Рабочее колесо дискового насоса
Владельцы патента RU 2281419:
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" (RU)
Рабочее колесо дискового насоса может быть использовано в составе систем электролиза и терморегулирования изделий ракетно-космической техники, а также в химической промышленности. Рабочее колесо дискового насоса содержит несущий и покрывной диски (ПД), сваренные между собой, а также размещенные между ними по их внешнему краю аксиальные перемычки (АП), выполненные заодно с ПД. По внутреннему краю ПД выполнен ряд дополнительных АП. Между АП и дополнительными АП выполнены n (n=3, 4 и т.д.) выступов, размещенных с равным шагом по окружности, центр которой расположен на продольной оси рабочего колеса. Каждая из АП и дополнительных АП выполнена высотой, равной высоте выступов, а соединение несущего и ПД выполнено сварным в местах контакта выступов с несущим диском. Изобретение направлено на повышение химической стойкости и технологичности. 2 ил.
Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в составе систем электролиза и терморегулирования изделий ракетно-космической техники, а также в химической промышленности.
Известно рабочее колесо дискового насоса, содержащее несущий диск, покрывной диск и установленные между ними параллельные диски [В.И. Мисюра, Б.В. Овсянников, В.Ф. Присняков. Дисковые насосы. М.: Машиностроение, 1986, с.80, рис.71]. Диски соединены на шпильках через проставки.
Недостатками такого рабочего колеса дискового насоса являются сложность конструкции, вызванная применением значительного числа проставок, и непараллельность несущего и покрывного дисков вследствие разности осевых размеров проставок в виде шайб, что имеет следствием повышенные уплотняющие зазоры между покрывным диском и корпусом для компенсации этой непараллельности.
Этих недостатков лишено рабочее колесо дискового насоса, содержащее соединенные друг с другом несущий и покрывной диски с перемычками между ними по наружному диаметру, выбранное в качестве прототипа [В.И. Мисюра, Б.В. Овсянников, В.Ф. Присняков. Дисковые насосы. М.: Машиностроение, 1986, с.84, рис.77]. Несмотря на наличие только одной рабочей щели между дисками, такие насосы вполне могут применяться в системах, где требуется значительный напор при небольшой производительности.
Недостатком такого рабочего колеса дискового насоса является его низкая химическая стойкость, вызванная его исполнением из трех типов деталей - двух дисков и установленных между ними перемычек. Крепление этих перемычек к дискам может быть осуществлено либо диффузионной пайкой, либо склеиванием, что приводит к низкой химической стойкости рабочего колеса в агрессивных средах, например в жидком аммиаке, применяемом в системах терморегулирования, растворах кислот и щелочей в химической промышленности. Другим недостатком прототипа является низкая технологичность его изготовления, т.к. требуется фиксация каждой перемычки к диску в процессе их соединения.
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение химической стойкости и технологичности рабочего колеса дискового насоса.
Этот результат достигается за счет того, что в известном рабочем колесе дискового насоса, содержащем несущий и покрывной диски, имеющие между собой соединение, а также размещенные между ними по их внешнему краю аксиальные перемычки, согласно изобретению аксиальные перемычки выполнены заодно с покрывным диском, на котором по его внутреннему краю выполнен ряд дополнительных аксиальных перемычек, а между аксиальными перемычками и дополнительными аксиальными перемычками выполнены n (n = 3, 4 и т.д.) выступов, размещенных с равным шагом по окружности, центр которой расположен на продольной оси рабочего колеса, при этом каждая из аксиальных перемычек и дополнительных аксиальных перемычек выполнена высотой, равной высоте выступов, а соединение несущего и покрывного дисков выполнено сварным в местах контакта выступов с несущим диском. Поскольку заявленная совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат, то заявленное решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения рабочего колеса дискового насоса, продольный разрез, на фиг.2 - то же, вид на покрывной диск со стороны несущего диска.
