Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4247
.pdf
1 i 1 2b2,135 На рисунках 3 и 4 представлены схемы поршней, на которые далее будет ссылаться.
На рис. 5 представлен график, иллюстрирующий изменение объема камеры между двумя противоположно
расположенными или сопряженными поршнями.
На фиг. 6 представлен продольный разрез второго варианта исполнения двигателя.
На фиг. 1 и 2 обозначение 1 соответствует коленчатому валу, расположенному в нижней части корпуса
двигателя и приводимому в движение поршнями 2, далее именуемыми ведущими поршнями. «Этот
коленчатый вал 1 соединен со вторым коленчатым валом 3 (расположенным в верхней части корпуса
двигателя) зубчатой передачей -4, 5, 6, 7, которая приводит к тому, что коленчатый вал 3 вращается со
скоростью, вдвое меньшей, чем коленчатый вал 1». Указанный второй коленчатый вал 3 также приводится в
действие поршнями 8 особой формы, показанной на рисунке и далее именуемой «расширительными
поршнями», которые работают в тех же цилиндрах 9, что и ведущие поршни. Коленчатый вал 3, вращающийся
с половинной скоростью, используется в качестве распределительного вала и несет на круглых кривошипных
шейках 10 кулачки 11, которые воздействуют на толкатели 12, вызывая открытие или закрытие клапанов 13 в
подходящие моменты. Кривошип 14 для каждого приводного поршня и кривошип 15 для противоположно
расширяющегося поршня должны быть расположены и соединены шестернями таким образом, чтобы два
поршня находились на максимально возможном расстоянии друг от друга после завершения расширения.
Таким образом, кривошип ведущего поршня будет находиться в своей самой нижней точке, или в положении
полного хода, а кривошип расширительного поршня — в своей самой верхней точке, или в положении полного
хода.
В этом двигателе поршни могут иметь одинаковый или разный диаметр, а также одинаковый или разный ход
поршня.
Анализ кубического пространства, доступного для газов во время относительного перемещения двух поршней
с учетом их механической связи, покажет, что объем этого пространства изменяется, как показано на графике
(рис. 5), где пунктирные линии представляют движение поршней, а сплошная линия — изменение объема
рабочей камеры.
I — полный объем расширения; II — полный объем всасывания; III — ход приводного поршня; IV — ход
расширительного поршня; A — стадия впуска; E — стадия выпуска; C — стадия сжатия и D — стадия
расширения.
Это включает в себя все ступени двигателя, реализующего используемый цикл, и позволяет изменять
соотношение ходов поршня и расширительного поршня с целью получения выбранных пропорций для
впускного и расширительного пространств.
При рассмотрении независимой работы каждого из поршней видно, что ведущий поршень работает по
четырехтактному циклу (рис. 3) в обычном порядке (всасывание, сжатие, расширение, выпуск), тогда как
расширительный поршень работает по двухтактному циклу (рис. 4), так что во время подъема он включает в
себя две стадии: сжатие и расширение (с взрывом на половине хода), а во время опускания — две стадии:
выпуск и всасывание. При относительном движении двух противоположно расположенных поршней все
происходит так, как если бы расширительный поршень представлял собой подвижное дно цилиндра 8C,
расходящееся на стадиях сжатия и расширения и сближающееся на стадиях выпуска и всасывания. Также
следует отметить, что: 85 1) В цилиндре два поршня сходятся вблизи положений 180 (полное сжатие) или 540
(полный выпуск), и зазор, достигаемый в этих двух положениях, абсолютно одинаков и минимален из-за
удлинения поршня.
2) Благодаря особой форме поршня, ни у ведущего поршня, ни у расширительного поршня кольца не
проходят перед отверстием для газов. Таким образом, герметичность достигается так же легко, как и в
обычных четырехтактных цилиндрах.
3)
Сжатие происходит во время подъема расширительного поршня, и благодаря разнице скоростей двух
поршней, ведущий поршень приводит в движение, а расширительный поршень оказывает сопротивление.
4)
«Взрыв происходит в момент, когда расширительный поршень находится в положении, когда он движется на
половину своего хода вверх».
В этом случае его рычаг достигает максимума и значительно превышает рычаг поршня четырехтактного
двигателя. Таким образом, угол опережения зажигания может быть увеличен, и двигатель не сможет дать
обратный импульс при запуске. Кроме того, замедление темпа облегчается.
5)
Данная конструкция подходит для выпуска отработавших газов в конце хода поршня, при этом выпускной
патрубок расположен в положении, соответствующем верхней половине хода расширяющегося поршня,
однако эта особенность не является обязательной, и двигатель обычно работает с помощью обычных
клапанов и кулачков.
