Центробежный насос (10) содержит корпус насоса (12), в котором рабочее колесо (14) консольно закреплено на валу (16) с возможностью вращения. Корпус насоса (12) имеет осевой входной патрубок (20) и улитку (22), окружающую рабочее колесо (14) и ведущую к выходному патрубку (24). Рабочее колесо (14) имеет аксиально разнесенные кольцевые боковые поверхности (26, 28) с радиально наружу расположенными загнутыми назад лопатками (30) между кольцевыми боковыми поверхностями. Вспомогательные лопатки (32, 34) расположены на внешних сторонах соответствующих боковых поверхностей корпуса насоса (12) для создания градиента давления, предотвращающего или компенсирующего утечку рабочей жидкости. Передние кромки вспомогательных лопаток наклонены относительно направления, перпендикулярного боковым поверхностям, то есть расположены под тупым углом к боковым поверхностям (26, 28).

Настоящее изобретение относится к рабочему колесу для центробежного насоса и к центробежному насосу.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к рабочему колесу с кольцевыми боковыми поверхностями, разнесёнными в осевом направлении; лопастями, разнесёнными по окружности, каждая из которых расположена между боковыми поверхностями; и вспомогательными лопастями, разнесёнными по окружности, причём вспомогательные лопасти расположены снаружи одной или обеих боковых поверхностей. При эксплуатации вспомогательные лопасти вращаются вместе с рабочим колесом с рабочим зазором в кольцевом пространстве между одной или каждой боковой поверхностью рабочего колеса и соответствующей боковой поверхностью неподвижного корпуса насоса, создавая напор, который предотвращает или, по крайней мере, противодействует любой утечке или рециркуляции в радиальном направлении внутрь между рабочим колесом и корпусом через внешний высоконапорный периферийный выход рабочего колеса.

Настоящее изобретение особенно подходит для использования в насосах для перекачки абразивных жидкостей, в частности, в шламовых насосах, и поэтому это применение следует специально рассмотреть в настоящем описании. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим применением.

В целом, согласно настоящему изобретению, предлагается рабочее колесо для центробежного насоса описанного типа, в котором передние поверхности вспомогательных лопаток наклонены относительно направления, перпендикулярного соответствующей стороне рабочего колеса.

Таким образом, передние поверхности могут располагаться под тупым углом к соответствующей стороне рабочего колеса. Интуитивно понятно, что в любом радиальном положении осевая внешняя точка любой вспомогательной лопатки будет следовать за осевой внутренней точкой во время использования.

Тупой угол между передней поверхностью вспомогательной лопатки и стороной рабочего колеса может составлять от приблизительно 100° до приблизительно 170°, предпочтительно от приблизительно 120° до 150°, а наиболее предпочтительно – приблизительно 135°. Этот угол может быть постоянным по длине соответствующей вспомогательной лопатки.

В одном из вариантов исполнения задняя кромка вспомогательной лопатки может быть наклонена относительно направления, перпендикулярного соответствующей стороне рабочего колеса, то есть таким образом, чтобы угол между задней кромкой и боковой стороной был тупым.

Напротив, в другом варианте исполнения задняя кромка вспомогательной лопатки может быть перпендикулярна соответствующей стороне рабочего колеса.

Как правило, радиально внешняя периферийная поверхность вспомогательной лопатки имеет цилиндрическую форму. Однако она также может быть наклонной, сужаясь в осевом направлении наружу с одной или обеих сторон.

Рабочее колесо может быть формованным или литым. Однако для облегчения извлечения из формы угол может отличаться от номинального значения (например, 90°) — угол извлечения из формы обычно составляет от 1° до 3°.

Другой аспект настоящего изобретения представляет собой центробежный насос с рабочим колесом, соответствующим основным аспектам настоящего изобретения.

