Пристрій захисту відцентрового насоса від кавітації на базі ефекту коанда

Реферат: Пристрій захисту відцентрового насоса від кавітації на базі ефекту Коанда включає робочий насос із всмоктувальним і напірним трубопроводами та байпасний трубопровід. Усмоктувальний трубопровід насоса виконано з двох частин, які з'єднано на горизонтальній стороні всмоктувального трубопроводу за допомогою фланців, між якими утворено міжфланцевий внутрішній простір. Між стінками частин всмоктувального трубопроводу утворено щілинне сопло. Границя щілинного сопла зі сторони всмоктувальної воронки виконана ступеневої прямої форми, а зі сторони насоса - криволінійної форми із заокругленням всередину трубопроводу. Ширина H щілинного сопла і радіус R , за яким окреслена його криволінійна поверхня, описано співвідношенням R  2,0...15,0. (1) H UA 90499 U (12) UA 90499 U UA 90499 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до насособудування і може бути використана в насосних установках. Відома насосна установка [1], яка включає в себе співвісно і послідовно встановлені струминний і відцентровий насоси, напірну магістраль, з'єднану із соплом ежектора струминного насоса, усмоктувальний канал якого з'єднаний із його дифузором, і підвід перекачуваної рідини, сполучений із приймальною камерою струминного насоса. Недоліком указаної установки є низька продуктивність, яка обумовлена тим, що в усмоктувальному каналі відцентрового насоса пристінний шар рідини біля робочого колеса закручується і перетворює потік в обертальний рух рідини, що перешкоджає всмоктуванню необхідної кількості рідини відцентровим насосом. Це призводить до зменшення обсягу перекачуваної рідини і, як наслідок, до зменшення продуктивності насоса. Найбільш близьким аналогом за сукупністю ознак є насосна установка [2], яка складається з послідовно і співвісно встановлених струминного і відцентрового насосів, напірної магістралі, з'єднаної з підводом потоку струминним насосом та з відвідним трубопроводом відцентрового насоса. Вхід усмоктувального патрубка сполучено з виходом дифузора струминного насоса, який направляє потік до цього патрубка, де всередині вільно встановлено розсікач потоку, який жорстко зв'язаний із дифузором. Розсікач потоку, утворений набором плоских радіально розташованих лопаток, установлених по кругу дифузора вздовж його осі з вильотом відносно торцевої поверхні, спрямовує потік. Розміщення розсікача всередині всмоктувального каналу відцентрового насоса дозволило зменшити в ньому обертовий пристінний шар і таким чином збільшити обсяг перекачуваної рідини. Недоліком найближчого аналога є те, що встановлення лопатевого розсікача з радіальними лопатками збільшує втрати напору на внутрішній поверхні всмоктувального трубопроводу. Задачею корисної моделі є збільшення подачі відцентрового насоса, а також його захист від виникнення кавітації шляхом зменшення втрат напору на внутрішній поверхні всмоктувального трубопроводу, особливо в зоні найбільш вірогідного зменшення кавітаційного запасу, котре призводить до виникнення кавітації. Поставлена задача вирішується тим, що усмоктувальний трубопровід виконано з двох частин, які з'єднуються на горизонтальній стороні цього трубопроводу за допомогою фланців, між якими утворено міжфланцевий внутрішній простір. Цей простір за допомогою байпасного обводу з'єднується з напірним трубопроводом робочого насоса. Для регулювання подачі рідини в міжфланцевий простір на байпасному обводі влаштовано запірно-регулюючий пристрій. Вищеназвані частини усмоктувального трубопроводу з'єднано між собою на вертикальній площині відносно горизонтальної осі трубопроводу через щілинне сопло, причому границя щілинного сопла з боку всмоктувальної воронки виконана ступеневої прямої форми, а зі сторони насоса - криволінійної форми із заокругленням в середину всмоктувального трубопроводу. Ширина Н вказаного щілинного сопла і радіус R, за яким окреслена його криволінійна поверхня, описані співвідношенням R H  2,0...15,0. (1) При такому визначеному радіусі на криволінійній поверхні виникає ефект Коанда, тобто стійке прилипання рідинного струменя до внутрішньої поверхні всмоктувального трубопроводу, внаслідок чого утворюється розрідження, за рахунок якого рідина рухається у вигляді пристінної плівки вздовж внутрішньої поверхні трубопроводу. Це веде до виключення вихрових пристінних утворень, що обумовлює зменшення втрат напору за рахунок зниження турбулізації потоку. Крім цього такий прямолінійний пристінний рух сприяє засмоктуванню рідини та збільшенню підводу її до робочого колеса відцентрового насоса. Щілинне сопло влаштовують на якомога більшій відстані від всмоктувального патрубка, що обумовлює зменшення втрат напору на всмоктувальному трубопроводі, а це зумовлює зменшення вірогідності виникнення кавітаційного режиму в найбільш вірогідній зоні можливої появи кавітаційних бульбашок. Для узгодження подачі рідини з напірного трубопроводу робочого насоса по байпасному обводі з обсягом її витікання через щілинне сопло потрібно, щоб живий переріз байпасного обводу і площа щілинного сопла відповідали співвідношенню d 2 55 де 4  DH, (2) - внутрішній діаметр байпасного трубопроводу, в мм; D - внутрішній діаметр усмоктувального трубопроводу, в мм. Потрібно зазначити, що при збільшенні подачі об'єму рідини вірогідність виникнення кавітаційного режиму зменшується. d 1 UA 90499 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Регулювання кількості