RU152113U1 - ANTI-CAVITATION SECOND-CENTRIFUGAL WORKING WHEEL OF THE CIRCULATION PUMP FOR A HIGH-TEMPERATURE HEAT - Google Patents

Abstract

1. Антикавитационное осецентробежное рабочее колесо циркуляционного насоса, содержащее ведущий и ведомый диски, между которыми расположены основные центробежные лопасти, конструктивно объединенные с лопастями входной осевой шнековой части, расположенной в горловине колеса, с возможностью единой скорости вращения всех лопастей, отличающееся тем, что колесо имеет выраженную вытянутую входную осевую шнековую часть с соотношением ряда геометрических параметров колеса в диапазонах: l/l=0,2…0,3; D/l=1,0…1,1; l/D=0,6…0,7; где l - полная длина колеса по осевой линии; l- расстояние по оси от входной кромки шнековых лопастей входной осевой части до входной кромки центробежных лопастей; D- диаметр входной горловины колеса; D- выходной диаметр рабочего колеса.2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что для равномерного расположения лопастей по осевой окружности использовано кратное соотношение числа лопастей, а именно, на каждую осевую шнековую лопасть приходится по одинаковому кратному числу центробежных лопастей.3. Колесо по п. 2, отличающееся тем, что кратное соотношение числа лопастей выбрано следующее: на одну шнековую лопасть по три центробежные лопасти, а в результате в колесе установлены две шнековые лопасти и шесть центробежных лопастей, из которых только две центробежные лопасти имеют непрерывный сглаженный переход с указанными двумя шнековыми лопастями.1. The anti-cavitation centrifugal impeller of the circulation pump, containing the driving and driven disks, between which are located the main centrifugal blades, structurally combined with the blades of the inlet axial screw part located in the mouth of the wheel, with the possibility of a uniform speed of rotation of all the blades, characterized in that the wheel has pronounced elongated input axial auger part with the ratio of a number of geometric parameters of the wheel in the ranges: l / l = 0.2 ... 0.3; D / l = 1.0 ... 1.1; l / D = 0.6 ... 0.7; where l is the full length of the wheel along the center line; l is the distance along the axis from the input edge of the screw blades of the input axial part to the input edge of the centrifugal blades; D is the diameter of the inlet of the wheel; D is the output diameter of the impeller. 2. The wheel according to claim 1, characterized in that for the uniform arrangement of the blades along the axial circumference, a multiple ratio of the number of blades is used, namely, for each axial screw blade there is an equal multiple of the number of centrifugal blades. 3. The wheel according to claim 2, characterized in that the multiple ratio of the number of blades is selected as follows: three centrifugal blades on one screw blade, and as a result, two screw blades and six centrifugal blades are installed in the wheel, of which only two centrifugal blades have a continuous smooth transition with the indicated two auger blades.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к циркуляционным насосам для высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ), а именно к осецентробежным рабочим колесам циркуляционных насосов.The utility model relates to circulation pumps for high-temperature organic coolant (BOT), and in particular to centrifugal impellers of circulation pumps.

Уровень техникиState of the art

Одной из проблем работы центробежных насосов является возможность возникновения кавитации перекачиваемой жидкости, отчего резко падают напор и КПД насоса и ускоряется изнашивание деталей насоса, контактирующих с кавитирующей жидкостью.One of the problems with the operation of centrifugal pumps is the possibility of cavitation of the pumped liquid, which causes the pressure and efficiency of the pump to drop sharply and the wear of pump parts in contact with cavitating fluid is accelerated.

Один из возможных путей решения этой проблемы - установка шнека (или осевой шнековой части) на входе в центробежное колесо. Однако здесь возможны разные варианты такой установки.One of the possible ways to solve this problem is to install a screw (or axial screw part) at the entrance to the centrifugal wheel. However, there are various options for such an installation.

