Вихревой насос
Изобретение относится к вихревым насосам. Насос содержит рабочее колесо (РК), вал привода РК, торцевой всасывающий подвод , нагнетательный отвод (НО), всасывающую секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом РК боковую поверхность с окном подвода, нагнетательную секцию камеры, имеющую сопряженную с торцом РК боковую поверхность с выводом в НО, газоотводящий канал, сообщающий межлопастное пространство камеры с НО, и расположенные на сопряженной с торцом РК боковой поверхности нагнетательной секции нагнетательный канал (НК), сообщающийся с выводом в НО, вспомогательный канал и перемычку, образованную интервалом боковой поверхности между начальным участком НК и конечным участком вспомогательного канала. Подвод выполнен с участком, ось которого расположена под углом 42-48° к торцу РК, и с площадью проходного сечения окна, превышающей максимальную площадь проходного сечения НК в 4,5-5,5 раз. НК на сопряжении с перемычкой выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,12-0,14 его максимальной площади, в диаметральной плоскости, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 30°, - с площадью, равной 0,52- 0,56 его максимальной площади, и в диаметральной плоскости, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 45,° - с площадью, равной 0,68- 0,72 его максимальной площади. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области механики и, в частности, к насосам необъемного вытеснения с круговым или поперечным потоком.
Известны вихревые насосы, содержащие рабочее колесо, имеющее ступицу и соединенные со ступицей лопасти, вал привода вращения рабочего колеса, всасывающий подвод, нагнетательный отвод и рабочую камеру, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с нагнетательным каналом, сообщающимся с выводом в нагнетательный отвод (SU №894215, F 04 D 5/00, 1981 г.).
Недостатком известных насосов является необходимость предварительного заполнения полости рабочей камеры жидкостью и удаления газа.
Более совершенным и наиболее близким аналогом заявляемому техническому решению является известный вихревой насос, содержащий рабочее колесо, имеющее ступицу, обод и соединенные со ступицей и ободом лопасти, вал привода вращения рабочего колеса, торцевой всасывающий подвод, нагнетательный отвод, всасывающую секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с окном торцевого всасывающего подвода, нагнетательную секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с выводом в нагнетательный отвод, газоотводящий канал, сообщающий межлопастное пространство рабочей камеры с нагнетательным отводом, и расположенные на сопряженной с торцом рабочего колеса боковой поверхности нагнетательной секции рабочей камеры нагнетательный канал, сообщающийся с выводом в нагнетательный отвод, вспомогательный канал с участком в секторе расположения интервала нагнетательного канала с выводом в нагнетательный отвод, и перемычку, образованную интервалом боковой поверхности между начальным участком нагнетательного канала и конечным участком вспомогательного канала (Самовсасывающий насос СВН-80-А, выпускаемый ОАО "ЭНА" по ТУ 2606-1551-89).
Однако упомянутый насос в силу конструктивных особенностей, обусловленных наличием элементов для обеспечения самозаливки при пуске, обладает неудовлетворительными показателями кавитационной характеристики, что в конечном итоге ограничивает область его применения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание более эффективного вихревого насоса.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в улучшении кавитационной характеристики, повышении напора и увеличении надежности за счет уменьшения нагрузки на рабочее колесо.
Указанный технический результат достигается вихревым насосом, содержащим рабочее колесо, имеющее ступицу, обод и соединенные со ступицей и ободом лопасти, вал привода вращения рабочего колеса, торцевой всасывающий подвод, нагнетательный отвод, всасывающую секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с окном торцевого всасывающего подвода, нагнетательную секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с выводом в нагнетательный отвод, газоотводящий канал, сообщающий межлопастное пространство рабочей камеры с нагнетательным отводом, и расположенные на сопряженной с торцом рабочего колеса боковой поверхности нагнетательной секции рабочей камеры нагнетательный канал, сообщающийся с выводом в нагнетательный отвод, вспомогательный канал с участком в секторе расположения интервала нагнетательного канала с выводом в нагнетательный отвод, и перемычку, образованную интервалом боковой поверхности между начальным участком нагнетательного канала и конечным участком вспомогательного канала, за счет того что торцевой всасывающий подвод выполнен с участком, ось которого расположена под углом 42-48
к торцу рабочего колеса, и с площадью проходного сечения окна, превышающей максимальную площадь проходного сечения нагнетательного канала в 4,5-5,5 раз, при этом нагнетательный канал на сопряжении с перемычкой выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,12-0,14 его максимальной площади, в диаметральной плоскости, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 30, - с площадью проходного сечения, равной 0,52-0,56 его максимальной площади, а в диаметральной плоскости, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 45, - с площадью, равной 0,68-0,72 его максимальной площади.
