RU2482338C2 - High-speed centrifugal screw pump - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: high-speed centrifugal screw pump contains impeller, tubular (channel) guiding device, helical collecting tank with conical diffuser. Helical collecting tank is tubular - in the form of a set of profiled pipelines, each inlet of which is connected to the corresponding outlets of guiding device, and outlets contact the inlet of conical diffuser, they have approximately the same area and fill the conical diffuser inlet by maximum.

EFFECT: pump structure excludes the interaction of pulsing fluid flows from outlets of guiding device and helical collecting tank, thus obtaining the reduction of pulsing of pressure and vibrations and their dissipation via vaned as well as noise constituents, and provides radial-axial symmetry of the flow after the impeller.

2 dwg

Description

Изобретение относится к технике высокооборотных шнекоцентробежных насосов для подачи различных жидкостей, в частности топлива, а именно к шнекоцентробежным насосам с трубчатыми или канальными направляющими, и может быть использовано, например, в ракетной технике.The invention relates to techniques for high-speed screw centrifugal pumps for supplying various liquids, in particular fuel, namely to screw centrifugal pumps with tubular or channel guides, and can be used, for example, in rocket technology.

Шнекоцентробежный насос представляет собой конструкцию, состоящую из рабочего колеса, которое закреплено на валу. Отвод (сборник) имеет спиральную форму. Рабочее колесо включает в себя передний и задний диски, между которыми закреплены лопатки. Между корпусом и рабочим колесом размещен неподвижный относительно отвода трубчатый направляющий аппарат. Пространство между рабочим колесом и направляющим аппаратом образует безлопаточный диффузор. Шнекоцентробежный насос имеет всасывающий и напорный трубопроводы, которые соединяются с корпусом насоса при помощи патрубков.The screw centrifugal pump is a design consisting of an impeller, which is mounted on a shaft. The branch (collector) has a spiral shape. The impeller includes front and rear discs, between which the blades are fixed. Between the housing and the impeller there is a tubular guide apparatus fixed relative to the outlet. The space between the impeller and the guide vanes forms a bladeless diffuser. The screw centrifugal pump has a suction and pressure pipelines, which are connected to the pump housing by means of nozzles.

При работе шнекоцентробежного насоса вначале его корпус полностью заполняется жидкостью, затем начинается вращение рабочего колеса. В результате этого жидкость, находящаяся между лопатками рабочего колеса, отбрасывается от его центра к краям. Данный процесс осуществляется под действием центробежной силы. По краям рабочего колеса увеличивается давление. Благодаря повышению давления жидкость переходит в напорный трубопровод, одновременно с этим она начнет поступать и в насос. Осуществляется непрерывная подача жидкости. Недостатком шнекоцентробежных насосов является присущая им пульсация давления и вибрации, что приводит к появлению шума, особенно у насосов с высокой производительностью, для достижения которой насос работает на высоких оборотах.During the operation of the screw centrifugal pump, at first its body is completely filled with liquid, then the rotation of the impeller begins. As a result, the fluid located between the blades of the impeller is discarded from its center to the edges. This process is carried out under the influence of centrifugal force. At the edges of the impeller, pressure increases. Due to the increase in pressure, the liquid passes into the pressure pipe, at the same time it will begin to flow into the pump. A continuous flow of fluid. The disadvantage of screw centrifugal pumps is their inherent pulsation of pressure and vibration, which leads to noise, especially for pumps with high performance, to achieve which the pump runs at high speeds.

