RU2499914C1 - Vertical radial-flow pump - Google Patents
Vertical radial-flow pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2499914C1 RU2499914C1 RU2012144923/06A RU2012144923A RU2499914C1 RU 2499914 C1 RU2499914 C1 RU 2499914C1 RU 2012144923/06 A RU2012144923/06 A RU 2012144923/06A RU 2012144923 A RU2012144923 A RU 2012144923A RU 2499914 C1 RU2499914 C1 RU 2499914C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- annular
- radial
- confuser
- pump
- ribs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к насосостроению, а именно, к вертикальным центробежным насосам с рабочим колесом двухстороннего всасывания, используемым в атомных энергетических установках с реактором интегрального типа, где все теплообменное оборудование включая насосы размещены внутри корпуса реактора и которые своими диаметральными размерами оказывают существенное влияние на диаметр корпуса реактора.The proposed technical solution relates to pump engineering, namely, to vertical centrifugal pumps with a double-suction impeller used in nuclear power plants with an integral type reactor, where all heat-exchange equipment, including pumps, are located inside the reactor vessel and which, due to their diametric dimensions, have a significant effect on the diameter reactor vessel.
Насосы с колесом двухстороннего всасывания имеют меньшие размеры по наружному диаметру по сравнению с насосами с колесом одностороннего всасывания в виду более высокой частоты вращения вала насоса, поэтому более предпочтительны для размещения внутри корпуса реактора. Однако появление второго подводящего потока к колесу приводит к усложнению конструкции проточной части насоса из-за взаимного пересечения отводящего (напорного) потока с одним из подводящих (всасывыющих) потоков к рабочему колесу двухстороннего всасывания. Это в свою очередь ведет к увеличению наружного диаметра насоса для того, чтобы обеспечить необходимые скорости потоков как по напору, так и по всасу, с целью достижения максимального КПД насоса. Кроме того, не удается достичь высокого КПД насоса из-за затесненности кольцевого отвода каналами подвода к одному из венцов колеса. Вращающийся кольцевой напорный поток пересекается в диаметральной плоскости с каналами подвода под прямым углом. При резком повороте под прямым углом происходит удар потока о стенки каналов подвода с образованием вихрей, создающих значительное гидравлическое сопротивление по проходу потока между каналами подвода. При этом часть потока с большими потерями проходит между каналами подвода, другая продолжает вращение в кольцевом отводе снижая КПД насоса.Pumps with a double-suction wheel have a smaller outer diameter than pumps with a single-suction wheel due to the higher rotational speed of the pump shaft, and therefore are more preferred for placement inside the reactor vessel. However, the appearance of a second inlet flow to the wheel complicates the design of the pump flow path due to the mutual intersection of the outlet (pressure) stream with one of the inlet (suction) flows to the impeller of two-way suction. This in turn leads to an increase in the outer diameter of the pump in order to ensure the necessary flow rates both in pressure and inlet, in order to achieve maximum pump efficiency. In addition, it is not possible to achieve a high efficiency of the pump due to the crowding of the annular tap with supply channels to one of the wheel rims. The rotating annular pressure flow intersects in the diametrical plane with the supply channels at right angles. With a sharp turn at a right angle, the flow hits the walls of the supply channels with the formation of vortices that create significant hydraulic resistance along the flow path between the supply channels. At the same time, a part of the flow passes with large losses between the supply channels, the other continues to rotate in the annular outlet, reducing the pump efficiency.
Повышенная частота вращения вала насоса с колесом двухстороннего всасывания и затеснение сечения подвода потока к колесу из-за взаимного влияния друг на друга каналов отвода и подвода ведут к росту относительной скорости потока на входе в колесо и соответственно к еще большему падению давления на всасе колеса, что снижает антикавитационные свойства и ресурс работы насоса. Для поддержания длительной, безкавитационной работы насоса необходимо повышать избыточное давление газа - в газовой полости реактора, что по условиям прочности его корпуса из-за больших габаритов и металлоемкости, а также из-за конструкции уплотнительных узлов оборудования реактора ограничено и не должно превышать 0,05 МПа.The increased frequency of rotation of the pump shaft with the double-suction wheel and the crowding of the cross-section of the flow inlet to the wheel due to the mutual influence of the exhaust and supply channels on each other lead to an increase in the relative flow velocity at the inlet to the wheel and, accordingly, to an even greater pressure drop at the wheel inlet, which reduces anti-cavitation properties and pump life. To maintain the long, cavitation-free operation of the pump, it is necessary to increase the excess gas pressure in the gas cavity of the reactor, which is limited and should not exceed 0.05 due to the dimensions of its body due to the large dimensions and metal consumption, and also because of the design of the sealing units of the reactor equipment MPa
Кроме того, из-за сложности формы конструкции проточной части насоса с колесом двухстороннего всасывания в ней используются литейные элементы, снижающие качество технологии изготовления насоса, что ведет к росту толщины стенок проточной части, массогабаритных размеров и удорожанию стоимости изготовления насоса.In addition, due to the complexity of the design of the flow part of the pump with the double-suction wheel, casting elements are used in it, which reduce the quality of the pump manufacturing technology, which leads to an increase in the wall thickness of the flow part, overall dimensions and an increase in the cost of manufacturing the pump.
Использование для подвода потоков только одного кольцевого сечения между корпусом и наружной обечайкой приводит к взаимному влиянию текущих осевых струй друг на друга с возникновением вихрей, проникающих на вход в колесо и ухудшающих поле скоростей. Большое гидравлическое сопротивление подводов потока из-за поворота потока из осевого направления в радиальное, а также по причине затеснения сечения подводов снижает КПД насоса, его антикавитационные свойства и ресурс работы. Наряду с использованием в конструкции насоса элементов геометрического подобия достичь при этом динамического подобия на рабочих венцах колеса не удается, а следовательно и уравновесить работу венцов колеса.The use of only one annular section for supplying flows between the body and the outer shell leads to the mutual influence of the current axial jets on each other with the appearance of vortices penetrating the entrance to the wheel and worsening the velocity field. The high hydraulic resistance of the flow inlets due to the rotation of the flow from the axial direction to the radial, as well as due to the crowding of the inlet section reduces the efficiency of the pump, its anti-cavitation properties and service life. Along with the use of elements of geometric similarity in the design of the pump, it is not possible to achieve dynamic similarity on the working rims of the wheel, and therefore to balance the work of the rims of the wheel.
Высокие требования по ресурсу, предъявляемые как к реактору, так и к его оборудованию, направлены в первую очередь на разработку совершенной конструкции насоса с колесом двухстороннего всасывания, а именно насоса повышенной компактности, с минимальным наружным диаметром при одновременном размещении в нем колеса наибольшего диаметра, работающего на пониженной частоте вращения и имеющего повышенные антикавитационные свойства, ресурс работы и КПД.The high resource requirements for both the reactor and its equipment are primarily aimed at developing the perfect design of the pump with a double-suction wheel, namely a pump of increased compactness, with a minimum outer diameter while placing the largest diameter wheel in it at a reduced speed and having increased anti-cavitation properties, a resource of work and efficiency.
Известен центробежный насос (см., например, авт. св. СССР №823653, кл. F04D 29/42, от 23.04.1981 г.), содержащий корпус с кольцевым сборником и подводящим патрубком, расположенное в корпусе рабочее колесо двухстороннего всасывания, кольцевой направляющий аппарат с лопатками, имеющими внутренние полости и образующими межлопаточные диффузорные каналы. В корпусе установлена ограничивающая кольцевой сборник гофрированная обечайка, выступы которой образуют продольные каналы сообщенные с диффузорными каналами. По подводящему патрубку перекачиваемая жидкость поступает на вход к нижнему рабочему венцу колеса. Одновременно по внутренним полостям направляющих лопаток кольцевого направляющего аппарата жидкость подводится к верхнему венцу колеса. Увеличив энергию в рабочем колесе, жидкость по межлопаточным диффузорным каналам поступает в кольцевой сборник и далее в напорный патрубок. К основным недостаткам конструкции насоса можно отнести следующее.A centrifugal pump is known (see, for example, ed. St. USSR No. 823653,
Пересечение подводящего и отводящего потоков в диаметральной плоскости насоса взаимно воздействует друг на друга и затесняет кольцевое плоское проходное сечение между собой, что ведет к увеличению наружного диаметра насоса, чтобы обеспечить приемлемый КПД насоса.The intersection of the inlet and outlet flows in the diametrical plane of the pump mutually acts on each other and squeezes the annular flat cross-section between each other, which leads to an increase in the outer diameter of the pump to ensure an acceptable pump efficiency.
Несоответствие геометрического подобия по входу на верхний и нижний рабочие венцы колеса, значительно большее гидравлическое сопротивление и большая неравномерность поля скоростей, приходящиеся на верхний венец, значительно снижают его антикавитационные свойства и как следствие ресурс работы.Inconsistency of the geometric similarity at the entrance to the upper and lower working rims of the wheel, significantly greater hydraulic resistance and greater unevenness of the velocity field attributable to the upper rim, significantly reduce its anti-cavitation properties and, as a result, the working life.
