Высоконапорный нагнетатель

ССЮЗ СОВЕ ГСКИХСС ЦИАЛИСТ 1 ЧЕСКИХРЕСПУБЛИК/О 5)5 ТЕ АН, БО;Р:В.А.Нике.ети ше о СССР ГН ЕТАТЕЛЬ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ К ЭМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ 1 МПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТО РС КО М/ С В ИДЕТЕЛ Ь СТВ У(71) Институт ядерной эне(54) ВЫСОКОНАПОРНЫЙ Изобретение относится к нагнетателяйтекучих сред при малых коэффициентах:быстроходности - п, т е. при повышенных напорах и малых подачах перекачиваемойсреды,В. последнее время для нагнетания какжидкостей, так и газов при малых пэ получили распространение лабиринтно-вихревьемашины, например койструкции, содержащие вращающиеся и неподе ижные деталис сопряженными поеерхнос 1 ями, снабженными лабиринтными нарезками и образую;.щими рабочий орган, нанетающий текучуюсреду.Однако извес-,ные лаб ринтно-винтовые проточные части нагнетателей не-,достаточно совершенны, то особенносказывается при необходимости перекачивать и сжимать газ.Известны рабочее кслеса нагнетателей,в которых одновременно используют центробежный и вихревой эффекты для переда-чи энергии потоку среды. 9).ъЖ оо 1 71 2664(57) Изобретение относится к лабиринтно- винтовым насосам, предназначено для перекачивания жидкостеи и газов и повышает эффективность путем повышения напора и КПД. Для этого у нагнетателя с барабаном 1 нарезки 5 и 9 выполнены с обоазованием угла между касательной к спирали и радиусом-вектором в пределах 50-80". Конфигурация спиральных нарезок обеспечивает более высокую эффективность нагнетания перекачиеаемой среды, повышая напор и КПД нагнетателя. 3 ил.Однако известные конструкции или сложны в изготовлении, или недостаточно эффективны по гидравлическим характеристикам.Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому являетсяшеей рабочий орган радиально-лабиринтного насоса, содержащий подвижный и неподвижный диски со спиральными нарезками на торцах, обращенных друг к Другу, при.этом закрутки спиральных нарезок имеют (,Ь противоположное направление, а кана- , лы выполнены сужающимися от перифе- ф рии к центру.Достоинство указанного рабочего органа в том, что он обеспечивает. достаточно надежную перекачку жидкостей со взвеся- ф ми, предотвращая расслоение и выпадание твердых частиц, Однако при нагнетании газа эффективность сжатия снижается из-за различия характеристик лабиринтно-винтовой нарезки на различных радиусах, так как оптимизация возможна только в одной расчетной точке. Кроме того, технологическитрудно изготовить каналы с непрерывно ме, няющейся геометрией,Цель изобретения - повышение эффективности и упрощение изготовления нагнетателя путем усовершенствованияконструкции проточной части.Это достигается тем, что в высоконапорном нагнетателе, содержащем барабан,установленный на валу привода и снабженный нарезками на торцах, которыесопряжены с неподвижными ответными нарезками корпуса, при этом нарезки на торцах барабана и ответные нарезки корпусавыполнены по спирали с образованиемперемычек и канавок постоянной в нормальномм сечении ширины, угол между касательной к спирали и радиус-вектором от осиизменяется в пределах 50-80 О напротяжении спирали от Ввх до Ввых, где Ввх - радиусначала торцевых нарезок, а Ввых - наружный радиус барабана,Отличительной особенностью предла, гаемого нагнетателя является то, что нарезки на торцах барабана и ответные нарезкикорпуса выполнены по спирали с образованием .перемычек и канавок постоянной внормальном сечении ширины, при этом уголмежду касательной к спирали и радиус-вектором от оси изменяется в пределах от 50до 80 на протяжении спирали от Рвх доВвых, где Ввх - радиус начала торцевыхнарезок, а Ввых - наружный радиус барабана.Нарезки выполняют на торцах однойфрезой, что упрощает изготовление, так какдля получения профиля элементов проточной части нагнетателя не требуется ни специальной оснастки, ни специальногоинструмента, Заявляемые пределы изменения угла от 50 до 80 позволяют нарезатьторцевую поверхность на достаточнопротяженной по радиусу площади кругаи одновременно обеспечивают удовлетворительные гидравлические характеристикипроточной части, В то же время при углахмежду касательной к спирали и радиус-вектором от оси меньше 50 и больше 80 происходит срыв потока со стенок, образуемыхнарезками, каналов, возрастают потери навходе и выходе из радиально-вихревой части нагнетателя, что ухудшает Эффективность передачи энергии, приводит кзапиранию каналов и снижению эффективности работы. Из анализа свойств различных спиралей выявлено, что указанные отличительные особенности торцевых нарезок получаются при профилировании оси канала нарезки по эвольвенте круга с координатами5 10 х" Вн(созе+ рз 1 пр);.у = Вн(зпу -р созе),где Вн - радиус начальной окружности круга эвольвенты;р - угол развертки.Координаты спирали могут быть рассчитаны с помощью ЭВМ. Однако на име. ющемся оборудовании, в том числе и с программным управлением теоретическая спираль не реализуется и для упрощение изготовления ее заменяют сопряженными дугами дискретных радиусов из ряда дуг,параметры которых связаны квадратичныза соотношением А+1 = /ГАь а именно 15 +1 13 15+1 =1 31где В - радиус; - протяженность предыдущей и последующей дуги соответственно, при этом радиус первой из дуг, построенной в точке начала торцевых нарезок на расстоянии Ввх от оси барабана, отложен по нормали к эвольвенте, радиус начальной ок 1 2ружности которой В,-2- .