Есть ряд патентов на шнекоцентробежные насосы, например, патент РФ 2382236 (МПК F04D 9/04, F04D 13/02, опубликовано 20.02.2010). У запатентованного насоса шнек изготовлен и установлен отдельно от центробежного колеса, его лопасти не продолжаются в лопасти центробежного колеса. Антикавитационные качества, возможно, в таком насосе и неплохие (за счет снижения скорости вращения шнека), так как шнек вращается медленнее центробежного колеса и приводится в движение отдельной турбиной.There are a number of patents for screw centrifugal pumps, for example, RF patent 2382236 (IPC F04D 9/04, F04D 13/02, published 02.20.2010). In a patented pump, the screw is made and installed separately from the centrifugal wheel, its blades do not extend into the centrifugal wheel blades. The anti-cavitation qualities, possibly in such a pump, are not bad (due to a decrease in the screw rotation speed), since the screw rotates more slowly than a centrifugal wheel and is driven by a separate turbine.

Однако, это существенно усложняет конструкцию и делает невозможным получение большого ресурса работы насоса. Этот насос, очевидно, предназначен для высоких (десятки тысяч оборотов в мин.) скоростей вращения и малых ресурсов работы насоса.However, this significantly complicates the design and makes it impossible to obtain a long service life of the pump. This pump is obviously designed for high (tens of thousands of revolutions per minute) rotation speeds and low pump life.

Соответственно другое направление антикавитационных комбинированных колес -когда шнек и центробежное колесо объединены друг с другом (выполнены заодно).Accordingly, the other direction of the anti-cavitation combined wheels is when the auger and centrifugal wheel are combined with each other (made at the same time).

Известно рабочее колесо насоса по авторскому свидетельству СССР 1731998 (МПК F04D 29/18, опубликовано 07.05.1992), предназначенное для повышения КПД и антикавитационных качеств. Рабочее колесо содержит выполненные заодно центробежные и винтовые лопасти, при этом в зоне расположения винтовых лопастей в колесе выполнена сужающаяся в направлении к центробежным лопастям центральная полость, имеющая форму тела вращения, образующая которого в меридиональном сечении является огибающей внутренних кромок винтовых лопастей. Центробежные и винтовые лопасти закреплены на одном покрывном диске, полость в зоне входа и выхода винтовых лопастей имеет форму, конфузоров, а в средней части - форму цилиндра, а вершины внутренних кромок винтовых лопастей выполнены загнутыми в радиальной плоскости в направлении вращения.The impeller of the pump is known according to the author's certificate of the USSR 1731998 (IPC F04D 29/18, published on 05/07/1992), designed to increase efficiency and anti-cavitation qualities. The impeller contains at the same time centrifugal and helical blades, while in the zone of location of the helical blades in the wheel, a central cavity is formed tapering towards the centrifugal blades, having the shape of a body of revolution, which in the meridional section is the envelope of the inner edges of the helical blades. Centrifugal and screw blades are mounted on one cover disk, the cavity in the area of the input and output of the screw blades has the shape of confusers, and in the middle part it has the shape of a cylinder, and the vertices of the inner edges of the screw blades are made bent in the radial plane in the direction of rotation.

Недостатком такого решения является очевидная технологическая сложность изготовления такого колеса, в частности, его центральной полости, да и другие его элементы также являются непростыми в изготовлении.The disadvantage of this solution is the obvious technological complexity of manufacturing such a wheel, in particular, its central cavity, and its other elements are also difficult to manufacture.

Наиболее близким аналогом можно признать антикавитационное рабочее колесо по патенту РФ 2372529 (МПК F04D 29/22, F04D 9/04, F04D 29/66, опубликовано 10.11.2009). Рабочее колесо содержит ведущий и ведомый диски. Между дисками расположены основные лопатки рабочего колеса. Основные лопатки конструктивно объединены с лопатками шнека. Лопатки шнека полностью расположены во входном направляющем аппарате (горловине колеса по общепринятой терминологии). Отношение диаметра входа в рабочее колесо к диаметру основной лопатки рабочего колеса равно 0,52…0,7. Отношение ширины входного кольца направляющего аппарата к ширине выходной щели рабочего колеса равно 1,6…2,5.The closest analogue can be recognized anti-cavitation impeller according to the patent of the Russian Federation 2372529 (IPC F04D 29/22, F04D 9/04, F04D 29/66, published 10.11.2009). The impeller contains a drive and a driven disc. Between the disks are the main blades of the impeller. The main blades are structurally combined with auger blades. The auger blades are completely located in the inlet guide vane (the mouth of the wheel according to generally accepted terminology). The ratio of the diameter of the entrance to the impeller to the diameter of the main blades of the impeller is 0.52 ... 0.7. The ratio of the width of the input ring of the guide vane to the width of the output slit of the impeller is 1.6 ... 2.5.