Как показывает амплитудно-частотный анализ пульсаций давления и обусловленных этим вибраций в высокооборотных шнекоцентробежных насосах со спиральным сборником, основной вклад в уровень пульсаций давления и вибраций вносят амплитуды колебаний на лопаточных частотах рабочего колеса, т.е. на частотах мерцания лопаток рабочего колеса и кратных им. Эти колебания обусловлены неравномерностью поля давления, различием скоростей жидкости между лопатками рабочего колеса и возникают в момент выхода жидкости из межлопаточного канала. Колебания со скоростью звука в жидкости распространяются по спиральному сборнику, где встречаются с такими же колебаниями в жидкости, поступающей из других каналов направляющего аппарата. Фазы колебаний этих потоков меняются как за счет изменения режимов работы привода, так и за счет флуктуации оборотов насоса на установившихся режимах, что приводит к увеличению уровня пульсаций давления и вибрации в насосе и разбросам их уровней.As the amplitude-frequency analysis of pressure pulsations and the resulting vibrations in high-speed screw centrifugal pumps with a spiral collector shows, the main contribution to the level of pressure pulsations and vibrations is made by the oscillation amplitudes at the impeller blade frequencies, i.e. at flicker frequencies of the impeller blades and multiples of them. These fluctuations are due to the unevenness of the pressure field, the difference in fluid velocities between the blades of the impeller and occur when the fluid exits the interscapular channel. Oscillations with the speed of sound in a fluid propagate through a spiral collector, where they occur with the same vibrations in the fluid coming from other channels of the guiding apparatus. The oscillation phases of these flows change both due to changes in the operating modes of the drive and due to fluctuations in the pump speed at steady-state conditions, which leads to an increase in the level of pressure pulsations and vibrations in the pump and the spread of their levels.

Другая составляющая уровня пульсаций давления и вибрации вызвана турбулентным течением жидкости в насосе и проявлением кавитации в жидкости. Эта составляющая имеет шумовой характер и распространена с большей или меньшей амплитудой по всему спектру частот.Another component of the level of pressure and vibration pulsations is caused by the turbulent flow of fluid in the pump and the manifestation of cavitation in the fluid. This component has a noise character and is distributed with a greater or lesser amplitude throughout the frequency spectrum.

Для уменьшения этого недостатка применяются различные технические решения, например выполнение на внутренней поверхности входного трубопровода расположенных равномерно по окружности продольных открытых с торцов пазов, а во входной части каждого паза - сквозных окон (см., например, патент РФ №1252558, МПК F04D 29/66, 23.08.1986).To reduce this drawback, various technical solutions are used, for example, on the inner surface of the inlet pipe, the grooves are evenly spaced along the circumference, and through the windows are in the inlet of each groove (see, for example, RF patent No. 1252558, IPC F04D 29 / 66, 08/23/1986).

Другим решением этой задачи является введение наружного кожуха, примыкающего с двух сторон к выходному патрубку и образующего с корпусом замкнутую камеру, корпус имеет отверстия, одно из которых расположено со стороны языка, а остальные - на противоположной языку стенке корпуса, причем общее количество отверстий равно числу лопаток (см., например, патент РФ №1450496, МПК F04D 29/66, 10.08.2006).Another solution to this problem is to introduce an outer casing adjacent on both sides to the outlet pipe and forming a closed chamber with the casing, the casing has openings, one of which is located on the tongue side, and the rest on the opposite wall of the casing, the total number of holes being equal to the number blades (see, for example, RF patent No. 1450496, IPC F04D 29/66, 08/10/2006).

Наиболее близким к изобретению является высокооборотный шнекоцентробежный насос, содержащий рабочее колесо, трубчатый (канальный) направляющий аппарат, спиральный сборник с коническим диффузором (см. патент РФ №2216648, МПК F04D 29/44, 20.10.2000).Closest to the invention is a high-speed screw centrifugal pump containing an impeller, a tubular (channel) guiding apparatus, a spiral collector with a conical diffuser (see RF patent No. 2216648, IPC F04D 29/44, 20.10.2000).

Однако все известные технические решения являются недостаточно эффективными, особенно у насосов с высокой производительностью, для достижения которой насос работает на высоких оборотах.However, all known technical solutions are not effective enough, especially for pumps with high performance, to achieve which the pump runs at high speeds.

Задачей изобретения является создание высокооборотного шнекоцентробежного насоса с пониженным уровнем пульсаций давления и вибрации насоса.The objective of the invention is the creation of a high-speed screw centrifugal pump with a low level of pressure pulsations and vibration of the pump.

Технический результат достигается тем, что в высокооборотном шнекоцентробежном насосе, содержащем рабочее колесо, трубчатый (канальный) направляющий аппарат, спиральный сборник с коническим диффузором, согласно изобретению спиральный сборник выполнен трубочным - в виде набора профилированных трубопроводов, входные отверстия каждого из которых соединены с соответствующими выходными отверстиями направляющего аппарата, а выходные отверстия примыкают к входному отверстию конического диффузора, имеют примерно одинаковую площадь и максимально заполняют входное отверстие конического диффузора.The technical result is achieved in that in a high-speed screw-centrifugal pump containing an impeller, a tubular (channel) guiding apparatus, a spiral collector with a conical diffuser, according to the invention, the spiral collector is made tubular in the form of a set of profiled pipelines, the inlets of each of which are connected to the corresponding outlet holes of the guide apparatus, and the outlet openings are adjacent to the inlet of the conical diffuser, have approximately the same area and max imally fill the inlet of the conical diffuser.

