CZ301534B6 - Non-positive displacement machine rotor - Google Patents

Abstract

In order to possibly prevent occurrence of operational instability of a non-positive displacement machine provided with a rotor with blades having their one end attached to a rotor hub and having their other end attached to a rotor cover disk and being arranged in tangential direction of the rotor in regular spaces, there is mutually defined a magnitude of a minimum distance (ain) of an action pressure side (11) of the first blade (1) on overpressure side (5) thereof at the point of its outlet edge (12) from a suction rear side (21) of an adjacent second blade (2) at the point near the hub (3) and magnitude of a minimum distance (aiv) of the action pressure side (11) of the first blade (1) on the overpressure side (5) thereof at the point of its outlet edge (12) from the rear suction side (21)of the adjacent second blade (2) at the point near the rotor cover disk (4) wherein the distance is defined by the following relationship: (ain) = (0.4 ? 1.2) . (aiv).

Description

Ob last techn ikyTechnical equipment

Vynález se týká oběžného kola tekutinového stroje, jehož lopatky, které jsou upevněny svým jedním koncem k náboji oběžného kola a svým druhým koncem ke krycímu disku oběžného kola, jsou v tangenciálním směru oběžného kola rozmístěny v rovnoměrných roztečích.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an impeller of a fluid machine, the vanes of which are fixed at one end to the impeller hub and at the other end to the impeller cover disk, and are spaced uniformly in the tangential direction of the impeller.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době známé a dosud v praxi užívané rotační lopatkové tekutinové stroje, provozované i v Čerpadlovém režimu, bývají při tomto čerpadlovém režimu často charakteristické jako prots voznč nestabilní a jejich provozní chování se označuje jako vznik lability. Ke vzniku takovéhoto stavu dochází zejména v oblasti vyšších dopravních výšek, jinak řečeno pracovních přetlaků, kdy proudění tekutiny v oblasti oběžného kola tekutinového stroje bývá již značně nerovnoměrné a stroj se vlivem těchto nerovnoměrností stává provozně nestabilní. V důsledku takového nežádoucího nestabilního provozního stavu nastává ztráta dopravní výšky, tj. pracovního přetlaku, přímo spojená jednak s kolísáním příkonu, jednak se zvýšením tlakových pulsací v celém pracovním okruhu, jakož i s významným zvýšením vibrací tekutinového stroje. Pro odstranění či potlačení těchto provozně nestabilních režimů stroje, nepřípustně ohrožujících až jeho základní konstrukčně mechanické parametry, zejména jeho provozní spolehlivost a funkční životnost, se dosud převážně přistupuje cestou rázného znatelného snižování výkonového, resp. rotačního provozního režimu, což však logicky vede k degradaci funkčně užitných vlastnosti tekutinového stroje. U stávajících užívaných řešení tekutinových strojů se problém odstranění vzniku lability převážně provádí zvětšením průměru oběžného kola, což však nelze uplatnit při každém konkrétním řešení patřičného tekutinového stroje, a zejména pak ne u takových, již konkrétně prakticky provozovaných, u nichž opatření odstranění vzniku lability zvětšením průměru oběžného kola, jehož charakteristické rozměry jsou stanoveny zastavováními rozměry zařízení, ve kterém je uloženo a proto je přirozeně nelze následně jakkoliv konstrukčně měnit, přičemž v takovýchto případech je nezbytné mít na zřeteli nalezení řešení, které zejména důsledně respektuje stanovení vhodného odstupu lopatek oběžného kola u jeho náboje, stejně jako i u jeho náboje, stejně jako i u jeho krycího disku, kdy je nutnost respektovat základní zásadu, že velikost takovéhoto odstupu je charakterizována vztahemThe currently known rotary turbomachine fluids, which are also used in the pump mode, are often characterized as unstable in this pump mode and their operational behavior is referred to as the occurrence of lability. Such a condition occurs especially in the area of higher conveying heights, in other words operating pressures, when the fluid flow in the area of the impeller of the fluid machine is already very uneven and the machine becomes operationally unstable due to these irregularities. As a result of such an undesirable unstable operating condition, the loss of head, i.e., the operating pressure, is directly related to both power fluctuations and an increase in pressure pulsations throughout the working circuit as well as to a significant increase in the fluid machine vibration. To eliminate or suppress these operationally unstable modes of the machine, impermissibly endangering its basic structural and mechanical parameters, in particular its operational reliability and functional life, the approach has so far been largely approached by a noticeable noticeable reduction of the power, respectively. rotational mode of operation, which, however, logically leads to degradation of functionally useful properties of the fluid machine. In the current fluid machine solutions used, the problem of eliminating lability is largely accomplished by increasing the diameter of the impeller, but this cannot be applied to any particular solution of the fluid machine in question, and in particular not to those already practically practicable impeller, the characteristic dimensions of which are determined by stopping the dimensions of the device in which it is stored and therefore naturally cannot be subsequently changed in any way, and in such cases it is necessary to take into account a solution that particularly respects the impeller charge, as well as its charge, as well as its cover disc, where it is necessary to respect the basic principle that the magnitude of such spacing is characterized by

