СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ ДИСКОВОГО ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО НАСОСА Советский патент 1995 года по МПК F04D5/00 

Изобретение относится к насосостроению, и предназначено для перекачки различных сред с помощью дисковых тангенциальных насосов.

Цель изобретения улучшение расходно-напорных характеристик и КПД насоса.

На фиг. 1 изображена конструкция дискового тангенциального насоса; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 ротор насоса с рифлеными дисками; на фиг. 4 схематическое изображение насоса с ротором, содержащим пакет гофрированных дисков; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 вариант исполнения гофрированных дисков ротора с рифлением; на фиг. 7 разрез В-В на фиг. 4.

Ротор тангенциального дискового насоса содержит пакет дисков 1, установленных на вал 2 и соосно скрепленных с зазорами 3 относительно друг друга. Диски 1 могут быть выполнены или плоскими с гладкими рабочими поверхностями, или плоскими с рифлеными рабочими поверхностями, гофрированными, или гофрированными с рифлеными рабочими поверхностями. Относительно друг друга диски 1 могут быть дистанционированными отбортовками 4 или проставками 5, высота которых определяет величину "b" зазоров 3 между дисками. Ротор установлен в корпусе 6, область 7 всасывания в область 8 нагнетания которого разделена перегородкой 9.

Способ реализуется следующим образом. Перед перекачкой конкретной среды определяют ее вязкость посредством измерения или по справочным данным, а затем диски устанавливают с зазором относительно друг друга, который определяют по соотношению
b +2(Δ+d) (1) где τ характерное время нарастания пограничных слоев на дисках, равное 0,5 с; ν коэффициент кинематической вязкости среды; Δ высота гофр диска; d высота рифлений диска. Величина "b" зазоров обеспечивается с помощью отбортовки 4 или проставок 5. Оптимальная величина "b" зазора, при которой обеспечиваются наилучшие расходно-напорные характеристики и наивысший КПД и которая определяется по формуле (1), получена теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями.

В тангенциальных дисковых нагнетателях передача энергии движения перекачиваемой среде осуществляется за счет сил вязкостного трения в пограничных слоях, возникающих у поверхностей дисков вращающегося ротора, поэтому основными параметрами, определяющими эффективность работы нагнетателя, являются вязкость перекачиваемой среды, величины зазоров между соседними дисками в пакете, форма и относительная ориентация элементов поверхностей соседних дисков в зазорах и степень шероховатости рабочих поверхностей дисков. Важнейшим из указанных параметров является величина зазоров между дисками, которая в наибольшей степени влияет на эффективность работы такого типа устройств. Очевидно, что для наиболее полной передачи энергии движения перекачиваемой среде величина зазоров должна быть выбрана такой, чтобы при фиксированных значениях остальных параметров объем среды, заключенный в зазорах между соседними дисками, приобрел максимальную скорость в тангенциальном направлении, близкую или равную тангенциальной составляющей скорости соответствующих точек рабочих поверхностей дисков вращающегося ротора. Тангенциальная скорость среды относительно дисков от момента входа ее в междисковые зазоры до выхода в канал нагнетания должна измениться от максимальной, равной окружной скорости периферийных частей дисков, до нуля. Это возможно в том случае, если пограничные слои, возникающие на поверхностях пары дисков в зазоре, к моменту выхода среды в канал нагнетания сомкнутся. Таким образом, оптимальная величина междискового зазора для гладких дисков
b_опт 2 δ где δ толщина пограничного слоя на поверхности одного диска к моменту выхода среды в канал нагнетания, м.

Известно, что толщина пограничного слоя на гладкой поверхности прямо пропорциональна расстоянию от начальной точки возникновения его до контрольной и обратно пропорциональна корню квадратному из критерия Рейнольдса, подсчитанного из условия течения
δ k
где k коэффициент пропорциональности;
L средняя длина пути частиц среды, пройденная ими от момента входа в междисковый зазор до момента смыкания пограничных слоев на соседних дисках в зазоре, м;
Re безразмерный критерий Рейнольдса.

Скорость частиц среды в тангенциальном направлении относительно дисков от момента входа в междисковые зазоры до момента смыкания пограничных слоев в них изменяется от максимальной, равной окружной скорости периферийных частей дисков, до нуля, т.е. средняя относительная скорость частиц в тангенциальном направлении в зазорах составит половину окружной скорости периферийных точек дисков, и критерий Рейнольдса определится как
R_e
где U окружная скорость периферийной части диска, м ^. с^-1;
ν коэффициент кинематической вязкости среды, м^2. с^-1.