Сводя к минимуму гидравлические потери на выходе из направляющего аппарата, насос приобретает большие гидравлические потери в виде протечек по установочным зазорам, верхнему и нижнему, в корпусе насоса, так как зазоры попадают под напор насоса из кольцевого сборника, что снижает КПД насоса.By minimizing hydraulic losses at the outlet of the guiding apparatus, the pump acquires large hydraulic losses in the form of leaks in the installation clearances, upper and lower, in the pump casing, since the clearances fall under the pressure of the pump from the annular collector, which reduces the pump efficiency.
Известен насос (см., например, патент Франции №1246860, кл. F04D 1/00; F04D 1/06, от 1960-11-25), содержащий цилиндрический корпус, расположенные в нем рабочее колесо двухстороннего всасывания, лопаточный отвод с нагнетательной камерой, связанной с напорным коллектором посредством перепускных каналов, чередующихся с радиальными подводящими каналами в поперечном сечении насоса. К основным недостаткам конструкции насоса можно отнести те же, что и в предыдущей конструкции.A known pump (see, for example, French patent No. 1246860, class F04D 1/00; F04D 1/06, from 1960-11-25) containing a cylindrical body, the impeller of two-sided suction located therein, a blade branch with a discharge chamber associated with the pressure manifold by means of bypass channels alternating with radial feed channels in the cross section of the pump. The main disadvantages of the pump design are the same as in the previous design.
Пересечение отводящего и подводящего потоков в поперечном сечении насоса не позволяет обеспечить минимальный диаметр насоса.The intersection of the discharge and supply flows in the cross section of the pump does not allow for a minimum pump diameter.
Несоответствие геометрического подобия по входу на верхний и нижний рабочие венцы колеса. Большие гидравлическое сопротивление и неравномерность поля скоростей, приходящиеся на верхний венец, с добавлением отрицательного влияния вращающегося вала на поле скоростей перед входом на верхний венец значительно снижают его антикавитационные свойства и как следствие ресурс работы насоса.Inconsistency of geometric similarity at the entrance to the upper and lower working rims of the wheel. The large hydraulic resistance and unevenness of the velocity field attributable to the upper crown, with the addition of the negative effect of the rotating shaft on the velocity field before entering the upper crown, significantly reduce its anti-cavitation properties and, as a consequence, the pump life.
Низкий КПД насоса из-за большого гидравлического сопротивления на выходе потока из лопаточного отвода в перепускные каналы, расположенные под прямым углом, где образуются вихри, затесняющие сечение отвода.Low efficiency of the pump due to the large hydraulic resistance at the outlet of the flow from the scapular outlet to the bypass channels located at right angles, where vortices are formed, crowding the section of the outlet.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому по технической сущности, выбранным в качестве прототипа, является вертикальный центробежный насос (см., например, статья: Костин В.И., Куропатов А.И. О выборе главных циркуляционных насосов первого контура перспективных установок с натриевым теплоносителем. Издательство "Энергия", журнал "Теплоэнергетика", март (3), 1978 год, стр.54-57, рис.2.), содержащий цилиндрический корпус, расположенные в нем рабочее колесо двухстороннего всасывания с верхним и нижним лопаточными венцами, кольцевой направляющий аппарат, кольцевой отвод с наружной и внутренней обечайками, образующими в нижней части коллектор, сообщенный с напорным патрубком, и каналы подвода жидкости к нижнему и верхнему венцам, последний из которых образован корпусом и наружной обечайкой. Перекачиваемая жидкость поступает к рабочему колесу из кольцевого канала, образованного корпусом и наружной обечайкой. При этом к верхнему венцу жидкость подводится через верхние каналы подвода, расположенные радиально и равномерно по окружности с поворотом потока в них на 180°, а к нижнему венцу через геометрически подобные верхним нижние каналы подвода, которые развернуты на 45°, чтобы уменьшить влияние осевых струйных потоков друг на друга. Далее потоки с верхнего и нижнего венцов объединяются в единый поток, который выходит из колеса в кольцевой направляющий аппарат и затем из него в кольцевой отвод между внутренней и наружной обечайками. Из кольцевого отвода вращающийся кольцевой поток с поворотом на 90° в низ и ударом о стенки каналов подвода к нижнему венцу проходит между ними в коллектор, образованный в нижней части внутренней и наружной обечайками, и далее в напорный патрубок, сообщенный с ним. Недостатками описываемой конструкции насоса является следующее. Большой диаметр насоса.Of the known technical solutions, the closest to the claimed technical essence, selected as a prototype, is a vertical centrifugal pump (see, for example, the article: Kostin V.I., Kuropatov A.I. On the selection of the main circulation pumps of the first circuit of perspective installations with Sodium coolant. Energia Publishing House, Heat Power Engineering Magazine, March (3), 1978, pp. 54-57, Fig. 2.) containing a cylindrical housing, a double-suction impeller with upper and lower blade crowns located in it ring a howling guide apparatus, an annular outlet with an outer and inner shells forming a collector in the lower part in communication with a pressure pipe, and fluid supply channels to the lower and upper rims, the last of which is formed by the body and the outer shell. The pumped liquid enters the impeller from the annular channel formed by the housing and the outer shell. At the same time, liquid is supplied to the upper rim through the upper supply channels located radially and uniformly around the circumference with a 180 ° rotation of the flow in them, and to the lower rim through the geometrically similar upper lower supply channels, which are deployed by 45 °, in order to reduce the effect of axial inkjet threads on top of each other. Further, the flows from the upper and lower rims are combined into a single stream, which leaves the wheel in an annular guide apparatus and then out of it into an annular outlet between the inner and outer shells. From the annular outlet, a rotating annular flow with a rotation of 90 ° to the bottom and impact on the walls of the supply channels to the lower rim passes between them into the collector formed in the lower part of the inner and outer shells, and then into the discharge pipe in communication with it. The disadvantages of the described design of the pump is the following. Large diameter pump.
Из-за пересечения в диаметральной плоскости кольцевого отвода каналами подвода к нижнему венцу невозможно обеспечить минимальный наружный диаметр насоса. Затеснение кольцевого сечения отвода каналами подвода к нижнему венцу требует увеличения площади проходного сечения отвода, с целью достижения наибольшего КПД насоса, а следовательно, ведет к увеличению диаметра насоса. Кроме того, расположение кольцевого направляющего аппарата в диаметральной плоскости колеса между кольцевым отводом и колесом не эффективно и увеличивает наружный диаметр насоса на ширину кольцевого направляющего аппарата. К этому следует добавить, что высокая эффективность кольцевого направляющего аппарата радиального типа достигается удлинением диффузорных каналов, что ведет к еще большему увеличению его наружного диаметра.Due to the intersection in the diametrical plane of the annular outlet with supply channels to the lower rim, it is impossible to ensure a minimum outer diameter of the pump. The crowding of the annular section of the outlet with the supply channels to the lower crown requires an increase in the area of the bore of the branch in order to achieve the greatest pump efficiency, and therefore leads to an increase in the diameter of the pump. In addition, the location of the annular guide apparatus in the diametrical plane of the wheel between the annular tap and the wheel is not effective and increases the outer diameter of the pump by the width of the annular guide apparatus. It should be added that the high efficiency of the radial annular guiding apparatus is achieved by lengthening the diffuser channels, which leads to an even greater increase in its outer diameter.
Сложность конструкции проточной части насоса.The complexity of the design of the flow of the pump.
Ввиду сложной геометрической формы профиля подводящих каналов в насосе использованы элементы литья, которые снижают качество изготовления проточной части насоса из-за раковин, появляющихся в них, с последующей их доработкой в процессе изготовления. Использование литья увеличивает толщины стенок проточной части, массогабаритные размеры и удорожает стоимость изготовления насоса.Due to the complex geometric shape of the profile of the supply channels in the pump, casting elements are used that reduce the manufacturing quality of the flow part of the pump due to the shells appearing in them, with their subsequent refinement in the manufacturing process. The use of casting increases the wall thickness of the flow part, overall dimensions and increases the cost of manufacturing a pump.
Низкий КПД насоса.Low pump efficiency.
