CZ2006756A3 - Obežné kolo, zejména odstredivého cerpadla - Google Patents

Abstract

Obežné kolo, zejména odstredivého cerpadla, je tvorené nosným diskem (1) opatreným lopatkami (2) vytvárejícími úzké prutocné kanálky (3), kde lopatky(2) jsou tvarované tak, že šírka jejich nábehové cásti (23) dosahující maximálne do jedné tretiny polomeru (R) nosného disku (1) je v podstate konstantní a následne se lopatky (2) smerem k obvodu obežného kola pozvolna rozširují, pricemž v rozšírenéobvodové cásti (24) lopatek (2) je vytvoren minimálne jeden prídavný kanálek (4).

Description

(57) Anotace:

Oběžné kolo, zejména odstředivého čerpadla, je tvořené nosným diskem (1) opatřeným lopatkami (2) vytvářejícími úzké průtočné kanálky (3), kde lopatky (2) jsou tvarované tak, že šířka jejich náběhové části (23) dosahující maximálně do jedné třetiny poloměru (R) nosného disku (1) je v podstatě konstantní a následně se lopatky (2) směrem k obvodu oběžného kola pozvolna rozšiřují, přičemž v rozšířené obvodové části (24) lopatek (2) je vytvořen minimálně jeden přídavný kanálek (4).

- 756 A3 z i /v A

O

CM

N

O 'ίύ'ζοοε • · • · · · · » · · · <

• · · · • · ··

-1 Oběžné kolo, zejména odstředivého čerpadla

Oblast techniky

Vynález se týká nové konstrukce kanálkového oběžného odstředivého čerpadla pro nízké rychloběžnosti.

kola, zejména

Dosavadní stav techniky

U odstředivých čerpadel pro nízké rychloběžnosti charakterizované specifickými otáčkami danými vztahem n_s < 40ot/min, která jsou určena pro malé průtoky a vysoké dopravní výšky se používají zpravidla oběžná kola, která jsou charakterizována malou šířkou a velkým průměrem, z čehož se odvíjí velká délka lopatek při jejich malé tloušťce. Tyto konstrukční požadavky vedou k tomu, že vstupní šířka kanálu oběžného kola je mnohem menší než výstupní šířka kanálu. Tato disproporce vede k tomu, že se v prostoru kanálu vytvoří při práci čerpadla vír, který způsobuje velké hydraulické ztráty. Hydraulické ztráty pak výrazně rostou se zmenšováním šířky oběžného kola a se zvětšováním tloušťky jeho lopatek.

Jednou z možností snižování hydraulických ztrát u tohoto typu oběžných kol je vkládání mezilopatek do kanálů, jak je popsáno například ve spisech US 3953150, JP 59165895, JP 9042194, W02005/108796 nebo EP ¢84386. Společným znakem uváděných řešení je, že mezi lopatky mají v podstatě stejný hydraulický tvar jako hlavní lopatky, pouze mají zkrácenou délku, a jsou umístěny uprostřed kanálu. Tato řešení sice vedou ke zvýšení dopravní výšky, ale mají za následek zhoršení hydraulické účinnosti, což je způsobeno tím, že proudnice relativních rychlostí nenavazuje plynule na vstupní část mezilopatky, takže zde dochází k odtržení mezní vrstvy a ke zvýšení hydraulické ztráty.

-2Další variantou snažící se odstranit nedostatky doposud vyráběných oběžných kol používaných pro nízké specifické otáčky jsou konstrukce tzv. kanálkových oběžných kol, popsaných například ve spisech JP 2005023794, JP 2004092599, JP 2003201994, JP 9068197, JP 7208392, JP 5071490, JP 3111697, JP 2002122095, JP 9189297, JP 2004232525, JP 58187600, EP 398377 a JP 2004353564. Společnou nevýhodou těchto řešení je, že vstupní prostor oběžného kola není řešen s ohledem na sací schopnost čerpadla, takže tato čerpadla vykazují náchylnost ke vzniku kavitace. Jejich použití je možno pouze tam, kde je možno zvýšit tlak na vstupu do čerpadla. Je pak známé, že Čerpadla s nízkými specifickými otáčkami jsou určena zejména pro vysoké dopravní výšky, které je možno dosáhnout vysokými otáčkami. Při vysokých otáčkách se problémy s kavitací ještě zhoršují, takže zmíněná provedení čerpadel není možno provozovat bez zvýšeného tlaku na sání čerpadla. Kanálková oběžná kola uvedených provedení jsou založena pouze na principu odstředivé síly, která způsobuje zvýšení tlaku na výstupu z čerpadla, a proto čerpadla s těmito oběžnými koly nemohou principielně dosahovat měrných energií srovnatelných s odstředivými čerpadly. Tyto nedostatky v podstatě odstraňuje provedení obsažené v níže uvedeném návrhu.

