RU2340795C1

RU2340795C1 - Centrifugal reaction impeller

Info

Publication number: RU2340795C1
Application number: RU2007110215/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Стребков (RU); Дмитрий Семенович Стребков; Михаил Викторович Ерхов (RU); Михаил Викторович Ерхов; Виктор Владимирович Таныгин (RU); Виктор Владимирович Таныгин
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2008-12-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: centrifugal reaction impeller can be used in non-pressure devices, for example in centrifugal pumps and turbines. The impeller if made up of two plates with a circular belt rigidly fitted there between and furnished with closed discharge channels made therein. The aforesaid impeller is fitted on the shaft and has a hole to receive working medium. The discharge channels are arranged along the axial component perpendicular to the impeller radius, their outlets being directed towards the direction opposite to the impeller rotation. The impeller inner space features toroidal shape with a golden cross section.

EFFECT: reduced mechanical friction losses and higher efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в устройствах необъемного вытеснения, а именно в центробежных насосах для перекачивания жидкости и в турбинных установках.The invention relates to hydraulic engineering and can be used in devices of volumetric displacement, namely in centrifugal pumps for pumping liquids and in turbine plants.

Известно Сегнерово колесо (Большая Советская Энциклопедия, т.23, с.162, 1976 г.), состоящее из вертикальной трубы, на которой укреплена свободно вращающаяся горизонтальная труба с горизонтальными же отогнутыми в противоположные стороны концами.The Segner wheel is known (Big Soviet Encyclopedia, Vol. 23, p. 162, 1976), consisting of a vertical pipe on which a freely rotating horizontal pipe with horizontal ends bent in opposite directions is bent.

Недостатком данной конструкции является высокое сопротивление трения о воздух, сводящее КПД устройства почти к нулю.The disadvantage of this design is the high friction resistance to air, which reduces the efficiency of the device to almost zero.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является центробежное реактивное рабочее колесо, содержащее два диска, между которыми жестко закреплен кольцевой поясок с выполненными в нем закрытыми наклонными отводными каналами, установленное на валу и имеющее в центральной части отверстие для входа рабочего тела, при этом отводные каналы расположены по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и ориентированы выходами в направлении, противоположном направлению вращения колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности кольцевого пояска, имеющего высоту, равную диаметру отводного канала, и ширину, равную двум диаметрам отводного канала, а радиус свободной полости колеса выполнен равным не менее двух диаметров входного отверстия для рабочего тела (патент РФ №2132973, БИ №19, 1999).The closest technical solution to the claimed invention is a centrifugal jet impeller containing two disks, between which an annular girdle is rigidly fixed with closed inclined diverting channels made therein, mounted on the shaft and having an opening for the input of the working fluid in the central part, while the diverting channels are located along the axial component perpendicular to the radius of the wheel, and are oriented by the outputs in the direction opposite to the direction of rotation of the wheel, the most distant I, from the center of the wheel, the channel generatrix is tangent to the inner circumference of the annular girdle having a height equal to the diameter of the outlet channel and a width equal to two diameters of the outlet channel, and the radius of the free cavity of the wheel is made equal to at least two diameters of the inlet for the working fluid (patent RF No. 2132973, BI No. 19, 1999).

Недостатком известного устройства является то, что форма рабочего пространства не обеспечивает должной обтекаемости, что приводит к повышению сопротивления движения рабочего потока, т.е. энергетических затрат и, соответственно, к уменьшению рабочего давления в рабочем колесе, а следовательно, к снижению КПД устройств необъемного вытесненияA disadvantage of the known device is that the shape of the workspace does not provide proper streamlining, which leads to an increase in the resistance to movement of the work flow, i.e. energy costs and, consequently, to reduce the working pressure in the impeller, and consequently, to reduce the efficiency of volumetric displacement devices

Задачей изобретения является повышение КПД устройства необъемного вытеснения.The objective of the invention is to increase the efficiency of the device volume displacement.

В результате использования предлагаемого изобретения уменьшается сопротивление движению рабочего потока, при этом свободный объем рабочего колеса, заканчивающийся отводными каналами на периферии, исключает проскальзывание рабочего тела относительно стенок рабочей полости, а предлагаемая форма внутренней поверхности обеспечивает снижение механических и гидравлических потерь при работе, увеличивая КПД системы.As a result of the use of the present invention, the resistance to the movement of the working flow is reduced, while the free volume of the impeller ending in the bypass channels on the periphery eliminates slipping of the working fluid relative to the walls of the working cavity, and the proposed shape of the inner surface reduces mechanical and hydraulic losses during operation, increasing the efficiency of the system .