Несовершенство отвода потока после кольцевого направляющего аппарата по проходу между каналами подвода снижает КПД насоса. Вращающийся кольцевой напорный поток после направляющего аппарата имеет достаточно высокую окружную скорость и пересекаясь в диаметральной плоскости с каналами подвода под углом 90° получает значительное гидравлическое сопротивление от удара о боковую стенку каналов подвода в виде вихреобразований, затесняющих сечение по проходу вертикально в низ между каналами подвода, что значительно снижает КПД насоса. Кроме того, низкому КПД насоса способствует значительное гидравлическое сопротивление подвода к верхнему венцу из-за затеснения сечения формой каналов, копирующих подобие каналов нижнему венцу. Радиально расположенные в диаметральной плоскости насоса каналы подвода к нижнему венцу имеют значительное гидравлическое сопротивление от поворота потока из осевого направления в радиальное. Все это дополнительное гидравлическое сопротивление по подводам к верхнему и нижнему венцам введено в угоду геометрическому подобию входа потока из кольцевого пространства между корпусом насоса и напорным патрубком. Использование в конструкции насоса подводов в виде раздельно текущих радиальных потоков на вход колеса не позволяет обеспечить на всасе колеса хорошее поле скоростей по всему сечению входа, что снижает его КПД, антикавитационные свойства и ресурс работы.The imperfection of the flow outlet after the annular guiding apparatus along the passage between the supply channels reduces the efficiency of the pump. The rotating annular pressure stream after the guiding apparatus has a sufficiently high peripheral speed and intersecting in the diametrical plane with the supply channels at an angle of 90 ° receives significant hydraulic resistance from impact on the side wall of the supply channels in the form of vortexes, crowding the section along the passage vertically to the bottom between the supply channels, which significantly reduces the efficiency of the pump. In addition, the low hydraulic efficiency of the pump is facilitated by the significant hydraulic resistance of the supply to the upper rim due to the crowding of the cross section with the shape of channels that copy the similarity of the channels to the lower rim. The supply channels to the lower crown radially located in the diametrical plane of the pump have significant hydraulic resistance from the rotation of the flow from the axial direction to the radial. All this additional hydraulic resistance along the inlets to the upper and lower crowns is introduced in favor of a geometric similarity to the flow inlet from the annular space between the pump casing and the pressure pipe. The use of inlets in the design of the pump in the form of separately flowing radial flows to the wheel inlet does not make it possible to ensure a good velocity field at the wheel inlet along the entire inlet cross section, which reduces its efficiency, anti-cavitation properties and service life.
Низкие антикавитационные свойства и ресурс насоса.Low anti-cavitation properties and pump life.
Повышенная частота вращения вала насоса с колесом двухстороннего всасывания и затеснение сечения подвода потока к колесу из-за взаимного влияния друг на друга каналов отвода и подвода ведут к росту относительной скорости потока на входе в колесо и соответственно к еще большему падению давления на всасе колеса, что снижает его антикавитационные свойства и ресурс работы насоса. Для поддержания длительной и безкавитационной работы насоса необходимо повышать избыточное давление газа в полости реактора, что приводит к повышенным нагрузкам на прочный корпус реактора и снижает ресурс его работы.The increased frequency of rotation of the pump shaft with the double-suction wheel and the crowding of the cross-section of the flow inlet to the wheel due to the mutual influence of the exhaust and supply channels on each other lead to an increase in the relative flow velocity at the inlet to the wheel and, accordingly, to an even greater pressure drop at the wheel inlet, which reduces its anti-cavitation properties and pump life. To maintain the long and cavitation-free operation of the pump, it is necessary to increase the excess gas pressure in the reactor cavity, which leads to increased loads on the solid reactor shell and reduces its operating life.
Несовершенство подводов потока к колесу.Imperfection of the flow inlet to the wheel.
Наряду с выполнением в конструкции насоса геометрического подобия по входу потока на верхний и нижний венцы колеса, верхний венец колеса оказывается в худших условиях работы из-за отрицательного влияния поверхности вращающегося вала на входящий радиально-осевой поток. Вращающийся вал подкручивает входящий поток на верхний венец колеса и вносит дополнительную неравномерность в поле скоростей с образованием вихрей на входе венца, что увеличивает относительную скорость потока на всасе колеса и снижает его антикавитационные свойства. Кроме того, верхний венец колеса оказывается в худших условиях работы по отношению к нижнему и по причине меньшего гидростатического подпора на величину геометрической разницы отметок верхнего и нижнего венцов. В результате вышесказанного, наряду с выполнением геометрического подобия динамические условия по полю скоростей на венцах различные из-за отсутствия влияния вращающегося вала на поток к нижнему венцу, что ставит нижний венец в лучшие условия по антикавитационным свойствам. Работа венцов далека от равновесия и требуется дальнейшее усовершенствование конструкции насоса. Кроме того, в насосе использован осевой подвод к верхнему и нижнему венцам одним кольцевым сечением между корпусом и наружной обечайкой насоса. Для того, чтобы уменьшить влияние течения осевых струй подводов друг на друга в насосе использован разворот верхних подводящих каналов на 45° по отношению к нижним каналам. Однако исключить влияние осевых струй друг на друга за счет боковых сторон не выполнено, что приводит к образованию вихрей, которые проходят глубоко на всас колеса и искажают поле скоростей перед входом на колесо.Along with the implementation in the design of the pump of a geometric similarity in terms of flow inlet to the upper and lower rims of the wheel, the upper rim of the wheel is in worse working conditions due to the negative effect of the surface of the rotating shaft on the incoming radial-axial flow. The rotating shaft twists the incoming flow onto the upper rim of the wheel and introduces additional unevenness in the velocity field with the formation of vortices at the entrance of the rim, which increases the relative flow velocity at the wheel inlet and reduces its anti-cavitation properties. In addition, the upper rim of the wheel is in worse working conditions with respect to the lower one and because of the less hydrostatic support by the value of the geometric difference between the marks of the upper and lower rims. As a result of the above, along with the fulfillment of geometric similarity, the dynamic conditions along the velocity field on the crowns are different due to the lack of influence of the rotating shaft on the flow to the lower crown, which puts the lower crown in the best conditions for anticavitation properties. The operation of the crowns is far from equilibrium and further improvement of the pump design is required. In addition, the pump uses an axial approach to the upper and lower rims with one circular section between the housing and the outer shell of the pump. In order to reduce the influence of the flow of the axial jets of the supply leads to each other, the pump used a rotation of the upper supply channels by 45 ° relative to the lower channels. However, it was not possible to exclude the influence of the axial jets on each other due to the lateral sides, which leads to the formation of vortices that extend deep into the wheel inlet and distort the velocity field before entering the wheel.
Задачей предлагаемого технического решения является следующее:The objective of the proposed technical solution is the following:
1) уменьшение наружного диаметра насоса при одновременном размещении в нем колеса наибольшего диаметра. При этом, необходимое, эффективное проходное сечение отвода между каналами подвода к нижнему венцу выполнить не за счет увеличения наружного диаметра насоса, как не эффективное, а за счет удлинения насоса, увеличивая площадь проходного сечения между каналами подвода, что не оказывает влияния на наружный диаметр насоса и не является критичным для насоса по длине ввиду применения его в реакторах интегрального типа;1) reducing the outer diameter of the pump while simultaneously placing the wheels of the largest diameter in it. At the same time, the necessary, effective passage section of the outlet between the supply channels to the lower crown is not performed by increasing the outer diameter of the pump, but not effective, but by lengthening the pump, increasing the area of the passage section between the supply channels, which does not affect the outer diameter of the pump and is not critical for the pump in length due to its use in integral type reactors;
2) упрощение конструкции насоса, повышение технологичности конструкции и качества технологии изготовления, снижение массогабаритных размеров насоса;2) simplifying the design of the pump, improving the manufacturability of the design and the quality of manufacturing technology, reducing the overall dimensions of the pump;
3) повышение КПД насоса за счет снижения гидравлического сопротивления подвода потока к верхнему и нижнему венцам, а также за счет улучшения отвода потока после кольцевого направляющего аппарата между каналами подвода потока к нижнему венцу;3) increasing the efficiency of the pump by reducing the hydraulic resistance of the flow inlet to the upper and lower rims, as well as by improving the flow outlet after the annular guide apparatus between the channels for supplying the flow to the lower rim;
4) повышение антикавитационных свойств и ресурса работы насоса. Повышение антикавитационных свойств и ресурса работы насоса зависит от частоты вращения колеса насоса. Снижение частоты вращения колеса повышает его антикавитационные свойства и ресурс работы. Это достижимо, если в тех же габаритах насоса, как и у прототипа можно разместить колесо двухстороннего всасывания большее по его наружному диаметру, чем у прототипа, обеспечивая те же заданные основные характеристики насоса, а именно: подачу и напор, при меньшей частоте вращения колеса. Влияние зависимости диаметра колеса насоса от частоты вращения вала насоса при сохранении основных параметров без изменений определяется формулой: Dк=K×1/n,4) increasing the anti-cavitation properties and pump life. The increase in anti-cavitation properties and pump life depends on the speed of the pump wheel. Reducing the frequency of rotation of the wheel increases its anti-cavitation properties and service life. This is achievable if, in the same dimensions of the pump as the prototype, it is possible to place a double-suction wheel larger in its outer diameter than the prototype, providing the same specified basic pump characteristics, namely: flow and pressure, at a lower wheel speed. The influence of the dependence of the diameter of the pump wheel on the frequency of rotation of the pump shaft while maintaining the basic parameters without changes is determined by the formula: Dк = K × 1 / n,
где Dк - диаметр наружный колеса насоса;where Dк is the diameter of the outer wheel of the pump;
K - коэффициент пропорциональности, учитывающий изменение напора насоса;K is the coefficient of proportionality, taking into account the change in pump head;
n - частота вращения колеса насоса.n is the speed of the pump wheel.