Полученные и представленные на рис. 3 и 4 диаграммы различаются.
Когда 120> подключен к поршневому пальцу одного из приводных поршней, индикатор выдает диаграмму
типа, показанного на рис. 3, которая похожа на диаграмму цикла Роша, но с 12,5 различными ординатами;
однако, когда индикатор подключен к поршневному пальцу расширительного поршня, он выдает совершенно
другую диаграмму типа, показанного на рис. 4, и на которой та часть кривой, соответствующая стадии сжатия,
кажется явно движущей силой. Кроме того, ординаты этой диаграммы совпадают с ординатами диаграммы на
рис. 3.
В показанном на рисунке четырехцилиндровом двигателе.
На рис. 1 и 2 показано, что четыре расширительных поршня будут создавать импульс за один оборот
коленчатого вала с половинной скоростью вращения, длящийся пол-оборота. Таким образом, импульс
является непрерывным и никогда не прекращается, поэтому нет необходимости в специальном маховике.
Маховик главного коленчатого вала вполне достаточен для обеспечения нормальной работы двигателя.
Что касается наддува, то необходимое избыточное давление может обеспечить вентилятор 16,
расположенный перед двигателем и приводимый в действие зубчатой передачей 17.
Во втором варианте исполнения, схематически показанном на фиг. 6, двигатель включает цилиндры 19,
каждый из которых снабжен двумя противоположно расположенными поршнями 20, 21.
Каждый из специально спроектированных расширительных поршней 20 (в данном случае расположенных в
нижней части корпуса двигателя) соединен открытым или изогнутым шатуном 22 с коленчатым валом 23,
расположенным таким образом, чтобы вращаться со скоростью, равной половине скорости вращения
двигателя. Этот коленчатый вал соединен посредством зубчатой передачи 24, 25 с главным коленчатым
валом 23а, расположенным выше и вращающимся с удвоенной скоростью по сравнению с коленчатым валом
23.
Указанный коленчатый вал 28u соединен с верхними приводными поршнями 21 посредством двойных
шатунов 26, каждый из которых одним концом прикреплен к крестовине 27, нижняя часть которой образует
шатун, соединенный с поршнем поршневым пальцем. Когда двигатель имеет несколько цилиндров, верхние
поршни соединены парами с крестообразными головками 27.
Соединительные шестерни 24, 25 установлены таким образом, что когда одна пара верхних поршней 21
находится в верхней части своих цилиндров и в верхней точке своего хода, одна из противоположной пары
нижних поршней будет находиться в нижнем положении, а другая — в верхнем, как показано на рисунке.
Для четырехцилиндрового двигателя смещение коленчатых валов показано справа на рис. 6, где видно, что
для верхнего вала четыре коленчатых вала находятся в одной плоскости, два вверху и два вниз, в то время
как коленчатые валы нижнего вала (вращающиеся с половинной скоростью) находятся в двух
перпендикулярных плоскостях и расположены напротив друг друга в каждой из этих плоскостей.
Последовательность кубических емкостей, доступных для газов в этом двигателе, такая же, как и в описанном
ранее случае.
Следует понимать, что детализированные решения, показанные на чертеже, могут быть изменены без
отступления от сути изобретения; таким образом, может использоваться любое количество групп
сопряженных поршней, снижение скорости в каждой группе может осуществляться любым подходящим
образом, а элементы для распределения выхлопных газов и их приводные механизмы могут иметь различную
форму.
Наконец, любой из двух коленчатых валов 75 может быть использован в качестве ведущего вала, и таким
образом можно добиться одинаково экономичной работы при двух скоростях, одна из которых вдвое
превышает другую.
Теперь я опишу особую конструкцию 80-го поршня, которая необходима для использования одного и того же
канала для впуска и выпуска газов.
Поршни имеют за кольцами со стороны камеры сгорания удлинитель 85 (грибовидный), предназначенный для
обеспечения канала для всасывания газов, а также для заполнения камеры между двумя поршнями,
уменьшая ее до неизбежного зазора, необходимого для степени сжатия 90, и обеспечивая полное отведение
газов из рабочей камеры.
Выступы могут быть сформированы на рабочих поршнях, на расширительных поршнях или частично на
одном, а частично на другом.
Выступы не соприкасаются со стенками цилиндра, и их форма может быть цилиндрической, полуконической,
наполовину цилиндрической и наполовину полуконической, или любой другой формы, обеспечивающей
правильную работу.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_252136.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=252136&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB252136A
[]
-СПЕЦИФИКАЦИЯ ПАТЕНТА-- -
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата Конвенции (США): 18 апреля 1925 г., 252, 136. Заявка на Конвенцию (в Соединенном Королевстве): 20
апреля 1926 г., № 10479/26.