Данное комбинированное осецентробежное колесо по смыслу близко к предлагаемой полезной модели, но в прототипе лопасти шнека развиты слабо, т.е. фактически шнека нет (так как слабо развита осевая часть). Слабая осевая часть сужает зону безкавитационной работы насоса при изменении его подачи. Кроме того, при разных величинах напора и подачи комбинированного осецентробежного колеса насоса могут требоваться разные оптимальные соотношения размеров осевой (шнековой) и центробежной (лопастной) частей колеса. При единой подаче жидкости в осевой и центробежной частях напор центробежной части определяется геометрическими параметрами насоса. В свою очередь, от величин напора и подачи рассчитывается геометрия центробежной части насоса, а геометрия осевой части определяется величинами подачи и кавитационного запаса, причем взаимосвязь и взаимозависимость геометрических параметров частей комбинированного колеса при этом обусловлены единой общей скоростью вращения колеса.This combined centrifugal wheel is close in meaning to the proposed utility model, but in the prototype the auger blades are poorly developed, i.e. in fact, there is no screw (since the axial part is poorly developed). The weak axial part narrows the zone of non-cavitation operation of the pump when its flow changes. In addition, for different head and feed rates of the combined centrifugal pump wheel, different optimum ratios of the axial (screw) and centrifugal (blade) parts of the wheel may be required. With a single fluid supply in the axial and centrifugal parts, the pressure of the centrifugal part is determined by the geometric parameters of the pump. In turn, the geometry of the centrifugal part of the pump is calculated from the pressure and supply values, and the geometry of the axial part is determined by the values of the supply and cavitation margin, and the interconnection and interdependence of the geometric parameters of the parts of the combined wheel are due to a single common wheel speed.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей полезной модели была разработка антикавитационного комбинированного осецентробежного колеса, предназначенного для нормальных скоростей вращения (порядка 2900…3000 об/мин), с большой подачей до 400 м³/ч с рабочим давлением до 0,8 МПа; рабочей температурой теплоносителя до +200°C и больших ресурсов работы насоса.The objective of the utility model was the development of an anti-cavitation combined centrifugal wheel designed for normal rotation speeds (of the order of 2900 ... 3000 rpm), with a large flow rate of up to 400 m ³ / h with a working pressure of up to 0.8 MPa; operating temperature up to + 200 ° C and large pump life.

Техническим результатом является увеличение КПД рабочего колеса при условии выполнения требований по допустимому кавитационному запасу (1,5…2 м) насоса для перекачивания высокотемпературного органического теплоносителя и расширение зоны его безкавитационной работы при изменении подачи насоса, в том числе для снижения давления теплоносителя в контуре системы циркуляции высокотемпературного органического теплоносителя (за счет оптимизации геометрии комбинированного колеса и отсутствияThe technical result is to increase the efficiency of the impeller provided that the requirements for an acceptable cavitation stock (1.5 ... 2 m) of the pump are met for pumping high-temperature organic coolant and expand the zone of its cavitation-free operation when the pump flow is changed, including to reduce the coolant pressure in the system circuit circulation of high-temperature organic coolant (due to optimization of the geometry of the combined wheel and the absence of

отрывов потока на выходе с осевые шнековых лопаток (или синоним: лопастей) и плавного непрерывного перетока на основные лопатки рабочего колеса).flow separations at the exit from the axial screw blades (or synonym: blades) and smooth continuous flow to the main blades of the impeller).