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом центробежном реактивном рабочем колесе, содержащем два диска во внутренней полости, между которыми жестко закреплен кольцевой поясок с выполненными в нем закрытыми наклонными отводными каналами, установленное на валу и имеющее в центральной части отверстие для входа рабочего тела, при этом отводные каналы расположены по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, и ориентированы выходами в направлении, противоположном направлению вращения колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности кольцевого пояска, внутренняя полость рабочего колеса выполнена в виде тороида, поперечное сечение которого образовано двумя сопряженными дугами окружностей радиуса R₁ и R₂, отношение которых R₁/R₂=1,618 соответствует пропорции золотого сечения, а центры поперечного сечения удалены на расстояние, равное радиусу R₂, при этом в центре рабочего колеса выполнено возвышение, образованное вращением сечения внутренней тороидальной поверхности.The technical result is achieved by the fact that in the proposed centrifugal jet impeller, containing two disks in the inner cavity, between which an annular belt is rigidly fixed with closed inclined tap channels made therein, mounted on the shaft and having an opening for the entrance of the working fluid in the central part, this outlet channels are located along the axial component perpendicular to the radius of the wheel, and oriented outputs in the direction opposite to the direction of rotation of the wheel, and most Retained from the center of the wheel forms a channel arranged tangentially to the inner circumference of the annular rib, the inner cavity of the impeller is formed as a toroid, whose cross section is formed by two conjugated arcs of circles of radius R ₁ and R ₂ whose ratio R ₁ / R ₂ = 1.618 corresponds to the proportion the golden section, and the centers of the cross section are removed at a distance equal to the radius R ₂ , while in the center of the impeller an elevation is formed formed by rotating the section of the inner toroidal surface.

Внутренняя полость рабочего колеса выполнена в виде торроида, поперечное сечение которого образовано двумя сопряженными дугами окружностей радиуса R₁ и R₂, отношение которых R₁/R₂=1,618 соответствует пропорции золотого сечения, а центры поперечного сечения удалены на расстояние, равное радиусу R₂.The inner cavity of the impeller is made in the form of a toroid, the cross section of which is formed by two conjugate arcs of circles of radius R ₁ and R ₂ , the ratio of which R ₁ / R ₂ = 1,618 corresponds to the proportion of the golden section, and the centers of the cross section are removed by a distance equal to the radius R ₂ .

Сечение внутренней рабочей полости имеет тороидальную форму, имеющую золотое сечение, обеспечивающую оптимальное распределение рабочей среды внутри полости за счет рассекания его острием, образованным поверхностью с последующим завихрением и выходом в отводные каналы.The cross section of the internal working cavity has a toroidal shape, having a golden ratio, which ensures optimal distribution of the working medium inside the cavity due to its dissection by the tip formed by the surface with subsequent swirling and exit to the outlet channels.

Оптимальные ширина и высота рабочего пояска определены опытным путем. Высота кольцевого пояска, равная диаметру отводного канала, определяет высоту периферийной части центробежного реактивного рабочего колеса, в результате чего снижаются до минимума механические потери при трении, а ширина кольцевого пояска, равная двум диаметрам выпускного отверстия, гарантирует образование направляющего канала, выдержанного по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу рабочего колеса.The optimal width and height of the working belt are determined empirically. The height of the annular girdle, equal to the diameter of the outlet channel, determines the height of the peripheral part of the centrifugal jet impeller, as a result of which mechanical friction losses are minimized, and the width of the annular girdle, equal to two diameters of the outlet, ensures the formation of a guide channel that is maintained along the axial component, perpendicular to the radius of the impeller.

Радиус свободной полости рабочего колеса - не менее двух диаметров входного отверстия для рабочего тела - обуславливает эффективную работу устройства, возрастающую по мере его увеличения.The radius of the free cavity of the impeller - at least two diameters of the inlet for the working fluid - determines the effective operation of the device, increasing as it increases.

Радиус входного отверстия R_вх и внешний радиус колеса R_вн могут находиться в соотношении R_вх≈0,7·R_вн.The radius of the inlet R _Rin and an outer radius of the wheels R _ext may be in the ratio R _Rin ≈0,7 · R _ext.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1-3.The essence of the invention is illustrated in figures 1-3.