Если ввести параметр Кэф.=Dк/Dн,If you enter the parameter Kef. = Dк / Dн,
где Kэф. - параметр эффективности размещения колеса в насосе;where is kef. - a parameter of the efficiency of wheel placement in the pump;
Dк - диаметр наружный колеса насоса;Dк - diameter of the outer wheel of the pump;
Dн - диаметр наружный насоса, который показывает, что, чем больше значение параметра, тем большее колесо можно разместить в насосе и, следовательно, тем самым можно больше снизить частоту вращения колеса, а значит повысить его антикавитационные свойства и ресурс работы. Для сравнения эффективности насосов по параметру Кэф. можно заключить следующее: для прототипа параметр Кэф.≈0,47, следовательно, задачей предлагаемого технического решения является создание более совершенной конструкции насоса с параметром Кэф. больше 0,47;Dн is the diameter of the external pump, which shows that the larger the value of the parameter, the larger the wheel can be placed in the pump and, therefore, it is possible to reduce the wheel speed more, and therefore increase its anti-cavitation properties and service life. To compare the efficiency of the pumps by the parameter Kef. we can conclude the following: for the prototype, the parameter Kef.≈0.47, therefore, the task of the proposed technical solution is to create a more advanced design of the pump with the parameter Kef. more than 0.47;
5) улучшение подвода потоков и уменьшение влияния друг на друга, уменьшение гидравлического сопротивления подводов, уменьшение вихреобразований при поворотах потока и более равномерное распределение скоростей по сечению потока, улучшение всасывающих свойств насоса, устранение воздействия вращающегося вала на входящий радиально-осевой поток, выполнение геометрического и динамического подобий на верхнем и нижнем подводах к колесу, выравнивание поля скоростей на рабочих венцах колеса, максимальное приближение к равновесию в работе венцов колеса.5) improving the supply of flows and reducing the influence on each other, reducing the hydraulic resistance of the inlets, reducing vortex formation during flow turns and more uniform distribution of velocities over the flow cross-section, improving the suction properties of the pump, eliminating the effects of the rotating shaft on the incoming radial-axial flow, performing geometric and dynamic similarities on the upper and lower approaches to the wheel, alignment of the velocity field on the working rims of the wheel, the maximum approximation to the equilibrium in the operation of the veins wheel guide wheel.
Указанная цель достигается тем, что в известном вертикальном центробежном насосе, содержащем цилиндрический корпус, расположенные в нем рабочее колесо двухстороннего всасывания с верхним и нижним лопаточными венцами, кольцевой направляющий аппарат, кольцевой отвод с наружной и внутренней обечайками, образующими ниже коллектор с напорным патрубком, и каналы подвода потока к нижнему и верхнему венцам, последний из которых образован корпусом и наружной обечайкой, кольцевой направляющий аппарат расположен между кольцевым отводом и коллектором, наружная и внутренняя обечайки ниже выполнены в виде двух эллиптических, концентричных днищ, наружного и внутреннего, расположенных вдоль оси насоса, каналы подвода потока к нижнему венцу проходят в виде патрубков через днища, а их оси через центр днищ, от направляющего аппарата до патрубков, от внутренней обечайки до наружной расположены лопатки с криволинейной поверхностью, образующие карманы-полости с радиальным выходом потока между патрубками в напорный патрубок, с возможностью безотрывного течения потока вдоль лопаток заданного радиуса кривизны, при этом патрубки сообщены с нижним венцом через нижний кольцевой радиально-осевой конфузор с плоскими ребрами, радиально установленными между патрубками, располагаемый своей внутренней частью профиля от точки пересечения внутренних образующих патрубка, внутренней части профиля и внутреннего днища, а наружной частью, расположенной в горизонтальной плоскости, от внутренней обечайки с плавным поворотом от них в осевое направление до нижнего лопаточного венца, а между корпусом и наружной обечайкой выполнена кольцевая перегородка в виде гофрированной обечайки с минимальным монтажным зазором на верхнем ее конце относительно наружной обечайки, закрепленной на корпусе с помощью радиальных ребер на верхнем и нижнем ее концах, выступы которой напротив патрубков образуют продольные каналы подвода потока на нижний венец совместно с внутренним кольцевым подводом между гофрированной обечайкой и напорным патрубком, а смежные впадины образуют совместно внешний кольцевой подвод на верхний венец между корпусом и гофрированной обечайкой, нижний торец которой расположен ниже нижней точки патрубков, и далее каналы подвода потока к верхнему венцу выполнены между двумя кольцевыми элементами, нижним и верхним, с горизонтальными плоскостями, соединенными между собой радиальными наружными ребрами утолщенной, обтекаемой формы и затем стыкуемые с ними плоскими внутренними ребрами, образующими совместно радиальные секторы в поперечном сечении насоса, объединяемые в верхний кольцевой радиально-осевой конфузор по внутреннему диаметру кольцевых элементов, равному диаметру расположения точки пересечения внутренних образующих патрубка, внутренней части профиля нижнего конфузора и внутреннего днища, с плоскими радиальными ребрами, являющимися продолжением плоских внутренних ребер, с плавным поворотом потока в нем в осевое направление, располагаемый до верхнего лопаточного венца подобно нижнему конфузору.This goal is achieved by the fact that in the known vertical centrifugal pump containing a cylindrical housing, there is a double-suction impeller with upper and lower scapular crowns located therein, an annular guide apparatus, an annular outlet with outer and inner shells forming a manifold with a pressure port below, and channels for supplying flow to the lower and upper crowns, the last of which is formed by the body and the outer shell, an annular guide apparatus is located between the annular outlet and the collar By the way, the outer and inner shells below are made in the form of two elliptical, concentric bottoms, the outer and inner, located along the pump axis, the channels for supplying the flow to the lower crown pass in the form of nozzles through the bottoms, and their axis through the center of the bottoms, from the guide apparatus to the nozzles , from the inner shell to the outer, blades with a curved surface are located, forming pockets-cavities with a radial flow outlet between the nozzles into the discharge nozzle, with the possibility of a continuous flow flow along the rear blades radius of curvature, while the nozzles are in communication with the lower rim through the lower annular radial-axial confuser with flat ribs radially mounted between the nozzles, located its inner part of the profile from the point of intersection of the internal generators of the pipe, the inner part of the profile and the inner bottom, and the outer part, located in the horizontal plane, from the inner shell with a smooth rotation from them in the axial direction to the lower scapula, and between the body and the outer shell is made a corrugated partition in the form of a corrugated shell with a minimum mounting clearance at its upper end relative to the outer shell mounted on the housing with radial ribs at its upper and lower ends, the protrusions of which opposite the nozzles form longitudinal channels for supplying flow to the lower crown together with an internal annular supply between corrugated shell and pressure pipe, and adjacent cavities form together an external annular supply to the upper crown between the housing and the corrugated shell, the lower end of the cat The hole is located below the lower point of the nozzles, and then the channels for supplying the flow to the upper crown are made between two ring elements, lower and upper, with horizontal planes interconnected by radial outer ribs of a thickened, streamlined shape and then joined together by flat inner ribs, forming together radial sectors in the cross section of the pump, combined in the upper annular radial-axial confuser along the inner diameter of the ring elements equal to the diameter of the location of the point ne sectional view of the internal components of the pipe, the internal part of the profile of the lower confuser and the inner bottom, with flat radial ribs, which are an extension of the flat inner ribs, with a smooth rotation of the flow in it in the axial direction, located to the upper scapular crown like a lower confuser.
Кольцевая перегородка может быть выполнена в виде обечайки с фланцем по внутреннему диаметру на ее верхнем конце и установленной с минимальным монтажным зазором между фланцем и наружной обечайкой, закрепленной на корпусе с помощью радиальных ребер, на верхнем и нижнем ее концах, нижний торец которой расположен ниже нижней точки патрубков, которая делит осевой кольцевой подвод между корпусом и напорным патрубком на внутренний кольцевой подвод к нижнему венцу и внешний к верхнему венцу.The annular partition can be made in the form of a shell with an inner diameter flange at its upper end and installed with a minimum mounting gap between the flange and the outer shell mounted on the housing with radial ribs at its upper and lower ends, the lower end of which is located below the lower points of nozzles, which divides the axial annular inlet between the housing and the discharge nozzle into an internal annular inlet to the lower crown and external to the upper crown.
Внутренняя часть верхнего кольцевого радиально-осевого конфузора с плоскими радиальными ребрами может быть выполнена съемной по максимально возможному диаметру, например, совместно с нижним радиальным подшипником и закрепленной по торцу на нем, а для нижнего конфузора внутренняя и наружная части с плоскими радиальными ребрами, как единая сборка, совместно демонтируется и закрепляется на фланце внутренней обечайки, при этом наружная часть верхнего конфузора может быть также выполнена съемной в виде фланца, формирующего наружную часть профиля верхнего конфузора.The inner part of the upper annular radial-axial confuser with flat radial ribs can be made removable in the maximum possible diameter, for example, together with the lower radial bearing and fixed at the end on it, and for the lower confuser, the inner and outer parts with flat radial ribs, as a single assembly, is jointly dismantled and fixed on the flange of the inner shell, while the outer part of the upper confuser can also be made removable in the form of a flange forming the outer part profile of the upper confuser.
