RU2613545C1 - Reactive impeller of centrifugal pump - Google Patents

Reactive impeller of centrifugal pump Download PDF

Info

Publication number
RU2613545C1
RU2613545C1 RU2015151677A RU2015151677A RU2613545C1 RU 2613545 C1 RU2613545 C1 RU 2613545C1 RU 2015151677 A RU2015151677 A RU 2015151677A RU 2015151677 A RU2015151677 A RU 2015151677A RU 2613545 C1 RU2613545 C1 RU 2613545C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channels
impeller
skeletons
diameter
centrifugal pump
Prior art date
Application number
RU2015151677A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Волков
Александр Гаврилович Парыгин
Максим Васильевич Лукин
Артем Вячеславович Рыженков
Александр Андреевич Вихлянцев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Priority to RU2015151677A priority Critical patent/RU2613545C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2613545C1 publication Critical patent/RU2613545C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2205—Conventional flow pattern
    • F04D29/2216—Shape, geometry

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to the field of pump building. Reactive centrifugal pump impeller comprises blades evenly distributed along the circumference (1) with identical skeletons (2) profiles. Middle line (3) of the inter-blade channels (4) are the geometric place of points - centers of the circles with diameters Di (i = 1n…), inscribed between the skeletons (2) of the adjacent profiles on different radii of the wheels. External contours of the inter-blade channels (4) are formed by the curves (5) and (6), tangent to the circle with diameter di<Di, concentric circles inscribed between the skeleton (2). The diameters di any radius of i-th wheel are determined by the dependance di= (D1-s)⋅k+(⋅Di-s)(1-k), where D1 - The diameter Di of the circle (7) in the throat of the channel, when i = 1; s - thickness profile blade inlet edge and the constant k is identical for all channels and the wheel can have values ranging from 0.3 to 0.5.
EFFECT: invention reduces eddy (diffuser) losses in the inter-blade channels of the impeller with a simultaneous increase in its hydraulic efficiency.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при проектировании и производстве насосов.The invention relates to the field of pump engineering and can be used in the design and manufacture of pumps.

Известен способ снижения вихревых диффузорных потерь в межлопастном канале рабочего колеса центробежного насоса путем увеличения количества лопастей рабочего колеса (см., например, Пфлейдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. Водяные насосы, вентиляторы, турбовоздуходувки, турбокомпрессоры. 4-е перераб. изд. / пер. под ред. В.И. Поликовского. - М: ГНТИ, 1960). Увеличение количества лопастей приводит к снижению степени диффузорности межлопастного канала и, как следствие, к снижению отрицательного влияния относительного вихря на структуру течения. Вместе с тем, при этом увеличивается стеснение потока на входе в колесо и увеличивается площадь поверхностей трения лопастей о жидкость. Это приводит к росту гидравлических потерь в межлопастном канале и на его входе.There is a method of reducing vortex diffuser losses in the inter-blade channel of the impeller of a centrifugal pump by increasing the number of impeller blades (see, for example, Pfleider K. Blade machines for liquids and gases. Water pumps, fans, turbo blowers, turbochargers. 4th rev. Ed. / lane under the editorship of V.I. Polikovsky. - M: GNTI, 1960). An increase in the number of blades leads to a decrease in the degree of diffusivity of the inter-blade channel and, as a result, to a decrease in the negative effect of the relative vortex on the flow structure. However, this increases the restriction of the flow at the entrance to the wheel and increases the surface area of the friction of the blades on the liquid. This leads to an increase in hydraulic losses in the inter-blade channel and at its inlet.

