Высоконапорный нагнетатель

 

Изобретение относится к лабиринтновинтовым насосам, предназначено для перекачивания жидкостей и газов и повышает эффективность путем повышения напора и КПД. Для этого у нагнетателя с барабаном 1 нарезки 5 и 9 выполнены с образованием угла между касательной к спирали и радиусом-вектором в пределах 50-80". Конфигурация спиральных нарезок обеспечивает более высокую эффективность нагнетания перекачиваемой среды, повышая напор и КПД нагнетателя. 3 ил.

ССЮР СОВЕ ГСКИХ

CC ЦИАЯИСТПЧЕСКИХ

РЕ СПУБЛИК (19) (1!) (5()5 F 04 D 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ К ЗМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ1 М

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ / СВИД:.ТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4725020/29 (22) 31.07.89 (46) 15.02.92. Бюл. М 6 (71) Институт ядерной энергетики АН, БС(;Р (72) С.П.Субботин, Б.И. Ломашев, B.À.Никв.енко и А.В.Наганов (53) 621.671 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1283438; кл. F 04 D 3/02, 1985. (54) ВЫСОКОНАПОРНЫЙ НАГНЕТАТЕЛЬ

Изобретение относится rc нагнетателяй текучих сред при малых i:îçôôèöèåíòàõ:áûстроходности — ns, т е. при повышенных напорах и малых подачах перекачиваемой среды, В. последнее время для нагнетания как жидкостей, так и газов при малых пэ получили распространение лабиринтно-вихревье машины, например койструкции, содержащие вращающиеся и неподе ижные детали с сопряженными поверхнос1ями, снабженными лабиринтными нарезками и образую; .щими рабочий орган, на нетающий текучую среду.

Однако извес-ные лаб ринтно-винтовые проточные ча(,ти нагнетателей не-, достаточно совершенны, то особенно сказывается при необходимости перекачивать и сжимать газ.

Известны рабочее кслесв нагнетателей, в которых одновременно используют центробежный и вихревой эффекты для переда- « чи энергии потоку среды. (57) Изобретение относится к лабиринтновинтовым насосам, предназначено для перекачивания жидкостей и газов и повышает эффективность путем повышения напора и

КПД. Для этого у нагнетателя с барабаном 1 нарезки 5 и 9 выполнены с образованием угла между касательной к спирали и радиусом-вектором в пределах 50-80". Конфигурация спиральных нарезок обеспечивает более высокую эффективность нагнетания перекачиваемой среды, повышая напор и

КПД нагнетателя. 3 ил. Однако известные конструкции или сложны в изготовлении, или недостаточно эффективны по гидравлическим характеристикам.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является рабочий орган радиально-лабиринтного насоса, содержащий подвижный и неподвижный диски со спиральными нарезками на торцах, обращенных друг к Другу, при этом закрутки спиральных нарезок имеют противоположное направление, а каналы выполнены сужающимися от периферии к центру.

Достоинство указанного рабочего орга-. на в том, что он обеспечивает. достаточно надежную перекачку жидкостей со взвеся-. ми, предотвращая расслоение и выпадание твердых частиц, Однако при нагнетании газа эффективность сжатия снижается из-за различия характеристик лабиринтно-винтовой нарезки на различных радиусах,.так как оптимизация возможна только в одной расчетной точке. Кроме того. технологически

1712664 трудно изготовить каналы с непрерывно ме. няющейся геометрией, Цель изобретения — повышение эффективности и упрощение изготовления нагнетателя путем усовершенствования конструкции проточной части.

