Высоконапорный насосный агрегат Советский патент 1992 года по МПК F04D13/12 F04D3/02 F04D1/12 

А

Изобретение относится к области насо состроения, а более конкретно к высоконапорным малорасходным насосным агрегатам.

Известны лабиринтные насосы, способные создать высокие напоры даже при частоте вращения ротора до 3000 , не превышая весогабаритные характеристики других типов насосов с высокооборотным приводом, рассчитанных на те же параметры.

Лабиринтные насосы очень просты и технологичны, обладают высокой надежностью из-за отсутствия трущихся частей и хорошо решаемых задач по уравновешиванию осевых сил. Главный недостаток таких насосов - низкий КПД, который обусловлен прежде всего дисковыми потерями торцов винта.

Указанный недостаток устраняют полезным использованием торцов винта путем выполнения на них центробежных лопаток. В таком решении с целью снижения дисковых потерь на торце винта со стороны входа в насос размещено центробежное рабочее колесо, что, кроме повышения КПД насосного агрегата, без увеличения габаритов повышает также и его напор. Главный недостаток такого насосного агрегата - нерациональное использование объема винта.

Недостатки предыдущих насосов устранены в высоконапорном насосном агрегате, выбранном за прототип, в котором с целью снижения веса насосного агрегата при сохранении его габаритов, повышения напора и КПД в полость винта лабиринтной ступени встроена ступень черпакового насоса. Здесь положительный эффект достигнут за счетдвойного использования винта(какэле- ментлабиринтной ступени, и как корпус ступени черпакового насоса). При этом вес агрегата снижается, поскольку винт выполнен полым, увеличивается напор на величину напора ступени черпакового насоса и увеличивается КПД агрегата за счет того,

4-1

ё

о о о

к

что часть его напора получена на ступени черпаковоп s-ir а, КПД которого значительно выше, чем у лабиринтной ступени.

Недостатком прототипа является невысокая надежность, обусловленная значительными осевыми силами, действующими на его ротор, вызванными высокими напорами и сильно развитыми поверхностями торцов винта лабиринтной ступени, или пониженная экономичность, если осевые силы уравновешивают двухсторонним симметричным размещением насосных блоков агрегата с возможностью осевого перемещения ротора (такой метод уравновешивания широко распространяется в двухступенчатых лабиринтных насосах), поскольку при перемещении ротора корпус черпаковой ступени сместится относительно неподвижно закрепленного черпака, что повлечет снижение экономичности черпаковой ступени и всего агрегата.

Целью изобретения является повышение надежности при сохранении экономичности насосного агрегата.

Указанная цель достигается тем, что в высоконапорном насосном агрегате, содержащем корпус с внутренними цилиндрическими и торцовыми поверхностями и всасыЕающим и нагнетательным патрубками, полый ротор с внешними цилиндрической и торцовыми поверхностями, черпаковую ступень, выполненную в полости ротора, осевой подвод которой подключен к всасывающему патрубку, а черпаковый отвод - к входу в рабочее колесо центробежной ступени, закрепленное на одной из торцовых поверхностей ротора, и лабиринтную ступень, включающую мно- гозаходную нарезку, выполненную на цилиндрических поверхностях ротора и корпуса, и имеющую выход, подключенный к нагнетательному патрубку, в корпусе выполнен обводной канал, центробежная ступень снабжена лопаточным диффузором, установленным на выходе из рабочего колеса, а лабиринтная ступень выполнена двух- поточной с входами, расположенными со стороны торцевых поверхностей ротора, и снабжена направляющим аппаратом, причем один вход лабиринтной ступени подключен непосредственно к выходу рабочего колеса, второй посредством обводного канала - к диффузору центробежной ступени, направляющий аппарат установлен в обводном канале перед вторым входом лабиринтной ступени, а выход последней выполнен диффузорным.

Отличительной особенностью заявляемой конструкции агрегата является то, что лабиринтная ступень выполнена двухпоточной с входами, расположенными со стороны торцовых поверхностей ротора, а выход последней выполнен диффузорным. Такое решение не только исключает из

формирования осевых сил самую высоконапорную ступень агрегата, но и снижает уровень давлений, действующих на торцы ротора, чем и повышается надежность. Другой отличительной особенностью

является снабжение центробежной ступени лопаточным диффузором, установленным на выходе из рабочего колеса, и подключение одного входа лабиринтной ступени непосредственно к выходу рабочего колеса, а

второго посредством обводного канала и установленного в нем направляющего аппарата - к диффузору центробежной ступени. Такое решение не только выравнивает эпюры давлений на обоих торцах ротора за счет

раскрутки рабочей жидкости направляющим аппаратом, чем снижаются осевые силы и повышается надежность агрегата, но и обеспечивает идентичность условий на входе в оба потока лабиринтной ступени, что

позволяет им работать в одинаковых близких к расчетным условиях, чем и сохраняется экономичность агрегата. Кроме того, экономичность агрегата сохраняется и за счет отсутствия осевого перемещения ротора, используемого в известных конструкциях для уравновешивания осевых сил, чем обеспечивается расчетная работа черпаковой ступени.

Таким образом, в заявляемой конструкции повышение надежности достигается за счет снижения и выравнивания уровня дав- ления, а также выравнивания эпюр давлений на торцах ротора, чем практически полностью уравновешиваются осевые силы

агрегата. Экономичность сохраняется за счет обеспечения расчетных условий работы черпаковой ступени и обеих потоков лабиринтной ступени.