- π . D. z¹, kde značí- π. D. of ¹ , where denotes

π.... Ludolfovo číslo,π .... Ludolf number,

D .... průměr oběžného kola v místě přetlakové strany z.... počet lopatek oběžného kolaD .... impeller diameter at the pressure side z .... number of impeller blades

Je nutno odůvodněně konstatovat, že u stávajících řešení oběžných kol tekutinových strojů nebyla bez rozdílu ve vztahu jejich základním konstrukčním principům až do současnosti úspěšně vyřešena problematika odstranění provozní nestability tekutinových strojů při jejich provozování v čerpadlovém režimu při současném zachování velikostí průměru oběžného kola.It has to be reasonably stated that in the existing solutions of the impellers of fluid machines, the problem of eliminating the operational instability of the fluid machines while operating in the pump mode while maintaining the impeller diameter sizes has not been successfully resolved to date without distinction in relation to their basic design principles.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Shora uvedenou problematiku řeší a nedostatky známých řešeni odstraňuje oběžné kolo tekutinového stroje, jehož lopatky, upevněné svým jedním koncem k náboji oběžného kola a svým dru-1 CZ 301534 B6 hým koncem ke krycímu disku oběžného kola, jsou v tangenciálním směru oběžného kola uspořádány v rovnoměrných roztečích, podle předmětného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že velikost minimálního odstupu a* mezi akční tlakovou stranou první lopatky na její přetlakové straně v místě její výstupní hrany a sací týlní stranou sousedící druhé lopatky v místě u náboje je vůči velikosti minimálního odstupu a* mezi akční tlakovou stranou první lopatky na její přetlakové straně v místě její výstupní hrany a týlní sací stranou sousedící druhé lopatky v místě u krycího disku je dán vztahem a_n = (0,4-M,2).(a_v), kde značí a«.... minimální odstup mezi akční tlakovou stranou první lopatky na její přetlakové straně v místě její výstupní hrany a sací týlní stranou druhé lopatky v místě u náboje aThe above-mentioned problem is solved and the drawbacks of the known solutions are eliminated by the impeller of the fluid machine, whose blades fixed by one end to the impeller hub and their second end to the impeller cover disc are arranged in the tangential direction of the impeller. spacing according to the present invention, characterized in that the minimum distance a * between the action pressure side of the first blade at its positive side at its outlet edge and the suction occipital side of the adjacent second blade at the hub location is relative to the minimum distance; * action between the pressure side of the first vane at its pressure side at the point of its outlet edge and the suction side of the occipital adjacent second blade at a location adjacent the cover disc is given by _n = (0.4-M, 2). _(v) where indicates a " minimum distance between the action pressure side of the first paddle at j the pressure side at its outlet edge and suction occipital side of the other blade at the hub and

ay.... minimální odstup mezi akční tlakovou stranou první lopatky na její přetlakové straně v místě její výstupní hrany a sací týlní stranou druhé lopatky v místě u krycího disku.ay .... the minimum distance between the action pressure side of the first blade at its positive side at its outlet edge and the suction occipital side of the second blade at a location on the cover disc.