А также за счет того, что вспомогательный канал выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,48-0,52 максимальной площади проходного сечения нагнетательного канала.
А также за счет того, что нагнетательный канал на участке вывода в нагнетательный отвод выполнен с шириной, равной ширине вспомогательного канала.
А также за счет того, что обод выполнен сопряженным с торцом рабочего колеса, расположенным только со стороны всасывающей секции.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид вихревого насоса, на фиг.2 - вид А (фиг.1) на боковую поверхность нагнетательной секции, на фиг.3 - вид Б (фиг.1) на боковую поверхность всасывающей секции, на фиг.4 - развертка сечения В-В (фиг.3), на фиг.5 - сечение Г-Г (фиг.2), на фиг.6 - развертка сечения Д-Д (фиг.2), а на фиг.7 - фрагмент (место I фиг.1) рабочего колеса с ободом.
Вихревой насос содержит рабочее колесо 1, закрепленное на валу 2 привода вращения (не показан). Рабочее колесо 1 имеет ступицу 3, обод 4 и соединенные со ступицей 3 и ободом 4 лопасти 5. Рабочее колесо 1 установлено в рабочей камере, образованной поверхностями всасывающей 6 и нагнетательной 7 секций соответственно, а его обод выполнен сопряженным с торцом рабочего колеса 1, расположенным только со стороны всасывающей секции 6. Всасывающая секция 6 имеет сопряженную с торцом рабочего колеса 1 боковую поверхность 8 с окном 9 торцевого всасывающего подвода 10. Нагнетательная секция 7 имеет сопряженную с торцом рабочего колеса 1 боковую поверхность 11 с выводом 12 в нагнетательный отвод 13, газоотводящий канал 14, сообщающий межлопастное пространство 15 рабочей камеры с нагнетательным отводом 13. На боковой поверхности 11 расположен нагнетательный канал 16, сообщающийся с выводом 12 в нагнетательный отвод 13, а также вспомогательный канал 17 с участком 18 в секторе расположения интервала 19 нагнетательного канала 16 с выводом 12 в нагнетательный отвод 13. На этой же поверхности расположена перемычка 20, образованная интервалом боковой поверхности 11 между начальным участком 21 нагнетательного канала 16 и концом 22 вспомогательного канала 17.
Торцевой всасывающий подвод 10 выполнен с участком 23, ось которого расположена под углом 
=42-48 к торцу рабочего колеса 1, и с площадью проходного сечения окна 9, превышающей максимальную площадь проходного сечения нагнетательного канала 16 в 4,5-5,5 раз, при этом нагнетательный канал 16 на сопряжении 24 с перемычкой 20 выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,12-0,14 его максимальной площади, в диаметральной плоскости 25, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 30, - с площадью проходного сечения, равной 0,52-0,56 его максимальной площади, а в диаметральной плоскости 26, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 45, - с площадью проходного сечения, равной 0,68-0,72 его максимальной площади. В этой ситуации вспомогательный канал 17 может быть выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,48-0,52 максимальной площади проходного сечения нагнетательного канала 16, который в свою очередь в интервале 19 с выводом 12 в нагнетательный отвод 13 может быть выполнен с шириной Н, равной ширине F вспомогательного канала 17.