Технический результат достигается тем, что предлагаемое антикавитационное комбинированное осецентробежное рабочее колесо циркуляционного насоса содержит ведущий и ведомый диски, между которыми расположены основные центробежные лопасти, конструктивно объединенные с шнековыми лопастями входной осевой части колеса, расположенного в горловине колеса, с возможностью единой скорости вращения всех лопастей. При этом колесо имеет выраженную вытянутую входную осевую часть с соотношением ряда геометрических параметров колеса в диапазонах, полученных оптимизацией методами гидродинамического моделирования, а именно: l₁/l=0,2…0,3; D₁/l=1,0…1,1; l/D₂=0,6…0,7; где 1 - полная длина колеса по осевой линии; l₁ - расстояние по оси от входной кромки шнековых лопастей входной осевой части до входной кромки центробежных лопастей; D₁ -диаметр входной горловины колеса; D₂ - выходной диаметр рабочего колеса (примечание: если использовать нетрадиционные геометрические параметры прототипа, в котором отношение диаметра входа в рабочее колесо к диаметру основной лопатки рабочего колеса равно 0,52…0,7, а отношение ширины входного кольца направляющего аппарата к ширине выходной щели рабочего колеса равно 1,6…2,5, то в предлагаемом колесе такое отношение диаметра входа в рабочее колесо к диаметру основной лопатки рабочего колеса будет примерно равно 1,2…1,4, а отношение ширины входного кольца направляющего аппарата к ширине выходной щели рабочего колеса будет равно примерно 1,0, что отражает существенные геометрические отличия предлагаемого колеса от прототипного).The technical result is achieved by the fact that the proposed anti-cavitation combined centrifugal impeller of the circulation pump contains a driving and driven disks, between which are located the main centrifugal blades, structurally combined with the screw blades of the input axial part of the wheel located in the mouth of the wheel, with the possibility of a uniform speed of rotation of all the blades. Moreover, the wheel has a pronounced elongated input axial part with a ratio of a number of geometric parameters of the wheel in the ranges obtained by optimization by the methods of hydrodynamic modeling, namely: l ₁ / l = 0.2 ... 0.3; D ₁ / l = 1.0 ... 1.1; l / D ₂ = 0.6 ... 0.7; where 1 is the total length of the wheel along the center line; l ₁ - the distance along the axis from the input edge of the screw blades of the input axial part to the input edge of the centrifugal blades; D _{1 is the} diameter of the inlet of the wheel; D ₂ - the output diameter of the impeller (note: if you use non-traditional geometric parameters of the prototype, in which the ratio of the diameter of the entrance to the impeller to the diameter of the main blades of the impeller is 0.52 ... 0.7, and the ratio of the width of the input ring of the guide vane to the width of the output the impeller gap is 1.6 ... 2.5, then in the proposed wheel this ratio of the diameter of the entrance to the impeller to the diameter of the main blades of the impeller will be approximately 1.2 ... 1.4, and the ratio of the width of the input ring of the guide vane to the outlet of the impeller gap width will be equal to about 1.0, which reflects the significant geometrical differences from the prototype of the proposed wheel).

Помимо этого, для равномерного расположения лопастей по осевой окружности предпочтительно использовать кратное соотношение числа лопастей, а именно, на каждую осевую шнековую лопасть приходится по одинаковому числу центробежных лопастей. В частном случае, кратное соотношение числа лопастей может быть выбрано следующим: на одну шнековую лопасть приходится по три центробежные лопасти, а в результате всего в комбинированном колесе могут быть установлены две шнековые лопасти и шесть центробежных лопастей, из которых только две центробежные лопасти имеют непрерывный сглаженный переход с указанными двумя шнековыми лопастями.In addition, for a uniform arrangement of the blades along the axial circumference, it is preferable to use a multiple ratio of the number of blades, namely, for each axial screw blade there is an equal number of centrifugal blades. In the particular case, the multiple ratio of the number of blades can be selected as follows: one centrifugal blade has three centrifugal blades per screw, and as a result, two screw blades and six centrifugal blades can be installed in the combined wheel, of which only two centrifugal blades have a continuous smooth transition with the indicated two auger blades.

Перечень фигурList of figures

На фиг. 1 изображена в аксонометрии 3D-модель комбинированного осецентробежного рабочего колеса циркуляционного насоса с улучшенной антикавитационной характеристикой (или синонимично: с повышенной всасывающей способностью).In FIG. 1 is a perspective view showing a 3D model of a combined centrifugal impeller for a circulation pump with improved anti-cavitation performance (or synonymously: with increased suction capacity).

