Шнековідцентровий ступінь насоса

Винахід відноситься до галузі насособудування, а саме до шнековідцентрових насосів. Відоме передвключене осьове колесо за SU №731075, F04D29/66, опубл.30.04.1980, що складається з втулки, на поверхні якої виконана гвинтова лопать, перпендикулярна поверхні втулки, а перед зоною кавітаційного руйнування на тильній поверхні лопаті виконаний виступ, що має найбільшу висоту в зоні зовнішнього діаметра колеса, що поступово зменшується до нуля до поверхні втулки. Лопаті в циліндрових перерізах мають профілі з криволінійною середньою лінією, максимальне прогинання якої для поточного перерізу визначається по формулі: f i max =l´[0,107-0,19 (Di/DH.K)+0,108(Di/DH.K)2], де f i max - максимальне прогинання середньої лінії профілю в поточному циліндровому перерізі; І - довжина хорди профілю; D, - поточний діаметр циліндрового перерізу; DH.K - зовнішній діаметр колеса. Це передвключене осьове колесо має більш високу стійкість до кавітаційного руйнування. Проте, при створенні крупних насосів ефект зниження кавітаційного руйнування недостатній. Відомий шнековідцентровий ступінь, що знаходиться в корпусі і містить передвключене осьове колесо (передвключений шнек) і встановлене перед ним на одному валу додаткове осьове колесо (бустерний шнек). Зовнішній діаметр D1 передвключеного осьового колеса і зовнішній діаметр D2 додаткового осьового колеса виконані у співвідношенні 0,925£(D1/D2)£1,0 [SU №1186830, F04D9/04, 29/66, опубл.23.10.1985]. Така конструкція застосовується для підвищення всмоктуючої здатності ступеня. Лопатева система передвключеного осьового колеса і додаткового осьового колеса складена з ґрат профілів «пластина». Результати багатьох досліджень, у тому числі і проведених у ВАТ "ВНДІАЕН", свідчать про те, що передвключені осьові колеса з такою формою профілю лопаті, працюючи в режимах розвинутої кавітації, забезпечують високу всмоктуючу здатність, але при цьому піддаються інтенсивному кавітаційному руйнуванню. Таким чином, істотним недоліком даного шнековідцентрового ступеня є те, що вирішуючи одну із сторін проблеми кавітації - підвищення всмоктуючої здатності, дана конструкція не виключає небезпеки кавітаційного руйнування передвключеного осьового колеса. У винаході розв'язується технічна задача по виконанню осьового колеса в шнековідцентровому ступені з лопатями, які в циліндрових перерізах мають профілі з криволінійною середньою лінією, максимальне прогинання якої для поточного перерізу визначається по формулі: f i max =l´[0,107-0,19 (Di/DH.K)+0,108(Di/DH.K)2], де f i max – максимальне прогинання середньої лінії профілю в поточному циліндровому перерізі; І - довжина хорди профілю; Dі - поточний діаметр циліндрового перерізу; Dн.к - зовнішній діаметр колеса; і установці перед ним на одному валу додаткового осьового колеса, що має зовнішній діаметр, рівний 0,6-0,85 зовнішнього діаметра передвключеного осьового колеса. Технічний результат, що досягається при цьому, полягає в створенні шнековідцентрового ступеня, в якому шляхом нового поєднання конструктивних елементів знижується інтенсивність процесу кавітації і, отже, досягається можливість створення крупних насосів з високою всмоктуючою здатністю без руйнування проточної частини. Вказаний технічний результат досягається тим, що в шнековідцентровому ступені насоса, що містить розташовані в корпусі передвключене осьове колесо і встановлене перед ним на одному валу додаткове осьове колесо, передвключене осьове колесо складається з втулки, на поверхні якої виконана гвинтова лопать, перпендикулярна поверхні втулки, а перед зоною кавітаційного руйнування на тильній поверхні лопаті виконаний виступ, що має найбільшу висоту в зоні зовнішнього діаметра колеса, що поступово зменшується до нуля до поверхні втулки, причому лопаті в циліндрових перерізах мають профілі з криволінійною середньою лінією, максимальне прогинання якої для поточного перерізу визначається по формулі: f i max =Ι´[0,107-0,19 (Di/DH.K)+0,108(Di/DH.K)2], де f i max - максимальне прогинання середньої лінії профілю в поточному циліндровому перерізі; І - довжина хорди профілю; Dі - поточний діаметр циліндрового перерізу; DH.K - зовнішній діаметр колеса, а зовнішній діаметр додаткового осьового колеса рівний 0,6-0,85 діаметра передвключеного осьового колеса. Вказані ознаки є істотними і взаємозв'язані між собою з утворенням стійкої сукупності істотних ознак, достатньої для отримання необхідного технічного результату. Застосування такої конструкції створює найсприятливішу взаємодію потоку рідини з лопатевою системою цих коліс в кавітаційному режимі, внаслідокчого знижується інтенсивність кавітаційного руйнування передвключеного осьового колеса з виступом. Даний винахід пояснюється конкретним прикладом, який, проте, не є єдино можливим, але наочно демонструє можливість досягнення приведеною сукупністю ознак необхідного технічного результату. На Фіг.1 - зображений шнековідцентровий ступінь насоса, поздовжній розріз; Фіг.2 - графіки порівняльних характеристик шнековідцентрового ступеня насоса з передвключеним осьовим колесом з профілем лопаті "пластина" і додатковим осьовим колесом і без нього в діапазоні подач (0,3-1,3)QHОM (QHОM - подача номінальна); Фіг.3 - графіки порівняльних характеристик шнековідцентрового насоса з передвключеним осьовим колесом з профілем лопаті, що заявляється, і додатковим осьовим колесом і без нього в діапазоні подач (0,3-1,3)QHOM; Фіг.4 - графік, що показує залежність інтенсивності кавітаційного руйнування від співвідношення діаметрів додаткового осьового колеса (D1) і передвключеного осьового колеса (D2). Згідно з даним винаходом шнековідцентровий ступінь насоса містить передвключене осьове колесо 1 і встановлене перед ним на одному валу 2 додаткове осьове колесо 3, зовнішній діаметр якого (D1) дорівнює 0,6¸0,85 зовнішнього діаметра передвключеного осьового колеса 1 (D2). При цьому передвключене осьове колесо 1 складається з втулки, на поверхні якої виконана гвинтова лопать, перпендикулярна поверхні втулки, а перед зоною кавітаційного руйнування на тильній поверхні лопаті виконаний виступ, що має найбільшу висоту в зоні зовнішнього діаметра колеса, що поступово зменшується до нуля до поверхні втулки, причому лопаті в циліндрових перерізах мають профілі з криволінійною середньою лінією, максимальне прогинання якої для поточного перерізу визначається по формулі: f i max =Ι´[0,107-0,19 (Di/DH.K)+0,108(Di/DH.K)2], де f i max - максимальне прогинання середньої лінії профілю в поточному циліндровому перерізі; І - довжина хорди профілю; Di - поточний діаметр циліндрового перерізу; DH.K - зовнішній діаметр колеса. Крім того, обидва осьові колеса жорстко закріплені на одному валу без можливості осьових і кутових зміщень як щодо валу, так і щодо один одного. Шнековідцентровий ступінь насоса працює таким чином. Рідина з вхідного патрубка поступає на лопаті додаткового осьового колеса, а потім передвключеного осьового колеса. При кавітаційному обтіканні передвключеного осьового колеса на його поверхні утворюються дві каверни: одна, основна каверна, що починається від вхідної кромки лопаті, і друга каверна, за виступом, яка, виконуючи функції демпфера, захищає лопать від руйнуючої дії основної каверни. Інтенсивність дії основної каверни в значній мірі залежить від структури потоку на вході в передвключене осьове колесо. Результати досліджень свідчать про те, що потік на вході в передвключене осьове колесо є рівношвидкісним тільки на подачах більших, ніж оптимальна. На оптимальній і менш ніж оптимальній подачах на вході в передвключене осьове колесо виникають зворотні струми, а область змішання зворотних струмів з основним потоком є найнесприятливішою з погляду взаємодії потоку і лопатевої системи, що характеризується крайньою неврегульованістю як по величині, так і по напряму швидкостей. Інтенсивність процесу кавітації визначається, в основному, явищами, що відбуваються в цій області. Застосування додаткового осьового колеса з заданими параметрами дозволяє знизити інтенсивність зворотних струмів, що послабляє дію кавітації в проточній частині передвключеного осьового колеса. При цьому збільшується ефективність впливу виступу на тильній поверхні лопаті і, як наслідок, знижується інтенсивність кавітаційного руйнування передвключеного осьового колеса. В даний час не існує достатньо достовірного теоретичного методу визначення інтенсивності кавітаційного руйнування передвключеного осьового колеса. Тому оптимізація конструкції ступеня обґрунтовується на результатах експериментів, проведених у ВАТ "ВНДІАЕН". Як критерій інтенсивності кавітаційного руйнування передвключеного осьового колеса приймається показник перевищення максимального рівня віброприскорення, заміряного на ділянці корпусу, де розташовано це колесо, над його значенням при відсутності кавітації: WK=Wmax-W H, де WK - перевищення максимального рівня віброприскорення над його значенням за відсутності кавітації, Wmax - максимальний рівень віброприскорення, W H - рівень віброприскорення за відсутності кавітації. На Фіг.2 представлений графік порівняльних характеристик шнековідцентрового ступеня насоса з передвключеним осьовим колесом з профілем лопаті "пластина" і додатковим осьовим колесом (на графіку представлений кривою з хрестиками) і без нього (на графіку представлений кривою з кружечками) в діапазоні подач (0,3-1,3)QHOM·3 цього графіка видно, що інтенсивність віброприскорення (WK/g) практично не змінилася. Отже, установка додаткового осьового колеса не змінила інтенсивності кавітаційної дії для передвключених осьових коліс з профілем лопаті "пластина". На Фіг.3 представлений графік порівняльних характеристик шнековідцентрового насоса з передвключеним осьовим колесом з профілем лопаті, що заявляється, і додатковим осьовим колесом (на графіку представлений кривою з хрестиками) і без нього (на графіку представлений кривою з кружечками) в діапазоні подач (0,3-1,3) QHOM. Як видно, для профілю лопаті по SU №731075 інтенсивність віброприскорення при установці додаткового осьового колеса знизилася. Отже, інтенсивність кавітаційного руйнування теж знизилася. З графіка, приведеного на Фіг.4, видно, що максимальне зниження інтенсивності кавітаційного руйнування відбувається в діапазоні (D1/D2)=0,6¸0,85. Це підтверджено ресурсними випробуваннями, які проводилися при співвідношенні діаметрів (D1/D2)=0,5¸1,0. Передвключене осьове колесо з профілем згідно з авторським свідоцтвом СРСР №731075 мало руйнування після чотирьох годин роботи при частоті обертання 6000об/хв. Це ж передвключене осьове колесо з додатковим осьовим колесом при (D1/D2)=0,8 не мало слідів кавітаційного руйнування після десяти годин роботи при частоті обертання 8000 об/хв. Руйнувань додаткового осьового колеса також не було відзначено. Застосування пропонованого додаткового осьового колеса практично не знижує к.к.д. ступеня.