Для разгрузки рабочего колеса 1 и обеспечения среднего его положения предусмотрены пазухи 27 и 28, сообщающиеся через дросселирующее отверстие 29 и гидравлически связанные с рабочей камерой каналом 30.
Вихревой насос работает следующим образом.
Перед началом работы насос заполняется прокачиваемой жидкостью, с помощью которой при включении вращения рабочего колеса 1 происходит откачивание газа из всасывающего подвода 10. Перемещаемое по периферии вместе рабочим колесом 1 кольцо жидкости в интервале прохождения лопастей 5 перемычки 20 смещается по межлопастному пространству 15 и при выходе лопастей в зону сопряжения с нагнетательным каналом 16 смещается в его пространство и тем самым освобождает пространство около ступицы 3 для всасывания газа. При движении лопастей 5 в интервале расположения вспомогательного канала 17 и далее к перемычке 20 жидкость начинает перемещаться по направлению к ступице 3, выдавливая газ через газоотводящий канал 14. Этот процесс длится до полного удаления газа и заполнения насоса жидкостью. Выполнение вспомогательного канала 17 с площадью проходного сечения, равной 0,48-0,52 максимальной площади проходного сечения нагнетательного канала 16 в зоне их одновременного взаимодействия с жидкостью в межлопастном пространстве 15, а также равная их ширина на участке 18 в секторе расположения интервала 19 с выводом 12 в нагнетательный отвод 13 обеспечивают требуемое для вытеснения газа перераспределение жидкости между каналами 16 и 17 до момента полного заполнения насоса. Угол наклона оси всасывающего подвода 42-48 к торцу рабочего колеса в сочетании с упомянутым соотношением площадей проходного сечения окна и нагнетательного канала создает условия для уменьшения потерь напора на всасывание, предотвращая тем самым разрыв струи и возникновение кавитации. Этому процессу способствует также и локализация обратного противотока в межлопастном пространстве за счет расположения обода с сопряжением со стороны всасывающей секции с торцом рабочего колеса.
Формула изобретения
1. Вихревой насос, содержащий рабочее колесо, имеющее ступицу, обод и соединенные со ступицей и ободом лопасти, вал привода вращения рабочего колеса, торцевой всасывающий подвод, нагнетательный отвод, всасывающую секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с окном торцевого всасывающего подвода, нагнетательную секцию рабочей камеры, имеющую сопряженную с торцом рабочего колеса боковую поверхность с выводом в нагнетательный отвод, газоотводящий канал, сообщающий межлопастное пространство рабочей камеры с нагнетательным отводом, и расположенные на сопряженной с торцом рабочего колеса боковой поверхности нагнетательной секции рабочей камеры нагнетательный канал, сообщающийся с выводом в нагнетательный отвод, вспомогательный канал с участком в секторе расположения интервала нагнетательного канала с выводом в нагнетательный отвод и перемычку, образованную интервалом боковой поверхности между начальным участком нагнетательного канала и конечным участком вспомогательного канала, отличающийся тем, что торцевой всасывающий подвод выполнен с участком, ось которого расположена под углом 42-48° к торцу рабочего колеса, и с площадью проходного сечения окна, превышающей максимальную площадь проходного сечения нагнетательного канала в 4,5-5,5 раз, при этом нагнетательный канал на сопряжении с перемычкой выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,12-0,14 его максимальной площади, в диаметральной плоскости, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 30° - с площадью проходного сечения, равной 0,52- 0,56 его максимальной площади, а в диаметральной плоскости, отстоящей по направлению вращения от перемычки на 45° - с площадью проходного сечения, равной 0,68- 0,72 его максимальной площади.
2. Вихревой насос по п.1, отличающийся тем, что вспомогательный канал выполнен с площадью проходного сечения, равной 0,48-0,52 максимальной площади проходного сечения нагнетательного канала.
3. Вихревой насос по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что нагнетательный канал на участке вывода в нагнетательный отвод выполнен шириной, равной ширине вспомогательного канала.
4. Вихревой насос по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что обод выполнен сопряженным с торцом рабочего колеса, расположенным только со стороны всасывающей секции.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