Это достигается тем, что в высоконапорном нагнетателе, содержащем барабан, установленный на валу привода и снабженный нарезками на торцах, которые сопряжены с неподвижными ответными нарезками корпуса, при этом нарезки на торцах барабана и ответные нарезки корпуса выполнены по спирали с образованием перемычек и канавок постоянной в нормальномм сечении ширины, угол между касательной к спирали и радиус-вектором от оси изменяется в пределах 50-80О на протяжении спирали от Кв до Ввых, где Rex — радиус начала торцевых нарезок, а Ввцх — наружный радиус барабана, Отличительной особенностью предла, гаемого нагнетателя является то, что нарезки на торцах барабана и ответные нарезки корпуса выполнены по спирали с образованием .перемычек и канавок постоянной в нормальном сечении ширины, при этом угол между касательной к спирали и радиус-вектором от оси изменяется в пределах от 50 до 80О на протяжении спирали от R»< до

Rppx, где Ввх — радиус начала торцевых нарезок, а R« x наружный радиус барабана.

Нарезки выполняют на торцах одной фрезой, что упрощает изготовление, так как для получения профиля элементов проточной части нагнетателя не требуется ни специальной оснастки, ни специального инструмента, Заявляемые пределы изменения угла от 50 до 80 позволяют нарезать торцевую поверхность на достаточно протяженной по радиусу площади круга и одновременно обеспечивают удовлетворительные гидравлические характеристики

1 проточной части, В то же время при углах между касательной к спирали и радиус-век-. тором от оси меньше 50 и больше 80 происходит срыв потока со стенок, образуемых нарезками, каналов, возрастают потери на входе и выходе из радиально-вихревой части нагнетателя, что ухудшает Эффективность передачи энергии, приводит к запиранию каналов и снижению эффективности работы.

Из анализа свойств различных спиралей выявлено, что указанные отличительные особенности торцевых нарезок получаются при профилировании оси канала нарезки по эвольвенте круга с координатами

10 х - RH (cos р+ р з! и р); . у = R (slny -y cosy). где RH — радиус начальной окружности круга эвольвенты; р — угол развертки.

Координаты спирали могут быть рассчитаны с помощью ЭВМ. Однако на имеющемся оборудовании, в том числе и с программным управлением теоретическая спираль не реализуется и для упрощения изготовления ее заменяют. сопряженными дугами дискретных радиусов из ряда дуг, параметры которых связаны квадратичны в соотношением А + = ГАь а именно — 13 1 !

II+1 =1,3,.1,5, 1 где R — радиус; I — протяженность предыдущей и последующей дуги соответственно, при этом радиус первой из дуг, построенной в точке начала торцевых нарезок на расстоянии Явх от оси барабана, отложен по нормали к эвольвенте, радиус начальной ок1 2 ружности которой RH — = - г „;у Квх. а величина радиуса первои из дуг R> =

=(О 9 "1,1)Явх

Для размеров торцевой нарезки Ввх =

= 65 м м; R»x = 140 мм, Конфигурация спирали, полученная предварительно построением по точкам, координаты которых рассчитаны на ЭВМ, практически точно воспроизведена четырьмя дугами с радиусами Ri = 60 мм; В = 78 мм; Кз = 101 мм;

Rq = 137 мм.

Приведенные выше соотношения параметров, аппроксимирующих эвольвенту дуг окружности, получены экСпериментально подбором, при этом выявлено, что при отклонении параметров дуг от указанных конфигурация получаемой кривой отходит от теоретической эвольвенты. и при нарезке спиралей появляются заметные уступы на поверхностях, разностенность перемычек между канавками и.другие дефекты, понижающие газодинамические характеристики нарезок.

Таким образом, приведенные отличительные особенности профиля спиральных нарезок на торцах барабана позволяют изготовить их на имеющемся оборудовании и при этом получить хорошее качество поверхностей и обеспечить безотрывное течение газа, что повышает эффективность проточ- . ной части газодувки.

На фиг. 1 приведен нагнетатель, схематический разрез по проточной части; на фиг.

2 — вид с торца на барабан, на котором 1712664 б показана конфигурация одной из канавок, вид лабиринтной cf; TKM, образованной торцевыми нарезками; на фиг. 3 — профиль нарезки в нормальном сечении.

