Изобретение относится к области насосостроения, к конструкциям ступеней центробежных многоступенчатых насосов.

Известна ступень центробежного многоступенчатого насоса, где внешние кромки лопаток сопряжены с внутренней поверхностью корпуса направляющего аппарата по винтовым кривым, наклон которых к горизонталям выполнен уменьшающимся по ходу движения жидкости, соседние наклонные лопатки расположены с перекрытием, причем расстояния в горизонтальных плоскостях между наклонными лопатками в перекрытиях по ходу движения жидкости увеличиваются с углом раскрытия 6-10°, а к внутренним кромкам в верхней части наклонных лопаток прикреплен цилиндрический экран, прилегающий к нижнему диску следующего направляющего аппарата (RU 2403450 С 1 , 10.11.2010). Данная конструкция обеспечивает высокие напорные характеристики. Недостатками являются высокие вихреобразования в канале направляющего аппарата и как следствие высокие энергетические потери в потоке каналов ступени, низкая надежность ступени, небольшой срок эксплуатации.

Известен направляющий аппарат в составе ступени центробежного насоса с лопатками в виде дуги, с плавным разворотом по отношению к поперечной оси рабочего колеса (ЕР 2949943 А1 02.12.2015). Данная конструкция немного уменьшает вихреобразование, но не решает вопроса надежности и долговечности эксплуатации ступени.

Известна ступень центробежного насоса, включающая рабочее колесо, состоящее из основного диска, ступицы, лопастей, лопаток, расположенных на противоположных поверхностях диска (US 2014/0105747 А1, 17.04.2014). Авторами данной конструкции ставится задача небольшого уменьшения вихреобразования на отдельном участке направляющего аппарата ступени, но эта задача решается не полностью и не на всех участках проточной части ступени.

Устройство по US 2014/0105747 А1, 17.04.2014 можно принять в качестве ближайшего аналога.

Нерешенной технической проблемой всех вышеперечисленных конструкций ступени, являются высокие энергетические потери потока из-за вихреобразования в ступени центробежного насоса, что приводит к недостаточно высокому коэффициенту полезного действия, ступени и насоса в целом. Также техническими проблемами являются недостаточная надёжность, и очень ограниченный ресурс ступеней насоса и высокие требования к материальному изготовлению ступени.

Предлагается принципиально новая ступень многоступенчатого центробежного насоса, включающая рабочее колесо, состоящее из основного диска, покрывающего диска, ступицы, лопастей, подводящих и отводящих лопаток, расположенных на противоположных поверхностях основного диска. Лопасти расположены между ступицей и внутренним краем покрывающего диска. Отводящие лопатки выполнены с внутренними концами на окружности с диаметром D1, с наружными концами на окружности с диаметром D2, каждая отводящая лопатка выполнена в виде дуги, с плавным разворотом по отношению к поперечной оси рабочего колеса в направлении от окружности с диаметром D1 к окружности с диаметром D2. Подводящие лопатки выполнены с внутренними концами на окружности с диаметром D3, наружными концами на D2, каждая подводящая лопатка выполнена в виде дуги, с плавным разворотом по отношению к поперечной оси рабочего колеса в направлении от окружности с диаметром D3 к окружности с диаметром D2. Каждая подводящая и отводящая лопатка выполнена с изменяющимся по её длине углом наклона к основному диску. Углы наклона к основному диску у окружности с диаметром D2 у подводящих и отводящих лопаток равны. У окружности с диаметром D2 подводящие и отводящие лопатки выполнены с отступом от плоскости L. Окружность с диаметром D1 - условная окружность, проведённая по внутренним концам отводящих лопаток, центром окружности является центр рабочего колеса, окружность с диаметром D2 — окружность, являющаяся внешней границей рабочего колеса, окружность с диаметром D3 - условная окружность, проведённая по внутренним концам подводящих лопаток, центром окружности является центр рабочего колеса, причём D1 больше D3, L - условная плоскость, перпендикулярная оси вращения рабочего колеса и делящая рабочее колесо на равные по толщине части. Значения диаметра D1- принимается исходя из необходимого напора создаваемого ступенью. Значения диаметра D2 - принимается большим от диаметра D1 на величину от 1 до 15%. Значения диаметра D3 - наружный диаметр ступени, принимается большим от диаметра D1 на величину от 25 до 60%.

