой лопатки 6 входного направляющего аппарата расположена по средней линии этой лопатки 6.

Кроме того, внутренняя поверхность входного патрубка 2 образован плавно сопряженными цилиндрическими участками 20, а внешняя аоверхность обтекателя 11 - плавно сопряженными цилиндрическими участками 21, а в каналах, образованных участками 2 и 21 и ориентированньпс вдоль оси ротора 4, расположены периферийные участки лопаток 6 входного направляющего аппарата (фиг. 1 и 3).

В приводном устройстве на валу 1 вместо шестерни 15 может быть закрелен кулачок 22, взаимодействующий с роликом 23, который должен быть установлен на колесе 12 (вариант устройства по фиг. 4). ,

Как известно, при заданных геомерических параметрах турбонасоса (г, , г, F, , 1, /i, , ), его КПД существенно зависит от углов е. и ос 2 установки лопаток 6 и 7 направляющих аппаратов, которые, в свою очередь, зависят от скорости вращения ротора 4 н расхода рабочего тела.

Выражение, связывающее углы ed| и (2 установки лопаток 6 и 7 и соответствующее максимальному КПД имеет вид:

ctg«,k-ctgK,+k .

Corjiac :o этому выражению углый|| и изменяются по линейному закону котангенсоп и определяются только геометрическими парлметрами турб-оиасоса Сг , г, V,,. 2, /3, и), независимо от величин расхода и скорости.

На практике установка срответствуюнщх углов (У, и OL о осуществляется автоматическим регулированием поворота лопаток 6 и 7 входного и выходного направляющих аппарате посредством приводного устройства и про-текает следующим образом.

Выходной направляющир аппарат взаимодействует с рабочим телом с момента его выхода с лопаток 5 ротора 4 до его входа в выходную улитку 3. Лопатки 7 выходного направляющего аппарата подвергаются при зтом действию выходного давления рабочего тела, стремящегося придать им мгновенный угол наклона с , соответствующий мгновенным зиачсниям расхода и скорости. При споем повороте лопатки 7 поворачивают и свои стержни 9 с кривсмиипами 16 своими

I 1

шатунами 18, поворачивающими колесо 10, которое, будучи в зацеплении с шестерней 14, вращает вал 13. Вращение вала 13 через его шестерню 15, находящуюся в зацеплении с колесом 12, посредстве шатуна 19 и кривошипа 17 вызывает поворот стержней 8 и установленных на них лопаток 6 входного направляющего аппарата на угол «/ . Таким рбразсм, приводное устройство обеспечивает автоматическое регулирование поворота лопаток 6 входного направляющего аппарата в соответствии с поворотом лопаток 7 выходного направляющего аппарата.

t

При этом расположение стержпсп 8 лопаток 6 входного направляюшего аппарата по средним линиям лопаток 6 обеспечивает уравновешивание давления рабочего тела по разные стороны лопаток 6.

Благодаря тому, что внутренняя поверхность входного патрубка 2 образована .плавно сопряженными цилиндрическими участками, в которых расположены периферийные участки лопаток 6 входного направляющего аппарата, обеспечена неразрывность потока рабочего тела, что улучшает энергетические характеристики турбонасоса.

т-75

р 12 1Q

/7

Фиг. /

10

Фиг.З

Фиг. 2

72

76

22

фиг.

1 ., ТУРБОНАСОС, содержащий корпус с входным патрубком и выходной улиткой, размещенные в корпусе ротор с лопатками, входной и выходной направляющие аппараты с лопатками, расположенными соответственно между входным патрубком и ротором и между последним и улиткой, установленные на стержнях, параллельных оси вращения ротора, с возможностью согласованного поворота, приводное устройство, имеющее зубчатое колесо, взаимодействующее с лопатками выходного направляющего аппарата, и установленный во входном патрубке обтекатель, отличающийся тем, что, с целью автоматического регулирования поворота лопаток, приводное устройство снабжено дополнительным зубчатым колесом и валом, имеющим шестерни, находящиеся в зацеплении с основным и дополнительным зубчатыми колесами, а последние посредством кривошипно-шатунных механизмов связаны соответственно с лопатками выходного и входного направляющ1тх аппаратов. 2. Турбонасос по п. 1, о т л ичающийся тем, что углы установки лопаток входного и выходного направляющих аппаратов связаны выражением , , ctgof,k ctgof -H, г t где к - коэффициент, к(--) Iг 2 k - коэффициент, k -k.ctp/J.ctg/,; ос,- угол установки лопаток входного направляющего аппарата; угол установки лопаток выходного направляющего аппарата; радиус цилиндрической поверх§ ности ротора на входе; Tg- радиус цилиндрической поверхности ротора на выходе; f,- ширина цилиндрической поверхности ротора на 2- ширина цилиндрической по верхности ротора на выходе; р, - угол установки лопаток ротора на входе; 4 4i i- угол установки лопаток ротора на выходе. О) 3.Турбонасос по п. 1, о т л 4 чающийся тем, что, с целью уравновешивания давления рабочего тела на лопатки входного направляющего аппарата, ось вращения стержня каждой из них расположена по средней линии лопатки. 4.Турбонасос по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность входного патрубка образована плавно сопряженными цилиндрическими участками, в которых расположены периферийные участки лопаток входного натравляющего аппарата.