Úkolem předkládaného vynálezu je taková konstrukce oběžného kola, která sníží hydraulické ztráty vlivem lokálního víru a zajistí sací schopnost a měrnou energii srovnatelnou s odstředivými čerpadly, jejichž oběžné kolo má běžné provedení lopatek.

Podstata vynálezu

Stanoveného cíle dosahuje vynález, kterým je oběžné kolo, zejména odstředivého čerpadla, tvořené nosným diskem opatřeným lopatkami vytvářejícími úzké průtočné kanálky, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že lopatky jsou tvarované tak, že šířka jejich náběhové části dosahující maximálně do jedné třetiny poloměru nosného disku je v podstatě konstantní a následně se lopatky směrem k obvodu oběžného kola pozvolna rozšiřují, přičemž v rozšířené obvodové části lopatek je vytvořen minimálně jeden přídavný kanálek.

-3• ·· • · • · · • · ··· • · · · · · • · · · ·· ·· • · • · • · • ·

Další podstatou vynálezu je, že přídavné kanálky jsou vytvořeny v radiálním směru a jsou vedeny směrem od obvodu oběžného kola dostředně. Ve výhodných provedeních jsou přídavné kanálky tvořené radiálním vývrtem nebo jsou tvořené bočním zahloubením po jedné a/nebo obou stranách nosného disku a nebo jsou tvořené jako radiálně axiální a jejich radiální část je vedena směrem od obvodu oběžného kola dostředně a je propojena s axiální částí vedenou kolmo k jedné z ploch nosného disku.

Také je podstatou vynálezu, že do prostoru průtočných kanálků jsou vloženy mezilopatky tak, že jejich vstupní hrany jsou umístěny ve vstupní části průtočných kanálků tangenciálně k proudnici střední relativní rychlosti čerpaného média.

Konečně je podstatou vynálezu, že mezilopatky jsou vytvořeny tak, že úroveň jejich výstupní hrany je ve vnitřním prostoru průtočného kanálku a nebo je úroveň jejich výstupní hrany na úrovni výstupních hran lopatek.

Novou úpravou konstrukce kanálkového oběžného kola se dosahuje vyššího účinku v tom, že se zvyšuje celková hydraulická účinnost čerpadla, a to zvýšením měrné energie a zároveň sací schopnosti čerpadla. Další výhodou řešení je, že vytvořením přídavných kanálků v oblasti výstupní části lopatek je možno řídit radiální a axiální sílu, působící na oběžné kolo čerpadla, což má za důsledek snížení namáhání hřídele čerpadla a vibrací přenášených do okolního systému.

Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklad provedení vynálezu je schématicky znázorněn na připojených výkresech, kde obr.1 je příčný řez základním provedením oběžného kola s radiálně axiálními přídavnými kanálky v půdorysném pohledu, obr.2 je částečný řez oběžným kolem z obr.1 v rovině A-A, obr.3 je příčný řez alternativním provedením oběžného kola s čistě radiálními

-4• ··· • · « • · « přídavnými kanálky v půdorysném pohledu, obr.4 je příčný řez alternativním provedením oběžného kola s bočně zahloubenými přídavnými kanálky v půdorysném pohledu, obr.5 je částečný řez oběžným kolem z obr.4 v rovině A-A, obr.6 je příčný řez alternativním provedením oběžného kola z obr.1 s vloženými mezilopatkami ukončenými ve vnitřním prostoru průtočného kanálku, obr.7 je příčný řez alternativním provedením oběžného kola z obr.1 s vloženými mezilopatkami ukončenými na úrovni výstupní hrany lopatek.

Příklady provedení vynálezu

Oběžné kolo odstředivého čerpadla podle vynálezu je tvořeno nosným diskem 1, na jehož horní ploše jsou pravidelně uspořádány lopatky 2 vytvářející úzké průtočné kanálky 3, které jsou vytvořeny tak, aby se vstupní průtočná plocha vstupní hrany 21 a výstupní průtočná plocha výstupní hrany 22 výrazně nelišily, když platí vztah

S₂ =(0,95 až 1,05) Si.

Lopatky 2 jsou tvarovány tak, že šířka jejich náběhové části 23 dosahující přibližně do jedné čtvrtiny, maximálně do jedné třetiny, poloměru R nosného disku 1 je v podstatě konstantní a následně se lopatky 2 směrem k obvodu oběžného kola pozvolna rozšiřují, jak je patrné z přiložených obrázků. V rozšířené obvodové části 24 lopatek 2 je vytvořena sada radiálně axiálních přídavných kanálků 4, jejichž radiální část 41 je vedena směrem od obvodu oběžného kola dostředně a je propojena s jejich axiální částí 42 vedenou kolmo k ploše nosnému disku 1. Tvar přídavných kanálků 4, jejich počet a velikost se řídí požadovanou měrnou energií a velikostí radiální a axiální síly.