Настоящее изобретение далее будет описано в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах:

На фиг. 1 показан трехмерный вид с частичным разрезом центробежного насоса согласно настоящему изобретению;

На фиг. 2 показан частичный вид в перспективе рабочего колеса согласно настоящему изобретению со стороны впускного отверстия;

На рис. 3 графически показано сравнение четырёх различных конфигураций вспомогательных лопаток (только две из которых соответствуют настоящему изобретению) с рабочим колесом, имеющим гладкий круглый диск (т.е. без вспомогательных лопаток); и

На рис. 4 схематически показаны поперечные сечения четырёх конфигураций вспомогательных лопаток и поперечное сечение рабочего колеса без вспомогательных лопаток.

На рис. 1 центробежный насос согласно настоящему изобретению обозначен позицией 10. Насос содержит корпус насоса, обозначенный позицией 12, внутри которого вращается рабочее колесо 14. Рабочее колесо 14 консольно закреплено на одном конце вала 16, вращаясь в подшипниковом узле, обозначенном позицией 18.

Корпус насоса 12 образует входное отверстие 20, ведущее к входному отверстию рабочего колеса 14. Корпус насоса 12 также образует периферийную спираль 22, окружающую рабочее колесо 14 и ведущую к выходному отверстию 24.

Рабочее колесо 14 имеет кольцевую сторону 26 на входном конце и противоположную сторону осевого конца 28. В показанном варианте реализации основные лопатки 30, как правило, расположены по окружности, с зазором, как правило, радиально наружу, между сторонами 26 и 28. Направление вращения рабочего колеса 14 указано стрелкой 36.

Рабочее колесо 14 включает в себя вспомогательные лопатки 32, расположенные снаружи стороны входного конца 26, и вспомогательные лопатки 34, расположенные снаружи стороны конца вала 28.

Согласно настоящему изобретению, и со ссылкой на фиг. 2, передние поверхности вспомогательных лопаток обозначены позицией 40. На ФИГ. 2 показаны только вспомогательные лопатки на стороне входного конца 26, а вспомогательные лопатки 34, как правило, являются зеркальными отражениями.

Каждая вспомогательная лопатка 32 имеет заднюю кромку (заднюю кромку) 44, противоположную передней кромке (передней кромке) 40, и боковую кромку 43, которая при использовании проходит через неподвижный корпус с минимальным зазором. Каждая вспомогательная лопатка 32 наклонена назад относительно радиуса (например, как показано пунктирной линией на ФИГ. 2) и относительно направления вращения, образуя угол, обозначенный позицией 48.

Согласно настоящему изобретению, каждая передняя кромка 40 наклонена относительно воображаемой плоскости, перпендикулярной боковой поверхности 26, таким образом, что между боковой поверхностью 26 и каждой передней кромкой 40 образуется тупой угол. В данном варианте реализации тупой угол составляет приблизительно 135°.

Заявители обнаружили, что, особенно в насосах с абразивными рабочими жидкостями (в частности, шламами), радиально внешние участки вспомогательных лопаток, особенно со стороны всасывания, быстро изнашиваются. Следовательно, даже если обычные вспомогательные лопатки с перпендикулярными передними поверхностями изначально демонстрируют высокую эффективность, они быстро теряют её и, соответственно, быстро становятся неприемлемо неэффективными. В этой связи важно помнить, что напор, или давление, создаваемое лопаткой, является квадратичной функцией радиального положения. Следовательно, если самая внешняя часть становится неэффективной, негативное влияние на потенциальный создаваемый напор особенно сильно.

В отличие от этого, заявители обнаружили, что, согласно настоящему изобретению, вспомогательные лопатки с наклонными передними поверхностями изнашиваются не так быстро, как обычные лопатки с перпендикулярными передними поверхностями. Кроме того, согласно настоящему изобретению, такие вспомогательные лопатки с наклонными передними поверхностями могут сохранять приемлемую эффективность в течение более длительного периода времени, создавая напор, компенсирующий утечки. Это, в свою очередь, продлевает срок службы вспомогательных лопаток до необходимости технического обслуживания или замены. Поскольку износ вспомогательных лопаток, в частности, на входной стороне, часто является решающим фактором для межремонтного периода, продление этого периода эксплуатации согласно изобретению является особенно ценным.

