RU2239725C2 - Centrifugal pump - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps.

SUBSTANCE: invention relates to centrifugal pumps designed for pumping nonhomogeneous liquids. Proposed pump has impeller with blades. Impeller is installed for rotation in tap. Said tap has peripheral and end face walls and it is provided with projecting member. Front cover with suction branch pipe is secured on end face wall of tap. Tap is provided also with outlet branch pipe connecting pump with delivery pipeline. Peripheral wall of tap in normal cross section has form of quadratic curve described by equation (х² + у²)² + 2с² (х² - у²) = а⁴ - с⁴, а ≤ 0,5 в, 0 ≤ с ≤ а/

where a and c are some constants; в is width of tap. Numerical values of a and c are taken according to character of handled mixtures (density, abrasivity, size and form of grains of hard fraction, etc). Such form of peripheral wall of tap makes it possible to create such direction of flow at which action of flow onto walls of tap and outlet neck is not destructive.

EFFECT: increased service life of pump housing.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к области насосостроения, в частности к центробежным насосам.The invention relates to the field of mechanical engineering, and more specifically to the field of pump engineering, in particular to centrifugal pumps.

Известны центробежные насосы, включающие корпус, имеющий форму улитки, в котором установлено с возможностью вращения рабочее колесо. Колесо захватывает поступающую в корпус через осевой подвод жидкость и перемещает ее в отвод. Через отвод жидкость, подталкиваемая поступающими порциями, выходит в нагнетательный трубопровод и подается на требуемое расстояние (см., например, "Справочник проектировщика", ч. 1, Москва, Стройиздат, 1990, стр.329-333).Centrifugal pumps are known, including a housing having the shape of a snail, in which an impeller is mounted for rotation. The wheel captures the fluid entering the housing through the axial inlet and moves it to the outlet. Through the drain, the fluid pushed by the incoming portions enters the discharge pipe and is supplied to the required distance (see, for example, “Designer's Guide”, part 1, Moscow, Stroyizdat, 1990, pp. 293-333).

К недостаткам таких насосов следует отнести их короткий срок службы при перекачке неоднородных жидкостей, например пульпы, шламов и пр.The disadvantages of such pumps include their short service life when pumping heterogeneous liquids, such as pulp, sludge, etc.

Учитывая особо высокую абразивную агрессивность таких жидкостей, конструкторы пытались придать узлам насосов конструктивные особенности, исключающие или уменьшающие абразивный износ их элементов.Given the particularly high abrasive aggressiveness of such fluids, the designers tried to give the pump components design features that exclude or reduce the abrasive wear of their elements.

Так, например, известен центробежный насос для перекачки неоднородных жидкостей, включающий корпус, в котором установлено с возможностью вращения рабочее колесо закрытого типа с осевым отверстием для впуска текучей среды. На диске колеса с одной стороны закреплены дополнительные радиальные лопасти, внутренние концы которых расположены вблизи центральной части его торцевой поверхности. С другой стороны торцевой поверхности также выполнены радиальные лопасти, а по краям диска выполнены выступы, на которых выполнены канавки, расположенные между лопастями.For example, a centrifugal pump for pumping heterogeneous liquids is known, including a housing in which a closed impeller with an axial hole for fluid inlet is mounted for rotation. On the disk of the wheel, on the one hand, additional radial blades are fixed, the inner ends of which are located near the central part of its end surface. On the other side of the end surface, radial blades are also made, and protrusions are made on the edges of the disk, on which grooves are located located between the blades.

Такие конструктивные решения предназначены для исключения попадания пульпы в полость уплотнений подшипникового узла (см., например, заявку №1-44918, МКИ F 04 D 29/22, 7/04, Япония, вып.91, №6, Токке кохо, 1989 г.).Such design solutions are designed to prevent pulp from entering the seal cavity of the bearing assembly (see, for example, application No. 1-44918, MKI F 04 D 29/22, 7/04, Japan, issue 91, No. 6, Tokke Koho, 1989 g.).

