центробежный насос

Формула изобретения

1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС, содержащий корпус, выполненный в виде стакана, в центре дна которого выполнено гнездо с отверстиями, установленное в последнем уплотнение, закрепленный в корпусе электродвигатель, вал которого пропущен через уплотнение, закрепленную на корпусе посредством замкового соединения насосную камеру с осевым всасывающим и нагнетательным патрубками, последний из которых выполнен с диффузорным участком, и рабочее колесо с лопатками и шнеком, при этом рабочее колесо с лопатками размещено внутри насосной камеры соосно всасывающему патрубку, и его ступица закреплена на валу электродвигателя, шнек расположен во всасывающем патрубке, а входное отверстие нагнетательного патрубка выполнено на цилиндрической поверхности насосной камеры, отличающийся тем, что он снабжен фиксирующей втулкой с продольными ребрами на внутренней поверхности, крышкой, закрепленной на корпусе, и уплотнительным кольцом, установленным между наружной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью насосной камеры, на наружной поверхности насосной камеры выполнены ответные ребрам фиксирующей втулки пазы, внутренняя поверхность фиксирующей втулки и наружная поверхность насосной камеры выполнены коническими, и фиксирующая втулка установлена на конической поверхности насосной камеры с обеспечением взаимодействия ребер с пазами.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что лопатки колеса выполнены загнутыми назад с углом выхода, равным 55 70^o, причем профиль рабочей поверхности лопатки выполнен ломаным, а расстояние от оси колеса до линии излома составляет 0,4 0,6 радиуса выхода рабочего колеса.

3. Насос по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на противоположном всасывающему патрубку торце каждой лопатки со стороны ее рабочей поверхности выполнен козырек.

4. Насос по п.1, отличающийся тем, что перед диффузорным участком нагнетательного патрубка на цилиндрической поверхности насосной камеры выполнен выступ в форме параллелепипеда, усеченного в основании цилиндрической поверхностью насосной камеры, а входное отверстие диффузорного участка нагнетательного патрубка в сечении имеет вид прямоугольника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению, в частности к центробежным насосам и может быть применено в автомобильной промышленности, например, для очистки стекол автомобилей жидкостями, подаваемыми под давлением.

Известен маленький центробежный насос, содержащий корпус, состоящий из моторной части и насосной части, изготовленный как одна деталь литьем. Между моторной частью и насосной частью расположен сальник для предотвращения проникновения моющего средства из насосной части в моторную. В моторную часть входит электродвигатель, вал которого проходит в насосную часть через сальник. В моторную часть входит также подшипниковый щит, интегрированный в верхнюю часть насоса, которая охватывается по периферии насосной частью, образуя неразъемное соединение. Насосная часть включает корпус, ротор насоса и крышку. Корпус насосной части снабжен выпускным патрубком, расположенным тангенциально насосной камере. Крышка насоса имеет впускной патрубок для подачи моющей жидкости в насосную часть. Корпус насоса и крышка насоса соединены между собой с помощью ультразвука для обеспечения герметизации насосной камеры [1]

Недостатком такого центробежного насоса является то, что для обеспечения герметизации крышки и корпуса насосной камеры используется сложное и дорогостоящее технологическое оборудование с применением ультразвука.

Известен также циркуляционный насос для мойки стекол автомобилей, содержащий корпус, состоящий из двух полостей. В первой полости корпуса закреплен электродвигатель, вал которого проходит через отверстие во вторую полость корпуса. Со стороны второй полости на корпусе с помощью замкового соединения закреплена насосная камера. Внутри насосной камеры расположено колесо с лопатками, ступица которого закреплена на валу электродвигателя, а шнек колеса расположен в полости всасывающего патрубка, расположенного соосно рабочему колесу. Тангенциально насосной камере расположен нагнетательный патрубок, а между корпусом и насосной камерой расположена резиновая формованная деталь, служащая для обеспечения герметизации насосной камеры, для защиты электродвигателя от попадания моющего средства и образующая верхнюю стенку камеры [2]

