Центробежный насос

Изобретение относится к насосной технике, в частности к центробежным насосам и может быть использовано в тех областях техники, где требуется стабильная подача перекачиваемой жидкой среды или использование центробежных насосов с высокими антикавитационными свойствами.

Известен шнекоцентробежный насос, содержащий центробежное рабочее колесо и установленный во всасывающем патрубке на входе в центробежное рабочее колесо-шнек (см. книгу_Б.В. Овсянников, Чебаевский В.Ф. «Высокооборотные лопаточные насосы», М., Машиностроение, 1975, с. 12, рис. 4).

Однако данный центробежный насос не позволяет в полной мере обеспечить требуемое повышение давления на входе в центробежное рабочее колесо, что связано с гидравлическими потерями напора при подаче на вход центробежного рабочего колеса сильно закрученного потока, что снижает антикавитационные свойства данного центробежного насоса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является центробежный насос, содержащий установленное в корпусе насоса рабочее колесо, на валу которого во всасывающем патрубке установлен шнек, а между шнеком и рабочим колесом установлен выправляющий аппарат (см. авторское свидетельство SU №268177, кл. F04D 9/04, опубл. 02.04.1970).

Данный центробежный насос обладает более высокими антикавитационными свойствами. Однако выполнение выправляющего аппарата в виде выполненных во всасывающем патрубке лопаток не позволяет в полной мере снизить гидравлические потери от закрутки потока перекачиваемой жидкой среды на входе в рабочее колесо центробежного насоса, что сужает область использования данного центробежного насоса.

Технической проблемой, решаемой в данном изобретении, является устранение выявленных в известных технических решениях недостатков.

Технический результат, достигаемый в данном изобретении, заключается в том, что достигается возможность более эффективно преобразовывать кинетическую энергию закрученного потока перекачиваемой жидкой среды, создаваемого шнеком, в потенциальную энергию, а именно в повышение давления потока перекачиваемой жидкой среды, и одновременно направлять поток перекачиваемой жидкой среды под оптимальным углом закрутки на вход рабочего колеса центробежного насоса, что позволяет повысить антикавитационные свойства центробежного насоса.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что центробежный насос содержит установленное в корпусе насоса рабочее колесо, на валу которого во всасывающем патрубке установлен шнек, а между шнеком и рабочим колесом установлен выправляющий аппарат, при этом последний выполнен с профилированным корпусом, втулкой и расположенными между втулкой и внутренней поверхностью корпуса девятью лопатками, корпус выправляющего аппарата выполнена_в виде конфузора с входной проточкой и выходным фланцем для соединения, соответственно, с всасывающим патрубком насоса и корпусом насоса, в продольном сечении наружная поверхность втулки образована входной цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической сужающейся к выходу из выпрямляющего аппарата поверхностью, сопряженной с плавно сужающейся вогнутой поверхностью, причем коническая поверхность втулки выполнена с углом α уклона конуса, составляющим от 24° до 26°, внутренняя поверхность корпуса выправляющего аппарата образована со стороны входа цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической сужающейся к выходу из выпрямляющего аппарата поверхностью, выполненной с углом β уклона конуса, составляющим от 20° до 22°, плавно сопряженной с выходной цилиндрической поверхностью, длина втулки меньше длины корпуса выправляющего аппарата, а лопатки вдоль оси выпрямляющего аппарата выполнены плавно изогнутыми на входном и среднем и выходном_участках со стороны их вогнутой и выпуклой частей по дугам окружности вдоль потока среды с направлением потока на входе под острым углом и на выходе под острым углом к поперечному сечению выпрямляющего аппарата, входная и выходная кромки лопаток в продольном сечении лопатки образованы дугой окружности, при этом на входном участке каждая лопатка плавно увеличивает свою толщину в направлении от входной кромки к средней части и на выходном участке плавно сужается в направлении от средней части к выходной кромке, входное сечение втулки совпадает с выходным сечением проточки, входная кромка лопаток лежит в плоскости выходного сечения проточки, расположенного перпендикулярно продольной оси выпрямляющего аппарата, а выходная кромка лопаток наклонена к вертикали в продольном сечении выпрямляющего аппарата внутрь выправляющего аппарата под острым углом ζ в направлении от выходного сечения выпрямляющего аппарата к выходному участку наружной поверхности втулки, при этом в поперечном сечении входные кромки лопаток расположены под острым углом к радиусу корпуса выправляющего аппарата, на наружной поверхности корпуса выправляющего аппарата выполнены продольные ребра жесткости, а выправляющий аппарат выполнен в виде единой детали.

В продольном сечении лопаток радиус R1 дуги окружности, образующей входной участок вогнутой части профиля лопаток, меньше радиуса R2 дуги окружности, образующей входной участок выпуклой части профиля лопаток, радиус R3 дуги окружности, образующий среднюю вогнутую часть профиля лопаток, равен радиусу R4 дуги окружности, образующей среднюю выпуклую часть профиля лопаток, радиус R5 дуги окружности, образующий выходной вогнутый участок профиля лопаток, больше радиуса R6 дуги окружности, образующей выходной участок выпуклой части профиля лопаток, при этом все дуги окружности, образующие профиль лопаток, плавно сопряжены между собой в месте их соединения между собой.