Окончательная версия принята к публикации: 20 июля 1927 года.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствование гидравлических насосов.
Компания MACHINERY COLPORATION, организованная и действующая в соответствии с законами штата
Вирджиния, расположенная по адресу: 115, Бродвей, город, округ и штат Нью-Йорк, Соединенные Штаты
Америки (правообладатели Харни Фредерика Бенсона, гражданина Соединенных Штатов Америки, компании
Worthington Pump and Machinery Corporation, 115, Бродвей, город, округ и штат Нью-Йорк, Соединенные
Штаты Америки), настоящим заявляет о характере данного изобретения и о способе его осуществления. 5 Это
можно подробно описать и подтвердить следующим утверждением:
Данное изобретение относится к гидравлическим насосам того типа, в которых проточный канал образован
одним или несколькими наборами элементов, каждый из которых включает вращающееся рабочее колесо,
предназначенное для создания центробежной силы в жидкости, промежуточную кольцевую камеру,
предназначенную для направления потока жидкости внутрь, и диффузорный элемент или аналогичное
устройство, расположенное в осевом направлении относительно рабочего колеса и предназначенное для
направления потока в осевом направлении.
Изобретение относится, в частности, к определенной новой конструкции различных элементов в сочетании:
вращающихся рабочих колес, диффузионных элементов и промежуточных каналов или камер, образующих
вместе каналы для потока через насос, разработанной для обеспечения определенных новых преимуществ в
отношении скоростей и направлений потока и выравнивания давления воды, а также к определенным новым
особенностям самих элементов, в частности рабочего колеса и диффузионных элементов, которые не только
позволяют им выполнять свои совместные функции, но и обеспечивают определенные новые преимущества в
их индивидуальных функциях.
Основная цель нашего изобретения — создание высокоскоростного насоса большой производительности и
высокого напора на ступень при относительно малом диаметре рабочего колеса и корпуса насоса, что
позволяет адаптировать насос, в частности, для использования в глубоких скважинах.
Еще одной общей целью изобретения 50 является производство такого насоса, имеющего высокоскоростное
рабочее колесо с широким диапазоном эффективности и производительности без превышения допустимых
значений.
Значительные колебания требуемой мощности привода позволяют уменьшить габариты и вес насоса, а также
обеспечить его привод с помощью относительно высокоскоростных двигателей при достаточно близком к
постоянному режиме работы во всем диапазоне работы насоса. 60 При работе насоса, разумеется,
необходимо воздействовать на начальный поток поступающей жидкости изменениями как его скорости, так и
направления потока, сначала рабочим колесом, а затем последовательно различными другими элементами
насоса вдоль линии потока до достижения конечного выходного потока, определяющего чистый напор,
создаваемый насосом. Для достижения максимально возможной эффективности 70 насосов общего типа, к
которым относится данное изобретение, крайне важно избегать всех ненужных потерь энергии в каналах
насоса, таких как потери, вызванные резкими изменениями скорости или направления потока жидкости,
которые приводят к поверхностному трению, образованию вихревых токов или неравномерному давлению
воды в областях, перпендикулярных линии потока.
Соответственно, наше изобретение предусматривает, в качестве одной из своих наиболее конкретных целей,
такую конструкцию или конфигурацию, в согласованном плане или взаимосвязи различных элементов,
образующих проточный канал насоса, как при работе насоса для создания конечного напора или давления на
выходе путем постепенного и вдоль таких линий потока воздействия на входящий поток требуемых изменений
его начальной скорости и направления, чтобы свести к минимуму поверхностное трение, избежать вихревых
токов и, фактически, обеспечить выравнивание давления воды в областях, перпендикулярных линии потока.
Наше изобретение, в частности, предусматривает создание нового рабочего колеса, сочетающего в себе
некоторые преимущества осевого и центробежного типов, причем это новое рабочее колесо предназначено
для приема поступающей жидкости в основном в истинном осевом направлении и для приложения к ней, с
помощью 10 постепенных приращений и вдоль определенных линий потока, радиальной составляющей,
причем радиальная составляющая становится все более преобладающей по направлению к выходному
отверстию рабочего колеса, в результате чего на входе создается истинное осевое течение, а по мере
прохождения жидкости через рабочее колесо к выходному отверстию происходит комбинированное осевое и
центробежное воздействие. Было установлено, что начальный осевой поток выгоден тем, что предотвращает
вихревые течения во входящем потоке, ударную волну на входе и, как следствие, потерю энергии и объема
потока.