На фиг. 2 изображена «прозрачная» 3D-геометрическая модель предлагаемого двухступенчатого колеса для моделирования процессов в потоке жидкости через него.In FIG. 2 shows a “transparent” 3D geometric model of the proposed two-stage wheel for modeling processes in the fluid flow through it.

На фиг. 3 схематично показаны основные элементы конструкции предлагаемого колеса.In FIG. 3 schematically shows the basic structural elements of the proposed wheel.

На фиг. 4 показаны обозначения основных геометрических параметров предлагаемого колеса.In FIG. 4 shows the designation of the basic geometric parameters of the proposed wheel.

На фиг. 5 показано распределение давлений в потоке жидкости по результатам гидродинамического моделирования течения жидкости в рабочем колесе.In FIG. Figure 5 shows the distribution of pressures in the fluid flow according to the results of hydrodynamic modeling of the fluid flow in the impeller.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Позициями на фиг. 1, 2, 3 в сквозной нумерации обозначены: 1 - входная кромка осевых шнековых лопастей входной осевой части колеса (или сокращенно: шнека); 2 - входная кромка лопастей второй центробежной ступени (переход от осевой ступени к центробежной); 3 -возможная зона в осевой ступени с давлением меньше или равным давлению насыщенных паров жидкости при интенсивной кавитации; 4 - выход потока жидкости из колеса; 5 -шнековые лопасти входной осевой шнековой части; 6 - центробежные лопасти центробежной части колеса; 7 - входная горловина колеса; 8 - ведущий и ведомый диски.With reference to FIG. 1, 2, 3 in through numbering are indicated: 1 - the input edge of the axial screw blades of the input axial part of the wheel (or in abbreviated form: screw); 2 - the input edge of the blades of the second centrifugal stage (transition from the axial stage to the centrifugal); 3 - a possible zone in the axial stage with a pressure less than or equal to the pressure of saturated vapor of the liquid during intensive cavitation; 4 - fluid flow output from the wheel; 5 - screw blades of the input axial screw part; 6 - centrifugal blades of the centrifugal part of the wheel; 7 - an entrance mouth of a wheel; 8 - master and slave drives.

Циркуляционный насос с использованием предлагаемого рабочего колеса для перекачивания горячего высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ), рассчитанный на большую подачу до 400 м³/час, устанавливается в системе циркуляции после нагревательного котла. При больших подачах теплоносителя и, соответственно, увеличивающихся потерях во всасывающем трубопроводе (не показан) возможно падение давления на входе в насос до близкого к давлению насыщенных паров и вследствие этого возникновение кавитации в насосе, что, в свою очередь, может привести к резкому падению расхода ВОТ в контуре системы и перегреву котла с последующим аварийным остановом или выходом системы из строя. Причем наиболее опасны системы на основе ВОТ с относительно низкой температурой кипения (в частности, на основе этиленгликоля). Для исключения такой ситуации обычным решением является подъем давления ВОТ в котле, что увеличивает общий вес системы циркуляции (вследствие необходимости повышения прочности ее элементов).A circulation pump using the proposed impeller for pumping hot high-temperature organic coolant (BOT), designed for high flow rates up to 400 m ³ / h, is installed in the circulation system after the heating boiler. With large flows of coolant and, consequently, increasing losses in the suction pipe (not shown), a pressure drop at the pump inlet is possible close to the saturated vapor pressure and, as a result, cavitation in the pump can occur, which, in turn, can lead to a sharp drop in flow HERE in the system circuit and overheating of the boiler, followed by an emergency stop or system failure. Moreover, the most dangerous systems based on BOT with a relatively low boiling point (in particular, based on ethylene glycol). To eliminate this situation, the usual solution is to increase the pressure of the BOT in the boiler, which increases the total weight of the circulation system (due to the need to increase the strength of its elements).