В ходе проведенного исследования было выявлено, что недостаточно просто воздействовать на поток перекачиваемой жидкой среды с помощью шнека и преобразовать часть кинетической энергии потока перекачиваемой жидкой среды в давление. Требуется максимально возможно снизить при этом гидравлические потери и подвести поток перекачиваемой жидкой среды к рабочему колесу с оптимальными скоростными характеристиками и под оптимальным минимальным углом закрутки. Это достигается установкой плавно изогнутых в продольном направлении лопаток в описанном выше профилированном кольцевом канале, образованном внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью втулки, причем требуемая жесткость конструкции достигается выполнением на наружной поверхности корпуса продольных ребер жесткости.

На фиг. 1 представлен продольный разрез центробежного насоса,

На фиг. 2 представлен продольный разрез выправляющего аппарата центробежного насоса.

На фиг. 3 представлен вид А по фиг. 2

На фиг. 4 представлен продольный разрез лопатки выправляющего аппарата.

Центробежный насос содержит установленное в корпусе 1 насоса рабочее колесо 2, на валу 3 которого во всасывающем патрубке 4 установлен шнек 5, а между шнеком 5 и рабочим колесом 2 установлен выправляющий аппарат 6.

Выправляющий аппарат 6 выполнен с профилированным корпусом 7, втулкой 8 и расположенными между втулкой 8 и внутренней поверхностью корпуса 7 девятью лопатками 9.

Корпус 7 выправляющего аппарата 6 выполнен в виде конфузора с входной проточкой 10 и выходным фланцем 11 для соединения, соответственно со всасывающим патрубком 4 насоса и корпусом 1 насоса.

В продольном сечении наружная поверхность втулки 8 образована входной цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической сужающейся к выходу из выпрямляющего аппарата 6 поверхностью, сопряженной с плавно сужающейся вогнутой поверхностью, причем коническая поверхность втулки 8 выполнена с углом α уклона конуса, составляющим от 24° до 26° с осью 12 выпрямляющего аппарата 6.

Внутренняя поверхность корпуса 7 выправляющего аппарата 6 образована со стороны входа цилиндрической поверхностью, плавно сопряженной с конической сужающейся к выходу из выпрямляющего аппарата 6 поверхностью, выполненной с углом β уклона конуса, составляющим от 20° до 22° к продольной оси 12 выпрямляющего аппарата 6, плавно сопряженной с выходной цилиндрической поверхностью. Длина втулки 8 меньше длины корпуса 7 выправляющего аппарата 6, а лопатки 9 вдоль оси выпрямляющего аппарата 6 выполнены плавно изогнутыми на входном и среднем и выходном участках со стороны их вогнутой и выпуклой частей по дугам окружности вдоль потока среды с направлением потока на входе под острым углом и на выходе под острым углом к поперечному сечению выпрямляющего аппарата 6, входная 13 и выходная 14 кромки лопаток 9 в продольном сечении лопаток 9 образованы дугой окружности.

На входном участке каждая лопатка 9 плавно увеличивает свою толщину в направлении от входной кромки 13 к средней части и на выходном участке плавно сужается в направлении от средней части к выходной кромке 14. Входное сечение втулки 8 совпадает с выходным сечением проточки 10, входная кромка 13 лопаток 9 лежит в плоскости выходного сечения проточки 10, расположенного перпендикулярно продольной оси 12 выпрямляющего аппарата 6, а выходная кромка 14 лопаток 9 наклонена к вертикали в продольном сечении выпрямляющего аппарата 6 внутрь выправляющего аппарата 6 под острым углом ζ в направлении от выходного сечения выпрямляющего аппарата 6 к выходному участку наружной поверхности втулки 8. В поперечном сечении входные кромки 13 лопаток 9 расположены под острым углом к радиусу корпуса 7 выправляющего аппарата 6. На наружной поверхности корпуса 7 выправляющего аппарата 6 выполнены продольные ребра 15 жесткости, а выправляющий аппарат 6 выполнен в виде единой детали.

В продольном сечении лопаток 9 радиус R1 дуги окружности, образующей входной участок вогнутой части профиля лопаток 9, меньше радиуса R2 дуги окружности, образующей входной участок выпуклой части профиля лопаток 9, радиус R3 дуги окружности, образующий среднюю вогнутую часть профиля лопаток 9, равен радиусу R4 дуги окружности, образующей среднюю выпуклую часть профиля лопаток 9, радиус R5 дуги окружности, образующий выходной вогнутый участок профиля лопаток 9, больше радиуса R6 дуги окружности, образующей выходной участок выпуклой части профиля лопаток 9, при этом все дуги окружности, образующие профиль лопаток 9, плавно сопряжены между собой в месте их соединения между собой.

Центробежный насос работает следующим образом.

Поток_жидкой перекачиваемой_среды поступает вначале во вращающийся шнек 5, в котором жидкой среде передается механическая энергия. Разогнанный шнеком 5_поток жидкой перекачиваемой среды из шнека 5 поступает в выправляющий аппарат 6, где за счет торможения потока жидкой перекачиваемой среды на лопатках 9 снижается скорость потока жидкой перекачиваемой среды и повышается его давление. Из выпрямляющего аппарата 6 поток перекачиваемой жидкой среды направляется в рабочее колесо 2 под заранее заданным оптимальным углом закрутки, где жидкая среда дополнительно разгоняется и из рабочего колеса 2 поступает в направляющий аппарат 1, где разогнанный поток жидкой рабочей среды тормозится с повышение давления потока перекачиваемой среды. Из центробежного насоса поток жидкой перекачиваемой среды под заданным давлением подают потребителю.

Спрофилированная проточная часть выправляющего аппарата 6 позволяет снизить гидравлические потери, а оставшиеся гидравлические потери энергии в большей степени являются потерями энергии на трение по проточной части выправляющего аппарата 6.