Výhody vytvoření oběžného kola tekutinového stroje podle vynálezu lze při zachování všech předností dosud známých porovnatelných řešení spatřovat především v možném dosažení stabili2o zace proudění tekutiny v oblasti oběžného kola, přičemž současně tím dochází k výhodnému posunu oblasti provozní lability pri provozu tekutinového stroje v jeho čerpadlovém režimu mimo uvažovaný provozní rozsah tekutinového stroje. Za podstatnou výhodu vytvoření oběžného kola podle vynálezu lze pak považovat jeho okamžité praktické uplatnění při uvažované potřebné rekonstrukci či opravách již provozovaných tekutinových strojů, zabudovaných jako součást technologických celků, u nichž je zastavovací prostor pro tento tekutinový stroj a přirozeně i jeho oběžné kolo s danou neměnnou velikostí jeho vnějšího průměru předem vymezen a který je nutno jako takový respektovat.The advantages of providing the impeller of the fluid machine according to the invention, while maintaining all the advantages of the prior art comparable solutions, can be seen above all in the possible achievement of fluid flow stabilization in the area of the impeller. considered operating range of the fluid machine. An essential advantage of the impeller design according to the invention is its immediate practical application in the considered necessary reconstruction or repair of already operated fluid machines, incorporated as part of technological units, in which there is a stopping space for this fluid machine and of course its impeller with the fixed the size of its outer diameter is predetermined and must be respected as such.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude dále podrobněji popsán pomocí připojených výkresů, na nichž znázorňuje obr. 1 příkladné provedení oběžného kola tekutinového stroje podle vynálezu ve schematickém podélném osovém pohledu, obr. 2 představuje příkladné provedení oběžného kola tekutinového stroje podle vynálezu podle obr. 1 v podélném osovém řezu, na obr. 3 je znázorněno příkladné provedení oběžného kola tekutinového stroje podle obr. 2 v příčném pohledu, směrujícím ve směru odspodu na náboj, obr. 4 představuje příkladné provedení oběžného kola tekutinového stroje podle obr. 3, znázorňující výřez detailu vzájemné prostorové konfigurace dvou tangenciálně sousedících lopatek, přičemž na obr. 5 je v grafickém znázornění vyjádření vztahu dopravní výšky tekutiny na jejím průtočném množství, schematicky čárkovanými svislým čarami srovnatelně vyznačeno provozní pásmo tekutinového stroje, a to řešení užívaných známých v jeho horní části a řešení podle vynálezu, příkladně znázorněného na obr. 1 až 4, v jeho spodní části.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a fluid machine impeller of the invention in a schematic longitudinal axial view; FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a fluid machine impeller of the invention of FIG. 1 in longitudinal axial section; Fig. 3 shows an exemplary embodiment of the fluid machine impeller of Fig. 2 in a cross-sectional view, pointing downwards towards the hub; Fig. 4 illustrates an exemplary embodiment of the fluid machine impeller of Fig. 3 showing a detail detail of the mutual spatial configuration of two tangentially FIG. 5 is a diagrammatic representation of the relationship of fluid head to fluid flow through a schematically dashed vertical line comparatively indicating the operating range of the fluid machine, i.e. and the solution according to the invention, as shown in FIGS. 1 to 4, in the lower part.

Příklady provedeni vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Oběžné kolo tekutinového stroje podle vynálezu je charakterizováno lopatkami 1, které jsou svým jedním koncem ukotveny k náboji 3 oběžného kola a svým druhým koncem ke krycímu disku 4 oběžného kola. Lopatky I, jejichž počet je u oběžného kola tekutinového stroje podle vynálezu roven alespoň dvěma, jsou v tangenciálním směru oběžného kola rozmístěny v pravidelných roztečích (^) = (0,4^ 1,2).(aThe impeller of the fluid machine according to the invention is characterized by vanes 1, which are anchored at one end to the impeller hub 3 and at the other end to the impeller cover disk 4. The vanes I, the number of which in the impeller of the fluid machine according to the invention is at least two, are spaced in the tangential direction of the impeller at regular intervals (() = (0.4 1,2 1.2).