В предлагаемом высокооборотном шнекоцентробежном насосе с трубчатым (канальным) направляющим аппаратом отвод жидкости после рабочего колеса, безлопаточного диффузора и каждого канала направляющего аппарата производится отдельными спиральными трубопроводами, спрофилированными для преобразования скорости жидкости в давление, одинаковое для выходов всех спиральных трубопроводов, открывающихся на выходе в общий конический диффузор.In the proposed high-speed screw-centrifugal pump with a tubular (channel) guiding apparatus, the liquid is discharged after the impeller, the bladeless diffuser and each channel of the guiding apparatus by separate spiral pipelines, profiled to convert the liquid velocity to pressure, the same for the outlets of all spiral pipelines opening at the outlet to a common conical diffuser.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показан пример реализации предложенного устройства. Следует отметить, что данный пример не охватывает все возможные варианты данного технического решения, которое может быть использовано в различных конструктивных решениях высокооборотных шнекоцентробежных насосов.The invention is illustrated by drawings, which show an example implementation of the proposed device. It should be noted that this example does not cover all possible options for this technical solution, which can be used in various structural solutions of high-speed screw centrifugal pumps.

На фиг.1 показано поперечное сечение предлагаемого насоса; на фиг.2 - сечение вдоль вала насоса.Figure 1 shows a cross section of the proposed pump; figure 2 is a section along the pump shaft.

На фигурах обозначены рабочее колесо 1, трубчатый (канальный) направляющий аппарат 2, спиральный сборник 3 с коническим диффузором 4. Спиральный сборник 3 выполнен трубочным - в виде набора профилированных трубопроводов 5, входные отверстия 6 каждого из профилированных трубопроводов 5 соединены с соответствующими выходными отверстиями 7 направляющего аппарата 2, а выходные отверстия 8 профилированных трубопроводов 5 примыкают к входному отверстию 9 конического диффузора 4, имеют примерно одинаковую площадь и максимально заполняют входное отверстие 9 конического диффузора 4. Пространство между рабочим колесом 1 и трубчатым (канальным) направляющим аппаратом 2 образует безлопаточный диффузор 10. Рабочее колесо 1 имеет лопатки 11. Насос снабжен шнеком 12.In the figures, the impeller 1, the tubular (channel) guiding apparatus 2, the spiral collector 3 with a conical diffuser 4 are indicated. The spiral collector 3 is made tubular in the form of a set of profiled pipelines 5, the inlet openings 6 of each of the profiled pipelines 5 are connected to the corresponding outlet openings 7 guide apparatus 2, and the outlet openings 8 of profiled pipelines 5 are adjacent to the inlet 9 of the conical diffuser 4, have approximately the same area and fill the input from 9 ERSTU conical diffuser 4. The space between the impeller 1 and the tube (channel) 2 forms a directing device bezlopatochny diffuser 10. The impeller 1 is provided with blades 11. The pump auger 12.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Жидкость подходит к рабочему колесу 1 вдоль оси его вращения, занимает пространство между лопатками 11 рабочего колеса 1, направляющий аппарат 2 и профилированные трубопроводы 5, так как входные отверстия 6 каждого из профилированных трубопроводов 5 соединены с соответствующими выходными отверстиями 7 направляющего аппарата 2. Таким образом, вначале шнекоцентробежный насос полностью заполняется жидкостью, затем начинается вращение рабочего колеса 1. Жидкость, находящаяся между лопатками 11 рабочего колеса 1, отбрасывается от его центра к краям. Данный процесс осуществляется под действием центробежной силы. Благодаря повышению давления жидкость переходит в конический диффузор 4.The liquid approaches the impeller 1 along the axis of its rotation, occupies the space between the blades 11 of the impeller 1, the guiding apparatus 2 and the profiled pipelines 5, since the inlet openings 6 of each of the profiled pipelines 5 are connected to the corresponding outlet openings 7 of the guiding apparatus 2. Thus , first the screw centrifugal pump is completely filled with liquid, then the rotation of the impeller 1 begins. The liquid located between the blades 11 of the impeller 1 is discarded from its center to the edge pits. This process is carried out under the influence of centrifugal force. Due to the increase in pressure, the liquid passes into a conical diffuser 4.

