Рабочее колесо центробежного насоса

Полезная модель относится к области насосостроения, в частности к центробежным насосам одностороннего или двустороннего входа, с коэффициентом быстроходности n_s=40-80 и количеством лопастей в рабочем колесе z=5-8, может быть использована, например, при изготовлении рабочих колес центробежных консольных насосов и позволяет повысить КПД рабочего колеса, за счет оптимизации значений его конструктивных параметров. Рабочее колесо центробежного насоса, содержит ведущий и покрывной диски с расположенными между ними лопастями, выполненными с относительной кривизной L/R _ср где L - длина лопасти, R_cp - средний радиус кривизны лопасти, определенный на расстоянии 2/3 ее длины от выхода из колеса, и с углом _2л их установки на выходе из рабочего колеса, определенными в зависимости от значения коэффициента K₀ входа потока в рабочее колесо. выбранного из диапазона значений K₀=3,5-6,5 исходя из конкретных условий работы насоса, из соотношений: , , при этом диаметр D входа в рабочее колесо, выполнен из следующего соотношения: , где Q - подача рабочего колеса; n - частота вращения рабочего колеса; d_вт - диаметр втулки рабочего колеса на входе в него. 3 ил.

Полезная модель относится к области насосостроения, в частности к центробежным насосам одностороннего или двустороннего входа, с коэффициентом быстроходности n_s=40-80 и количеством лопастей рабочего колеса z=5-8 и может быть использована, например, в центробежных консольных насосах.

Известно рабочее колесо центробежного насоса, состоящее из ведущего и покрывного дисков с расположенными между ними лопастями цилиндрической формы, в котором диаметр входа в рабочее колесо определяется зависимостью , где Q - подача насоса; V₀ - скорость входа потока в рабочее колесо; d_вт - диаметр втулки рабочего колеса на входе; =3,14. (А.К.Михайлов, В.В.Малюшенко, «Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование». М., «Машиностроение» 1977, стр.27-34. 230)

Недостатком известного колеса является его низкая экономичность из-за не высокого коэффициента полезного действия (КПД), снижение которого отчасти обусловлено выполнением угла установки лопастей на выходе ₂ вне связи с другими геометрическими параметрами элементов рабочего колеса.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является рабочее колесо центробежного насоса, состоящее из ведущего и покрывного дисков с расположенными между ними лопастями, выходные участки которых образуют с наружной окружностью рабочего колеса угол ₂ установки лопастей на выходе, при этом лопасти на входе в рабочее колесо выполнены с кривизной, превышающей кривизну лопастей на последующих участках. (К.Пфлейдерер «Лопаточные машины для жидкостей и газов. Водяные насосы, вентиляторы, турбовоздуходувки, турбокомпрессоры» издание 4-е переработанное, перевод инж. A.M.Ладогина. Под редакцией д-ра техн. наук, профессора В.И.Поликовского, ГНИТМЛ, Москва, 1960, стр.238-241)

Заявленная кривизна лопастей в данном техническом решении способствует снижению гидравлических потерь по длине межлопастных каналов, однако данное снижение не достаточно для оптимального повышения КПД рабочего колеса.

Задачей заявленного технического решения является повышение КПД рабочего колеса центробежного насоса за счет оптимизации его конструктивных параметров, таких как относительная кривизна лопастей, угол их установки на выходе из рабочего колеса, а также диаметр входа в рабочее колесо.

Технический результат достигается тем, что в рабочем колесе центробежного насоса, содержащем ведущий и покрывной диски с расположенными между ними лопастями, лопасти выполнены с относительной кривизной , где L -длина лопасти, a R_ср - средний радиус кривизны лопасти на 2/3 ее длины от выхода из рабочего колеса, и установлены на выходе из рабочего колеса под углом _2л, определенными в зависимости от значения коэффициента К₀ входа потока в рабочее колесо, выбранного из диапазона значений К₀=3,5-6,5, исходя из конкретных условий работы насоса, по следующим соотношениям: при этом диаметр D входа в рабочее колесо определен из соотношения: где Q - подача рабочего колеса; n - частота вращения рабочего колеса; d_вт - диаметр втулки рабочего колеса на входе в него.

Выполнение лопастей с относительной кривизной и углом _2л их установки на выходе из рабочего колеса, определенными в зависимости от коэффициента Ко входа потока в рабочее колесо, заданного исходя из конкретных условий работы рабочего колеса, и выполнение диаметра входа в рабочее колесо также в зависимости от Ко позволяет минимизировать гидравлические потери в межлопаточных каналах рабочего колеса и, соответственно, повысить его КПД.