-2CZ 301534 B6-2GB 301534 B6

Jak je názorně patrno podle obr. 2 až 3, je při respektování vnějšího průměru oběžného kola daného předem vymezeným úložným zastavovacím prostorem v nadřazeném technologickém zařízení, například v technologických prostorech zařízení již provozovaných vodních elektráren velikost minimálního odstupu mezi akční tlakovou stranou JJ. první lopatky J na její pretlako5 vé straně 5 v místě její výstupní hrany 12a sací týlní stranou 21 tangenciálně s první lopatkou i sousedící druhé lopatky 2 v místě u náboje 3 oběžného kola tekutinového stroje podle vynálezu vůči velikosti minimálního odstupu mezi akční tlakovou stranou JI první lopatky J na její přetlakové straně 5 v místě její výstupní hrany 12 a sací týlní stranou 21 toutéž sousedící druhé lopatky 2 v místě krycího disku 4 definován vztahemAs can be seen from FIGS. 2 to 3, with respect to the outer diameter of the impeller given by the predetermined storage stopping space in the upstream process equipment, for example in the plant operating areas of already operated hydroelectric power plants, the minimum distance between the action pressure side 11 is. the first vane on its pressure side 5 at its outlet edge 12a by the suction face 21 tangentially to the first vane i adjacent the second vane 2 at a location near the impeller hub 3 of the fluid machine of the invention relative to the minimum distance J on its positive side 5 at its outlet edge 12 and the suction face 21 of the same adjacent second blade 2 at the location of the cover disk 4 defined by

ÍO ^ = (0,4^ 1,2). a,, kde značí100 = (0.4? 1.2). and, where denotes

.... minimální odstup mezi akční tlakovou stranou JJ. první lopatky I na její přetlakové straně.... minimum distance between the action pressure side JJ. the first blade I on its positive side

5 v místě její výstupní hrany 12 a sací týlní stranou 21 druhé lopatky 2 v místě u náboje 3 a5 at its outlet edge 12 and suction-side 21 of the second vane 2 at the hub 3 and

a*.... minimální odstup mezi akční tlakovou stranou JJ. první lopatky J na její přetlakové straně 5 v místě její výstupní hrany J2 a sací týlní stranou 21 druhé lopatky 2 v místě u krycího disku 4 u krycího disku oběžného kola tekutinového stroje podle vynálezu.and * .... minimum distance between the action pressure side 11. the first vane J on its overpressure side 5 at its outlet edge J2 and the suction occipital side 21 of the second vane 2 at a location on the cover disk 4 of the cover disk of the fluid machine impeller of the invention.

Jak je dobře patrno podle obr. 4 jsou jak velikost předmětného minimálního odstupu stejně tak jako velikost předmětného minimálního odstupu a^definovány jako průměry jim příslušných vepsaných kružnic, konkrétně na obr. 4 vyznačených čárkovaně.As can be clearly seen in FIG. 4, both the size of the subject minimum distance as well as the size of the subject minimum distance are defined as the diameters of their respective inscribed circles, in particular in FIG.