На фиг.1 изображено центробежное реактивное рабочее колесо в разрезе.In Fig.1 shows a centrifugal jet impeller in the context.

На фиг.2 представлен разрез А-А.Figure 2 presents a section aa.

На фиг.3 изобретение представлено в изометрической проекции с разрезом.Figure 3 the invention is presented in isometric projection with a section.

Центробежное реактивное рабочее колесо состоит из отверстия для входа рабочего тела 1, внутренней полости центробежного реактивного рабочего колеса 2, выполненной в виде тороида, поперечное сечение которого образовано двумя сопряженными дугами окружностей радиуса R1 и R2, отношение которых R1/R2=1,618 соответствует пропорции золотого сечения, а центры дуг окружностей удалены на расстояние, равное радиусу R2, отводных каналов 3, расположенных по окружности внутренней полости рабочего колеса (фиг.2 и 3) и выполненных по осевой составляющей, перпендикулярной радиусу колеса, причем наиболее удаленная от центра колеса образующая канала расположена по касательной к внутренней окружности полости, возвышения 4, образованного вращением составляющих дуг окружностей R₁ и R₂, вала рабочего колеса 5, кольцевого пояска 6.The centrifugal jet impeller consists of an opening for the entrance of the working fluid 1, the inner cavity of the centrifugal jet impeller 2, made in the form of a toroid, the cross section of which is formed by two conjugate arcs of circles of radius R1 and R2, the ratio of which R1 / R2 = 1,618 corresponds to the golden ratio and the centers of the arcs of circles are removed at a distance equal to the radius R2 of the outlet channels 3 located around the circumference of the inner cavity of the impeller (Fig.2 and 3) and made along the axial component, perpend the circular radius of the wheel, and the channel generatrix farthest from the center of the wheel is tangential to the inner circumference of the cavity, elevation 4 formed by the rotation of the component arcs of circles R ₁ and R ₂ , the impeller shaft 5, the annular belt 6.

На фиг.3 показано сечение внутренней поверхности и образованное этой поверхностью полутора возвышение (острие) 4, благодаря которому происходит более оптимальное распределение рабочей среды за счет рассекания его образованным острием.Figure 3 shows the cross section of the inner surface and the elevation (tip) 4 formed by this surface for one and a half, due to which a more optimal distribution of the working medium occurs due to its dissection by the formed tip.

Центробежное реактивное рабочее колесо работает следующим образом.Centrifugal jet impeller operates as follows.

Рабочее тело через входное отверстие 1 (фиг.1) заполняет рабочую полость 2. При вращении рабочего колеса рабочее тело, находящееся в рабочей полости, вращается вместе с ним, развивая максимально возможное давление, соответствующее возникающей при заданной скорости вращения напряженности центробежного поля, и выталкивается в отводные каналы 3 кольцевого пояска 6 (фиг.2), направленные в обратную сторону вращения рабочего колеса. Оптимальное распределение рабочей среды происходит за счет рассекания ее образованным острием 4. Вращение рабочего колеса передается на вал генератора 5.The working fluid through the inlet 1 (Fig. 1) fills the working cavity 2. When the impeller rotates, the working fluid located in the working cavity rotates with it, developing the maximum possible pressure corresponding to the centrifugal field strength that arises at a given rotation speed and is pushed out in the outlet channels 3 of the annular belt 6 (figure 2), directed in the opposite direction of rotation of the impeller. The optimal distribution of the working medium occurs due to its dissection by the formed tip 4. The rotation of the impeller is transmitted to the shaft of the generator 5.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить потери и повысить КПД устройств.Thus, the proposed technical solution allows to reduce losses and increase the efficiency of devices.

Claims

A centrifugal jet impeller mounted on the shaft and having an opening for the input of the working fluid and outlet channels located along an axial component perpendicular to the radius of the wheel and oriented by the outputs in the direction opposite to the direction of rotation of the wheel, the channel generatrix farthest from the center of the wheel is tangent to the inner circumference of the cavity, characterized in that the inner cavity of the impeller is made in the form of a toroid, the cross section of which is formed by two -conjugated circular arcs of radius R ₁ and R ₂ whose ratio R ₁ / R ₂ = 1.618 corresponds to a proportion of the golden section and the cross-sectional centers removed over a distance equal to the radius R _2, wherein the center of the impeller is satisfied elevation formed section by rotating the inner toroidal surface.