Полезная модель поясняется графически, где:

- на фиг.1 изображен разрез рабочего колеса плоскостью, проходящей через ось его вращения;

- на фиг.2 - схематично разрез рабочего колеса плоскостью, перпендикулярной оси вращения;

- на фиг.3 - зависимость КПД рабочего колеса от относительной кривизны лопасти и угла _2л установки лопасти на выходе из рабочего колеса от К₀ в пределах его значений от 3,5 до 6,5.

Рабочее колесо центробежного насоса содержит ведущий диск 1, покрывной диск 2, лопасти 3 с выходной кромкой 4, втулку 5 диаметром d_вт.

Лопасти выполнены с относительной кривизной: где L - длина лопасти; R_cр - средний радиус кривизны лопасти, определенный на расстоянии 2/3 ее длины от выхода из колеса; К₀ - коэффициент входа потока в рабочее колесо выбранный из диапазона К₀=3,5-6,5 в зависимости от заданных условий (режима) работы насоса, в частности от заданной всасывающей способности насоса (в случае необходимости достижения высокой всасывающей способности принимается максимальное значение К₀=6,0-6,5, иногда даже с некоторым ущербом для КПД, что обычно характерно, например для конденсатных насосов или первых ступеней питательных насосов; если нет необходимости в достижении высокой всасывающей способности, а требуется, например, обеспечить заданные габариты насоса, значение К₀ принимают в диапазоне 3,5-5,0). Лопасти установлены на выходе из рабочего колеса под углом _2л значение которого также определено в зависимости от К₀ из соотношения:

Диаметр входа в рабочее колесо выполнен равным: , где Q - подача рабочего колеса; n - частота вращения рабочего колеса; d_вт - диаметр втулки рабочего колеса на входе в него.

Данная зависимость обусловлена рекомендациями по выбору входного диаметра по статистическим данным насосов. Чем выше коэффициент входа потока в рабочее колесо, тем больше диаметр входной воронки.

Соотношения относительной кривизны и угла установки лопастей на выходе из рабочего колеса получены в результате эксперимента. В соответствии с ГОСТ6134-2007 были проведены испытания насоса с двумя вариантами спиральных отводов для семи вариантов рабочих колес с целью определения оптимальных значений относительной кривизны лопасти и угла установки лопасти на выходе из рабочего колеса для достижения максимального КПД в зависимости от заданного значения коэффициента входа потока в рабочее колесо.

Результаты испытаний обработаны с помощью метода многофакторного анализа, вследствие чего получены заявленные соотношения.

Из фиг.3, иллюстрирующей результаты испытаний, видно, что, например, что при К₀ =5,25 максимально возможное значение КПД=0,984 достигается при величине относительной кривизны лопастей L/R_cp=1,7 и угла установки лопастей на выходе из рабочего колеса _2л=20,08°. При этом диаметр D входа определяется также в зависимости от К₀=5,25: учетом обеспечения заданной подачи насоса, что дает возможность минимизировать гидравлические потери в межлопаточных каналах рабочего колеса.

Для насоса с высокой всасывающей способностью, у которого значение Ко является максимальным (К₀=6,0÷6,5), лопасти рабочего колеса будут иметь, соответственно, относительную кривизну величина угла их установки на выходе из рабочего колеса ₂ будет составлять 24,9°÷28°. Для насоса с низкой всасывающей способностью и, соответственно, меньшим диаметром входа рабочего колеса (например, при К ₀=3,5) лопасти рабочего колеса будут иметь относительную кривизну при этом угол их установки на выходе ₂ будет равен 13,55°.

Определения угла установки лопастей на выходе _2л из рабочего колеса, относительной кривизны лопастей и диаметра входа потока в рабочее колесо во взаимосвязи с коэффициентом входа потока в рабочее колесо, позволяет за счет оптимизации конструктивных параметров рабочего колеса, повысить его КПД.

Рабочее колесо центробежного насоса, содержащее ведущий и покрывной диски с расположенными между ними лопастями, отличающееся тем, что лопасти выполнены с относительной кривизной L/R _ср, где L - длина лопасти, а R_ср - средний радиус кривизны лопасти на 2/3 ее длины от выхода из рабочего колеса, и установлены на выходе из рабочего колеса под углом _2л, определенными в зависимости от значения коэффициента K₀ входа потока в рабочее колесо, выбранного из диапазона значений K₀=3,5-6,5, исходя из конкретных условий работы насоса, по следующим соотношениям: , ; при этом диаметр D входа в рабочее колесо определен из соотношения: , где Q - подача рабочего колеса; n - частота вращения рабочего колеса; d_вт - диаметр втулки рабочего колеса на входе в него.