Еще одно преимущество заключается в том, что предотвращение или, по крайней мере, уменьшение потока абразивных рабочих жидкостей, как правило, снижает износ.

При необходимости задняя кромка 44 лопатки 32 может быть скошена, т.е. расположена под тупым углом к соответствующей стороне рабочего колеса. Этот угол может быть равен или отличаться от угла передней кромки 40, т.е. быть меньше или больше.

В другом варианте исполнения задняя кромка может быть перпендикулярна стороне рабочего колеса.

Как видно на рис. 2, радиально внешняя периферийная поверхность 45 вспомогательной лопатки 32 имеет цилиндрическую форму и расположена заподлицо с соответствующей внешней периферией боковых поверхностей 26 и 28. В другом варианте исполнения эти поверхности могут быть скошены, т.е. сужаться в осевом направлении наружу таким образом, что диаметр осевого конца этих поверхностей меньше диаметра соответствующей боковой поверхности. Кроме того, смежные поверхности могут быть скошены или иметь фаску.

На рисунках 3 и 4 показаны теоретические результаты расчета градиента давления или разности давлений, создаваемых движением профиля лопатки по плоскости. На рисунке 4 показаны четыре различных профиля относительно неподвижной плоскости (т.е. стороны, через которую проходит профиль, например, со стороны корпуса). Для сравнения зазор между кромками лопаток и неподвижной плоскостью остается постоянным во всех случаях. Пятый случай показывает сторону рабочего колеса без вспомогательных лопаток, движущуюся по неподвижной плоскости, то есть по стороне корпуса.

На той же диаграмме также показан крутящий момент, необходимый для перемещения лопаток, который представляет собой энергию, необходимую для преодоления сопротивления жидкости. Также показан крутящий момент для плоской поверхности (без лопаток).

Следует понимать, что эти результаты являются теоретическими и приведены только для сравнения.

Следует понимать, что теоретические сравнения на рисунках 3 и 4 относятся к создаваемому градиенту давления и крутящему моменту, необходимому для его создания. Эти результаты не имеют отношения к основной цели настоящего изобретения, а именно к снижению износа передней кромки вспомогательных лопаток. Предварительные испытания показывают, что использование вспомогательных лопаток с наклонными передними кромками может снизить износ.

Формула изобретения

1. Рабочее колесо для центробежного насоса, обычно содержащее кольцевые боковые поверхности, разнесенные по оси; расположенные по окружности лопатки, каждая из которых расположена между боковыми поверхностями; и вспомогательные лопатки, разнесенные по окружности наружу с одной или обеих сторон, при этом передние поверхности вспомогательных лопаток наклонены относительно направления, перпендикулярного соответствующей стороне рабочего колеса.

2. Рабочее колесо по п. 1, в котором передние поверхности расположены под тупым углом к соответствующей стороне рабочего колеса.

3. Рабочее колесо по п. 2, в котором угол между передними поверхностями вспомогательных лопаток и стороной рабочего колеса составляет от примерно 100° до примерно 170°.

4. Рабочее колесо по п. 3, в котором этот угол постоянен по длине соответствующих вспомогательных лопаток.

5. Рабочее колесо по любому из предыдущих пунктов, в котором задние кромки вспомогательных лопаток наклонены относительно направления, перпендикулярного соответствующей стороне рабочего колеса.

6. Рабочее колесо по любому из пп. 1–4, в котором задние кромки вспомогательных лопаток перпендикулярны соответствующей стороне рабочего колеса.

7. Рабочее колесо по любому из предыдущих пунктов, в котором радиально внешняя периферийная поверхность вспомогательной лопатки имеет цилиндрическую форму.

8. Рабочее колесо по любому из пп. 1–6, в котором радиально внешняя периферийная поверхность вспомогательной лопатки наклонена, сужаясь с одной или обеих сторон в осевом направлении наружу.

9. Рабочее колесо по любому из предыдущих пунктов, выполненное методом формования или литой конструкции.

10. Центробежный насос, содержащий рабочее колесо по любому из предыдущих пунктов.