Недостатком данной конструкции является нерешенность вопроса повышенного износа корпуса насоса, которая вызывается традиционной формой его профиля.The disadvantage of this design is the unresolved issue of increased wear of the pump housing, which is caused by the traditional shape of its profile.

Также известен насос центробежный, включающий рабочее колесо закрытого или открытого типа с лопатками, установленное в отводе с возможностью вращения. Параметры колеса определяются следующими показателями: отношение наружного диаметра рабочего колеса к его ширине по боковым стенкам находится в пределах от 5,0 до 78,0, отношение наружного диаметра колеса к диаметру его входного отверстия находится в пределах от 1,5 до 3,5. Отвод насоса выполнен с выступающим элементом и выпускной горловиной.A centrifugal pump is also known, including a closed or open type impeller with vanes installed in the branch with the possibility of rotation. Wheel parameters are determined by the following indicators: the ratio of the outer diameter of the impeller to its width along the side walls is in the range from 5.0 to 78.0, the ratio of the outer diameter of the wheel to the diameter of its inlet is in the range from 1.5 to 3.5. The pump outlet is made with a protruding element and an outlet neck.

Насос характеризуется следующими соотношениями размеров: отношение выходной площади рабочего колеса к действительной площади горловины отвода находится в пределах от 5,0 до 9,0, а отношение радиуса отвода в месте нахождения выступающего элемента к радиусу отвода под прямыми углами к центральной линии выходного ответвления находится в пределах от 0,8 до 0,9. Отношение наружного диаметра рабочего колеса к радиусу отвода в месте размещения выступающего элемента отвода находится в пределах от 1,5 до 1,8 (см., например, патент США №4872809, МКИ F 04 D 29/44, бюл. "Изобретения стран мира", №6, вып.67, 1991 г.).The pump is characterized by the following size ratios: the ratio of the outlet area of the impeller to the actual area of the mouth of the outlet is in the range from 5.0 to 9.0, and the ratio of the radius of the outlet at the location of the protruding element to the radius of the outlet at right angles to the center line of the outlet branch is ranges from 0.8 to 0.9. The ratio of the outer diameter of the impeller to the radius of the tap at the location of the protruding tap element is in the range from 1.5 to 1.8 (see, for example, US patent No. 4872809, MKI F 04 D 29/44, bull. "Inventions of the world ", No. 6, issue 67, 1991).

По совокупности основных существенных признаков и функциональному назначению указанный насос является наиболее близким к заявляемому изобретению и может быть принят за прототип.By the combination of the main essential features and functional purpose of the specified pump is the closest to the claimed invention and can be taken as a prototype.

Несмотря на то, что прототипом перекрывается широкий диапазон параметров, предназначенных для обеспечения высоких значений рабочих параметров насоса и повышения долговечности его элементов за счет определенного сочетания размеров колеса и отвода, однако остался нерешенным вопрос обеспечения долговечности отвода, устранение износа его элементов под воздействием абразивной среды, что является недостатком прототипа.Despite the fact that the prototype covers a wide range of parameters designed to ensure high values of the operating parameters of the pump and to increase the durability of its elements due to a certain combination of wheel and exhaust sizes, the issue of ensuring the durability of the outlet, eliminating wear of its elements under the influence of an abrasive medium remained unresolved, what is the disadvantage of the prototype.

В основу изобретения положена задача устранения или уменьшения износа элементов отвода насоса.The basis of the invention is the task of eliminating or reducing wear of the elements of the pump outlet.

Решение этой задачи обеспечивается за счет технического результата, заключающегося в придании стенке отвода конфигурации, наименее подверженной повреждению потоком перекачиваемой жидкости.The solution to this problem is provided due to the technical result, which consists in giving the wall of the outlet a configuration that is least susceptible to damage by the flow of the pumped liquid.