Техническим результатом является создание принципиально новой ступени центробежного многоступенчатого насоса с улучшенными технико-экономическими характеристиками, конкретно с существенно пониженным акустическим шумом и низкими гидродинамическими вибрациями и как следствие повышенной надежностью, высоким ресурсом и высоким коэффициентом полезного действия ступени и насоса в целом.

Отличительной особенностью ступени является форма направляющего аппарата позволяющая отводить жидкость от центробежного рабочего колеса с минимально возможными потерями на вихреобразование, т.е. с сохранением максимально возможного КПД ступени и насоса в целом.

Технический результат достигается посредством комплекса объединённых единым изобретательским замыслом конструктивных усовершенствований в базовых компонентах.

На фиг. 1 показана ступень центробежного многоступенчатого насоса, состоящая из рабочего колеса 1, состоящего в свою очередь из ступицы 2, покрывающего диска 3, лопастей 4, и направляющего аппарата 5, состоящего в свою очередь из двух рядов лопаток - отводящих лопаток 6 и подводящих лопаток 7 закреплённых на основном диске 8.

На фиг. 2 изображен направляющий аппарат 5 - вид спереди, а также показано сечение Б-Б направляющего аппарата 5, по главной плоскости. Фигура иллюстрирует построение количества nl отводящих лопаток 6, толщиной hi, с началом построения на диаметре D1, с разворотом на угол fΐ, при этом значения угла fΐ лежат в диапазоне от 40° до 140°, начиная разворот под углом aΐ, оптимальные значения которого, минимизирующие потери от натекания жидкости на входную кромку лопатки направляющего аппарата, лежат в диапазоне от 1° до 30° и заканчивая разворот под углом а2, выбор значения угла а2 лежит в предпочтительно в диапазоне от 3° до 60°, со смещением вдоль оси на величину L1 - значение которой является конструктивным размером габарита ступени. Из построенных таким образом лопаток, состоящих из рабочей поверхности кр и тыльной поверхности ks, образуется массив отводящих лопаток, позволяющий с минимальными энергетическими потерями отвести жидкость от рабочего колеса до внешнего диаметра D2 направляющего аппарата.

На фиг. 3 изображен направляющий аппарат 5 - вид сбоку, а также показан его вид А - сзади. Фигура иллюстрирует построение количества п2 подводящих лопаток 7, толщиной h2, с началом построения на диаметре D2, с разворотом на угол f2, оптимальные значения которого, лежат в диапазоне от 30 до 130°, начиная разворот под углом bΐ равным углу а2 и заканчивая разворот под углом b2, оптимальные значения которого, минимизирующие потери от натекания на входные лопасти рабочего колеса следующей ступени насоса, лежат в диапазоне от 1° до 50° со смешением вдоль оси на величину L2. Из построенных таким образом лопаток, состоящих из рабочей поверхности kip и тыльной поверхности kls, образуется массив подводящих лопаток, позволяющий с минимальными энергетическими потерями отвести жидкость от периферийного диаметра D2 к диметру D3 и далее по радиусу R1 во всасывающую воронку рабочего колеса следующей степени многоступенчатого центробежного насоса.

На фиг. 4 и 5 изображены измеренные на натурном эксперименте линии тока SL0 жидкости в рабочем колесе, SL1- в отводящих каналах и SL2 - в подводящих каналах. Из рисунков видно, что течение жидкости в ступени безвихревые, а полученная форма течения в ступени обеспечивает максимально возможный КПД ступени насоса. В конструкции направляющего аппарата ступени центробежного насоса дополнительно учтена подкрутка жидкости на угол b28I., равный углу b2 окончания подводящей лопатки, при переходе от потока жидкости ступени к ступени, с целью минимизации потерь гидродинамической энергии всех ступеней центробежного многоступенчатого насоса.

На фиг. 6 и 7 изображена форма струи (проекция спереди и сзади) получаемая в результате течения жидкости по каналам ступени фиг. 1. Полученная в результате построения ступени, форма течения жидкости в проточной части ступени не имеет вихреобразования и достигает цели течения с минимально возможными потерями, т.е. с максимально возможным КПД.