Было установлено, что постепенное увеличение радиальной составляющей и центробежного действия
особенно выгодно не только для обеспечения непрерывного и плавного потока воды без резкого изменения
его скорости или направления, но и для улучшения подъемного или перекачивающего действия по сравнению
с прямолинейными осевыми или центробежными типами.
Изобретение также предусматривает в новом рабочем колесе определенные особенности формы и контура
лопаток рабочего колеса и выходного отверстия рабочего колеса 3, обеспечивающие не только выравнивание
давления воды по областям, перпендикулярным линии потока жидкости через рабочее колесо, но и
равномерное увеличение энергии потока от входа до выхода по всем радиусам лопаток рабочего колеса, а
также постоянную энергию потока от рабочего колеса по всей площади выходного отверстия, что
обеспечивает бесвихревой поток и максимально возможную производительность и эффективность.
Изобретение также предусматривает создание, в сочетании с новым рабочим колесом, безлопаточного
канала для непосредственного приема в него потока, выходящего из рабочего колеса, с гладкими стенками
такой формы и контура, которые позволяют воде, вытекающей из рабочего колеса, находить свой
собственный путь в условиях скорости и направления потока, заданных рабочим колесом, без существенного
увеличения поверхностного трения или образования вихревых потоков. В рамках более широкого толкования
нашего изобретения этот канал в камере может принимать различные формы и использоваться с различными
типами диффузоров для преобразования скорости потока в давление, например, в виде спиральной камеры,
через которую жидкость подается в конечном итоге или к следующему импеллеру. Однако наше изобретение
более конкретно предусматривает использование этого камерного канала в сочетании с диффузионным
элементом на его подающей стороне, и, следовательно, камерного канала 70 между рабочим колесом и
диффузионным элементом, принимающего поток от одного и передающего его в другой.
Для такого применения канал камеры без лопаток выполнен не только для приема потока от рабочего колеса
без существенного изменения направления и скорости этого потока, но и для постепенного изменения этого
потока с его осевого радиально-наружного направления, придающего ему рабочее колесо, на несколько
направленный внутрь поток, при этом поток закручивается в камере под действием комбинированного осевого
и центробежного воздействия рабочего колеса.
Предлагаемый нами новый диффузионный элемент снабжен диффузионными лопатками, форма и угол
наклона входных кромок которых соответствуют направлению потока из канала камеры, так что поток из него
не меняет своего направления на 90 градусов. Важной задачей является направление потока в истинное
осевое направление либо для конечного выхода из насоса, либо для подачи к следующему рабочему колесу в
серии многоступенчатой конструкции насоса.
Кроме того, диффузионный элемент предназначен для осуществления, по крайней мере в некоторой степени,
преобразования скорости в давление, хотя это не имеет первостепенного значения для функционирования
этого элемента.
В соответствии с общей компоновкой различных элементов, образующих канал для потока через насос и
влияющих на скорости и направления потока, диффузор 105 воплощает в себе определенные особенности
формы и контура направляющих лопаток и прилегающих поверхностей канала, постепенно оказывая на
жидкость окончательное воздействие в виде изменений скорости и направления потока 110, которые создают
осевой поток при желаемом напоре, причем линии потока, передаваемые жидкости, таковы, что обеспечивают
плавный, беспрепятственный поток постоянного давления и энергии потока 115 в каждой последующей
плоскости, перпендикулярной линии потока.
- Вышеизложенные цели и принципы нашего изобретения, а также другие цели и принципы, будут более
подробно рассмотрены в приведенном ниже описании конкретного варианта осуществления изобретения в
его предпочтительной форме.
Следует, однако, понимать, что наше изобретение не ограничивается в своих принципах 125 таким вариантом
осуществления, но другие варианты осуществления и модификации настоящего изобретения могут быть
созданы в рамках общих принципов изобретения и как определено в прилагаемых пунктах формулы
изобретения. 130 252,136 13, и промежуточные камерные каналы, которые из-за характерного вихревого
потока воды через них могут быть правильно названы вихревыми камерами, обозначенными цифрой 14. На
входной стороне нижнего рабочего колеса предпочтительно располагаются направляющие 70 лопаток 15,
обеспечивающие начальный истинный осевой поток воды к рабочему колесу. Рабочие колеса 12 установлены
на валу 10 для вращения 75 вместе с ним, в то время как диффузоры 13 закреплены, как показано на рисунке,
а их ступицы служат опорами для подшипников 16 вала.