Такой электронасос прост в изготовлении, не требует применения сложного технологического оборудования, однако такая конструкция насоса рассчитана на изготовление двух пластмассовых деталей и резиновой детали с точными размерами для обеспечения надежности герметизации соединения корпуса с насосной камерой. Для изготовления деталей с точными размерами при литье под давлением требуется пластмасса со стабильными литейными характеристиками, а для изготовления резиновой детали специальный состав резины. Материалы со стабильными характеристиками очень дороги и не доступны для их широкого применения в промышленности, а существующие, освоенные промышленностью, не позволяют изготавливать центробежные насосы подобной конструкции. В известном насосе также имеют место повышенные потери мощности, передаваемой от электродвигателя, при работе центробежного насоса с прямыми лопатками рабочего колеса в зоне малых расходов жидкости порядка 70-250 мл/10 с. При вращении рабочего колеса имеет место осевое давление на колесо, а следовательно, возможно трение последнего о посадочное место насосной камеры, что приводит к дополнительным потерям мощности на трение и, как следствие, к повышению уровня акустических шумов.

Целью изобретения является создание малорасходного центробежного насоса, в котором достигается надежная герметизация соединения корпуса с насосной камерой при изготовлении элементов насоса из доступных пластмассовых материалов, в том числе и обладающих невысокими литейными и физико-механическими свойствами Также изобретение способствует уменьшение гидравлических и механических потерь и снижению шума при работе насоса.

Это достигается тем, что центробежный насос, содержащий корпус, выполненный в виде стакана, в центре дна которого имеется гнездо с отверстием, установленное в последнем уплотнение, закрепленный в корпусе электродвигатель, вал которого пропущен через уплотнение, закрепленную на корпусе посредством замкового соединения насосную камеру с осевым всасывающим и нагнетательным патрубками, последний из которых выполнен с диффузорным участком, и рабочее колесо с лопатками и шнеком, при этом рабочее колесо с лопатками размещено внутри насосной камеры соосно всасывающему патрубку, и его ступица закреплена на валу электродвигателя, шнек расположен во всасывающем патрубке, а входное отверстие нагнетательного патрубка выполнено на цилиндрической поверхности насосной камеры, дополнительно снабжен фиксирующей втулкой с продольными ребрами на внутренней поверхности, крышкой, закрепленной на корпусе, и уплотнительным кольцом, установленным между наружной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью насосной камеры, на наружной поверхности насосной камеры выполнены ответные ребрам фиксирующей втулки пазы, внутренняя поверхность фиксирующей втулки и наружная поверхность насосной камеры выполнены коническими, и фиксирующая втулка установлена на конической поверхности насосной камеры с обеспечением взаимодействия ребер с пазами.

Лопатки колеса могут быть выполнены загнутыми назад с углом выхода, равным 55-70^о, причем профиль рабочей поверхности лопатки выполнен ломаным, а расстояние от оси колеса до линии излома составляет 0,4-0,6 радиуса выхода рабочего колеса. На противоположном всасывающему патрубку торце каждой лопатки со стороны ее рабочей поверхности может быть выполнен выступ в форме параллелепипеда, усеченного в основании цилиндрической поверхностью насосной камеры, а входное отверстие диффузорного участка нагнетательного патрубка в сечении имеет вид прямоугольника.

На фиг.1 изображен центробежный насос, общий вид; на фиг.2 крышка в разрезе; на фиг.3 насосная камера в разрезе; на фиг. 4 вид справа на фиг.3 с частичным разрезом; на фиг. 5 разрез А-А на фиг.4; на фиг.6 разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 7 ротор насоса; на фиг.8 вид справа на фиг.7; на фиг.9 вид слева на фиг.7; на фиг. 10 фиксирующая втулка; на фиг.11 разрез А-А на фиг. 10.

Центробежный насос содержит корпус 1, в дне которого имеется гнездо 2, в котором находится уплотнение 3. Электродвигатель 4 закреплен в корпусе 1. Вал 5 электродвигателя 4 проходит в отверстие корпуса 1 через уплотнение 3. Крышка 6 закреплена на корпусе 1 с помощью замкового соединения 7 (фиг.1). В дне крышки 6 имеются отверстия 8 и 9, через которые проходят клеммы 10 и 11 подключения электродвигателя 4. Кроме того, в дне крышки 6 имеются ловители 12 и 13, служащие для быстрого попадания клемм 10 и 11 электродвигателя 4 в отверстия 8 и 9 крышки 6 (фиг.2). Насосная камера 14 закреплена на корпусе 1 с помощью замкового соединения 15 (фиг. 1). Между насосной камерой 14 и корпусом 1 расположено уплотнительное кольцо 16. На насосную камеру 14 надета фиксирующая втулка 17, вдоль внутренней поверхности которой проходят ребра 18 (фиг.10 и 11). Ребра 18 фиксирующей втулки 17 входят в пазы 19, расположенные вдоль наружной поверхности насосной камеры 14 (фиг.3). Внутренняя и наружная поверхности соответственно фиксирующей втулки 17 и насосной камеры 14 выполнены коническими (фиг.1). Внутри насосной камеры 14 расположен ротор 20 насоса, включающий рабочее колесо с лопатками 25 и шнек 22. Ступица 21 колеса закреплена на валу электродвигателя 4. Шнек 22 проходит через входное отверстие 23 насосной камеры 14 во всасывающий патрубок 24. Лопатки 25 колеса имеют обтекатели 26, а на противоположном всасывающему патрубку 24 торце каждой лопатки 25 со стороны ее рабочей поверхности выполнен козырек 27.