витікання рідини через щілинне сопло можливе шляхом зменшення або збільшення ширини щілинного сопла, для чого на одному із з'єднуючих фланців передбачено рівномірно по кругу в ряді болтового з'єднання як мінімум три шпильки з різьбовою нарізкою під них. Забезпечення герметичності фланцевого з'єднання досягається установкою ущільнюючих кілець. Запропонована корисна модель пояснюється кресленнями. На фіг. 1 показано загальну схему всмоктувальної лінії, на фіг. 2 - систему захисту насоса від кавітації і на фіг. 3 розташування регулюючих шпильок. Корисна модель, згідно з кресленнями, включає: відцентровий насос 1 з усмоктувальним трубопроводом, який виконано з лівої частини 2 і правої частини 3 робочого насоса та напірний трубопровід 4. Між частинами 2 і 3 на горизонтальній стороні усмоктувального трубопроводу за допомогою конусних фланців 5 і 6 утворено міжфланцевий внутрішній простір 7 та щілинне сопло 10. Ліва частина щілинного сопла виконана ступеневої прямої форми 11, а права, зі сторони насоса - криволінійної форми 12, із заокругленням усередину всмоктувального трубопроводу. Міжфланцевий внутрішній простір за допомогою байпасного обводу 8 з'єднаний з напірним трубопроводом. Для регулювання подачі рідини в міжфланцевий простір на байпасному обводі передбачено запірно-регулюючий пристрій 9. Завдяки криволінійній поверхні 12 частинки рідини 13, що поступають із міжфланцевого внутрішнього простору, обходять її і рухаються завдяки ефекту Коанда в пристінній частині трубопроводу, утворюючи змащувальну прямолінійну плівку для основного потоку 14 всмоктувальної рідини, що надходить із резервуара 15. Завдяки цьому зменшуються вихрові пристінні утворення і разом із цим, за рахунок спрямованого потоку рідини, зменшуються втрати напору в усмоктувальному трубопроводі, котрі зумовлені шорсткістю внутрішньої стінки цього трубопроводу, а отже, вірогідність виникнення кавітації зменшується. Завдяки розрідженню та затягуванню пристінною плівкою основного потоку, а також його спрямленню збільшується як засмоктування рідини, так і загальна подача насоса, чим підвищується ефективність його роботи. Корисна модель працює таким чином: при появі шуму у вигляді потріскування на всмоктувальному трубопроводі, що свідчить про початок кавітації, відкривається запірнорегулюючий пристрій 9 на байпасному обводі 8, після чого рідина з напірного трубопроводу 4 робочого насоса 1 поступає по байпасному обводу до міжфланцевого простору 7 і звідти витікає через щілинне сопло 10 до внутрішнього простору правої частини 3 всмоктувального трубопроводу. Завдяки ефекту Коанда [3] рідина тонкою плівкою обтікає праву частину щілинного сопла криволінійної форми і продовжує рух у пристінному шарі всмоктувального трубопроводу. Такий плівковий пристінний прямолінійний рух рідини зменшує вихрові утворення на виступах шорсткості внутрішньої поверхні трубопроводу, зменшує втрати напору на ньому, наближує такий рух до ламінарного режиму, а також за рахунок розрідження та спрямлення загального потоку веде до збільшення об'єму рідини, що поступає на робоче колесо. Для зменшення або збільшення об'єму витікаючої рідини через щілинне сопло змінюється ширина Н щілинного сопла за допомогою зміни положення фланців між собою за допомогою болтових затискачів. Рівномірність зміни по кругу вказаної ширини додержується як мінімум трьома шпильками 16, що передбачені на одному з фланців 5 або 6. Все вищенаведене зменшує вірогідність виникнення кавітації і веде до захисту відцентрового насоса від цього явища, а також зумовлює підвищення ефективності роботи насоса, збільшуючи його подачу. Джерела інформації: 1. А.С. СССР № 994811. МПК № 3 F04F 5/54. Насосна установка. - опубл. 07.02.83, бюл. №5. 2. Деклараційний патент на корисну модель № 3867. Україна. МПК 7F04F 5/54. Насосна установка / Мелащенко В. А. - опубл. 15.12.2004, бюл. №12. 3. Т.Є. Фабер. Гідроаеродинаміка / Фабер Т.Є. - М.: Постмаркет, 2001. - 560 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Пристрій захисту відцентрового насоса від кавітації на базі ефекту Коанда, що включає робочий насос із всмоктувальним і напірним трубопроводами та байпасний трубопровід, який відрізняється тим, що усмоктувальний трубопровід насоса виконано з двох частин, які з'єднано на горизонтальній стороні всмоктувального трубопроводу за допомогою фланців, між якими утворено міжфланцевий внутрішній простір, а між стінками частин всмоктувального 2 UA 90499 U 5 трубопроводу утворено щілинне сопло, причому границя щілинного сопла зі сторони всмоктувальної воронки виконана ступеневої прямої форми, а зі сторони насоса - криволінійної форми із заокругленням всередину трубопроводу, причому ширина H щілинного сопла і радіус R , за яким окреслена його криволінійна поверхня, описано співвідношенням R  2,0...15,0. (1) H 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що живий переріз байпасного трубопроводу і площа щілинного сопла повинні відповідати співвідношенню d2 10  DH, (2) 4 де d - внутрішній діаметр байпасного обводу, в мм. D - внутрішній діаметр всмоктувального трубопроводу насосу, в мм. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що на фланцевому з'єднанні передбачено ущільнення, а також на одному з фланців за рівномірно круговим рядом із болтовим з'єднанням передбачено як мінімум три різьбових отвори, у яких розташовано регулюючі ширину щілинного сопла шпильки. 3 UA 90499 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 4