Рабочие колеса, диффузоры и вихревые камеры двух ступеней насоса 80 являются идентичными в том, что
касается их основных частей, относящихся к изобретению, поэтому описание каждого из них применимо к
другому из пары.
Все они показаны на рис. 1 в половинном разрезе, выполненном осевой плоскостью, проходящей через центр
вала рабочего колеса 10.
При рассмотрении вдоль плоскости сечения на рис.
1,
Можно сказать, что рабочее колесо включает в себя центральную конусообразную часть 90°, половина
сечения которой показана на рисунке, имеющую ступицу 17, простирающуюся вокруг вала рабочего колеса 10
и закрепленную на нем, и периферийный защитный кожух 18, расположенный на некотором расстоянии от
сердечника 95° для обеспечения проточного канала, обозначенного стрелкой, указывающей на линию потока.
Этот канал имеет аксиально направленный вход 19 больших размеров, измеренных в плоскости сечения на
рис. 1, чем наклонно направленный наружу выход 00°, и имеет гладкие стенки с большими радиусами
кривизны между ними. Лопатки или направляющие рабочего колеса расположены в канале, как это обычно
определяется, и фактически делят канал 105 на множество каналов, по одному между каждыми двумя
последовательными лопатками. Однако сечение в плоскости, на которой сделан поперечный разрез на рис. 1
через любой из таких проходов, обладает указанными выше характеристиками.
Подробные характеристики лопаток и каналов рабочего колеса, представленные в иллюстративном примере
нового рабочего колеса, который, как показала практика, является одним из наиболее эффективных
вариантов осуществления изобретения, станут более понятны при рассмотрении рисунков с 2 по 4
включительно. 120 Обращаясь сначала к перспективному виду рабочего колеса, показанному на рис. 3,
следует отметить, что лопатки рабочего колеса 21 начинаются на входном конце 19 в плоскости,
перпендикулярной оси вращения рабочего колеса, или оси вращения 125°, а их входные кромки простираются
в этой плоскости от ступицы рабочего колеса расходящимися кривыми наружу к кольцевой выступающей
оболочке, образующей внешнюю границу входного отверстия. 130 Конкретный иллюстративный вариант
осуществления указанного изобретения показан на прилагаемых чертежах, являющихся частью настоящей
Спецификации.
На этих рисунках:
Рис. 1 представляет собой вид, частично в боковой проекции и частично в вертикальном продольном разрезе,
части насоса, от водосточной трубы вниз; изображенный насос является многоступенчатым насосом
глубоководного типа; Рис. 2 представляет собой поперечный разрез рабочего колеса и вихревой камеры по
линии 2-2 на рис. 1, в направлении стрелок; Рис. 3 представляет собой перспективный вид одного из блоков
рабочего колеса, изображение увеличено по сравнению с масштабом рис. 1; Рис. 4 представляет собой план,
в том же масштабе, что и рис. 3, частично срезанный, выходной поверхности блока рабочего колеса,
показывающий напорное отверстие между напорными торцевыми кромками каждой из двух
последовательных лопаток и часть поверхностей контакта с водой двух из этих лопаток; На фиг. 5
представлен увеличенный вид сверху на выходную поверхность нижнего диффузорного блока, изображенного
на фиг. 1, но с частично показанным наружным корпусом или стенкой в разрезе по линии 5-5 на фиг. 1, в
направлении стрелок на этом рисунке; на фиг. 6 представлен перспективный вид того же блока без наружного
корпуса или оболочки, чтобы показать форму лопаток.
Представленный здесь насос, показанный для более полного изложения основных принципов изобретения, а
также для демонстрации некоторых более подробных особенностей, имеющих практическое значение,
представляет собой двухступенчатый насос глубокого типа, имеющий любой подходящий тип приводного
насоса (показывать его здесь необязательно), соединенный с вертикальным валом рабочего колеса 10,
который проходит вниз через водосточную трубу 11 и через последовательно собранные узлы насоса, как
показано на фиг. 1.
В качестве основных частей нового насоса, воздействующих на перекачиваемую жидкость и изменяющих ее
исходное состояние, необходимы характеристики скорости и направления потока, обеспечивающие
результаты, достигаемые нашим изобретением, на каждой из ступеней насоса находятся: рабочее колесо,
расположенный на нем диффузор и промежуточная камера, принимающая воду в ее вихревом движении от
рабочего колеса и подающая этот поток с несколько измененным направлением к диффузору.
Рабочие колеса, которых в представленном на иллюстрации насосе два, обозначены в целом цифрой 12 на
рис. 1, а диффузорные узлы — цифрой 252,136. Эти характеристики, и в частности, сближение входных
кромок лопаток с ступицей рабочего колеса, обеспечивают большую пропускную способность при
минимальном диаметре рабочего колеса и осевом входящем потоке.