-1- В, а величина радиуса первои из дуг В 1 ==(0,91,1)Ввх30Для размеров торцевой нарезки В== 65 мм; Ввых = 140 мм, Конфигурация спирали, полученная предварительно построением по точкам, координаты которых рассчитаны на ЭВМ, практически точно воспроизведена четырьмя дугами с радиусами В 1= 60 мм; В 2= 78 мм; Вз =101 мм; В 4 = 137 мм.Приведенные выше соотношения параметров, аппроксимирующих эвольвенту дуг окружности, получены экСпериментально подбором, при этом выявлено, что при отклонении параметров дуг от указанных конфигурация получаемой кривой отходит от теоретической эвольвенты. и при нарезке спиралей появляются заметные уступы на поверхностях, разностенность перемычек между канавками и.другие дефекты, понижающие газодинамические характеристики нарезок.Таким образом, приведенные отличительные особенности профиля спиральных нарезок на торцах барабана позволяют изготовить их на имеющемся оборудовании и при этом получить хорошее качество поверхностей и обеспечить безотрывное течение газа, что повышает эффективность проточ- .ной части газодувки.На фиг, 1 приведен нагнетатель, схематический разрез по проточной части; на фиг.2 - вид с торца на барабан, на которомпоказана конфигурация одной из канавок,вид лабиринтной сегки, образованной торцевыми нарезками; на фиг, 3 - профиль нарезки в нормальном сечении.Нагнетатель содержит барабан 1, установленный на валу 2 привода. На наружном диаметре барабана 1 выполнены многоэаходные винтовые нарезки 3 и 4 с противоположным направлением винтов, наторцах барабана выполнены спиральные 10нарезки. На сопрягаемых неподвижных:поверхностях корпуса нагнетателя выполненйответные винтовые 7 и 8, спиральные 9 и 10 нарезки таким образом, что с нарезкамибарабана они образуют лабиринтную сетку(см.фиг.2). Для подключения к системе в корпусевыполнены всасывающий 11 и нагнетательный 12 патрубки, а для перепуска части всасываемого газа на вход в ступень сжатия;образованную нарезками 8 и 10, в стенкебарабана выполнены отверстия 13.На фиг. 2 показан вид на торец барабана и поиведены характерньиразмеры спи-.ральных нарезок; В 1, Вг, Вз В 4 - радиуса. 225дуг, апроксимируюю,ие эвольвенту с начальной окружностью Вь;1 ь 2,з, 4 - протяженность этих дуг; а - угол между касательной к оси канавки и радиус-вектором: Вех, Ваых -30радиусы начала и конца спи:ральных наре-зок на торце барабана. В сечзнии А-А показаны Р - радиус фрезы., обрабатывающейканавку спирали; Ь - ширина перемычкимежду канавками.Нагнетатель работает следующим образом.Вал 2 привода приводи 1 во вращение барабан 1, Перекачиваемый газ поступает через патрубок 11 и,отверстия 13 на вход вступени сжатия, об 1 азованные спиральными нарезками 5, 9 г б, 10 соответствекнв При этом обтекатель, усгановленный внутри барабана, и на,лон оси отверстйй":13 компенсируют разницу путевых потерь дляэтих ступеней, За сч вт взаимодействия аихрей, генерируемых врезками, происходит передача энергии от вращающегося барабана 1 потоку газа, Пг. и этом ступени 5, 9 и ,10 сжатия работают параллельно. Йодже-. тый торцевыми нарезками газ поступает затем на лабиринтно-винтовые ступени сжатия, образованные нарезками 3, 7 и 4, 8. В патрубке 12 потоки газа от параллельных ступеней сжатия смешиваются и поступают в систему к потребителю, На фиг, 1 представлен нагнетатель с параллельно включенными ступенями сжатия. С помощью уплотнений, каналов и перепускных труб при тех же ступенях может быть организовано последовательное сжатие газа.Расчеты и испытания макетного образца, изготовленного со спиральными нарезками (см, на фиг. 2); показали, что при углах а= 50-80 гидравлические потери на торцевой ступени. минимальные, а степень сжатия максимальная, что свидетельствует об оптимальности режима течения газа по каналам при указанных углах между касательной к спирали и радиус-вектором. Изготовленные по четырем сопряженным дугам радиуса В 1, Р 2, Рз и Р 4 спиральные нарезки (см. на фиг. 2) не имеют видимых дефектов, уступов поверхностей или разностенности перемычек, что свидетельствует о достаточно высоком качестве при изготовлении по упрощенной конфигурации.Изобретение позволяет обеспечить более высокую эффективность сжатия газа икроме того, дополнительный эффект, заключающийся в более близких по.крутизне характеристиках ступеней нагнетателя, что облегчает согласование их работы на режимах, отличающихся от расчетного, снижает опасность появления помпажа,Формула изобретения Высоконапорный нагнетатель, содержащий корпус с барабаном со спиральными нарезками на торцах, отл ич аю щи й с я тем, что, с целью повышения эффективности насоса путем повышения напора и КПД, нарезки выполнены с образованием перемычек и канавок постоянной ширины в нормальном сечении, причем. угол междукасательной к спирали и радиусом-вектором находится в пределах 50-80 по длине спирали.1712664 иа ставитель В. Никеенкхред М.Моргентал орректор О, Кундрик при ГКНТ ССС Производственно-изда"ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул гагарина, 101 Редактор Заказ 52ВНИ Фое, 8Федорова Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5