Движение среды в междисковых зазорах в тангенциальном направлении относительно поверхностей дисков является равнозамедленным, и среднюю длину пути частиц среды можно представить в виде
L где t время нарастания пограничного слоя на длине пути частиц среды, с.

Тогда оптимальная величина зазора между дисками
b_опт=2δ=2k 2k
где τ характерное время нарастания пограничных слоев на боковых поверхностях пары дисков в зазоре между ними, с.

Таким образом, оптимальная величина зазора между гладкими дисками, позволяющая осуществить наиболее эффективную энергопередачу перекачиваемой среде, зависит только от вязкости среды и характерного времени нарастания пограничных слоев на поверхностях соседних дисков в этом зазоре.

Экспериментально установлено, что характерное время нарастания пограничных слоев на поверхностях соседних дисков в зазоре между ними составляет 0,5 с и является величиной постоянной для газообразных и жидких сред с любой вязкостью при различных диаметрах дисков и скоростях вращения ротора.

Исследование влияния различных вариантов выполнения рабочих поверхностей дисков (гофрирование, рифление) на значение оптимальной величины зазора между ними показали, что оптимальная величина зазора между дисками, имеющими специальную форму рабочих поверхностей, по сравнению с оптимальным зазором для гладких дисков больше на удвоенную сумму средней высоты гофр на всей площади боковой поверхности диска Δ, и средней высоты выступов, образованных рифлением боковой поверхности диска, d, мм,
b +2(Δ+d)
Насос работает следующим образом.

При вращении ротора в направлении, указанном стрелками на фиг. 1 и 4, перекачиваемая среда из области 7 всасывания вследствие вязкостного трения в пограничных слоях, образующихся у поверхностей дисков 1 (фиг. 2 и 7) в зазорах 3 между ними, увлекается в направлении вращения и за счет центробежного ускорения и взаимодействия со стенками корпуса 6 (фиг. 1 и 4) и разделительной перегородкой 9 поступает в область 8 нагнетания. Оптимальная величина зазоров 3 (фиг. 2, 3 и 7) между дисками 1, вычисленная из значения вязкости перекачиваемой среды и характерного времени нарастания пограничных слоев на поверхностях дисков в зазорах между ними с учетом конкретных размеров элементов профиля и рифления поверхностей дисков, обеспечивает эффективную энергопередачу перекачиваемой среде, что приводит к повышению расходно-напорных характеристик и КПД нагнетателя.

Определение оптимальной величины зазоров между соседними дисками ротора тангенциального дискового нагнетателя при различных вариантах форм рабочих поверхностей гладких или рифленых дисков производят следующим образом.

Перекачиваемая среда сухой атмосферный воздух при нормальном давлении и температуре 293 К с кинематической вязкостью ν 15,06 10^-6м²с^-1.

Для ротора с плоскими гладкими дисками (фиг. 2)
b₁= 2,744·10^-3м
Для ротора с плоскими рифлеными дисками при высоте выступов над поверхностью диска d 0,5 ^. 10^-3 м (фиг. 3)
b₂= +2d 3,744·10^-3м
Для ротора с гофрированными дисками и гладкими рабочими поверхностями при средней высоте гофр на всей площади поверхности диска Δ= 1,0 ^. 10^-3 м (фиг. 5 и 7)
b₃= +2Δ 4,744·10^-3 м а при выполнении поверхностей дисков этого ротора рифлеными с высотой выступов над поверхностью диска d 0,5 ^.10^-3 м (фиг. 6)
b₃= + 2(Δ+d) 5,744·10^-3 м
Для другой перекачиваемой среды расчет оптимальной величины зазоров между дисками ведут аналогично, исходя из значений кинематической вязкости при рабочих давлении и температуре с учетом конструктивных размеров элементов рабочих поверхностей дисков.

Изобретение позволяет повысить КПД и улучшить расходно напорные характеристики тангенциального дискового нагнететеля. Способ состоит в том, что определяют вязкость среды и диски устанавливают с зазором "b" относительно друг друга, который определяют по соотношению где τ время нарастания пограничного слоя на дисках, равное 0,5 с; n коэффициент кинематической вязкости среды; D высота гофр диска; d высота рифлений диска. 7 ил.

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ ДИСКОВОГО ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО НАСОСА, заключающийся в том, что на валу с зазором относительно друг друга устанавливают или гладкие, или гофрированные, или гофрированные-рифленые диски, отличающийся тем, что, с целью улучшения расходно-напорных характеристик и КПД насоса при перекачке конкретной среды, определяют вязкость перекачиваемой среды, а величину зазора устанавливают по соотношению

где τ характерное время нарастания пограничных слоев на дисках, равное 0,5 с;
n коэффициент кинематической вязкости среды;
D высота гофр диска;
d высота рифлений диска.