BG63473B1

BG63473B1 - Помпено колело

Info

Publication number: BG63473B1
Application number: BG102919A
Authority: BG
Inventors: Ulf Arbeus
Original assignee: Itt Manufacturing Enterprises Inc
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2002-02-28
Also published as: EP0916851A1; BR9804382A; EE9800325A; SG70132A1; US6142736A; TW483989B; DE69811608T2; EA199800935A1; KR19990044907A; YU49045B; PT916851E; JPH11173294A; MY129531A; HRP980600B1; YU51998A; HU221153B1; NO322538B1; AU9323498A; NZ332884A; PL189277B1

Abstract

Помпеното колело е от центробежен или полуосов вид и се използва в помпи, изпомпващи течности, по-специално отпадъчни води. То има оптимизирана конструкция, състояща се от главина (1), снабдена с една или няколко лопатки (2), направляващите ръбове (3) на която (които) са закривени силно назад. Размерът на ъгъла ( ) варира между 350 и 650 при свързването с главината (1) и между 550 и 850 при периферията (5).

Description

Изобретението се отнася до помпено колело, по-специално до помпено колело за центробежни или полуосови помпи за изпомпване на течности, главно отпадъчни води.

Предшестващо състояние на техниката

В специализираната литература са описани много видове помпи и помпени /работни/ колела, но те имат определени недостатъци, преди всичко свързани с проблемите, предизвикани от задръстването и ниската производителност.

Отпадъчната вода съдържа различни видове замърсители, количеството и видът на които зависят от сезона и от областта на произхода на водата. В градовете са обичайни пластмасовите материали, хигиенните предмети, текстил и др., докато индустриалните зони могат да произвеждат износващи частици. Опитът показва, че най-неприятните проблеми са едрозърнестите песъчинки и други подобни, които полепват по направляващите ръбове на лопатките, наслоявайки се около главината на работното колело. Такива случаи предизвикват чести интервали за поддръжка и намаляват производителността.

В селското стопанство и флотационната промишленост са използвани различни видове специални помпи, които работят със слама, трева, листа и други органични материали. За тази цел направляващите ръбове на лопатките са закривени назад, за да предизвикват нагнетяването на замърсителите по посока навън към периферията, вместо полепването им по ръбовете. За срязването на материала се използват често различни видове разтрошаващи средства, които улесняват циркулацията. Такива примери са описани в SE-435 952, SE375 831 и US-4 347 035.

Тъй като замърсителите в отпадъчната вода са от други видове, по-трудни за управляване, и тъй като оперативното време за помпите за отпадъчни води обикновено е много по-голямо, посочените специални помпи не отговарят на изискванията при изпомпване на отпадъчните води нито от гледна точка на сигурност, нито на производителност.

Помпите, предназначени за изпомпване на отпадъчни води, доста често са използвани до 12 h дневно, което означава, че консумацията на енергия зависи много от производителността на помпата.

Изпитанията доказват, че съгласно изобретението е възможно подобряване производителността при помпите за изпомпване на отпадъчни води до 50%, в сравнение с познатите помпи за отпадъчни води. Тъй като разходът по броя на циклите до разрушаване за една електрически задвижвана помпа обикновено е определяно предварително от цената на енергията /приблизително 80%/, очевидно е, че такова драстично увеличение е особено важно.

Дизайнът /геометричната форма/ на помпените колела е описан обобщено в литературата, особено по отношение на извивката на направляващия ръб. Ясно определение на т.нар. извивка не съществува.

Изпитанията показват, че разпределението на закривяващия се ъгъл по направляващите ръбове е много важно, за да се постигне необходимата способност за самопочистване на помпеното колело. Естеството на замърсителите също обуславя различните закривяващи се ъгли, за да е възможно осигуряване на добра функционалност.

В литературата не е дадена информация за това какво е необходимо, за да се извърши плъзването, транспортирането на замърсителите радиално навън по протежение на направляващите ръбове на лопатките. Споменава се съвсем общо, че ръбовете трябва да бъдат закривени назад под тъп ъгъл, виж SE-435 952.