Входное отверстие 28 диффузорного участка 29 патрубка 31 в сечении имеет вид прямоугольника и расположено тангенциально к цилиндрической поверхности насосной камеры 14 (фиг.3-5). На выходе насосной камеры 14 расположен язык 30 (фиг.4 и 6). Перед диффузорным участком 29 на цилиндрической поверхности насосной камеры 14 расположен выступ 32, выполненный в виде параллелепипеда, усеченного в основании цилиндрической поверхностью насосной камеры (фиг.3 и 4). На передней стенке насосной камеры 14 расположено посадочное место 33.

Центробежный насос работает следующим образом.

Перед подключением электронасоса производится его сборка.

Электродвигатель 4 вставляется в корпус 1, а его вал 5 пропускается в отверстие, расположенное в центре корпуса 1, через уплотнение 3. На корпус 1 надевается крышка 6. Для надежного и быстрого попадания клемм 10 и 11 подключения электродвигателя 4 в отверстия 8 и 9 крышки 6, имеются ловители 12 и 13. Ловители 12 и 13 выполнены в виде выступов с наклонной поверхностью, переходящей в отверстия крышки 6. Клеммы 10 и 11 электродвигателя 4 скользят по наклонной поверхности ловителей 12 и 13 и попадают в отверстия 8 и 9, расположенные в крышке 6.

Крышка 6 закрепляется на корпусе 1 с помощью замкового соединения 15.

На корпусе 1 с противоположной стороны крышки 6 устанавливается уплотнительное кольцо 16.

На валу 5 электродвигателя 4 с помощью ступицы 21 закрепляется ротор 20, который содержит рабочее колесо с лопатками 25 и шнек 22. Шнек 22 вставляется в отверстие всасывающего патрубка 24. Насосная камера 14 надевается на корпус 1 и закрепляется с помощью замкового соединения 15.

На насосную камеру 14 через всасывающий и нагнетательный патрубки 24 и 31 надевается немного сдеформированная фиксирующая втулка 17. Ребра 18 фиксирующей втулки 17 вставляются в пазы 19 насосной камеры 14, и фиксирующая втулка 17 без перекоса надвигается по конусной поверхности насосной камеры 14 до упора, при этом конусная поверхность фиксирующей втулки 17 плотно прижимает стенки насосной камеры 14 к корпусу 1, образующая надежное герметичное соединение насосной камеры с корпусом 1. Кроме того, ребра 18 клинятся в пазах 19 насосной камеры 14, не позволяя фиксирующей втулке 17 соскальзывать назад, и дополнительно прижимают насосную камеру 14 к корпусу 1.

После сборки центробежного насоса его подсоединяют к резервуару с жидкостью через всасывающий патрубок 24, а нагнетательный патрубок 31 соединяют с распылителем, например, форсункой. Клеммы 10 и 11 электродвигателя 4 подключают к источнику питания. Центробежный насос готов к работе.