Предлагаемое комбинированное осецентробежное рабочее колесо помогает решить эту проблему и работает следующим образом. Поток перекачиваемой рабочей жидкости закручивается по спирали шнека во входной горловине 7 и без отрыва от его лопастей 5 плавно непрерывным потоком перетекает на основные центробежные лопасти 6 рабочего колеса.The proposed combined centrifugal impeller helps to solve this problem and works as follows. The flow of the pumped working fluid is twisted in a spiral auger in the inlet neck 7 and without separation from its blades 5 flows smoothly into the main centrifugal blades 6 of the impeller.

Усложнение формы комбинированного рабочего колеса вызывает сложности при расчете ее параметров по традиционным методикам, в связи с чем с помощью программного пакета STAR ССМ+, применяемого на кафедре Э-10 МГТУ им. Н.Э. Баумана, проведено комплексное гидродинамическое моделирование насоса и оптимизация его проточной части (на фиг. 1 и фиг. 2 представлены 3D-модели предлагаемого антикавитационного комбинированногоThe complication of the shape of the combined impeller causes difficulties in calculating its parameters according to traditional methods, and therefore with the help of the STAR CCM + software package used at the E-10 department of MSTU. N.E. Bauman, a comprehensive hydrodynamic modeling of the pump and optimization of its flow part (in Fig. 1 and Fig. 2 presents 3D-models of the proposed anti-cavitation combined

осецентробежного рабочего колеса циркуляционного насоса с повышенной всасывающей способностью).centrifugal impeller of a circulation pump with increased suction capacity).

Поток направлен полностью межлопастным пространством входной осевой шнековой части и центробежного колеса. Поэтому дополнительные равномерно расположенные центробежные лопасти 6 (не связанные со шнековыми лопастями 5), вступающие в поток, обтекаются без больших углов атаки, что хорошо для поддержания антикавитационного режима работы выходной центробежной ступени насоса с дисками 8.The flow is directed completely by the inter-blade space of the inlet axial screw part and the centrifugal wheel. Therefore, additional uniformly spaced centrifugal blades 6 (not connected with screw blades 5) entering the flow streamline without large angles of attack, which is good for maintaining the anti-cavitation mode of operation of the output centrifugal pump stage with disks 8.

Задачей гидродинамической оптимизации было получение возможно большего КПД колеса при условии выполнения требований по допустимому кавитационному запасу (1,5…2 м). Гидродинамическое моделирование проводилось на вычислительном кластере кафедры Э10 МГТУ им. Н.Э.Баумана, количество ячеек расчетной сетки составляло до 2 млн. шт. Насос моделировался в нестационарной постановке задачи (с учетом вращения колеса). Оптимизация проводилась по ряду параметров, описывающих геометрию лопасти рабочего колеса. В результате проведенной комплексной оптимизации гидравлический КПД предлагаемого рабочего колеса составил до 87%, что для данного типа колеса является высоким показателем, а критическое значение кавитационного запаса, определяемое по распределению давлений на тыльной поверхности лопастей осевой части колеса, составило порядка 1,9 м.The task of hydrodynamic optimization was to obtain the greatest possible wheel efficiency, provided that the requirements for the permissible cavitation reserve (1.5 ... 2 m) were met. Hydrodynamic modeling was carried out on the computing cluster of the Department of E10 MSTU. N.E.Bauman, the number of cells of the computational grid amounted to 2 million pcs. The pump was modeled in a non-stationary statement of the problem (taking into account the rotation of the wheel). Optimization was carried out according to a number of parameters describing the geometry of the impeller blade. As a result of the comprehensive optimization, the hydraulic efficiency of the proposed impeller was up to 87%, which is a high indicator for this type of wheel, and the critical value of the cavitation margin, determined by the pressure distribution on the back surface of the axial part of the blades, was about 1.9 m.