Однако в итоге увеличение количества лопастей хоть и снижает диффузорные потери, но не дает практического увеличения КПД рабочего колеса и насоса, чаще приводя к их уменьшению.However, as a result, an increase in the number of blades, although it reduces diffuser losses, does not give a practical increase in the efficiency of the impeller and pump, often leading to their reduction.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому реактивному рабочему колесу центробежных насосов является рабочее колесо, описанное в книге Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория расчет и конструирование. - М.: Машиностроение, 1977, с.30, 32, рис.16), содержащее равномерно распределенные по окружности колеса лопасти с идентичными скелетами профилей, образующие между собой каналы с горлом, причем лопасти имеют преимущественно максимально тонкий аэродинамический профиль или минимально возможную постоянную толщину. Профиль лопастей строится на скелете - кривой, совпадающей с расчетной линией тока жидкости относительно колеса.The closest in technical essence to the proposed reactive impeller of centrifugal pumps is the impeller described in the book by Mikhailov AK, Malyushenko VV Vane pumps. Theory of calculation and design. - M .: Mashinostroenie, 1977, p.30, 32, Fig. 16), containing blades evenly distributed around the wheel circumference with identical profile skeletons, forming channels with a throat, the blades having a predominantly thin aerodynamic profile or the lowest possible constant thickness. The profile of the blades is built on the skeleton - a curve that coincides with the calculated line of fluid flow relative to the wheel.

Недостатком таких колес является большие диффузорные (вихревые) потери в диффузорном межлопастном канале из-за отрицательного влияния относительного (осевого) вихря на структуру течения (см., например, Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - М.: Машиностроение, 1966). Следствие этого недостатка - снижение гидравлического КПД рабочего колеса и насоса в целом.The disadvantage of such wheels is the large diffuser (vortex) losses in the diffuser interlobed channel due to the negative influence of the relative (axial) vortex on the flow structure (see, for example, A. Lomakin Centrifugal and axial pumps. - M.: Mashinostroenie, 1966 ) The consequence of this drawback is a decrease in the hydraulic efficiency of the impeller and the pump as a whole.

Недостатком такого решения является низкая эффективность использования центробежного насоса при значительных отклонениях режимов работы от расчетных из-за низких значений КПД.The disadvantage of this solution is the low efficiency of using a centrifugal pump with significant deviations of the operating modes from the calculated ones due to low values of efficiency.

Задачей изобретения является расширение эффективной рабочей зоны центробежного насоса с одновременным увеличением его гидравлического КПД. The objective of the invention is the expansion of the effective working area of a centrifugal pump with a simultaneous increase in its hydraulic efficiency.

Техническим результатом является снижение вихревых (диффузорных) потерь в межлопастных каналах рабочего колеса.The technical result is the reduction of vortex (diffuser) losses in the inter-blade channels of the impeller.

Это достигается тем, что реактивное рабочее колесо центробежного насоса, содержащее равномерно распределенные по окружности колеса лопасти с идентичными скелетами профилей, образующие между собой каналы с горлом, которые образованы так, что средние их линии есть геометрическое место точек - центров окружностей с диаметрами Di, вписанных между скелетами соседних профилей на различных радиусах колеса, а внешние обводы каналов образованы кривыми, касательными к окружностям с диаметрами di, меньшими диаметров Di, концентричным окружностям, вписанным между скелетами профилей, причем диаметры di на любом i-м радиусе рабочего колеса определяются зависимостью di=(D1-s)⋅k+(Di-s)⋅(1-k), где D1 есть диаметр Di в горле канала, s есть толщина входной кромки профиля лопасти, а константа k идентична для всех каналов колеса и имеет значение в диапазоне от 0,3 до 0,5.This is achieved by the fact that the reactive impeller of a centrifugal pump, containing blades uniformly distributed around the wheel circumference with identical profile skeletons, forming channels with a throat between them, which are formed so that their middle lines are the geometric place of the points - centers of circles with diameters D i , skeletons inscribed between adjacent profiles on different radii of the wheels, and the outer contours of the channels formed by the curves, tangent to a circle with a diameter d i, the smaller the diameter D i, concentric circle Inscribed between the carcass profiles, the diameters d i for any i-m radius of the impeller determined by the dependence d i = (D 1 -s) ⋅k + (D i -s ) ⋅ ( 1-k), where D 1 is the diameter D i in the throat of the channel, s is the thickness of the input edge of the blade profile, and the constant k is identical for all channels of the wheel and has a value in the range from 0.3 to 0.5.