При включении источника питания вал 5 электродвигателя 4 начинает вращаться. Совместно с валом 5 вращается ротор 20. Жидкость из резервуара поступает во всасывающий патрубок 24, где закручивается шнеком 22 и поступает через входное отверстие 23 на лопатки 25 рабочего колеса. С помощью лопаток 25 жидкость разгоняется до скоростей от 10-14 м/с до 14-20 м/с, при частотах вращения от 13000 до 18000 об/мин, Обладая большой кинетической энергией, жидкость поступает во входное отверстие 28 диффузорного участка 29. В диффузорном участке 29 происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную энергию давления, достигающего величин 1,5-2,0 кг/см², при расходах, соответственно, 70-250 мл/10 с. Для повышения эффективности преобразования кинетической энергии в потенциальную энергию давления профиль входного отверстия 28 выполнен прямоугольным с плавным раскрытием диффузорного участка 29. Высота диффузорного участка 29 выбрана равной ширине конца лопатки 25. При прохождении лопатки 25 рабочего колеса перед входным отверстием 28 на язык 30 действуют ударные нагрузки, создаваемые нагнетаемой жидкостью, а на выходе нагнетательного патрубка 31 образуются пульсации давления. Для снижения ударных нагрузок и пульсаций давления жидкости перед входом в диффузорный участок 29 расположен выступ 32, выполненный в виде параллелепипеда, усеченного в основании цилиндрической поверхностью насосной камеры, который частично спрямляет турбулентный поток жидкости и снижает ударные нагрузки и пульсации давления.

После диффузорного участка 29 жидкость под давлением поступает в нагнетательный патрубок 31 и далее к форсункам распылителя.

При вращении ротора 20 действующие на него осевые силы прижимают лопатки 25 колеса к посадочному месту 33 насосной камеры 14. Это приводит к увеличению механических потерь, вызванных трением лопаток 25 о посадочное место 33 и, как следствие, к увеличению акустических шумов.

Для снижения осевого давления на противоположном всасывающему патрубку 24 торце каждой лопатки 25 со стороны ее рабочей поверхности выполнен козырек 27. При вращении ротора 20 набегающий поток жидкости, стекая с лопатки 25, воздействует на козырек 27, уменьшая осевое прижатие лопаток 25 к посадочному месту насосной камеры 14. Наличие козырька 27 позволяет снизить механические потери на трение и снизить акустические шумы.

Центробежные насосы аналогичной конструкции рассчитаны на работу с малыми расходами жидкости и их КПД невелик и составляет от 20 до 25% Повышение КПД возможно за счет снижения гидравлических потерь, возникающих при обтекании лопаток жидкостью. В описываемой конструкции центробежного насоса это достигается за счет выбора соответствующего профиля лопатки 25.

Оптимальный профиль лопатки 25 был определен экспериментальным путем. Для центробежных насосов с диаметром рабочей камеры от 20 до 25 мм он выполнен следующим образом.

Лопатки 25 выполнены загнутыми назад, причем профиль рабочей поверхности лопатки 25 выполнен ломаным, расстояние от оси колеса до линии излома составляет 0,4-0,6 радиуса выхода рабочего колеса, а угол выхода составляет 55-70^о. Дальнейшее снижение угла выхода приводит к дальнейшему падению потерь, но при этом прекращается рост давления жидкости, а затем и его снижение.

Таким образом, использование в центробежном насосе согласно изобретению фиксирующей втулки 17, вдоль внутренней поверхности которой проходят ребра, надетой на насосную камеру 14, вдоль наружной поверхности которой проходят пазы 19, в которые входят ребра фиксирующей втулки 17, выполнение взаимодействующих поверхностей фиксирующей втулки 17 и насосной камеры 14 коническими, соединение насосной камеры 14 с корпусом 1 посредством замкового соединения 15 позволило получить надежное герметичное соединение насосной камеры 14 с корпусом 1 без применения сложного дорогостоящего технологического оборудования.

Оптимальный профиль лопатки 25, козырек 27, выполненный на противоположном всасывающему патрубку торце со стороны рабочей поверхности лопатки 25 позволили снизить гидравлические и механические потери и, тем самым, повысить КПД центробежного насоса на 12-16% а также снизить уровень акустических шумов на 4-6 дБА.

Выступ 32, выполненный в виде параллелепипеда, расположенный на цилиндрической поверхности насосной камеры 14 перед диффузорным участком 29 позволил снизить ударные нагрузки на язык 30 насоса и сгладить пульсации давления жидкости, возникающие при прохождении лопаток 25 перед входным отверстием 28 диффузорного участка 29 нагнетательного патрубка 31. Кроме того, выступ 32 в виде параллелепипеда перед диффузорным участком 29, входное отверстие 28 прямоугольной формы легко реализуется литейной формой без образования облоя на входе отверстия 28. Это позволяет повысить надежность центробежного насоса и снизить трудоемкость его изготовления.