Для достижения указанного технического результата в центробежном насосе для перекачивания неоднородных жидкостей, содержащем рабочее колесо с лопатками, установленное с возможностью вращения в отводе, имеющем периферийную и торцевые стенки и выступающий элемент, при этом на торцевой стенке отвода закреплена передняя крышка с всасывающим патрубком, а также он снабжен выходным патрубком, согласно изобретению периферийная стенка отвода в нормальном поперечном сечении имеет форму кривой второго порядка, описываемой уравнениемTo achieve the specified technical result in a centrifugal pump for pumping heterogeneous liquids containing an impeller with vanes mounted for rotation in an outlet having peripheral and end walls and a protruding element, the front cover with a suction nozzle is fixed to the end wall of the outlet, and it is equipped with an outlet pipe, according to the invention, the peripheral wall of the outlet in the normal cross section has the shape of a second-order curve described by the equation

(х²+y²)²+2с²(х²-y²)=а⁴-с⁴,(x ² + y ² ) ² + 2s ² (x ² -y ² ) = a ⁴ -s ⁴ ,

а ≤ 0,5 в, 0 ≤ c ≤

,a ≤ 0.5 v, 0 ≤ c ≤

,

где а и с - некоторые постоянные;where a and c are some constants;

в - ширина отвода.in - the width of the tap.

Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь.Between the distinguishing features and the achieved technical result there is a causal relationship.

Для того чтобы придать стенке отвода конфигурацию, наименее подверженную повреждению потоком перекачиваемой жидкости, ее выполняют в поперечном сечении в форме кривой второго порядка, описываемой уравнениемIn order to give the outlet wall a configuration that is least susceptible to damage by the flow of the pumped liquid, it is made in cross section in the form of a second-order curve described by the equation

(х²+y²)²+2с²(х²-y²)=а⁴-с⁴.(x ² + y ² ) ² + 2s ² (x ² -y ² ) = a ⁴ -s ⁴ .

Численные значения параметров а и с принимаются в соответствии с характером перекачиваемых смесей (плотностью, абразивностью, крупностью и формой частиц твердой фракции и т.п.).The numerical values of the parameters a and c are taken in accordance with the nature of the pumped mixtures (density, abrasiveness, size and particle shape of the solid fraction, etc.).

Исключение из указанной совокупности отличительных признаков любого из них не обеспечит проявления нового качества - существенное снижение гидроабразивного износа стенки отвода потоком перекачиваемой жидкости.The exclusion of any of the distinctive features of any of them from this combination will not provide a manifestation of a new quality - a significant reduction in hydroabrasive wear of the outlet wall of the pumped fluid stream.

Это новое качество проявляется в полезности предложенного решения -повышения долговечности элементов отвода насоса.This new quality is manifested in the usefulness of the proposed solution - to increase the durability of the pump discharge elements.

Из уровня техники не известны аналоги, совокупность признаков которых была бы идентичной отличительным признакам заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о его новизне.The prior art does not know analogues, the totality of which would be identical to the distinguishing features of the claimed invention, which allows us to conclude that it is new.

Предлагаемое решение не вытекает явным образом из уровня техники для специалистов, работающих в области насосостроения, поэтому можно сделать вывод, что заявляемое решение имеет изобретательский уровень. Заявляемое решение промышленно применимо, поскольку по нему разработаны рабочие чертежи насосов АНПМ-9000 и АН-22х26ПМ, которые выданы в производство для изготовления машин в цехах АО НКМЗ.The proposed solution does not follow explicitly from the prior art for specialists working in the field of pump engineering, so we can conclude that the claimed solution has an inventive step. The claimed solution is industrially applicable, because it developed working drawings of the pumps ANPM-9000 and AN-22x26PM, which were put into production for the manufacture of machines in the workshops of JSC NKMZ.

Предлагаемый центробежный насос показан на чертежах, гдеThe proposed centrifugal pump is shown in the drawings, where

на фиг.1 показан общий вид насоса;figure 1 shows a General view of the pump;

на фиг.2 показано сечение отвода по А-А;figure 2 shows a cross section of the tap along aa;

на фиг.3 показано поперечное сечение Б-Б отвода (при заданных значениях параметров: а=188 мм и с=80 мм);figure 3 shows a cross section BB of the outlet (for given values of the parameters: a = 188 mm and c = 80 mm);

на фиг.4 показано поперечное сечение Б-Б отвода (при других заданных значениях параметров а и с).figure 4 shows a cross section BB of the outlet (with other given values of the parameters a and c).