Верхний кольцевой радиально-осевой конфузор с его внутренней и наружной частями, с плоскими радиальными ребрами, может быть выполнен как единая сборка и закреплен на фланце нижнего кольцевого элемента по его внутреннему диаметру.The upper annular radial-axial confuser with its inner and outer parts, with flat radial ribs, can be made as a single assembly and mounted on the flange of the lower annular element along its inner diameter.
Между радиально установленными ребрами наружной части нижнего конфузора расположены и закреплены на них лопатки постоянной толщины по сечению, с криволинейной поверхностью, концентрично расположенные между собой вдоль оси насоса, равномерно по мередиональному сечению, с шириной проекции их на горизонтальную плоскость равной проекции диаметра патрубка на туже плоскость, при этом со стороны входных кромок лопатки имеют плавное уменьшение по толщине в направлении к кромке.Between the radially mounted ribs of the outer part of the lower confuser are located and fixed on them vanes of constant thickness along the cross section, with a curved surface, concentrically spaced among themselves along the pump axis, uniformly along the meridional section, with the width of their projection on a horizontal plane equal to the projection of the nozzle diameter on the same plane while the side of the input edges of the blades have a smooth decrease in thickness towards the edge.
Верхний и нижний конфузоры с плоскими радиально установленными ребрами, имеющие геометрически подобные части, содержат также лопатки постоянной толщины по сечению, с криволинейной поверхностью, концентричной внутренней части конфузора, закрепленные на ребрах равномерно по меридиональному сечению конфузора, с возможностью поворота потока из горизонтального направления в осевое к венцу, при этом со стороны выходных кромок лопатки имеют плавное уменьшение по толщине в направлении к кромке, а лопатки верхнего конфузора со стороны входа потока имеют также плавное уменьшение по толщине в направлении к кромке.The upper and lower confusers with flat radially mounted ribs having geometrically similar parts also contain vanes of constant thickness along the cross section, with a curved surface, the concentric inner part of the confuser, mounted on the ribs uniformly along the meridional section of the confuser, with the possibility of rotation of the flow from horizontal to axial to the crown, while on the side of the outlet edges the blades have a smooth decrease in thickness towards the edge, and the blades of the upper confuser on the inlet side otok also have a smooth decrease in thickness toward the edge.
Радиальные плоские ребра верхнего конфузора развернуты на половину шага между ними по отношению к радиальным плоским ребрам нижнего конфузора.The radial flat ribs of the upper confuser are deployed half a step between them with respect to the radial flat ribs of the lower confuser.
Радиальные плоские ребра имеют плавное уменьшение по толщине в направлении к венцу колеса.Radial flat ribs have a smooth decrease in thickness towards the wheel rim.
Патрубки на входе могут быть снабжены конфузорами.Pipes at the inlet can be equipped with confusers.
Между патрубками могут быть установлены дополнительные лопатки, подобные лопаткам, опирающимся на патрубки.Between the nozzles can be installed additional blades, similar to the blades resting on the nozzles.
Все лопатки между направляющим аппаратом и патрубками могут быть выполнены постоянной толщины, а со стороны набегающего на нее потока имеют обтекаемую форму с занижением толщины к входной кромке.All the blades between the guide apparatus and the nozzles can be made of constant thickness, and from the side of the incoming flow on it they have a streamlined shape with an understatement of the thickness to the inlet edge.
Нижняя часть кольцевой перегородки по всему периметру может иметь занижение по толщине стенки.The lower part of the annular partition along the entire perimeter may have an understatement along the wall thickness.
На фиг.1 изображен насос, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2, цилиндрическая развертка; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.2 в увеличенном масштабе; на фиг.6 - разрез Д-Д на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг.7 - продольный разрез насоса, вариант исполнения кольцевой перегородки в увеличенном масштабе; на фиг.8 - продольный разрез насоса, вариант исполнения верхнего кольцевого радиально-осевого конфузора; на фиг.9 - разрез Е-Е на фиг.8 в увеличенном масштабе; на фиг.10 - разрез Ж-Ж на фиг.8.Figure 1 shows a pump, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1; figure 4 is a section bb in figure 2, a cylindrical scan; figure 5 - section GG in figure 2 on an enlarged scale; figure 6 is a section DD in figure 1 on an enlarged scale; Fig.7 is a longitudinal section of the pump, an embodiment of the annular partition on an enlarged scale; on Fig is a longitudinal section of the pump, an embodiment of the upper annular radial-axial confuser; Fig.9 is a section EE in Fig.8 on an enlarged scale; figure 10 - section FJ in figure 8.
Вертикальный центробежный насос содержит цилиндрический корпус 1, расположенные в нем рабочее колесо 2 двухстороннего всасывания с верхним и нижним лопаточными венцами 3 и 4, кольцевой направляющий аппарат 5, кольцевой отвод 6 с наружной и внутренней обечайками 7 и 8, образующими в нижней части коллектор 9, сообщенный с напорным патрубком 10, и каналы 11 и 12 подвода жидкости к нижнему и верхнему венцам 4 и 3, последний из которых образован корпусом 1 и наружной обечайкой 7. При этом кольцевой направляющий аппарат 5 расположен между кольцевым отводом 6 и коллектором 9, между наружной и внутренней обечайками 7 и 8, в нижней части имеющими форму в виде двух эллиптических днищ 13 и 14 соответственно наружного и внутреннего, расположенных концентрично вдоль оси насоса. Каналы 11 подвода жидкости к нижнему венцу 4 выполнены в виде патрубков 15 радиально и равномерно расположенных в коллекторе 9 вокруг напорного патрубка 10, оси которых отклонены от осевого направления и проходят через центр 16 эллиптических, концентричных днищ 13 и 14. От направляющего аппарата 5 до патрубков 15 и от внутренней обечайки 8 до наружной обечайки 7 расположены лопатки 17 с криволинейной поверхностью, образующие с вышеперечисленными элементами карманы - полости 18 с радиальным выходом потока из них между патрубками 15 в напорный патрубок 10. При этом, необходимое, эффективное проходное сечение между патрубками 15 обеспечивается за счет увеличения радиуса наружного эллиптического днища 13, при обеспечении безотрывного течения потока вдоль лопаток 17 с криволинейной поверхностью заданного радиуса кривизны. Патрубки 15 сообщены с полостью внутренней обечайки 8, которая гидравлически связана с нижним венцом 4 через нижний кольцевой радиально-осевой конфузор 19 с плоскими ребрами 20, радиально установленными между патрубками 15. При этом нижний кольцевой радиально-осевой конфузор 19 расположен своей внутренней частью 21 профиля от точки 22 пересечения внутренних образующих патрубка 15, внутренней части 21 профиля и внутреннего днища 14, а наружной частью 23, расположенной в горизонтальной плоскости, от внутренней обечайки 8 с плавным поворотом от них в осевое направление до нижнего лопаточного венца 4. Между корпусом 1 и наружной обечайкой 7 выполнена кольцевая перегородка 24 в виде гофрированной обечайки 25 с минимальным монтажным зазором 26 на верхнем ее конце относительно наружной обечайки 7, закрепленной на корпусе 1 с помощью радиальных ребер 27 и 28 на верхнем и нижнем ее концах, выступы 29 которой напротив патрубков 15 образуют продольные каналы 30 подвода потока на нижний венец 4 совместно с внутренним кольцевым подводом 11 между гофрированной обечайкой 25 и напорным патрубком 10. При этом смежные впадины 31 образуют совместно внешний кольцевой подвод 12 на верхний венец 3 между корпусом 1 и гофрированной обечайкой 25, нижний торец 32 которой расположен ниже нижней точки 33 патрубков 15. Далее каналы подвода потока к верхнему венцу 3 выполнены между двумя кольцевыми элементами 34 и 35 соответственно нижним и верхним, с горизонтальными плоскостями обращенными друг к другу со стороны их наружного диаметра, соединенными между собой радиальными наружными ребрами 36 утолщенной, обтекаемой формы и затем стыкуемые с ними плоскими внутренними ребрами 37, образующими совместно радиальные секторы 38 в поперечном сечении насоса, объединяемые в верхний кольцевой радиально-осевой конфузор 39 по внутреннему диаметру 40 нижнего и верхнего кольцевых элементов 34 и 35, равному диаметру расположения точки 22 пересечения внутренних образующих патрубка 15, внутренней части 21 профиля нижнего конфузора 19 и внутреннего днища 14, с плоскими радиальными ребрами 41, являющимися продолжением плоских внутренних ребер 37, с плавным поворотом потока в нем из горизонтального в осевое направление, располагаемый до верхнего лопаточного венца 3 подобно нижнему конфузору 19. Кроме этого, кольцевая перегородка 24 может быть выполнена в виде обечайки 42 с фланцем 43 по внутреннему диаметру на ее верхнем конце и установленной с минимальным монтажным зазором 44 между фланцем 43 и наружной обечайкой 7, закрепленной на корпусе 1 с помощью радиальных ребер 45 и 46 на верхнем и нижнем ее концах, нижний торец 47 которой расположен ниже нижней точки 33 патрубков 15, которая делит осевой кольцевой подвод между корпусом 1 и напорным патрубком 10 на внутренний кольцевой подвод 11 к нижнему венцу 4 и внешний 12 к верхнему венцу 3. Внутренняя часть 48 верхнего кольцевого радиально-осевого конфузора 39 с плоскими радиальными ребрами 41 может быть выполнена съемной по максимально возможному диаметру, например, совместно с нижним радиальным подшипником 49 и закрепленной по торцу на нем. Для нижнего конфузора 19 внутренняя и наружная части 21 и 23 совместно