Рабочее колесо дискового насоса содержит несущий 1 и покрывной 2 диски, соединенные и размещенные между ними по их внешнему краю 3 аксиальные перемычки 4, выполненные заодно с покрывным диском 2. На покрывном диске 2 по его внутреннему краю 5 выполнен ряд дополнительных аксиальных перемычек 6, а между аксиальными перемычками 4 и дополнительными аксиальными перемычками 6 выполнены n (n = 3, 4 и т.д.) выступов 7, размещенных с равным шагом по окружности, центр которой размещен на продольной оси 8 рабочего колеса. Высота каждой из аксиальных перемычек 4 и дополнительных аксиальных перемычек 6 выполнена равной высоте выступов 7. Соединение несущего 1 и покрывного дисков 2 выполнено сварным в местах 9 контакта выступов 7 с несущим диском 1 посредством применения контактной точечной сварки с образованием из материала выступов 7 и несущего диска 2 ядер 10. Выступы 7 размещены с равным шагом по окружности 11. Контактная сварка является единственно возможным методом сварки дисков в зоне выступов из-за малого зазора между дисками (0,2-0,5 мм), не дающего возможности подачи какого-либо инструмента или электрода непосредственно к месту сварки.
Рабочее колесо дискового насоса работает следующим образом: при приведении колеса во вращение в среде жидкости жидкость в зазоре между дисками 1 и 2 за счет сил трения также приводится во вращение, следствием которого является вытеснение жидкости к внешнему краю 3 по действием центробежных сил инерции и создание рабочим колесом напора. При этом приведение покрывного диска во вращение и осевая фиксация покрывного диска 2 к несущему 1 осуществляется ядрами 10 точечной сварки 1. Поскольку контактная точечная сварка производится за счет местного расплавления металла дисков в зонах ядер 10, то при ней не происходит изменения химического состава материала дисков, что обеспечивает высокую коррозионную стойкость рабочего колеса, равную исходной коррозионной стойкости дисков 1 и 2. При этом основные и дополнительные аксиальные перемычки вместе с выступами той же высоты обеспечивают равенство зазора между дисками по всей ширине рабочего колеса и не требуют какой-либо фиксации по отношению к дискам, что повышает технологичность. При сварке покрывной диск устанавливается на несущий в оправке, обеспечивающей соосность наружных диаметров дисков, и приваривается контактной точечной сваркой по центру выступов.
При этом поджатие дисков обеспечивается рабочим усилием поджатия электродов контактной точечной сварки, и в рабочем колесе образуются три кольцевых зоны: это зона аксиальных перемычек по их внешнему краю, зона дополнительных аксиальных перемычек по внутреннему краю покрывного диска и зона выступов, где зазоры между дисками равны. Эти три вида элементов выступают в роли ограничителей осевого зазора. При этом количество выступов должно быть не менее трех, т.к. при наличии только двух выступов, лежащих в диаметрально противоположных точках, в плоскости, перпендикулярной соединяющей выступы прямой, может наблюдаться упругая деформация дисков при работе из-за статического давления, возникающего между дисками при вращении колеса, и местное увеличение зазора, что приводит к снижению напора рабочего колеса. Конкретное число выступов и диаметр, на котором они размещены, выбирается конструктором исходя из известных диаметров диска, толщины дисков, их жесткости и т.д., что является задачей обычного проектирования. Выполнение перемычек и выступов на покрывном диске является наиболее технологичным, т.к. со стороны сварного соединения нет каких-либо элементов, выступающих над плоскостью покрывного диска и мешающих движениям инструмента при фрезеровке выступов и перемычек на станке с программным управлением, в то время как на несущем диске имеется выступающая часть ступицы. При этом сечение дополнительных аксиальных перемычек может быть малым, чтобы не сужать сечение рабочего колеса, а нахождение больших по сечению выступов на большем диаметре - их размеры определяются известными из технологии контактной точечной сварки как функция толщины стенки размерами сварного ядра - также позволяет избежать сужения сечения колеса.
Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию в составе систем электролиза и терморегулирования изделий ракетно-космической техники.
Рабочее колесо дискового насоса, содержащее несущий и покрывной диски, имеющие между собой соединение, а также размещенные между ними по их внешнему краю аксиальные перемычки, отличающееся тем, что аксиальные перемычки выполнены заодно с покрывным диском, на котором по его внутреннему краю выполнен ряд дополнительных аксиальных перемычек, а между аксиальными перемычками и дополнительными аксиальными перемычками выполнены n (n=3, 4 и т.д.) выступов, размещенных с равным шагом по окружности, центр которой расположен на продольной оси рабочего колеса, при этом каждая из аксиальных перемычек и дополнительных аксиальных перемычек выполнена высотой, равной высоте выступов, а соединение несущего и покрывного дисков выполнено сварным в местах контакта выступов с несущим диском.