Как уже указывалось ранее, целью изобретения в новом рабочем колесе является обеспечение не только
истинного осевого входящего потока, но и наложения центробежного воздействия рабочего колеса на воду,
протекающую через него, для увеличения подъемного эффекта. Однако без каких-либо мер
предосторожности суперпозиция радиальной составляющей потока с сопутствующим ей противотоковым
действием, вызванным быстрым вращением рабочего колеса, приводит к очень существенным потерям
энергии и уменьшению оттока из-за вихревых течений, возникающих из-за неравномерного распределения
давления на воду, поступающую вблизи вала рабочего колеса, и воду, поступающую вблизи внешних краев
входного отверстия. Разработанный нами способ устранения упомянутых недостатков включает в себя контур
поверхностей лопаток рабочего колеса от входного до выходного концов, воздействующий на воду таким
образом, чтобы постепенно уменьшать осевую составляющую потока и постепенно увеличивать радиальную
составляющую g0, направленную наружу к выходному отверстию рабочего колеса. В представленном
иллюстративном варианте осуществления изобретения такие действия можно описать как постепенное
искривление поверхностей лопаток 36-лопастного рабочего колеса от перпендикулярного к оси на входном
конце до наклонного к ней на выходном конце по таким линиям, которые обеспечивают равномерное
увеличение энергии по всей поверхности.
области, перпендикулярные потоку. Эти лопасти -40 eharaeteristios более подробно показаны на рисунках 2–4
включительно. На перспективном изображении (рис. 3), как уже упоминалось, лопатки рабочего колеса 21
начинаются на входном конце в плоскости, перпендикулярной оси рабочего колеса 41. От своих входных
кромок в указанной плоскости поверхности лопаток постепенно образуют продольные потоки, направленные
радиально наружу и аксиально к левому торцу или поверхности рабочего колеса, а также постепенно
увеличивающийся наклон или изгиб поверхностей лопаток внутрь, в направлении выходной поверхности, к
оси вращения, до тех пор, пока...
Как показано на рис. 3 и 4, выходные торцевые кромки лопаток, обозначенные цифрой 211, расположены под
косыми углами.
Ось рабочего колеса расположена на конической поверхности с наклоном поверхности в направлении оси
подачи, а противоположные концевые точки каждой лопатки, обозначенные цифрами 22 и 23 на рис. 3 и 4,
находятся на разных радиусах, при этом передняя концевая точка 23 расположена ближе к оси, чем задняя
точка 22.
Величина деформации лопаток рабочего колеса может варьироваться в зависимости от размера и скорости
вращения конструкции рабочего колеса, при этом угол наибольшего наклона к оси, то есть угол на
нагнетательном конце, предпочтительно должен быть меньше для небольших радиальных насосов большой
производительности.
На практике мы обнаружили, что рабочее колесо, имеющее лопатки, соответствующие принципам
деформации поверхности, упомянутым здесь, оказывает на входящий поток такое постепенное увеличение
радиально-наружной составляющей, чтобы выровнять воздействие давления на воду, поступающую вблизи
вала рабочего колеса, и воду, поступающую вблизи внешних краев входного отверстия, несмотря на
центробежную силу, создаваемую быстро вращающимся рабочим колесом, и обеспечить равномерное
увеличение энергии от входа к выходу по всем радиусам, и, следовательно, с равномерным распределением
энергии по каждой области или плоскости, перпендикулярной потоку.
Другие характеристики нового рабочего колеса дополнительно способствуют его производительности и
эффективности, особенно для требуемого небольшого высокоскоростного рабочего колеса. В
предпочтительном варианте исполнения нашего нового рабочего колеса входное и выходное отверстия
между каждой парой последовательных лопаток на противоположных концах имеют определенное c-мерное
соотношение друг с другом. Наибольший радиус входного отверстия приблизительно равен наименьшему
радиусу выходного отверстия, что позволяет определить наименьшее максимальное расстояние от оси
рабочего колеса 100 между внутренним и внешним краями лопаток, которое обеспечит работу небольшого
насоса с высокой скоростью, максимальной производительностью и подъемной силой. Эта характеристика
проиллюстрирована на рис. 3, а также путем сравнения рис. 2 и 4. Внутренняя поверхность входного кольца
19, показанного на рис. 3, имеет приблизительно тот же диаметр, что и внешний край ободка крышки 24.