с ребрами 20 как единое целое демонтируются и закрепляются на фланце внутренней обечайки 8. При этом наружная часть 50 верхнего конфузора 39 может быть также выполнена съемной в виде фланца, формирующего наружную часть 50 профиля конфузора 39. Кроме того, верхний кольцевой радиально-осевой конфузор 39 с его внутренней и наружной частями 51 и 52 с плоскими радиальными ребрами 37, как единая сборка, может демонтироваться и закрепляться на фланце нижнего кольцевого элемента 34 по его внутреннему диаметру. Между радиально установленными ребрами 53, являющихся продолжением ребер 20 периферийной зоны нижнего конфузора 19, расположены и закреплены на них лопатки 54 постоянной толщины по сечению, с криволинейной поверхностью, концентрично расположенные между собой вдоль оси насоса, равномерно по мередиональному сечению с шириной проекции их на горизонтальную плоскость равной проекции диаметра патрубка 15 на туже плоскость, при этом со стороны входных кромок лопатки имеют плавное уменьшение по толщине в направлении к кромке. Верхний и нижний кольцевые радиально-осевые конфузоры 39 и 19 с плоскими радиально установленными ребрами 37, 41 и 20 имеют геометрически подобные части в пределах диаметра расположения точки 22 пересечения внутренних образующих патрубка 15, внутренней части 21 профиля нижнего конфузора 19 и внутреннего днища 14, которые содержат также лопатки 55 и 56 с криволинейной поверхностью, концентричной внутренней части 48, 51 и 21 конфузора соответственно верхнего и нижнего, закрепленные на ребрах 37, 41 и 20 соответственно, равномерно по мередиональному сечению конфузора, поворачивающие поток из горизонтального направления в осевое к венцу, при этом со стороны выходных кромок лопатки 55 и 56 имеют плавное уменьшение по толщине в направлении к кромке. Кроме того, лопатки верхнего конфузора 39 со стороны входа имеют также плавное уменьшение по толщине в направлении к кромке. Радиальные плоские ребра 37 и 41 верхнего кольцевого радиально-осевого конфузора 39 развернуты на половину шага между ними по отношению к радиальным плоским ребрам 20 и 53 нижнего конфузора 19. Радиальные плоские ребра 37, 41 и 20 могут иметь плавное уменьшение по толщине в направлении к венцу колеса. Патрубки 15 на входе могут иметь конфузоры 57. Между патрубками 15 могут быть установлены дополнительные лопатки 58, подобные лопаткам 17, опирающимся на патрубки 15. Все лопатки 17 и 58 между направляющим аппаратом 5 и патрубками 15 могут быть выполнены постоянной толщины, а со стороны набегающего на нее потока имеют обтекаемую форму с занижением толщины ко входной кромке. Патрубки 15 могут иметь как цилиндрическую так и коническую форму в виде конфузоров. Нижняя часть кольцевой перегородки 24 в виде обечаек 25 и 42 по всему периметру может иметь занижение по толщине стенки.The vertical centrifugal pump contains a
Насос работает следующим образом. Перекачиваемая жидкость поступает к рабочему колесу 2 через каналы 11 и 12 подвода жидкости к нижнему и верхнему венцам 4 и 3. Кольцевая перегородка 24 в виде гофрированной обечайки 25 делит осевой подвод на внутренний кольцевой подвод 11 к нижнему венцу 4 совместно с продольными каналами 30, и внешний кольцевой концентричный подвод 12 к верхнему венцу 3 между корпусом 1 и гофрированной обечайкой 25 совместно со смежными впадинами 31. К нижнему венцу 4 жидкость подходит с небольшим отклонением потока от осевого направления и через патрубки 15 проходит в полость нижнего кольцевого радиально-осевого конфузора 19. Выходящий из патрубков 15 поток, попадающий в периферийную зону нижнего конфузора 19, плавно без вихреобразований посредством лопаток 54 поворачивает до горизонтального направления плавно растекаясь в межлопаточном пространстве между плоскими радиальными ребрами 53 и 20. Далее поток плавно разворачивается из горизонтального направления в осевое с помощью лопаток 56, являющихся продолжением лопаток 54, позволяющих уменьшить вихреобразования при повороте и равномерно распределить скорости по сечению потока на входе в нижний венец 4 колеса 2. Двигаясь в осевом направлении между радиальными ребрами 20 потоки из патрубков 15 объединяются в единый кольцевой осевой поток за счет плавного уменьшения толщины ребер 20 в направлении к венцу 4 колеса 2 и сформированный соответственно внутренней 21 и наружной 23 частями профиля, располагаемыми до нижнего лопаточного венца 4. Кольцевая перегородка 24, позволяет дополнительно уменьшить влияние осевых струйных потоков друг на друга и образование вихрей, идущих на венцы колеса. Внешний кольцевой подвод 12 равномерно по всему периметру насоса подводит жидкость к каналам подвода потока к верхнему венцу 3, выполненным между двумя кольцевыми элементами 34 и 35 соответственно нижним и верхним. Далее поток поворачивает на 90° из кольцевого пространства между корпусом 1 и наружной обечайкой 7 и с периферии насоса течет между нижним и верхним элементами 34 и 35 в горизонтальной плоскости в межреберном пространстве между радиальными наружными ребрами 36, утолщенной, обтекаемой формы со стороны входа потока в поперечном сечении, и затем ближе к оси насоса между стыкуемыми с ними плоскими внутренними ребрами 37, образующими совместно радиальные секторные потоки 38 в поперечном сечении насоса. Радиальные секторные потоки 38 объединяются в верхний кольцевой радиально-осевой поток в конфузоре 39 с плоскими радиальными ребрами 37 и 41, являющимися продолжением плоских внутренних ребер 37. Поток проходя через верхний конфузор 39 плавно поворачивает в нем из горизонтального направления в осевое в низ с помощью лопаток 55 подобно во всем потоку в нижнем конфузоре 19 в пределах диаметра расположения точки 22. Потоки перекачиваемой жидкости проходят через верхний и нижний венцы 3 и 4 рабочего колеса 2 и объединяются за ним в единый кольцевой поток, который вращаясь входит в кольцевой отвод 6 и далее из него движется по кольцевому направляющему аппарату 5. После направляющего аппарата 5 с помощью лопаток 17 и 58 поток плавно без отрыва от поверхности лопаток 17 и 58 поворачивает в осевое направление и плавно обтекает сверху наклонно расположенные патрубки 15 вдоль их образующих без вихреобразований и поперечных пересечений образующих патрубков 15 с минимальным гидравлическим сопротивлением. Поток оказывается в карманах-полостях 18, образованных лопатками 17, расположенными от направляющего аппарата 5 до патрубков 15 и от внутренней обечайки 8 до наружной обечайки 7. Далее поток плавно выходит из карманов-полостей 18 в радиальном направлении между патрубками 15 с минимальными гидравлическими потерями и затем плавно попадает в напорный патрубок 10.The pump operates as follows. The pumped liquid enters the
Таким образом, предложенное техническое решение позволило выполнить все поставленные цели, а именно:Thus, the proposed technical solution allowed to fulfill all the goals, namely:
1) уменьшить наружный диаметр насоса за счет размещения кольцевого направляющего аппарата между кольцевым отводом и коллектором, т.е. совместить кольцевой отвод и кольцевой направляющий аппарат в одном кольцевом сечении друг под другом. При этом пересечение кольцевого отвода с радиально-осевым подводом потока к нижнему венцу выполнено не в плоском кольцевом поперечном сечении, а по боковой поверхности усеченного конуса, образующей которого являются оси патрубков. Это позволило сохранить исходный наружный диаметр насоса. Установка лопаток с криволинейной поверхностью после кольцевого направляющего аппарата обеспечивает плавный поворот кольцевого потока, выходящего из направляющего аппарата в осевое направление и позволяет далее плавно перевести поток из осевого направления в радиальное между наклонно расположенными патрубками. При этом необходимое, эффективное проходное сечение между патрубками достигается за счет увеличения радиуса наружного эллиптического днища, при обеспечении безотрывного течения потока вдоль лопаток с криволинейной поверхностью заданного радиуса кривизны. Кроме того, для достижения высокого КПД могут быть установлены дополнительные лопатки с целью обеспечения безотрывного течения потока вдоль лопаток. Таким образом, увеличение площади проходного сечения между патрубками за счет удлинения насоса не оказывает влияния на наружный диаметр насоса и не является критичным для насоса по длине ввиду применения его в реакторах интегрального типа. Кроме того, использование кольцевой перегородки в виде гофрированной обечайки, где смежные впадины образуют совместно эффективный внешний кольцевой подвод на верхний венец между корпусом и гофрированной обечайкой, позволяет уменьшить диаметр корпуса насоса за счет дополнительного проходного сечения, образуемого совместно смежными впадинами, в сравнении с кольцевой перегородкой, выполненной в виде обечайки с фланцем. Таким образом, незначительное усложнение кольцевой перегородки в виде гофрированной обечайки позволило уменьшить диаметр корпуса насоса, что для насоса является приоритетом при размещении его в корпусе реактора;1) to reduce the outer diameter of the pump by placing an annular guide apparatus between the annular tap and the manifold, i.e. combine the annular outlet and the annular guide apparatus in one annular section under each other. At the same time, the intersection of the annular outlet with the radial-axial inlet of the flow to the lower crown is made not in a flat annular cross section, but along the lateral surface of the truncated cone, which are formed by the axis of the nozzles. This made it possible to preserve the original outer diameter of the pump. The installation of blades with a curved surface after the annular guiding apparatus ensures a smooth rotation of the annular flow exiting from the guiding apparatus in the axial direction and allows further smooth transition of the flow from the axial direction to the radial between inclined nozzles. In this case, the necessary, effective flow section between the nozzles is achieved by increasing the radius of the outer elliptical bottom, while ensuring an uninterrupted flow along the blades with a curved surface of a given radius of curvature. In addition, to achieve high efficiency, additional blades can be installed to ensure an uninterrupted flow along the blades. Thus, an increase in the cross-sectional area between the nozzles due to the lengthening of the pump does not affect the outer diameter of the pump and is not critical for the length of the pump due to its use in integral type reactors. In addition, the use of an annular partition in the form of a corrugated shell, where adjacent cavities form a jointly effective external annular supply to the upper rim between the casing and the corrugated shell, allows to reduce the diameter of the pump casing due to the additional flow section formed jointly by adjacent cavities, in comparison with the annular partition made in the form of a shell with a flange. Thus, a slight complication of the annular partition in the form of a corrugated shell allowed to reduce the diameter of the pump casing, which is a priority for the pump when placing it in the reactor casing;