Нагнетатель содержит барабан 1, установленный на валу 2 привода. На наружном диаметре барабана 1 выполнены многоэвходные винтовые нарезки 3 и 4 с противоположным направлением винтов, на торцах барабана выполнены спиральные 10 нарезки. На сопрягаемых неподвижных:ооверхностях корпуса нагнетателя выполненй ответные винтовые 7 и 8, спиральные 9 и 10 нарезки таким образом, что с нарезками барабана они образуют лабиринтную сетку (c M.ô и г.2).

Для подключения к системе в корпусе выполнены всасывающий 11 и нагнетательный 12 патрубки, а для перепуска части всасываемого газа на вход в ступень сжатия; образованную нарезками 6 и 10, в стенке барабана выполнены отверстия 13.

На фиг. 2 показан вид на торец барабана и поиведены характерньи. размеры cnl4. ральных нарезок; Rt, Rz, Вэ Я4 — радиусы. 225 дуг, апроксимируюи.,ие эвольвенту с начальной окружностью R>, It, lz,!э, !4 — протяженность этих дуг; а — угол между касательной к оси канавки и радиус-вектором: Rax Raix—

30 радиусы начала и конца cna:ральных наре- зок на торце барабана. В сечзнии А-А показаны Rx — радиус фрезы., обрабатывающей канавку спирали; Ь вЂ” ширина перемычки между канавками.

Нагнетатель ра(ютает следующим обра-: 35 зом.

Вал 2 привода приводи1 во вращение барабан 1. Перекачиваемый газ поступает через патрубок 11 и.отверстия 13 на вход в ступени сжатия, оС1 азованные спиральны- 40 ми нарезками 5, 9 г 6, 10 соответствекн@

При этом обтекатель, усгановленный вцутри барабана, и на.лон оси отверстйй:13 компенсируют разницу путевых потерь длй этих ступеней. За сч вт взаимодействия аих -. 45 рей, генерируемых врезками, происходит передача энергии от вращающегося бараба-на 1 потоку газа. Пг. и этом ступени 5, 9 и 5, 10 сжатия работают параллельно. Йодже-. тый торцевыми нарезками газ поступает затем на лабиринтно-винтовые ступени сжатия, образованные нарезками 3, 7 и 4, 8. В патрубке 12 потоки газа от параллельных ступеней сжатия смешиваются и поступают в систему к потребителю, На фиг, 1 представлен нагнетатель с параллельно включенными ступенями сжатия. С помощью уплотнений, каналов и перепускных труб при тех же ступенях может быть организовано последовательное сжатие газа.

Расчеты и испытания макетного образца, изготовленного со спиральными нарезками см, на фиг. 2); показали, что при углах

a= 50-80 гидравлические потери на торцевой ступени. минимальные, а степень сжатия максимальная, что свидетельствует об оптимальности режима течения газа по каналам при указанных углах между касательной к спирали и радиус-вектором. Изготовленные по четырем сопряженным дугам радиуса Rt, R2, Яз и R4 спиральные нарезки {см. на фиг. 2) не имеют видимых дефектов, уступов поверхностей или разностенности перемычек, что свидетельствует о достаточно высоком качестве при изготовлении по упрощенной конфигурации.

Изобретение позволяет обеспечить более высокую эффективность сжатия газа и„кроме того, дополнительный эффект, заключающийся в более близких по.крутизне характеристиках ступеней нагнетателя, что облегчает согласование их работы на режимах, отличающихся от расчетного. снижает опасность появления помпажа, Формула изобретения

Высоконапорный нагнетатель, содержащий корпус с барабаном со спиральными нарезками на торцах, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения эффективности насоса путем повышения напора и КПД, нарезки выполнены с образованием перемычек и канавок постоянной ширины в нормальном сечении, причем. угол между касательной к спирали и радиусом-вектором находится в пределах 50-80 по длине спирали.

1712664

12

/О

Фм,2

Составитель В. Никеенко

Редактор Н. Федорова Техред M.Ìîðråíòàë Корректор О. Кундрик

Заказ 523 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-изда"ельский комбинат "Патент", r. Ужгород. Ул гагарина, 101