Наибольший радиус входного отверстия, например, 110 на фиг. 2 и 3, простирается от оси рабочего колеса до
внешнего конца или кончика входной кромки лопатки, обозначенного цифрой 26, или, что то же самое, от оси
рабочего колеса до внутренней поверхности входного кольца 19.
А наименьший радиус выходного отверстия, например, выходное отверстие 27, показанное на рис. 3,
простирается от оси рабочего колеса до внутреннего или выступающего кончика выходной кромки лопатки,
обозначенного 120 в точке 23, или, что по сути то же самое, до внешней кромки ободка крышки 24. Другими
словами, точки 26 и 23, расположенные приблизительно на равном расстоянии от оси рабочего колеса,
обозначают выводы 125, упомянутые на рисунке, противоположных краевых участков каждой лопатки,
простирающейся от входа до выхода рабочего колеса; их угловое смещение друг относительно друга
относительно оси рабочего колеса зависит, конечно, от степени и величины кривизны, предусмотренной для
рабочего колеса данного диаметра.
Очевидно, что внутренние концы входной кромки лопаток находятся на внешней поверхности ступицы
рабочего колеса, как показано на рис. 2 и 3 (28), а смещение внешнего конца 22 (рис. 3 и 4) выходной кромки
лопатки определяется степенью деформации поверхности лопатки от перпендикуляра к оси на входном конце
до наклона на выходном конце, желаемого или необходимого для размера насоса и его максимальной
эффективности в соответствии с уже упомянутыми принципами деформации лопаток.
Между этими выступами на входной и выходной кромках лопаток поверхности лопаток сформированы
плавными линиями от входной до выходной поверхности рабочего колеса, обеспечивая постепенное
искривление от перпендикуляра к оси на входе до наклона к ней на выходе, о котором уже говорилось.
Из рисунка 3 и сравнения рисунков 2 и 4 также видно, что разница между максимальным и минимальным
радиусами на выходе меньше, чем на входе. Однако это не обязательно, и, разумеется, для более крупных
насосов с меньшей скоростью вращения нагнетательные отверстия следует делать больше.
В ходе практического использования рабочего колеса, соответствующего вышеописанным принципам, мы
обнаружили, что достигаются не только равномерные характеристики потока при постоянном давлении на
всех радиусах от входа до выхода, но и что выходной поток обеспечивает постоянную энергию воды,
выходящей из рабочего колеса через напорные отверстия, даже при различии радиусов лопаток или
поверхностей лопаток.
Из анализа рис. 3 видно, что вода выходит из рабочего колеса через выходные отверстия 27 между
деформированными лопастями 21 в виде несколько расширяющегося вихревого потока, имеющего, однако,
также компоненты энергии в направлениях, наклоненных внутрь к оси вращения в общем направлении потока,
из-за деформации лопастей 21. Кольцевая безлопастная вихревая камера 14, образованная корпусом 29,
окружающим рабочее колесо 12 и диффузор 13, и простирающаяся от напорного конца рабочего колеса до
входной стороны диффузора, имеет такую форму на своих контактных поверхностях с водой, чтобы
принимать и продолжать поток от рабочего колеса без существенного изменения направления потока до тех
пор, пока вода не продвинется достаточно далеко вдоль стенок камеры, где в передней половине камеры эти
стенки изогнуты внутрь на большой площади кривизны, чтобы придать потоку постепенное изменение
направления от осевого радиально наружу к осевому радиально внутрь.
При желании, эта вихревая камера 14 может иметь увеличивающиеся поперечные размеры по направлению к
выходному концу, чтобы обеспечить некоторое преобразование скорости потока в давление, но этот
результат не требуется для нашего диффузора, и в показанной предпочтительной форме камеры такой
результат не достигается. Основная функция камеры заключается в том, чтобы позволить воде, поступающей
в нее из рабочего колеса, найти свой собственный путь в условиях скорости и направления, заданных
рабочим колесом, с постепенным изменением общего направления потока от аксиально-радиально наружу к
аксиально-радиально внутрь, как схематически показано линией потока 32, спроецированной на плоскость
сечения, на которой изображен рис. 1.
Подобно тому, как вихревая камера имеет форму, позволяющую принимать поток от рабочего колеса при
заданных им условиях скорости и направления, так и лопатки диффузора имеют такую форму в своих целых
частях, чтобы располагаться на линии потока из вихревой камеры и принимать непрерывный вихревой поток
от нее под углом потока, окончательно заданным этой камерой, обеспечивая таким образом плавный поток
без резких изменений скорости или направления и избегая ударной волны при попадании в диффузор.