В предлагаемом устройстве амплитуды колебаний давления на лопаточных частотах рабочего колеса 1, т.е. на частотах мерцания лопаток 11 рабочего колеса 1 и кратных им, обусловленные неравномерностью поля давления, различием скоростей жидкости между лопатками 11 рабочего колеса 1 и возникающие в момент выхода жидкости из межлопаточного канала, со скоростью звука в жидкости распространяются по профилированным трубопроводам 5 спирального сборника 3. Профилированные трубопроводы 5 спирального сборника 3 имеют различную длину и одинаковую форму, а их выходные отверстия 8 примыкают к входному отверстию 9 конического диффузора 4, имеют примерно одинаковую площадь и максимально заполняют входное отверстие 9 конического диффузора 4, поэтому на вход конического диффузора 4 потоки жидкости, проходящие через трубопроводы 5, приходят, имея одинаковые частоты.In the proposed device, the amplitude of the pressure fluctuations at the blade frequencies of the impeller 1, i.e. at the flicker frequencies of the blades 11 of the impeller 1 and multiples thereof, due to the unevenness of the pressure field, the difference in the fluid velocities between the blades 11 of the impeller 1 and occurring at the moment the fluid exits the interscapular channel, propagate with sound velocity in the fluid along the profiled pipelines 5 of the spiral collector 3. The profiled pipelines 5 of the spiral collector 3 have different lengths and the same shape, and their outlet openings 8 are adjacent to the inlet 9 of the conical diffuser 4, have approximately one This area also maximally fill the inlet 9 of the conical diffuser 4, therefore, the fluid flows passing through the pipelines 5 come to the inlet of the conical diffuser 4 having the same frequencies.

Конструкция насоса исключает взаимодействие пульсирующих жидкостных потоков из выходных отверстий 7 направляющего аппарата 2 и в спиральном сборнике 3, т.е. непосредственно в насосе, так как выводит объединение потоков за пределы насоса в область более низких скоростей потоков, чем достигается уменьшение пульсаций давления и вибрации и их разброса как за счет лопаточных, так и за счет шумовых составляющих, а также обеспечивает радиально-осевую симметрию течения после рабочего колеса 1.The design of the pump eliminates the interaction of pulsating fluid flows from the outlet openings 7 of the guide apparatus 2 and in the spiral collector 3, i.e. directly in the pump, since it brings the union of flows outside the pump to a region of lower flow velocities, which reduces pressure pulsations and vibrations and their dispersion both due to scapular and noise components, and also provides radial-axial flow symmetry after impeller 1.

Наличие конического диффузора 4, в котором происходит слияние потоков, выходящих из трубопроводов 5, обеспечивает понижение скорости общего потока, что также способствует уменьшению пульсаций давления и вибраций.The presence of a conical diffuser 4, in which the merging of the flows leaving the pipelines 5, provides a decrease in the speed of the total flow, which also helps to reduce pressure pulsations and vibrations.

Claims (1)

Высокооборотный шнекоцентробежный насос, содержащий рабочее колесо, трубчатый (канальный) направляющий аппарат, спиральный сборник с коническим диффузором, отличающийся тем, что спиральный сборник выполнен трубочным - в виде набора профилированных трубопроводов, входные отверстия каждого из которых соединены с соответствующими выходными отверстиями направляющего аппарата, а выходные отверстия примыкают ко входному отверстию конического диффузора, имеют примерно одинаковую площадь и максимально заполняют входное отверстие конического диффузора. A high-speed screw centrifugal pump containing an impeller, a tubular (channel) guiding apparatus, a spiral collector with a conical diffuser, characterized in that the spiral collector is made tubular in the form of a set of profiled pipelines, the inlets of each of which are connected to the corresponding outlet openings of the guide apparatus, and the outlet openings are adjacent to the inlet of the conical diffuser, have approximately the same area and fill the inlet of the conical th diffuser.

Images