На фиг. 5 показаны результаты гидродинамического моделирования течения жидкости в колесе, подтверждающие заявленные антикавитационные характеристики колеса (оттенками серо-черного цвета показаны разные величины абсолютного давления (Па), при этом кавитационный запас колеса менее 1,8 м). Видно, что для наихудшего по кавитации режима работы кавитация (зоны кавитации условно показаны скоплениями частиц паров жидкости) локализована только во входной осевой (шнековой) части комбинированного колеса, при этом напор насоса в центробежной ступени остается практически без уменьшения и соответствует требуемому по техническому заданию.In FIG. Figure 5 shows the results of hydrodynamic modeling of the fluid flow in the wheel, confirming the declared anti-cavitation characteristics of the wheel (shades of gray-black color show different values of absolute pressure (Pa), while the cavitation reserve of the wheel is less than 1.8 m). It can be seen that for the worst cavitation operating mode, cavitation (cavitation zones are conventionally shown by accumulations of particles of liquid vapor) is localized only in the input axial (screw) part of the combined wheel, while the pump head in the centrifugal stage remains practically without reduction and corresponds to the required technical task.

Про области с абсолютным давлением, меньшим или равным давлению насыщенного пара, упрощенно можно сказать, что это области кавитации. По ГОСТ кавитационные характеристики снимаются на воде, на натурную жидкость потом пересчитываются. На горячей жидкости кавитационный запас будет такой же, но при этом (с учетом более высокого давления насыщенного пара в горячей жидкости) на входе будет подпор от давления в циркуляционном котле. Как только давление в жидкости в какой-то области падает до давления насыщенного пара, в жидкости начинается паровая кавитация. Растворенные газы выделяются раньше (при бО′льших давлениях), но их роль в кавитации невелика по сравнению с парами жидкости, а именно: газа в жидкости может быть растворено до 2-3% от объема, поэтому его выделение неAbout areas with absolute pressure less than or equal to the pressure of saturated vapor, it can be simplified to say that these are cavitation areas. According to GOST, the cavitation characteristics are removed on water, then they are recounted to natural fluid. On a hot liquid, the cavitation reserve will be the same, but at the same time (taking into account the higher saturated vapor pressure in the hot liquid), the inlet will be backpressure from the pressure in the circulation boiler. As soon as the pressure in the liquid in a certain region drops to the pressure of saturated steam, vapor cavitation begins in the liquid. Dissolved gases are released earlier (at higher pressures), but their role in cavitation is small compared to liquid vapors, namely: gas in a liquid can be dissolved up to 2-3% of the volume, therefore its release is not

приводит к кавитационному срыву. Жидкость же может превратиться в пар вся и при этом вызвать резкое падение производительности насоса.leads to cavitation failure. The liquid can turn into whole steam and at the same time cause a sharp drop in pump performance.

Также методами гидродинамического моделирования определены радиальные силы на роторе насоса, которые также оказались в допустимых пределах задания (менее 100 Н).Also, by the methods of hydrodynamic modeling, the radial forces on the pump rotor were determined, which also turned out to be within the acceptable limits of the task (less than 100 N).

Таким образом, удалось выполнить требования к насосу в части кавитационного запаса и при этом одновременно обеспечить высокий КПД насоса.Thus, it was possible to fulfill the requirements for the pump in terms of cavitation stock and at the same time ensure high pump efficiency.

Отношение лопастей 3 к 1 было взято из соображений получения необходимого напора комбинированного колеса. В гидродинамическом моделировании четыре центробежные лопасти (2 к 1) требуемый напор недодавали, восемь лопастей (4 к 1) - давали перебор по характеристике стеснения потока жидкости, поэтому в итоге взяли шесть центробежных лопастей, при этом во входной шнековой части было две лопасти (3 к 1). Все колесо двухзаходное, но сам шнек однозаходный, хотя и с двумя лопастями.The ratio of the blades 3 to 1 was taken from the considerations of obtaining the necessary pressure of the combined wheel. In hydrodynamic modeling, four centrifugal blades (2 to 1) did not give the required head, eight blades (4 to 1) - sorted out the characteristics of the restriction of the fluid flow, so in the end we took six centrifugal blades, and there were two blades in the inlet screw part (3 to 1). The whole wheel is two-way, but the auger itself is single-way, although with two blades.