2) упростить конструкцию насоса. Сложные формы подводов, выполненные из литья, заменены на простой подвод к верхнему венцу, выполненный в виде двух кольцевых элементов, соединенных между собой радиальными ребрами с помощью сварки и обепечивающий подвод потока из кольцевого пространства равномерно по всему периметру насоса. Подвод к нижнему венцу выполнен в виде патрубков цилиндрической или конической формы, соединяемых с днищами с помощью сварки. Пересечения патрубков с концентрично расположенными днищами, оси которых проходят через их общий центр, образуют окружности, что позволяет получать правильную геометрию сварных швов. В остальном в конструкции проточной части насоса используются поковки и обечайки из листа. Верхний и нижний кольцевые радиально-осевые конфузоры могут быть изготовлены либо из поковок с механической обработкой, либо штамповкой из листа с последующей мехобработкой. Внутренняя часть верхнего кольцевого конфузора с плоскими радиальными ребрами выполнена съемной по максимально возможному диаметру, например, совместно с нижним радиальным подшипником. Кроме того, верхний кольцевой радиально-осевой конфузор с его внутренней и наружной частями, с плоскими радиальными ребрами, как единая сборка, может быть съемной и закрепляться на фланце нижнего кольцевого элемента по его внутреннему диаметру. Это позволило значительно упростить конструкцию подвода к верхнему венцу, сделать более свободный доступ к нему при его изготовлении и повысить качество изделия. Для нижнего кольцевого конфузора внутренняя и наружная части с плоскими радиальными ребрами, как единая конструкция, совместно демонтируется и закрепляется на фланце внутренней обечайки, что значительно упрощает изготовление конфузора и его не выемной периферийной зоны. Упрощение конструкции насоса позволяет повысить качество технологии изготовления, снизить массогабаритные размеры насоса и уменьшить себестоимость изготовления;2) simplify the design of the pump. Complex forms of inlets made of casting are replaced by a simple inlet to the upper rim, made in the form of two ring elements interconnected by radial ribs by welding and securing the flow inlet from the annular space evenly around the entire perimeter of the pump. The approach to the lower crown is made in the form of pipes of cylindrical or conical shape, connected to the bottoms by welding. The intersections of the nozzles with concentrically located bottoms, the axes of which pass through their common center, form circles, which makes it possible to obtain the correct geometry of the welds. In the rest, forgings and shells made of sheet are used in the design of the pump flow part. The upper and lower annular radial-axial confusers can be made either from forgings with machining, or stamping from a sheet with subsequent machining. The inner part of the upper annular confuser with flat radial ribs is made removable in the maximum possible diameter, for example, together with the lower radial bearing. In addition, the upper annular radial-axial confuser with its inner and outer parts, with flat radial ribs, as a single assembly, can be removable and fixed to the flange of the lower annular element along its inner diameter. This made it possible to significantly simplify the design of the supply to the upper crown, to make it easier to access during its manufacture and to improve the quality of the product. For the lower annular confuser, the inner and outer parts with flat radial ribs, as a single design, are jointly dismantled and fixed on the flange of the inner shell, which greatly simplifies the manufacture of the confuser and its non-removable peripheral zone. Simplification of the design of the pump allows you to improve the quality of manufacturing technology, reduce the overall dimensions of the pump and reduce the cost of manufacturing;
3) повысить КПД насоса. Повышение КПД насоса обеспечено снижением гидравлического сопротивления подвода потока к верхнему венцу за счет использования всего периметра внешнего кольцевого подвода, а к нижнему венцу за счет разворота каналов в виде патрубков из горизонтального положения в осевое с небольшим наклоном осей патрубков к центру днищ и проходящих через него. Снижение гидравлического сопротивления отвода потока после направляющего аппарата выполнено с помощью установки лопаток с криволинейной поверхностью, плавно поворачивающих поток без отрыва от поверхности лопаток из направляющего аппарата в осевое направление и плавно направляя его с верху на наклонно расположенные патрубки вдоль их образующих, без поперечного пересечения образующих поверхности патрубков и следовательно, без вихреобразований, с минимальным гидравлическим сопротивлением и последующим проходом между ними в напорный патрубок. Усовершенствованные отвод после направляющего аппарата и подводы к верхнему и нижнему венцам с уменьшенным гидравлическим сопротивлением совместно с верхним и нижним кольцевыми конфузорами с ребрами и лопатками между ними позволили выровнять поле скоростей на входе в колесо, обеспечить геометрическое подобие входа на венцы и устранить влияние вращающегося вала на входящий радиально-осевой поток и, тем самым, обеспечить динамическое подобие, выравнивая работу верхнего и нижнего венцов, и достигнуть более высокого КПД насоса;3) increase the efficiency of the pump. An increase in the pump efficiency is ensured by a decrease in the hydraulic resistance of the flow inlet to the upper rim due to the use of the entire perimeter of the external annular inlet, and to the lower rim due to the rotation of the channels in the form of nozzles from horizontal to axial with a slight inclination of the axes of the nozzles to the center of the bottoms and passing through it. Reducing the hydraulic resistance of the flow outlet after the guide vane is made by installing vanes with a curved surface that smoothly rotate the flow without tearing off the surface of the vanes from the guide vane in the axial direction and smoothly directing it from the top to oblique nozzles along their generators, without transverse intersection of the generatrix nozzles and therefore, without vortex formation, with minimal hydraulic resistance and subsequent passage between them in pressure pipe. Improved retraction after the guiding apparatus and inlets to the upper and lower rims with reduced hydraulic resistance together with the upper and lower annular confusers with ribs and vanes between them made it possible to equalize the velocity field at the entrance to the wheel, to ensure a geometric similarity of the entrance to the rims and eliminate the effect of the rotating shaft on incoming radial-axial flow and, thereby, ensure dynamic similarity, aligning the operation of the upper and lower rims, and achieve a higher pump efficiency;
4) повысить антикавитационные свойства и ресурс работы насоса. Простое сравнение насоса выполненного по предлагаемому техническому решению с прототипом, принимая наружные диаметры насосов равными друг другу и обеспечивая одни и теже основные характеристики насоса, а именно, подачу и напор, позволило сделать следующие выводы:4) to increase anti-cavitation properties and pump life. A simple comparison of the pump performed according to the proposed technical solution with the prototype, taking the outer diameters of the pumps equal to each other and providing the same basic characteristics of the pump, namely, flow and pressure, allowed us to draw the following conclusions:
- размещение кольцевого направляющего аппарата между кольцевым отводом и коллектором при сохранении пересечения отводящего потока с подводящим в диаметральном кольцевом сечении как у прототипа позволяет разместить колесо большего диаметра, выполнить насос с параметром Кэф.≈0,62 и снизить частоту вращения колеса приблизительно на 25%;- the placement of the annular guiding apparatus between the annular outlet and the collector while maintaining the intersection of the outlet flow with the inlet in the diametrical annular cross-section as in the prototype allows you to place a larger diameter wheel, run the pump with the parameter Kef.≈0.62 and reduce the wheel speed by about 25%;
- перенос пересечений потоков из плоского кольцевого сечения (как в прототипе) на боковую поверхность усеченного конуса (как в предлагаемом техническом решении) позволяет выполнить насос с параметром Кэф.≈0,8 и дополнительно снизить частоту вращения колеса еще приблизительно на 25%.- transfer of the intersections of flows from a flat annular cross-section (as in the prototype) to the lateral surface of the truncated cone (as in the proposed technical solution) allows the pump to be executed with the parameter Kef.≈0.8 and to further reduce the wheel speed by approximately 25%.
