Центробежный многоступенчатый насос

 

Использование: при проектировании роторных энергетических машин. Сущность изобретения: привод расположен со стороны устройства для восприятия осевой силы. Диаметры участков вала в местах расположения рабочих колес уменьшаются в направлении от нагнетательного патрубка к всасывающему пропорционально величине крутящего момента, передаваемого соответствующим участкам вала. 1 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности, к насосостроению и может быть использовано при проектировании других роторных энергетических машин.

Известна конструкция центробежного многоступенчатого насоса, состоящая из корпуса, всасывающего и нагнетательного патрубков, вала, рабочих колес, идентичных по конструкции и насаженных на вал имеющий постоянную величину диаметра в местах посадки рабочих колес, и устройство для восприятия осевой силы, причем привод осуществляется со стороны I-oй cтупени.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является центробежный многоступенчатый насос, содержащий корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, ступенчатый вал, рабочие колеса по числу ступеней, устройство для восприятия осевой силы и привод.

Недостатками этой конструкции насоса являются повышенная величина диаметра вала в месте расположения колеса I-oй cтупени, малая площадь входного сечения в колесо и, как следствие, высокая скорость потока перекачиваемой жидкости на входе в колесо I-oй cтупени, что влечет за собой снижение антикавитационных качеств последнего.

Цель изобретения - повышение антикавитационных качеств рабочего колеса I-oй ступени и обеспечение равнопрочности вала.

Поставленная цель достигается тем, что в центробежном многоступенчатом насосе, содержащем корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, ступенчатый вал, рабочие колеса по числу ступеней, устройство для восприятия осевой силы и привод, последний расположен со стороны устройства для восприятия осевой силы, а диаметры участков вала в местах расположения рабочих колес уменьшаются по направлению от нагнетательного патрубка к всасывающему патрубку пропорционально величине крутящего момента, передаваемого соответствующим участкам вала.

На чертеже схематично изображена конструкция центробежного многоступенчатого насоса.

Насос содержит корпус 1 со всасывающим патрубком 2 и нагнетательным патрубком 3, ступенчатый вал 4, рабочие колеса 5 по числу ступеней, устройство для восприятия осевой силы и привод (не показан), расположенный со стороны нагнетания.

При этом диаметры d_i (i - число ступеней) посадочных участков вала 4 в местах расположения колес 5 уменьшаются в направлении от нагнетательного патрубка 3 к всасывающему патрубку 2, то есть имеют место соотношения.

d₁<d<. . . <d, (I) d , (k = 1,2, . . . i) (2) где Т_к - крутящий момент, передаваемый участком вала, на котором расположено колесо 5 соответствующей ступени.

При вращении вала 4 от привода перекачиваемая жидкость поступает во всасывающий патрубок 2, затем в колесо 5 I-oй ступени и колеса 5 последующих ступеней и выходит через нагнетательный патрубок 3. Возникающие на валу 4 неуравновешенное осевое усилие воспринимается устройством 6 для восприятия осевой силы.

Расположение привода со стороны устройства 6 для восприятия осевой силы обуславливает передачу максимального крутящего момента (Т_макс.) в месте расположения колеса 5 последней ступени. При заданном уровне напряжения кручения это означает наличие максимального значения диаметра вала 4 в данном месте расположения колеса (d_i = d_макс.).

В соответствии с этим имеет место соотношение Т_i = Т_макс = iТ₁, (3) где Т₁ - крутящий момент, передаваемый одной ступенью (одним рабочим колесом).

По мере продвижения к всасывающему патрубку 2 крутящий момент, передаваемый валом 4, уменьшается пропорционально числу ступеней, то есть имеет место соотношение Т₁ = Т₁ Т₂ = 2Т₁ и т. д. (4) В соответствии с уравнениями (2). . . (4) диаметры посадочных мест под колеса 5 соответствующих ступеней будут равны (при сохранении уровня напряжений кручений вала) d₁= d₂= = 1.26= 1.26d₁ d_i= = = d₁ .

Для иллюстрации приведенных зависимостей рассмотрим 8-ступенчатый насос (i = = 8). Имеем: d₈= d₁= 2d₁ , то есть диаметр вала 4 в месте расположения колеса 5 I-oй ступени может быть в 2 раза меньше, чем в месте расположения колеса 5 8-oй ступени (последней). При этом уровень напряжений кручений в обоих сочетаниях вала 4 будет одинаков.

Уменьшение диаметра вала 4 в месте расположения колеса I-ой cтупени, по сравнению с обычной конструкцией центробежного многоступенчатого насоса, существенно увеличивает площадь входного сечения в колесо 5 без каких - либо изменений его конструкции.

Для примера рассмотрим конструкцию серийного 4-ступенчатого насоса. Имеем: диаметр вала постоянен по длине (d₁= d₂= d₃= d₄ = 100 мм), диаметр входа в колесо I-й cтупени равен d_o = 170 мм, откуда площадь входного сечения в колесо равно S_o = π /4 (d_o² - d₁²) = π/4 (17² - 10²) = 147 cм².

Принимая новую конструкцию насоса, имеет в соответствии с уравнением (5): - диаметр вала в месте расположения колеса I-oй ступени равен d^*₁= d₄/= 100/= 63 мм ; тогда площадь входного сечения в колесо составит S_* = π/4 (17² - 6,3²) = 195 cм², или в 1,33 раза больше, чем площадь в предыдущем случае. Благодаря этому скорость жидкости на входе в РК уменьшится в 1,33 раза, а потери давления - в 1,33² = 1,78 раза. Для достижения подобного эффекта в серийной конструкции насоса колесо I-oй ступени было сделано с увеличенным до 190 мм диаметром входа вместо 170 мм у остальных РК.

Таким образом, описываемая конструкция центробежного многоступенчатого насоса позволяет существенно улучшить кавитационную стойкость рабочего колеса I-oй ступени и обеспечит равнопрочность вала по всей его длине, не меняя геометрических параметров колеса, за исключением диаметров посадочных мест. (56) Ломакин А. А. Центробежные и осевые насосы, М-Л. Машиностроение, 1966 г. , с. 328, рис. 213.

Есьман И. Г. Насосы, М. , Гостоптехиздат, 1954 г. , с. 79, 82, фиг. 50.

Формула изобретения

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС, содержащий корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, ступенчатый вал, рабочие колеса по числу ступеней, устройство для восприятия осевой силы и привод, отличающийся тем, что привод расположен со стороны устройства для восприятия осевой силы, а диаметры участков вала в местах расположения рабочих колес уменьшаются в направлении от нагнетательного патрубка к всасывающему патрубку пропорционально величине крутящего момента, передаваемого соответствующим участком вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1