Предлагаемый циркуляционный насос для перекачивания ВОТ рассчитан на большую подачу (400 м³/час), конструкция рабочего колеса которого снижает опасность кавитации. Для этого применен насос с предлагаемым комбинированным осецентробежным колесом, отличающийся от существующих насосов для перекачивания ВОТ существенно меньшей (до 1,5 м) величиной кавитационного запаса. Типовые существующие насосы имеют величину кавитационного запаса около 5…6 м при меньших (до 290 м³/час) подачах, а у рассчитанных на подачу 400 м³/час кавитационный запас может составлять до 10 м.The proposed BOT circulation pump is designed for high flow rates (400 m ³ / h), the impeller design of which reduces the risk of cavitation. To do this, a pump with the proposed combined centrifugal wheel was used, which differs from existing pumps for pumping HER with a significantly lower (up to 1.5 m) value of the cavitation stock. Typical existing pumps have a cavitation margin of about 5 ... 6 m with smaller feeds (up to 290 m ³ / h), while for calculated 400 m ³ / h flow cavitation can be up to 10 m.

Таким образом, использование в данной системе насоса с предлагаемым комбинированным осецентробежным колесом позволит снизить давление в котле на 0,45…0,85 бар (в зависимости от напора (расхода)), что снижает требования к прочности и металлоемкости нагревательного котла. При этом гидравлический КПД предлагаемого комбинированного рабочего колеса составляет до 87%.Thus, the use of a pump with the proposed combined centrifugal wheel in this system will reduce the pressure in the boiler by 0.45 ... 0.85 bar (depending on pressure (flow)), which reduces the strength and metal consumption requirements of the heating boiler. Moreover, the hydraulic efficiency of the proposed combined impeller is up to 87%.

Claims (3)

1. Антикавитационное осецентробежное рабочее колесо циркуляционного насоса, содержащее ведущий и ведомый диски, между которыми расположены основные центробежные лопасти, конструктивно объединенные с лопастями входной осевой шнековой части, расположенной в горловине колеса, с возможностью единой скорости вращения всех лопастей, отличающееся тем, что колесо имеет выраженную вытянутую входную осевую шнековую часть с соотношением ряда геометрических параметров колеса в диапазонах: l₁/l=0,2…0,3; D₁/l=1,0…1,1; l/D₂=0,6…0,7; где l - полная длина колеса по осевой линии; l₁ - расстояние по оси от входной кромки шнековых лопастей входной осевой части до входной кромки центробежных лопастей; D₁ - диаметр входной горловины колеса; D₂ - выходной диаметр рабочего колеса.1. The anti-cavitation centrifugal impeller of the circulation pump, containing the driving and driven disks, between which the main centrifugal blades are located, structurally combined with the blades of the inlet axial screw part located in the mouth of the wheel, with the possibility of a uniform rotation speed of all the blades, characterized in that the wheel has pronounced elongated input axial auger part with a ratio of a number of geometric parameters of the wheel in the ranges: l ₁ / l = 0.2 ... 0.3; D ₁ / l = 1.0 ... 1.1; l / D ₂ = 0.6 ... 0.7; where l is the full length of the wheel along the center line; l ₁ - the distance along the axis from the input edge of the screw blades of the input axial part to the input edge of the centrifugal blades; D ₁ - the diameter of the inlet of the wheel; D ₂ - the output diameter of the impeller. 2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что для равномерного расположения лопастей по осевой окружности использовано кратное соотношение числа лопастей, а именно, на каждую осевую шнековую лопасть приходится по одинаковому кратному числу центробежных лопастей.2. The wheel according to claim 1, characterized in that for the uniform arrangement of the blades along the axial circumference, a multiple ratio of the number of blades is used, namely, for each axial screw blade there is an equal multiple of the number of centrifugal blades. 3. Колесо по п. 2, отличающееся тем, что кратное соотношение числа лопастей выбрано следующее: на одну шнековую лопасть по три центробежные лопасти, а в результате в колесе установлены две шнековые лопасти и шесть центробежных лопастей, из которых только две центробежные лопасти имеют непрерывный сглаженный переход с указанными двумя шнековыми лопастями.

3. The wheel according to claim 2, characterized in that the multiple ratio of the number of blades is selected as follows: three centrifugal blades for one screw blade, and as a result two screw blades and six centrifugal blades are installed in the wheel, of which only two centrifugal blades have a continuous smooth transition with the indicated two auger blades.

Images