Робоче колесо відцентрового насоса

Реферат: Робоче колесо відцентрового насоса містить основний і покривний диски і розташовані між ними просторові лопаті. Вхідні кромки лопатей в плані виконані витягнутими щодо периферійної і втулкової поверхонь покривного і основного дисків відповідно, таким чином, що максимальний кут обхвату лопаті на вхідній кромці перевищує кути її обхвату на периферійній і втулковій поверхнях, а нижня точка вхідної кромки розташована на відстані від діаметра вхідної воронки робочого колеса. Вхідна кромка в плані скруглена щонайменше двома радіусами. UA 100339 C2 (12) UA 100339 C2 UA 100339 C2 5 10 15 20 25 30 Винахід належить до галузі гідромашинобудування, а саме до відцентрових насосів з робочим колесом першого ступеня одностороннього або двостороннього входу для застосування в насосах з підвищеною всмоктувальною здатністю, тобто з підвищеними антикавітаційними якостями. Виникнення й розвиток кавітації в робочому колесі відцентрового насоса є наслідком зменшення тиску на вхідних ділянках лопатей робочого колеса. При натіканні потоку на вхідну кромку лопаті швидкість стрибкоподібно збільшується, що обумовлює зменшення тиску на цій ділянці, і у випадку, якщо він менше тиску насичених парів рідини, що перекачується, при даній температурі, утворюється каверна (парогазова порожнина), тобто починається кавітація. У зв'язку із цим при проектуванні перших ступенів з підвищеною всмоктувальною здатністю приділяється особлива увага вхідній ділянці лопатей, а саме розташуванню й формі вхідної кромки. Для підвищення всмоктувальної здатності насоса при проектуванні входу в робоче колесо першого ступеня видержуються певні розміри вхідної воронки робочого колеса з умови k вх  Dпр 3 Qn , де kвх - коефіцієнт входу в робоче колесо; Dпр - наведений діаметр вхідної воронки робочого колеса; Q - розрахункова подача; n - частота обертання насоса, розраховується кут установлення лопатей робочого колеса на вході β1л з урахуванням введення певного кута атаки Δβ1 для поліпшення гідродинаміки обтікання профілю, використовуючи формулу Δβ1=β1л-β1n, де β1n - кут потоку на вході, вибираються розташування і форма вхідної кромки й т. д. Відомі рекомендації для підвищення всмоктувальної здатності, у яких найбільш сприятливе розташування вхідної кромки лопаті паралельно площині основного диска. Вибір кута встановлення лопатей на вході проводиться з умови забезпечення кутів атаки від 8 до 15° [Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. - М.: Машиностроение, 1975. - C. 119-125]. Однак, у цей час до насосів з підвищеною всмоктувальною здатністю пред'являється вимога, крім забезпечення високих антикавітаційних якостей, ще й збереження високих значень коефіцієнта корисної дії (к.к.д.), що в більшості випадків важко здійснити. Так, наприклад, збільшення діаметра вхідної воронки робочого колеса Do до значення kвх від 4,6 до 5,0, що дозволяє одержати значення критичного коефіцієнта швидкохідності Скр від 1000 і більше Cкр  35 40 45 50 55 5,62n Q NPSH30,75 , де (критичний коефіцієнт швидкохідності Скр визначається за формулою NPSH3 - надкавітаційний напір на вході, що відповідає 3 % спаданню напору на частинній кавітаційній характеристиці), викликає збільшення діаметра переднього ущільнення й, як наслідок, збільшення витоку й зниження об'ємного й, відповідно, загального к.к.д. Крім того, надмірне збільшення діаметра вхідної воронки робочого колеса приводить до порушення плавності й стійкості течії потоку на вході в колесо навіть на розрахунковому режимі, знижуючи к.к.д. і наближаючи режим початку рециркуляції до оптимального режиму, що знижує надійність роботи. Забезпечення кутів атаки Δβ1 від 8 до 15° збільшує прохідний переріз між лопатями на вході, але може привести до погіршення форми напірної характеристики й зниженню к.к.д. через збільшену зону відриву на вході в робоче колесо. Розташування вхідної кромки паралельно площині основного диска погіршує форму лопаті, тобто плавність зміни кутів лопаті від входу до виходу, що приводить до зниження к.к.д. робочого колеса. В основу винаходу поставлена задача створення робочого колеса, в якому, шляхом оптимізації геометричних розмірів лопатевої системи на вхідній ділянці просторових лопатей робочого колеса з коефіцієнтом швидкохідності від 80 до 200, забезпечується висока всмоктувальна здатність насоса з величиною критичного кавітаційного коефіцієнта швидкохідності Скр від 1100 і більше при коефіцієнті входу в робоче колесо kвх від 4,5 до 4,6 і збереженні високого к.к.д. насоса. Технічний результат досягається тим, що у робочому колесі відцентрового насоса, що містить основний і покривний диски і розташовані між ними просторові лопаті, у лопатей вхідні кромки у плані виконані витягнутими відносно периферійної і втулкової поверхонь покривного і основного дисків відповідно, таким чином, що максимальний кут обхвату лопаті на вхідній кромці перевищує кути її обхвату на периферійній і втулковій поверхнях на 5÷15°, а нижня точка вхідної кромки розташована на відстані 0,3÷0,5 (D0-Dвт)/2 від D0, де D0 - діаметр вхідної воронки робочого колеса, Dвт - діаметр втулки робочого колеса, причому вхідна кромка в плані скруглена щонайменше двома радіусами, при цьому кут атаки лопаті Δβ1 із сторони основного диска складає 6÷10°, із сторони покривного диска складає 0÷2,5°. 