U takto vytvořeného výhodné řešení oběžného kola tekutinového stroje podle vynálezu se docílí významného zešikmení výstupních hran 12, 22 shodně tělesně vytvořených lopatek i, 2 oběžného kola, což ve svém důsledku vede k příznivému posunu pásma provozního režimu, jak je názorně patro podle obr. 5, kde je tento režim provozní nestability charakterizován na křivce vztahu mezi průtočným množstvím tekutiny a její dopravní výškou vyznačeným sedlem, vysky30 tující se v oblasti provozního pásma vymezeného na obr. 5, svislými čárkovanými čarami, u všech dosud známých řešení, jak je patrno v horní části obr. 5, právě mimo oblast provozní nestability $ tedy odstranění nepříznivého vlivu vzniku lability u tekutinového stroje s výhodným vytvořením oběžného kola podle vynálezu, jak je tento posun dobře patrný ve spodní části obr. 5, což ve svém důsledku znamená docílení trvale příznivých provozních režimů tekutinového stroje s oběžným kolem podle vynálezu při záruce úplného odstranění nežádoucích vlivů vzniku provozní lability bez ohledu na charakter jeho provozních režimů.With the preferred embodiment of the impeller of the fluid machine according to the invention, a significant bevel of the outlet edges 12, 22 of the equally designed impeller blades 1, 2 is achieved, resulting in a favorable shift of the operating mode band as illustrated in FIG. 5. wherein this mode of operational instability is characterized by a vertical dashed line in the relationship between the flow rate of fluid and its head height indicated by the seat, shown in the area of the operating zone defined in Figure 5, in all prior art solutions as seen in the upper 5, just outside the field of operational instability, thus eliminating the unfavorable effect of lability in the fluid machine with the advantageous embodiment of the impeller according to the invention, as this displacement is clearly seen in the lower part of FIG. modes fluid machine having an impeller according to the invention to guarantee the complete elimination of undesirable environmental impacts of operational instability irrespective of the nature of its operational modes.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Oběžné kolo tekutinového stroje podle vynálezu je mnohostranně využitelné zejména v oboru stavby, rekonstrukce a/nebo oprav nejrůznějších typů rotačních lopatkových tekutinových strojů, jako jsou například hydrodynamická čerpadla, čerpadlové turbíny, kompresory, dmychadla a podobně.The impeller of the fluid machine according to the invention can be used in many ways in the field of construction, reconstruction and / or repair of various types of rotary vane fluid machines, such as hydrodynamic pumps, pump turbines, compressors, blowers and the like.

Claims (1)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Oběžné kolo tekutinového stroje, jehož lopatky, upevněné svým jedním koncem k náboji oběžného kola a svým druhým koncem ke krycímu disku oběžného kola, jsou v tangenciálním směru oběžného kola uspořádány v rovnoměrných roztečích, vyznačující se tím, že velikost minimálního odstupu (aj mezi akční tlakovou stranou (11) první lopatky (1) na její přelo tlakové straně (5) v místě její výstupní hrany (12) a sací týlní stranou (21) sousedící druhé lopatky (2) v místě u náboje (3) je vůči velikosti minimálního odstupu (a_v) mezí akční tlakovou stranou (11) první lopatky (1) na její přetlakové straně (5) v místě její výstupní hrany (12) a týlní sací stranou (21) sousedící druhé lopatky (2) v místě u krycího disku (4) je dána vztahem1. An impeller of a fluid machine, the blades of which are fixed at one end to the impeller hub and at the other end to the impeller cover disk, are arranged in a uniform pitch in the tangential direction of the impeller, characterized in that the action pressure side (11) of the first blade (1) at its forward pressure side (5) at its outlet edge (12) and the suction occipital side (21) of the adjacent second blade (2) at the hub (3) is relative to size a minimum distance (a _v ) between the action pressure side (11) of the first blade (1) on its positive side (5) at its outlet edge (12) and the occipital suction side (21) of the adjacent second blade (2) at the cover disc (4) is given by the relation 15 (^) = (0,4^1,2). (av), kde značí (a^ .... minimální odstup mezi akční tlakovou stranou (11) první lopatky (1) na její přetlakové straně (5) v místě její výstupní hrany (12) a sací týlní stranou (21) druhé lopatky (2)15 (?) = (0.4? 1.2). (av), where it indicates (a ^ .... minimum distance between the action pressure side (11) of the first blade (1) on its pressure side (5) at its outlet edge (12) and the suction occipital side (21) of the second blades (2) 20 v místě u náboje (3) a20 at the hub (3) a (ay) ...minimální odstup mezi akční tlakovou stranou (11) první lopatky (1) na její přetlakové straně (5) v místě její výstupní hrany (12) a sací týlní stranou (21) druhé lopatky (2) v místě u krycího disku (4).(ay) ... minimum distance between the action pressure side (11) of the first blade (1) on its pressure side (5) at its outlet edge (12) and the suction occipital side (21) of the second blade (2) at the u a cover disc (4).