Кроме того, тела лопастей могут быть выполнены по меньшей мере с одной внутренней замкнутой полостью.In addition, the body of the blades can be made with at least one internal closed cavity.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены общий вид реактивного рабочего колеса центробежного насоса, например, с шестью лопастями постоянной толщины, на фиг. 2 представлены зависимости относительного КПД

Figure 00000001
центробежного насоса от режима его работы относительной объемной подачи
Figure 00000002
рабочей среды для известного решения и изобретения.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a jet impeller of a centrifugal pump, for example, with six blades of constant thickness, in FIG. 2 shows the dependencies of relative efficiency
Figure 00000001
centrifugal pump from its relative volumetric flow mode
Figure 00000002
working environment for a known solution and invention.

Реактивное рабочее колесо центробежного насоса содержит, например, шесть равномерно распределенных по окружности лопастей 1 с идентичными скелетами 2 профилей. Средние линии 3 межлопастных каналов 4 представляют собой геометрическое место точек - центров окружностей с диаметрами Di (i=1…n), вписанных между скелетами 2 соседних профилей на различных радиусах колеса. Внешние обводы межлопастных каналов 4 образованы кривыми 5 и 6, касательными к окружностям с диаметрами di<Di, концентричным окружностям, вписанным между скелетами 2. При этом диаметры di на любом i-м радиусе рабочего колеса определяются зависимостью di=(D1-s)⋅k+(Di-s)⋅(1-k), где D1 - диаметр Di окружности 7 в горле канала, когда i=1; s - толщина входной кромки профиля лопасти, а константа k идентична для всех каналов колеса и может иметь значения в диапазоне от 0,3 до 0,5.A jet impeller of a centrifugal pump contains, for example, six blades 1 uniformly distributed around the circumference of the blades 1 with identical skeletons 2 profiles. The middle lines 3 of the inter-blade channels 4 represent the geometrical location of the points — the centers of circles with diameters D i (i = 1 ... n) inscribed between the skeletons of 2 adjacent profiles at different wheel radii. The outer contours of the inter-blade channels 4 are formed by curves 5 and 6 tangent to circles with diameters d i <D i , concentric circles inscribed between the skeletons 2. Moreover, the diameters d i on any ith radius of the impeller are determined by the dependence d i = (D 1 -s) ⋅k + (D i -s) ⋅ (1-k), where D 1 is the diameter D i of circle 7 in the throat of the channel when i = 1; s is the thickness of the input edge of the blade profile, and the constant k is identical for all wheel channels and can have values in the range from 0.3 to 0.5.

Реактивное рабочее колесо центробежного насоса работает следующим образом.A jet impeller of a centrifugal pump operates as follows.

При вращении рабочего колеса, содержащего равномерно распределенные по окружности лопасти 1 с идентичными скелетами 2 профилей, жидкость под действием центробежной силы, возникающей вследствие силового взаимодействии лопастей 1 с потоком, начинает двигаться от горла канала, имеющего характерный размер - диаметр окружности 7, к периферии. Движение потока жидкости по межлопастным каналам 4, которые образованны кривыми 5 и 6, сопровождается вихревыми (диффузорными) потерями в значительно меньшем количестве.When the impeller rotates, containing the blades 1 evenly distributed around the circumference with identical skeletons of 2 profiles, the fluid begins to move from the throat of the channel, which has a characteristic size - circle diameter 7, to the periphery under the action of the centrifugal force due to the force interaction of the blades 1 with the flow. The movement of the fluid flow through the inter-blade channels 4, which are formed by curves 5 and 6, is accompanied by vortex (diffuser) losses in a much smaller amount.