Основная функция диффузора заключается в том, чтобы вернуть поток в истинное осевое направление для
подачи в следующее рабочее колесо серии, или, в случае последнего агрегата, подать поток в выходной
трубопровод или нагнетательный конус 33 (рис. 1) непосредственно из насосных агрегатов. Дополнительной
функцией является преобразование скоростного напора вихря в эффективный напор давления на выходе
105, хотя сами лопатки диффузора не являются основными элементами для достижения этого результата.
Переход от вихревого потока, распространяющегося через вихревую камеру 110 от рабочего колеса к
истинному осевому потоку, в основном представляет те же проблемы предотвращения потерь энергии и
уменьшения оттока из-за чрезмерного поверхностного трения и вихревых течений, возникающих из-за
неравномерного давления воды вдоль площадей, перпендикулярных линии потока, которые возникают при
переходе от истинного осевого потока, создаваемого рабочим колесом. При этом в их решении используются
в основном те же общие принципы, хотя механические детали в некоторых отношениях различаются из-за
различных специфических функций диффузора и рабочего колеса.
При рассмотрении вдоль плоскости сечения на рис. 125, 1, можно сказать, что диффузор состоит из
центральной конусообразной части 34 (на этом рисунке показана только половина сечения) и внешней
кольцевой части 35, между которыми находится канал для потока, обозначенный стрелкой на рис. 1.
Внутренняя кольцевая поверхность рира! Участок g:3 расположен под меньшим углом наклона к оси pnmp,
чем противоположная грань конуса 34, так что кольцевой проход между ними равномерно увеличивается в
ширине, измеренной по прямым линиям между противоположными поверхностями в осевых плоскостях, от
радиально направленного внутрь входного отверстия 36 до аксиально направленного выходного отверстия
37. Иными словами, рассматриваемый канал для потока представляет собой канал между двумя
поверхностями вращения, при этом поперечное сечение канала увеличивается от входа к выходу. Именно это
равномерное увеличение между противоположными поверхностями, от входа до выхода, влияет на любое
преобразование скорости в давление в потоке через дифферерс.
Диффузорные лопатки расположены в таком общем канале и фактически разделяют этот канал на множество
каналов, по одному между каждыми двумя последовательными лопатками. Однако сечение в плоскости, на
которой делается снимок на рис. 1, через любой из таких проходов обладает только что упомянутыми
характеристиками.
Подробные характеристики диффузорных лопаток, представленные на иллюстрации нового диффузора,
станут более понятны при рассмотрении рисунков 2, 5 и 6.
Рассмотрим сначала плоскостной вид выходной поверхности диффузора, показанный на рис.
5, Фланцевая поверхность кольцевой части 35 обозначена цифрой 38, а центральная конусная часть —
цифрой 34.
Лопатки диффузора 40 начинаются на входном конце под углом к оси насоса и располагаются в осевом
направлении или в осевых плоскостях на выходном конце таким образом, что их выходные кромки 41
находятся в плоскости, перпендикулярной оси; как это более подробно показано на рис. 6, который
представляет собой перспективный вид диффузора со снятой наружной кольцевой частью 35, чтобы более
наглядно показать характеристики лопаток. Иными словами, как и в рабочем колесе, лопатки диффузора
деформированы от перпендикуляра к оси под определенным углом к ней, причем разница заключается в
направлении деформации.
В рабочем колесе лопатки изогнуты от перпендикуляра к оси на входном конце до наклона на выходном
конце, тогда как в диффузоре лопатки изогнуты от наклона к оси на входе до перпендикуляра на выходном
конце. В целом можно сказать, что характеристики деформации в двух случаях G являются
взаимодополняющими, поскольку функции рабочего колеса и диффузора также взаимодополняющие:
входные концы лопаток диффузора принимают поток, подаваемый с выходных концов рабочего колеса, с
незначительным изменением формы внешнего завихрения, придаваемого им деформацией лопаток рабочего
колеса, и деформацией лопаток диффузора, возвращая поток в его исходное осевое направление при тех же
благоприятных условиях, включая отсутствие вихревых потоков, выравнивание давления воды и
равномерный напор или давление в потоке по всей площади выходного отверстия, достигаемых при работе
рабочего колеса. 75 Взаимодействия между рабочим колесом и диффузором, а также взаимодействие между
ними и вихревой камерой показаны на рис. 2, который, как уже указывалось, представляет собой сечение по
линии 2-2 на рис. 1, в направлении стрелок на рис. 1.
Участок, показанный на правой стороне рис. 2, взят, следует отметить, в самой нижней части сечения 2-2 на
рис. 1, непосредственно внутри входного обода 19 рабочего колеса (см. рис. 3 для перспективного вида этого
Соседние файлы в папке патенты