Когато са изпомпвани по-малки замърсители, като трева и други органични материали, може да са достатъчни сравнително малки ъгли за получаване на радиално транспортиране, а също и раздробяване на замърсителите в канала между помпеното колело и тялото на помпата. В практиката раздробяването е получено от частиците, които са срязани при контакт с помпеното колело и тялото на помпата, когато помпеното колело при въртенето си има периферна скорост от 10 до 25 m/s. Този процес на срязване се подобрява чрез повърхности, които са снабдени със срязващи средства, канали или други подобни, например SE-435952. Такива помпи са използвани за транспорти2 ране на гъста течност, пулп, тор и др.

Когато е проектирано едно помпено колело, което има закривени назад направляващи ръбове на лопатката, за да се получи самопочистване, възниква противоречие между разпределението на закривяващия се ъгъл, техническите данни и други параметри, свързани с проектирането. В общия случай е вярно, че един закривяващ се ъгъл, който се увеличава, означава по-малка вероятност за задръстване, но в същото време Производителността намалява.

Задачата на изобретението е да се проектира направляващият ръб на лопатката по оптимален начин с оглед получаването на различни функции и признаци за надеждно и икономично изпомпване на съдържащите се в отпадъчната вода замърсители, като едрозърнести песъчинки,влакна и др.

Техническа същност на изобретението

Елементът, показан на фиг.5, определя лентата на разпределение на закривяващия се ъгъл, която осигурява добра функционалност и производителност. Обхватът е свързан с размера, периферната скорост и триенето на материала. Независимата променлива, която се използва, за да се опише това, тук се нарича нормализиран радиус и е дефиниран, както следва:

нормализиран радиус =(г-г1)/(г2-г1) уравнение 1, където rl е радиусът на свързването с главината, г2-радиусът навън към периферията на направляващия ръб и където радиусът съгласно цилиндричната координатна система има за начална точка центъра на оста на помпеното колело и определя най-краткото разстояние между действителната точка и точката върху продължението на оста на помпеното колело.

Съгласно изобретението закривяващият се ъгъл на направляващия ръб се увеличава в посока навън от минимум 40° при свързването с главината до минимум 55° в периферията. Горната граница 60°-75° определя граничната линия, над която влиянието върху производителността и надеждността е отрицателно.

Втората част на изобретението се отнася до едно специално изпълнение, което има голямото предимство, че закривяващият се ъгъл е почти независим от работната точка, т.е. различни циркулации и напор, което следователно отговаря на различни триъгълници на скорост (C.U.W.).

Описание на приложените фигури

Изобретението се описва по-подробно с приложените фигури, от които:

фигура I представлява триизмерен изглед на помпено колело съгласно изобретението;

фигура 2 - радиален разрез през схематично изобразена помпа съгласно изобретението;

фигура 3 - схематичен аксиален изглед на входящия отвор към помпеното колело;

фигура 4 - увеличение на участъка по направляващия ръб на лопатката на колелото;

фигура 5 - диаграма, показваща връзката между закривяването назад на направляващия ръб и нормализирания радиус съгласно изобретението.

Примери за изпълнение на изобретението

На фигурите с позиция 1 е означена главина на помпено колело, с позиция 2 лопатка с направляващ ръб 3. С позиция 4 е означено свързването на направляващия ръб към главината, а с 5-периферията на ръба. С позиция 6 е означен перпендикулярът към ръба в определена точка, с позиция 7 - стената на тялото на помпата, с 8-краят на главината, с 9- посоката на въртене на помпеното колело, а е закривяващият се ъгъл, Wr - проектираната относителна скорост, скоростта на течността в съвместно въртяща се координатна система и ζ е посоката на оста на колелото.

За да се проектира оптимално геометричната форма на желаното помпено колело, условието е правилното определение на споменатия закривяващ се ъгъл. В общия случай точният закривяващ се ъгъл а е функция както на геометричната форма на направляващия ръб в медиална проекция (r-z), така и на аксиалната проекция (r-θ), фиг.2 и 3.

Точното определение е функция на кривата, която описва формата на направляващия ръб 3 и локалната относителна скорост W при тази крива. Това може да се изрази математически по следния начин.