Зависимости относительного КПД

Figure 00000003
центробежного насоса известного решения (a) и изобретения (b) получены методом 3D моделирования в среде ANSYS Fluent. Анализ зависимостей
Figure 00000004
показывает, что колесо согласно изобретению обеспечивает существенное повышение максимального КПД насоса по сравнению с прототипом при оптимальном режиме и значительно увеличивает зону эффективной работы насоса (условную зону, в которой при изменении подачи насоса его КПД изменяется в пределах 10% от максимального значения), что подтверждает достижение заявленного технического результата. Заявленный положительный эффект от применения изобретения подтвержден натурным экспериментом на консольно-моноблочном центробежном насосе КМ40-25-200.Relative Efficiency Dependencies
Figure 00000003
a centrifugal pump of known solution (a) and invention (b) was obtained by 3D modeling in ANSYS Fluent. Dependency analysis
Figure 00000004
shows that the wheel according to the invention provides a significant increase in the maximum efficiency of the pump compared to the prototype under optimal conditions and significantly increases the zone of effective operation of the pump (conditional zone in which, when the pump flow changes, its efficiency varies within 10% of the maximum value), which confirms achievement of the claimed technical result. The claimed positive effect of the application of the invention is confirmed by a full-scale experiment on a cantilever-monoblock centrifugal pump KM40-25-200.

Использование изобретения позволяет снизить вихревые (диффузорные) потери в межлопастных каналах рабочего колеса с одновременным увеличением его гидравлического КПД.Using the invention allows to reduce vortex (diffuser) losses in the inter-blade channels of the impeller with a simultaneous increase in its hydraulic efficiency.

Claims (2)

1. Реактивное рабочее колесо центробежного насоса, содержащее равномерно распределенные по окружности колеса лопасти с идентичными скелетами профилей, образующие между собой каналы с горлом, отличающееся тем, что каналы образованы так, что средние их линии есть геометрическое место точек - центров окружностей с диаметрами Di, вписанных между скелетами соседних профилей на различных радиусах колеса, а внешние обводы каналов образованы кривыми, касательными к окружностям с диаметрами di, меньшими диаметров Di, концентричным окружностям, вписанным между скелетами профилей, причем диаметры di на любом i-м радиусе рабочего колеса определяются зависимостью di=(D1-s)⋅k+(Di-s)⋅(1-k), где D1 есть диаметр Di в горле канала, s есть толщина входной кромки профиля лопасти, а константа k идентична для всех каналов колеса и имеет значение в диапазоне от 0,3 до 0,5.1. A jet impeller of a centrifugal pump, containing blades evenly distributed around the wheel circumference with identical profile skeletons, forming channels with a throat between them, characterized in that the channels are formed so that their middle lines are the geometric place of the points - centers of circles with diameters D i inscribed skeletons between adjacent profiles on different radii of the wheels, and the outer contours of the channels formed by the curves, tangent to a circle with a diameter d i, the smaller the diameter D i, concentric circles, write skeletons between profiles and diameters d i for any i-m radius of the impeller determined by the dependence d i = (D 1 -s) ⋅k + (D i -s ) ⋅ ( 1-k), where D 1 is the diameter D i in the throat of the channel, s is the thickness of the input edge of the blade profile, and the constant k is identical for all channels of the wheel and has a value in the range from 0.3 to 0.5. 2. Реактивное рабочее колесо центробежного насоса по п. 1, отличающееся тем, что тела лопастей выполнены по меньшей мере с одной внутренней замкнутой полостью.2. A jet impeller of a centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the bodies of the blades are made with at least one internal closed cavity.
RU2015151677A 2015-12-02 2015-12-02 Reactive impeller of centrifugal pump RU2613545C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151677A RU2613545C1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Reactive impeller of centrifugal pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151677A RU2613545C1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Reactive impeller of centrifugal pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2613545C1 true RU2613545C1 (en) 2017-03-17

Family

ID=58458445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015151677A RU2613545C1 (en) 2015-12-02 2015-12-02 Reactive impeller of centrifugal pump