1 UA 100339 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Запропоновані співвідношення на вхідній ділянці просторової лопаті виведені на основі теоретичного аналізу наявній інформації по впливу вхідних умов робочого колеса на кавітацію і результатів експериментів, проведених у ВНДІАЕН. Співвідношення вибиралися для забезпечення коефіцієнту входу в робоче колесо kвх від 4,5 до 4,6, що відповідає певному діаметру вхідної воронки робочого колеса, для якого характерні плавність і стійкість течії потоку на вході в робоче колесо, малі витоки в ущільненні робочого колеса. Вибір значень кутів атаки лопатей робочого колеса Δβ1 зі сторони покривного диска від 0 до 2,5° і зі сторони основного диска - від 6 до 10° сприяє поліпшенню форми напірної характеристики внаслідок зменшеної зони відриву на вході в робоче колесо, забезпеченню високої всмоктувальної здатності при збереженні високого к.к.д. насоса. Виконання лопатей з вхідними кромками, що витягнуті в плані щодо периферійної (покривний диск) і втулкової (основний диск) поверхонь так, що максимальний кут обхвату лопаті обх max перевищує кути її обхвату на периферійній і втулковій поверхнях від від 5 до 15°, а нижня точка вхідної кромки розташована на відстані 0,3÷0,5 (D0-Dвт)/2 від D0, де D0 - діаметр вхідної воронки робочого колеса, Dвт - діаметр втулки робочого колеса, забезпечує підвищення тиску на вхідній кромці зі сторони покривного диску - у зоні найнебезпечнішої з погляду виникнення кавітації, що сприяє як би розсіюванню кавітаційних каверн по всій товщині потоку на вході в робоче колесо, перешкоджаючи тим самим їх концентрації (утворенню стійких кавітаційних зон), і тим самим, сприяє підвищенню всмоктувальної здатності при збереженні високого к.к.д. насоса. Виконання вхідної кромки шляхом скруглення її в плані щонайменше двома радіусами R забезпечує плавність її форми, що приводить до безвідривного обтікання без зниження к.к.д. робочого колеса. Запропоноване технічне рішення пояснюється кресленнями, на яких представлені: фіг. 1- робоче колесо, меридіанний переріз; фіг. 2 - лопать в плані; фіг. 3 - вхідна ділянка лопаті зі сторони основного диска, переріз А-А фіг. 1; фіг. 4 - вхідна ділянка лопаті зі сторони покривного диска, переріз Б-Б фіг 1. Робоче колесо відцентрового насоса містить основний диск 1 (фіг. 1) і покривний диск 2 і розташовані між ними з утворенням міжлопатевих каналів просторові лопаті З із вхідними кромками 4 (фіг. 2). Вхідні кромки 4 лопатей 3 витягнуті щодо периферійної поверхні 5 (покривний диск 2) і втулкової поверхні 6 (основний диск 1). Максимальний кут обхвату обх max на вхідній кромці 4 лопаті 3 перевищує кут її обхвату на периферійній поверхні 5 обх пер і кут її обхвату на втулковій поверхні 6 обх вт на 5÷15°. Один із променів, що утворюють максимальний кут обхвату обх max, проходить через нижню точку вхідної кромки 4 - точку В, розташовану на відстані від 0,3 до 0,5 висоти вхідного перерізу (D0-Dвт)/2 від D0. Вхідна кромка 4 в плані скруглена щонайменше двома радіусами R (переважно двома або трьома радіусами). Кут атаки Δβ1 по основному диску перебуває в межах від 6 до 10° (фіг. 3) і по покривному диску від 0 до 2,5° (фіг. 4). Пристрій працює таким чином. При обертанні колеса потік натікає на вхідну кромку 4 просторової лопаті 3 і завдяки запропонованим розташуванню й формі вхідної кромки 4 забезпечується збільшення тиску на периферійній поверхні 5 вхідної кромки 4 у покривного диска 2, що сприяє розсіюванню кавітаційних каверн по всій товщині потоку на вході в робоче колесо, перешкоджаючи тим самим їх концентрації, тобто утворенню стійких кавітаційних зон. Далі потік проходить по каналах робочого колеса, одержуючи збільшення механічної енергії й виходить у відвідний пристрій. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Робоче колесо відцентрового насоса, що містить основний і покривний диски і розташовані між ними просторові лопаті, яке відрізняється тим, що у лопатей вхідні кромки в плані виконані витягнутими щодо периферійної і втулкової поверхонь покривного і основного дисків відповідно, таким чином, що максимальний кут обхвату лопаті на вхідній кромці перевищує кути її обхвату на периферійній і втулковій поверхнях на 5÷15°, а нижня точка вхідної кромки розташована на відстані 0,3÷0,5 (D0-Dвт)/2 від D0, де D0 - діаметр вхідної воронки робочого колеса, Dвт - діаметр втулки робочого колеса, причому вхідна кромка в плані скруглена щонайменше двома радіусами, при цьому кут атаки лопаті зі сторони основного диска складає 6÷10°, а кут атаки лопаті зі сторони покривного диска складає 0÷2,5°. 2 UA 100339 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3