С традиционните означения на триъгълника на скоростта (C,U,W), относителната скорост W(r) е функция от радиус-вектора г в съвместно въртящата се цилиндрична координатна система.Обикновено относителната скорост W (γ,Θ,ζ) може съответно да се обясни чрез компонентите си (Wr.W_e,Wz).

Триразмерната крива по дължината на направляващия ръб 3 може да бъде описана в съответната съвместно въртяща се координатна система като функция на R, което зависи от радиус-вектора г,т.е. R-R(γ,Θ,ζ).

Един безкрайно малък вектор, който е успореден с направляващия ръб, във всяка точка може да се определи като dR. От дефиницията на скаларното произведение се получава израз за закривяващия се ъгъл а определен като ъгълът между перпендикуляра към dR и Wr, където Wr, проектираната относителна скорост, се определя като ортогонална проекция на W_R върху посоката на W при наклон нула. Това означава, че W_R и W са равни или близки по стойност до номиналната работна точка, понякога разглеждана като най-добрата точка на производителност.

α = π/2 -arccos [(dR.W_R)/( | dR | . |W_R| )] уравнение 2.

Ако се допусне, че абсолютната входяща скорост няма периферна компонента, което е обичайното положение, W₉ е равен на периферната скорост на колелото.

Като се използват тези дефиниции и предположения, по-долу е показано, че при определени условия ъгъл а е почти независим от циркулацията на потока. Условията са такива, че направляващият ръб е разположен в равнина, по същество перпендикулярна на посоката z на оста на колелото и че направляващият ръб е разположен там, където абсолютната входяща скорост е предимно аксиална, което означава, че радиалната компонента на W_R е приблизително равна на нула. По същата причина периферната компонента на W_R, т.е. в посока Θ, е равна на периферната скорост на колелото и е независима от циркулацията на потока. Аксиалната компонента на W_R има пренебрежим дял към а , тъй като dRz е равно на нула съгласно описаното. Това следва от дефиницията на скаларното произведение. Съответно, зависимата от циркулацията променлива W_R не оказва влияние върху а в уравнение

2. тъй като числителят, както и знаменателят се изменят пропорционално.

Съгласно едно предпочитано примерно изпълнение на изобретението направляващият ръб 6 е разположен в равнина, по същество перпендикулярна на оста на помпеното колело. Като се знае, че помпата много често работи в широки пространства, що се отнася до дебита и напора, с предпочитаните изпълнения може да се запази самопочистващата способност, независимо от различните^условия на работа.

В едно предпочитано изпълнение свързването на направляващия ръб към главината е разположено близко до края 8 на главината 1, т.е. последната няма централна издадена част. Това намалява риска от наслояване на замърсителите около централната част на колелото.

Claims

1. Помпено колело от центробежен или полуосов вид, използвано в помпа за изпомпване на отпадъчни води, характеризиращо се с това ,че колелото има една или няколко лопатки (2), направляващите ръбове (3) на които са закривени назад към периферията, така че точният закривяващ се ъгъл а , определен във всяка точка на направляващия ръб (3) като ъгъл между перпендикуляра (6) към направляващия ръб (3) и проектираната относителна скорост (W_R) на изпомпваната среда в тази точка в един участък е със стойност, ограничена в интервал 40° до 55° при свързването на направляващия ръб към главината (1) и 60° до 75° в периферията (5) и има плавно равномерно изменение.

2. Помпено колело съгласно претенция 1. характеризиращо се с това, че ъгълът (а) между перпендикуляра (6) към направляващия ръб (3) и проектираната относителна скорост (W_R) на изпомпваната среда във всяка точка на направляващия ръб (3) в един участък е със стойност, ограничена в интервал от 40° до 55“ при свързването (4) на направляващия ръб към главината (1) и 62° до 72’ при периферията (5) и има плавно равномерно изменение.

3. Помпено колело съгласно претенция 1. характеризиращо се с това, че направляващият ръб (3) на лопатката (2) е разположен в равнина, перпендикулярна на оста (ζ) на помпеното колело, където абсолютната скорост на изпомпваната среда е по същество аксиална.

4. Помпено колело съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че свързването (4) на направляващия ръб (3) към главината (4) е разположено близо до края на (8) на главината.