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613545C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2727275C1 (en) * 2019-10-30 2020-07-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Impeller of centrifugal pump

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4165950A (en) * 1976-09-06 1979-08-28 Hitachi, Ltd. Fan having forward-curved blades
JPS58187600A (en) * 1982-04-28 1983-11-01 Hitachi Ltd Impeller for centrifugal pump
SU1627755A1 (en) * 1977-12-26 1991-02-15 Свердловский горный институт им.В.В.Вахрушева Working wheel of centrifugal machine
CN102251983A (en) * 2011-07-20 2011-11-23 西安理工大学 Optimization design method of impellor for cavitation-erosion-resistant centrifugal fan

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4165950A (en) * 1976-09-06 1979-08-28 Hitachi, Ltd. Fan having forward-curved blades
SU1627755A1 (en) * 1977-12-26 1991-02-15 Свердловский горный институт им.В.В.Вахрушева Working wheel of centrifugal machine
JPS58187600A (en) * 1982-04-28 1983-11-01 Hitachi Ltd Impeller for centrifugal pump
CN102251983A (en) * 2011-07-20 2011-11-23 西安理工大学 Optimization design method of impellor for cavitation-erosion-resistant centrifugal fan

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МИХАЙЛОВ А.К., МАЛЮШЕНКО В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. Москва, Машиностроение, 1977, с.30, 32, рис.16; *
МИХАЙЛОВ А.К., МАЛЮШЕНКО В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. Москва, Машиностроение, 1977, с.30, 32, рис.16;SU 1627755 A1, 15.02.1991;JPS 58187600 A, 01.11.1983. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2727275C1 (en) * 2019-10-30 2020-07-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Impeller of centrifugal pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3289921A (en) Vaneless diffuser
CN105117564B (en) A kind of the pump-jet propulsor hydraulic model and its design method of stator before rotor circumferential direction asymmetric arrangement
Kim et al. Optimization of vane diffuser in a mixed-flow pump for high efficiency design
Karlsen-Davies et al. Regenerative liquid ring pumps review and advances on design and performance
Soldatova et al. New version of the Universal modeling for centrifugal compressor gas dynamic design
Galerkin et al. Universal modeling method: the instrument for centrifugal compressor gas dynamic design
Galerkin et al. Modern state of the universal modeling for centrifugal compressors
RU2613545C1 (en) Reactive impeller of centrifugal pump
Bowade et al. A review of different blade design methods for radial flow centrifugal pump
Oka et al. Optimum aerodynamic design of centrifugal compressor impeller using an inverse method based on meridional viscous flow analysis
CN104047890B (en) The method for designing of the preposition inducer of a kind of axial-flow type low lift
Hildebrandt Numerical analysis of overall performance and flow phenomena of an automatically optimized three-dimensional return channel system for multistage centrifugal compression systems
Allali et al. Numerical approach based design of centrifugal pump volute
Ishida et al. Analysis of secondary flow behavior in low solidity cascade diffuser of a centrifugal blower
Hazby et al. Design and testing of a high flow coefficient mixed flow impeller
RU2688873C1 (en) Centrifugal pump stage
RU2692941C1 (en) Centrifugal pump impeller for gas-liquid media
Kaliappan et al. Numerical Analysis Of Centrifugal Pump Impeller For Performance Improvement
Bing et al. Effects of blade rotation angle deviations on mixed-flow pump hydraulic performance
Kuleshov et al. Channel rotor calculation for a centrifugal blood Pump
Knížat et al. Impeller design of a single blade hydrodynamic pump
Apollonio et al. Theoretical optimization of splitter blade geometry in high-efficiency centrifugal turbopumps
Zhang et al. Blade thickness effect on impeller slip factor
Chemezov Comparative analysis of an impeller geometry at different heads of a pump
Ayad et al. 3-D numerical study of the effect of impeller blades slot on the centrifugal pump performance using CFD

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201203