Pro velmi nízké specifické otáčky, tedy menší než 30 ot/min., je oběžné kolo řešeno tak, že do prostoru průtočných kanálků 3 jsou vloženy klasické dlouhé mezilopatky 5, které zvyšují měrnou energii a sací výšku čerpadla. Vstupní hrany 51 mezilopatek jsou umístěny ve vstupní části průtočných kanálků 3 tangenciálně k proudnici střední relativní rychlosti čerpaného média, takže nemusí ležet přesně uprostřed průtočných kanálků 3. Další tvar a

-5délka vložené mezilopatky 5 pak závisí na návrhovém bodě čerpadla. Poloha vstupní hrany 51_ mezilopatky 5, vložené do průtočného kanálku 3, vzhledem k poloze vstupní hrany 21 lopatky 2 se pak řídí požadavkem na sací schopnost čerpadla a může být vzhledem k rotační ose oběžného kola na různé úrovni. Stejně tak se může měnit úroveň výstupní hrany 52 mezilopatky 5, která může být ve vnitřním prostoru průtočného kanálku 3, jak je patrné z obr.6, nebo může být na úrovni výstupní hrany 22 lopatky 2, jak je znázorněno na obr.7.

Při otáčení oběžného kola proudí čerpané médium průtočnými kanálky 3. Zároveň pak dochází v přídavných kanálcích 4 k tvorbě vírů, které mají za následek zvýšení kinetické energie kapaliny a tím ke zvýšení měrné energie čerpadla a jeho sací schopnosti. Tvarem přídavných kanálků 4, jejích počtem a umístěním je možno dosáhnout také snížení radiální a axiální síly čerpadla. Optimální tvar a počet přídavných kanálků 4 je pak možno zjistit pouze exaktně výpočtem v závislosti na požadovaných parametrech čerpadla.

Popsaná provedení nejsou jedinými možnými řešením podle vynálezu, ale bez vlivu na jeho podstatu je možné radiální přídavné kanálky 4 vytvořit ve formě bočního zahloubení na jedné nebo obou stranách nosného disku 1, jak je patrné z obr.4 a obr.5. Mezilopatky 5 nemusí být umístěny v ose průtočných kanálků 3, jak je znázorněno na obr.3, ale mohou být vloženy do průtočných kanálků 3 excentricky.

Průmyslová využitelnost

Konstrukci oběžných kol podle vynálezu lze použít zejména pro odstředivá čerpadla určená pro malé průtoky a vysoké dopravní výšky.

·· ···

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Oběžné kolo, zejména odstředivého čerpadla, tvořené nosným diskem (1) opatřeným lopatkami (2) vytvářejícími úzké průtočné kanálky (3), vyznačující se tím, že lopatky (2) jsou tvarované tak, že šířka jejich náběhové části (23) dosahující maximálně do jedné třetiny poloměru (R) nosného disku (1) je v podstatě konstantní a následně se lopatky (2) směrem k obvodu oběžného kola pozvolna rozšiřují, přičemž v rozšířené obvodové části (24) lopatek (2) je vytvořen minimálně jeden přídavný kanálek (4).
2. 2. Oběžné kolo podle nároku 1, vyznačující se tím, že přídavné kanálky (4) jsou vytvořeny v radiálním směru a jsou vedeny směrem od obvodu oběžného kola dostředně.
3. 3. Oběžné kolo podle nároku 2, vyznačující se tím, že přídavné kanálky (4) jsou tvořené radiálním vývrtem.
4. 4. Oběžné kolo podle nároku 2, vyznačující se tím, že přídavné kanálky (4) jsou tvořené bočním zahloubením po jedné a/nebo obou stranách nosného disku (1).
5. 5. Oběžné kolo podle nároku 1, vyznačující se tím, že přídavné kanálky (4) jsou tvořené jako radiálně axiální a jejich radiální část (41) je vedena směrem od obvodu oběžného kola dostředně a je propojena s axiální částí (42) vedenou kolmo k jedné z ploch nosného disku (1).
6. 6. Oběžné kolo podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že že do prostoru průtočných kanálků (3) jsou vloženy mezilopatky (5) tak, že jejich vstupní hrany (51) jsou umístěny ve vstupní části průtočných kanálků (3) tangenciálně k proudnici střední relativní rychlosti čerpaného média.
7. 7. Oběžné kolo podle nároku 6, vyznačující se tím, že mezilopatky (5) jsou vytvořeny tak, že úroveň jejich výstupní hrany (52) je ve vnitřním prostoru průtočného kanálku (3).

   • ·

   -78. Oběžné kolo podle nároku 6, vyznačující se tím, že mezilopatky (5) jsou vytvořeny tak, že úroveň jejich výstupní hrany (52) je na úrovni výstupních hran (22) lopatek (2).

   OBR.1

   24 41

   OBR. 2

   OBR.3

   • · » · · · ·

   I · · « » · · *