Буквами обозначено:The letters indicate:

R - радиус периферийной стенки отвода,R is the radius of the peripheral wall of the branch,

r - радиус боковой стенки отвода,r is the radius of the side wall of the branch,

b - ширина отвода.b is the width of the tap.

Центробежный насос для перекачки неоднородных и вязких жидкостей (см. фиг.1) включает отвод 1, в котором размещено с возможностью вращения колесо 2 закрытого или открытого типа. Колесо 2 установлено жестко на конце консольного вала 3. Вал 3 через подшипники 4 установлен в опорном узле 5, на фланце которого крепится отвод 1. Вал 3 проходит через отверстие внутрь полости отвода 1. Полость отвода 1 от опорного узла 5 и подшипников 4 отделена комплектом уплотнений 6, препятствующих проникновению перекачиваемой жидкости в полость подшипникового опорного узла 5. Отвод 1 может быть выполнен спирального, кольцевого или спирально-кольцевого типа. Отвод 1 выполнен с выступающим элементом 7 (cм. фиг.2). На передней торцевой поверхности отвода 1 закреплена передняя крышка 8 с всасывающим патрубком 9. Для передачи перекачиваемой жидкости в нагнетательный трубопровод отвод 1 снабжен выходным патрубком 10.A centrifugal pump for pumping heterogeneous and viscous liquids (see Fig. 1) includes a branch 1, in which a closed or open type wheel 2 is placed for rotation. The wheel 2 is mounted rigidly on the end of the cantilever shaft 3. The shaft 3 through the bearings 4 is mounted in the support unit 5, on the flange of which the outlet 1 is mounted. The shaft 3 passes through the hole into the cavity of the outlet 1. The cavity of the outlet 1 from the support unit 5 and bearings 4 is separated by a set seals 6, preventing the penetration of the pumped fluid into the cavity of the bearing support node 5. The outlet 1 can be made spiral, annular or spiral-ring type. Branch 1 is made with a protruding element 7 (see figure 2). On the front end surface of the outlet 1, a front cover 8 is fixed with a suction pipe 9. To transfer the pumped liquid to the discharge pipe, the outlet 1 is equipped with an outlet pipe 10.

Периферийная стенка 11 отвода 1 (см. фиг.3) в нормальном поперечном сечении имеет форму кривой второго порядка, описываемой уравнениемThe peripheral wall 11 of branch 1 (see FIG. 3) in a normal cross section has the shape of a second-order curve described by the equation

(х²+y²)²+2с²(х²-y²)=а⁴-с⁴,(x ² + y ² ) ² + 2s ² (x ² -y ² ) = a ⁴ -s ⁴ ,

а ≤ 0,5в, 0 ≤ с ≤

а,a ≤ 0.5v, 0 ≤ s ≤

a,

где а и с - некоторые постоянные;where a and c are some constants;

в - ширина отвода 1.in - the width of the branch 1.

Для насосов АНПМ-9000 и АН-22х26ПМ приняты следующие численные значения параметров: а=188 мм и с=80 мм в соответствии с характером перекачиваемых смесей (плотность - 1,05, абразивность - высокая, крупность - до 5 мм и форма частиц твердой фракции - неправильные шары и кубики).The following numerical values of parameters were adopted for the ANPM-9000 and AN-22x26PM pumps: а = 188 mm and с = 80 mm in accordance with the nature of the mixtures being pumped (density - 1.05, abrasiveness - high, coarseness - up to 5 mm and the shape of solid particles fractions - irregular balls and cubes).

Колесо 2 (см. фиг.1) имеет ступицу 12, которой оно закреплено на валу 3. При конкретно принятом варианте выполнения колеса закрытой конструкции оно имеет две торцевые стенки - заднюю 13 и переднюю 14, между которыми расположены радиальные лопатки 15, а в передней стенке 14 выполнено входное отверстие.Wheel 2 (see Fig. 1) has a hub 12, by which it is mounted on the shaft 3. In the specifically adopted embodiment of the wheel of a closed design, it has two end walls - a rear 13 and a front 14, between which there are radial blades 15, and in the front wall 14 has an inlet.

