Осевой насос

 

Использование: при проектировании силового оборудования: гидроэлектростанций. Сущность изобретения: в корпусе размещено лопастное колесо с турбулизаторами потока на выходных кромках лопастей. Кромки выполнены с прорезями, заполненными до расчетного профиля вставками из инертного материала (графита). К вставкам подведен положительный потенциал, к корпусу рабочего колеса - отрицательный потенциал. В нижней части корпуса выполнены отверстия, через которые в поток подают соль карбоната аммония. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к конструкции осевых насосов и гидротурбинам, и может быть использовано при проектировании силового оборудования гидроэлектростанций, насосных и гидроаккумулирующих станций, а также для скоростных судов, имеющих подводные крылья, и подводных лодок.

Известен осевой насос, включающий всасывающую трубу, рабочее колесо и отводящий трубопровод [1] . При работе осевого насоса вода из всасывающей трубы поступает в лопастную систему рабочего колеса и далее - в отводящий трубопровод.

За рабочим колесом в отводящем трубопроводе наблюдается значительная пульсация давления, причиной которой являются кавитация и срыв крупных вихрей с кромок лопастей рабочего колеса. В процессе взаимодействия лопастей рабочего колеса с потоком воды под лопастями возникает зона пониженного давления. В этой зоне образуются каверны, которые представляют собой пузырьки пара в потоке с пониженным давлением. При дальнейшем движении потока пузырьки перемещаются в область большего давления, где схлопываются с большой скоростью. В результате схлопывания большого количества пузырьков возникает высокочастотная пульсация давления, которая воздействует на лопасти рабочего колеса и приводит к быстрому разрушению.

Кроме того, крупные вихри, срывающиеся с кромок лопастей, также вызывают увеличение пульсаций гидродинамического давления на стенках проточной части и гидродинамического шума в потоке, частота которых наблюдается в широком спектре. Пульсация давления, обусловленная кавитацией и срывом крупных вихрей, приводит к сильной вибрации всего насоса и появлению шума.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является осевой насос, содержащий рабочее колесо с профилированными лопастями, имеющими турбулизаторы потока [2]. Наличие турбулизаторов уменьшает размеры срывающихся вихрей, а следовательно, несколько снижает пульсацию давления за рабочим колесом.

Недостатком этого устройства являются снижение срока службы осевого насоса из-за разрушения его лопастей в результате проявления кавитации, а также существенная вибрация насоса и шум из-за значительной пульсации давления за рабочим колесом.

Для устранения указанного недостатка у осевого насоса, включающего размещенное в корпусе лопастное рабочее колесо с турбулизаторами потока на выходных кромках лопастей, предлагается входную кромку каждой лопасти рабочего колеса выполнить с прорезью, заполненной до расчетного профиля вставкой из инертного материала, причем к вставкам подвести положительный потенциал, а к корпусу рабочего колеса - отрицательный потенциал.

В качестве инертного материала для вставок может быть использован графит. Для протекания электролиза в воде разность потенциалов должна быть не менее 1,23 В. Эффект можно усилить, применив процесс гидролиза солей. Для этого в нижней части корпуса можно выполнить отверстия для подачи в поток под рабочее колесо соли карбоната аммония NH₄CO₃. В таком осевом насосе снизится вибрация осевого насоса, уменьшится гидродинамический шум в потоке, а следовательно, увеличиться срок службы насоса, а также снизится стоимость строительных работ по насосной станции за счет уменьшения воздействия кавитации и объемов работ по выемке грунта под фундамент насосной станции.

В результате использования изобретения улучшатся условия работы эксплуатационного персонала за счет уменьшения вибрации и шума, а также увеличится срок службы механического оборудования и строительной части насосной службы механического оборудования и строительной части насосной станции. Кроме того, улучшение кавитационных условий позволит повысить отметку рабочего колеса.

На фиг. 1 изображен осевой насос, продольный разрез вертикальной плоскостью; на фиг. 2 - лопасть рабочего колеса, вид сверху; на фиг. 3 - профиль лопасти с вставкой.

Осевой насос содержит всасывающую трубу 1, корпус 2 рабочего колеса 3 с лопастями 4. На выходных кромках лопастей 4 установлены турбулизаторы 5. Входная кромка каждой лопасти 4 выполнена с прорезью 6, которая заполнена до расчетного профиля вставкой 7. К вставкам 7 с помощью контактных проводов 8 подведен положительный потенциал, а к корпусу 2 по контактному проводу 9 - отрицательный потенциал. Устройство может быть снабжено отверстиями 10, размещенными в нижней части корпуса 2, через которые по трубопроводу 11 подается соль карбоната аммония.

При работе насоса вода из всасывающей трубы 1 поступает в зону рабочего колеса 3, где происходит взаимодействие лопастей 4 с потоком. За счет существующей разности потенциалов между корпусом 2 и вставками 7, установленными в прорезях 6 входных кромок лопастей 4, в потоке происходит процесс электролиза, в результате которого осуществляется электрохимическое окисление воды с выделением кислорода в виде пузырьков в зоне входных кромок лопастей. Двигаясь к выходным кромкам лопастей 4 и далее в напорный трубопровод, поток увлекает с собой пузырьки кислорода. Наличие этих пузырьков кислорода в зоне схлопывания каверн оказывает демпфирующее воздействие, в результате которого резко снижается амплитуда пульсации давления и, следовательно, уменьшается разрушающее воздействие кавитации на рабочее колесо. Кроме того, наличие пузырьков также оказывает разрушающее действие на крупные вихри, срывающиеся с выходных кромок лопастей.

Для усиления демпфирующего воздействия возможно использование процесса гидролиза солей. С этой целью в нижней части корпуса 2 выполнены отверстия 10, через которые с помощью трубопровода 11 подается соль карбоната аммония. Подачу можно осуществить либо в виде раствора сильной концентрации, либо при помощи воздушного потока, подаваемого, например, компрессором.

В результате взаимодействия соли с водой происходит образование угольной кислоты и гидроксида аммония. При дальнейшем гидролизе угольная кислота распадается на углекислый газ и воду, а гидроксид аммония - на аммиак и воду. Образовавшийся углекислый газ и аммиак в виде пузырьков также выносятся потоком воды в лопастную систему насоса и далее - в напорный трубопровод. Следовательно, данный процесс увеличивает демпфирующее воздействие и снижает неблагоприятное воздействие кавитации на осевой насос.

Предлагаемое устройство может быть использовано на скоростных судах с подводными крыльями и подводных лодках. В первом случае вставки устанавливаются на входной кромке каждого подводного крыла, а на подводных лодках, имеющих, как правило, мощные гребные винты, они размещаются на входной кромке каждой лопасти этих винтов.

Использование заявляемого осевого насоса на насосных станциях позволит получить не только экономический, но и социальный эффект, который определится улучшением условий работы эксплуатационного персонала за счет уменьшения вибрации всех элементов агрегатного здания и, следовательно, снижения вредного воздействия на здоровье людей.

Формула изобретения

1. ОСЕВОЙ НАСОС, содержащий размещенное в корпусе лопастное колесо с турбулизаторами потока на выходных кромках лопастей, отличающийся тем, что входная кромка каждой лопасти рабочего колеса выполнена с прорезью, заполненной до расчетного профиля вставкой из инертного материала, причем к вставкам подведен положительный потенциал, а к корпусу рабочего колеса - отрицательный потенциал.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что вставки выполнены из инертного материала - графита.

3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нижней части корпуса выполнены отверстия для подачи в поток соли карбоната аммония.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3