Согласно формулы Руднева С.С. Δhмак.=10
где Δhмак. - максимальное падение давления на всасе колеса;where Δh max . - maximum pressure drop at the wheel inlet;
n - частота вращения колеса насоса;n is the pump wheel speed;
Q - подача;Q - feed;
Скр. - кавитационный коэффициент быстроходности.Skr. - cavitation speed coefficient.
Снижение частоты вращения колеса уменьшает величину максимального падения давления на всасе колеса и относительную скорость потока на входе в колесо и, тем самым, повышает антикавитационные свойства и ресурс работы насоса.Reducing the speed of the wheel reduces the maximum pressure drop at the suction of the wheel and the relative flow rate at the inlet to the wheel and, thereby, increases the anti-cavitation properties and service life of the pump.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет создать насос с высоким параметром эффективности Кэф.≈0,8, значительно превышающим параметр прототипа Кэф.≈0,47, разместить в нем колесо большего диаметра, снизить частоту вращения колеса и, тем самым, уменьшить падение давления на всасе колеса и, следовательно, повысить антикавитационные свойства и увеличить ресурс работы насоса;Thus, the proposed technical solution allows you to create a pump with a high efficiency parameter Kef.≈0.8, significantly exceeding the prototype parameter Kef.≈0.47, place a larger diameter wheel in it, reduce the speed of the wheel and thereby reduce the pressure drop on the wheel inlet and, therefore, increase anti-cavitation properties and increase the pump life;
5) улучшить подвод потоков и уменьшить влияние друг на друга. Разделение осевого кольцевого подвода потока на внутренний и внешний концентричный позволило значительно уменьшить влияние струйных потоков и устранить воздействие боковых сторон друг на друга в отличие от прототипа, где подвод выполнен с помощью одного кольцевого сечения между корпусом и наружной обечайкой. Установка кольцевой перегородки между корпусом насоса и наружной обечайкой позволяет дополнительно уменьшить влияние струйных потоков друг на друга в виде вихрей, идущих на всас насоса и ухудшающих поле скоростей. Улучшение подвода потоков к верхнему венцу, выполненного в виде двух кольцевых элементов и соединенных между собой радиальными ребрами, за счет организации подвода со всего периметра наружной обечайки и к нижнему венцу, за счет разворота каналов, в виде патрубков, из горизонтальной плоскости в осевое направление, позволило значительно уменьшить гидравлическое сопротивление по всасу насоса. Использование в насосе кольцевых радиально-осевых конфузоров верхнего и нижнего позволило устранить воздействие вращающегося вала на входящий радиально-осевой поток, выполнить геометрическое подобие входящих потоков к верхнему и нижнему венцам, достигнув динамического подобия на них, выровнять поле скоростей на рабочих венцах с помощью лопаток с криволинейной поверхностью, закрепленных на ребрах, и максимально подойти к равновесию в работе венцов.5) to improve the supply of flows and reduce the impact on each other. Separation of the axial annular flow inlet into the internal and external concentric allowed to significantly reduce the influence of jet streams and eliminate the influence of the sides on each other, unlike the prototype, where the inlet is made using one annular section between the body and the outer shell. The installation of an annular partition between the pump casing and the outer rim can further reduce the influence of jet flows on each other in the form of vortices going to the pump inlet and worsening the velocity field. Improving the supply of flows to the upper rim, made in the form of two ring elements and interconnected by radial ribs, due to the organization of the supply from the entire perimeter of the outer shell and to the lower rim, due to the rotation of the channels, in the form of nozzles, from a horizontal plane in the axial direction, allowed to significantly reduce the hydraulic resistance at the pump inlet. The use of annular upper and lower radial-axial confusers in the pump eliminated the effect of the rotating shaft on the incoming radial-axial flow, performed a geometric similarity of the incoming flows to the upper and lower crowns, having achieved dynamic similarity on them, and to equalize the velocity field on the working crowns using blades with curved surface, mounted on the ribs, and as close as possible to the equilibrium in the work of the crowns.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012144923/06A RU2499914C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Vertical radial-flow pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012144923/06A RU2499914C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Vertical radial-flow pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2499914C1 true RU2499914C1 (en) | 2013-11-27 |
Family
ID=49710553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012144923/06A RU2499914C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Vertical radial-flow pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2499914C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109281868A (en) * | 2017-07-21 | 2019-01-29 | 上海福思特流体机械有限公司 | A kind of Double-casing single-stage double-suction pump |
| RU187217U1 (en) * | 2018-05-07 | 2019-02-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) | PUMPING UNIT WITH DEVICE FOR INCREASING CAVITATION RESERVE |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1246860A (en) * | 1959-10-14 | 1960-11-25 | Acec | Centrifugal pump |
| SU823653A1 (en) * | 1977-04-06 | 1981-04-23 | Предприятие П/Я А-7755 | Centrifugal pump |
| CN102116311A (en) * | 2010-12-30 | 2011-07-06 | 上海阿波罗机械股份有限公司 | Top-level impeller on condensate extraction pump for nuclear power station |
| RU106682U1 (en) * | 2010-10-05 | 2011-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт атомного и энергетического насосостроения" ОАО "ВНИИАЭН" | VERTICAL CENTRIFUGAL PUMP |
-
2012
- 2012-10-22 RU RU2012144923/06A patent/RU2499914C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1246860A (en) * | 1959-10-14 | 1960-11-25 | Acec | Centrifugal pump |
| SU823653A1 (en) * | 1977-04-06 | 1981-04-23 | Предприятие П/Я А-7755 | Centrifugal pump |
| RU106682U1 (en) * | 2010-10-05 | 2011-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт атомного и энергетического насосостроения" ОАО "ВНИИАЭН" | VERTICAL CENTRIFUGAL PUMP |
| CN102116311A (en) * | 2010-12-30 | 2011-07-06 | 上海阿波罗机械股份有限公司 | Top-level impeller on condensate extraction pump for nuclear power station |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КОСТИН В.И., КУРОПАТОВ А.И. О выборе главных циркуляционных насосов первого контура перспективных установок с натриевым теплоносителем. Теплоэнергетика, 1978, №3, с.54-57, рис.2. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109281868A (en) * | 2017-07-21 | 2019-01-29 | 上海福思特流体机械有限公司 | A kind of Double-casing single-stage double-suction pump |
| RU187217U1 (en) * | 2018-05-07 | 2019-02-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) | PUMPING UNIT WITH DEVICE FOR INCREASING CAVITATION RESERVE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105370622B (en) | Fluid heats pumping installations | |
| SE501029C2 (en) | centrifugal | |
| CN1821549B (en) | Steam turbine nozzle box | |
| JPS6390630A (en) | Axial-flow turbine | |
| JPH0262717B2 (en) | ||
| JP6785041B2 (en) | Seal structure and turbine | |
| RU2560131C2 (en) | Exhaust manifold of gas turbine | |
| US9022732B2 (en) | Concrete volute pump | |
| JP2014074359A (en) | Multistage pump | |
| CN108691583A (en) | Casing among turbogenerator | |
| RU2499914C1 (en) | Vertical radial-flow pump | |
| KR102056695B1 (en) | High Efficiency Large Francis Turbine | |
| US8721262B1 (en) | Vertical centrifugal pump | |
| US2311024A (en) | Guide apparatus for centrifugal blowers and pumps | |
| CA2833860C (en) | Rotor machine intended to function as a pump or an agitator and an impeller for such a rotor machine | |
| US10774664B2 (en) | Plenum for cooling turbine flowpath components and blades | |
| JP2009115061A (en) | Cone and water turbine | |
| CN103306736A (en) | Power turbine and power machine of the power turbine | |
| JP2011137407A (en) | Water turbine | |
| JP2017048703A (en) | Centrifugal Pump | |
| WO1992010681A1 (en) | Regenerative pump | |
| JP2011052663A (en) | Runner and fluid machine | |
| US20090087305A1 (en) | Exit stay apparatus with intermediate flange | |
| RU2537205C1 (en) | Crude booster pump and crude booster pump impeller | |
| US4655680A (en) | Continuous blade axial-flow friction drag pump |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171023 |