Предлагаемый насос для перекачки неоднородных жидкостей действует следующим образом.The proposed pump for pumping heterogeneous liquids operates as follows.

При вращении колеса 2 жидкость, поступившая во всасывающую горловину 9, попадает через входное отверстие передней стенки 14 внутрь колеса, которое, вращаясь, с помощью лопаток 15 перемещает жидкость в отвод 1. Жидкость, ударяясь в периферийную стенку 12, имеющую поверхность, описываемую кривой второго порядка, получает завихрения, уводящие кинетическую составляющую потока от боковых стенок отвода 1, что уменьшает их износ. Дальше сформированный таким образом поток поступает в выходной патрубок 10 и нагнетательный трубопровод, где создается давление, позволяющее транспортировать жидкость на расстояние 5 км и более.When the wheel 2 rotates, the liquid entering the suction neck 9 enters through the inlet of the front wall 14 into the wheel, which, by rotating with the help of vanes 15, moves the liquid into the outlet 1. The liquid striking the peripheral wall 12 having a surface described by the curve of the second order, receives turbulence leading away the kinetic component of the flow from the side walls of the outlet 1, which reduces their wear. Further, the flow thus formed enters the outlet pipe 10 and the discharge pipe, where pressure is created allowing transporting the liquid to a distance of 5 km or more.

Предлагаемое исполнение насоса центробежного внедрено в рабочем проекте насоса АНПМ-9000, который обеспечивает производительность 9000 м³/ч, при этом масса насоса 25000 кг, что меньше массы насоса 20×24 LSA (США).The proposed centrifugal pump design is introduced in the working design of the ANPM-9000 pump, which provides a capacity of 9000 m ³ / h, with a pump mass of 25000 kg, which is less than a pump mass of 20 × 24 LSA (USA).

Насос 20×24 LSA обеспечивает производительность 8000 м³/ч при массе 26200 кг.The 20 × 24 LSA pump delivers a capacity of 8,000 m ³ / h with a mass of 26,200 kg.

Данное сравнение показывает, что критерии, заложенные в формообразование элементов отвода насоса наряду с увеличением производительности и повышением долговечности корпуса, дают и снижение массы.This comparison shows that the criteria laid down in the shaping of the pump discharge elements, along with an increase in productivity and an increase in the durability of the casing, also give a reduction in mass.

В настоящее время на АО НКМЗ проводится подготовка производства насосов АНПМ-9000 и АН-22×26ПМ.Currently, NKMZ JSC is preparing preparations for the production of ANPM-9000 and AN-22 × 26PM pumps.

Claims (1)

Центробежный насос для перекачивания неоднородных жидкостей, содержащий рабочее колесо с лопатками, установленное с возможностью вращения в отводе, имеющем периферийную и торцевые стенки и выступающий элемент, при этом на торцевой стенке отвода закреплена передняя крышка со всасывающим патрубком, а также он снабжен выходным патрубком, отличающийся тем, что периферийная стенка отвода в нормальном поперечном сечении имеет форму кривой второго порядка, описываемой уравнениемA centrifugal pump for pumping heterogeneous liquids, comprising an impeller with vanes mounted for rotation in a branch having a peripheral and end walls and a protruding element, while the front cover with a suction pipe is fixed to the end wall of the pipe, and it also has an outlet pipe, characterized in the fact that the peripheral wall of the outlet in a normal cross section has the shape of a second-order curve described by the equation (х² + у²)² + 2с² (х² - у²) = а⁴ - с⁴,(x ² + y ² ) ² + 2s ² (x ² - y ² ) = a ⁴ - s ⁴ , а ≤ 0,5 b, 0 ≤ c ≤ а/

,a ≤ 0.5 b, 0 ≤ c ≤ a /

, где а, с - некоторые постоянные;where a, c are some constants; b - ширина отвода.b is the width of the tap.

Images