Общий вид насосного агрегата представлен на чертеже.

Агрегат содержит корпус 1 с внутренними цилиндрическими 2 и торцевыми 3 поверхностями, полый ротор 4, всасывающий 5 и нагнетательный 6 патрубки, направляющий аппарат 7, черпаковую ступень 8 с рабочими лопатками 9, осевым подводом 10 и черпаковым отводом 11, рабочее колесо 12, лопаточный диффузор 13 центробежной ступени, два потока 14 и 15 лабиринтной

ступени с диффузором 16, обводной канал 17, полости 18 и 19.

Агрегат работает следующим образом Перекачиваемая жидкость поступает во всасывающий патрубок 5 и через осевой

подвод 10 на рабочие лопатки 9 черпаковой

ступени 8, выполненной в полости ротора 4, где приобретает часть энергии, и далее посредством черпакового отвода 11 передается на рабочее колесо 12 центробежной ступени, закрепленное на торцевой поверхности ротора 4, в котором приобретает соответствующую энергию. После колеса 12 часть жидкости поступает на поток 14 двух- поточной лабиринтной ступени, а другая часть посредством лопаточного диффузора 13, обводного канала 17 и направляющего аппарата 7 поступает на поток 15 той же ступени, выполненной на внутренней поверхности цилиндрической стенки 2 корпуса 1 и внешней цилиндрической поверхности ротора 4 в виде многозаходной нарезки. В лабиринтной ступени 14,15 жидкости сообщается окончательная часть энергии и через диффузор 16 и нагнетательный патрубок 6 она поступает потребителю. В процессе работы агрегата на ротор 4 действуют осевые силы, зависящие от уровня и эпюры давлений в полости 18, образованной торцевой стенкой 3 корпуса 1 и покрывным диском рабочего колеса 12, и в тыльной полости 19. Поскольку параметры потока в полости 18 определяются выходом из рабочего колеса 12, для сохранения осевых сил близкими к нулю, необходимо воспроизвести подобные условия для жидкости и в полости 19, для чего с целью уменьшения потерь в обводном канале 17 жидкость раскручивается в лопаточном диффузоре 13, а затем с целью воспроизведения параметров, аналогичных существующим в полости 18, жидкость в полости 19 закручивается направляющим аппаратом 7. При этом кроме того, что обеспечивается равенство уровней и эпюр давлений в полостях 18 и 19, из-за исключения из формирования осевых сил лабиринтной ступени 14,15, что обеспечивается двухпоточным ее исполнением, уровни давлений в указанных полостях значительно ниже уровней, существующих в агрегате, чем также повышается надежность последнего. Обеспечение идентичности параметров жидкости в паузах 18,19, в т.ч. по уровню давлений и по степени закрутки, приводит к идентичным и близким к расчетным условиям работы обоих потоков 14,15

лабиринтной ступени, что сохраняет экономичность последней и всего агрегата на уровне прототипа.

Таким образом, выполнение лабиринтной ступени двухпоточной с подключением одного потока непосредственно к выходу из центробежного рабочего колеса, а другого посредством обводного канала - к диффузору центробежной ступени с выполнением на

его входе направляющего аппарата позволит значительно повысить надежность агрегата при сохранении его экономичности.

Формула изобретения

Высоконапорный насосный агрегат, содержащий корпус с внутренними цилиндрической и торцевыми поверхностями и всасывающим и нагнетательным патрубками, полый ротор с внешними цилиндрической и торцевыми поверхностями, черпаковую ступень, выполненную в полости ротора, осевой подвод которой подключен к всасывающему патрубку, а черпаковый отвод - к входу в рабочее колесо

центробежной ступени, закрепленное на одной из торцевых поверхностей ротора, и лабиринтную ступень, включающую много- заходную нарезку, выполненную на цилиндрических поверхностях ротора и корпуса,

и имеющую выход, подключенный к нагнетательному патрубку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при сохранении экономичности агрегата путем уравновешивания осевых сил, действующих на ротор, в корпусе выполнен обводной канал, центробежная ступень снабжена лопаточным диффузором, установленным на выходе из рабочего колеса, а лабиринтная ступень выполнена двухпоточной с входами, расположенными со стороны торцевых поверхностей ротора, и снабжена направляющим аппаратом, причем один вход лабиринтной ступени подключен непосредственно к выходу рабочего колеса,

второй посредством обводного канала - к диффузору центробежной ступени, направляющий аппарат установлен в обводном канале перед вторым входом лабиринтной ступени, а выход последней выполнен диффузорным.

IS 2 15

Сущность изобретения: в корпусе 1 выполнен обводной канал 17. Центробежная ступень снабжена лопаточным диффузором 13, установленным на выходе из рабочего колеса 12. Вход лабиринтной двухпоточной ступени расположены со стороны торцевых поверхностей ротора 4. Ступень снабжена направляющим аппаратом 7. Один вход лабиринтной ступени подключен непосредственно к выходу колеса 12, второй каналом 17 - к диффузору 13. Аппарат 7 установлен в канале 17 перед вторым входом лабиринтной ступени, выход к-рой выполнен диффу- зорным. 1 ил.

/