EA001252B1 - Насос центробежного или полуосевого типа - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к насосу центробежного или полуосевого типа, предназначенному для откачивания жидкостей, в основном сточной воды.Согласно изобретению лопастное колесо насоса содержит ступицу (4), снабженную одним или несколькими лопастями (5), рабочие кромки (6) которых сильно изогнуты назад. В окружающем корпусе (1) насоса в поверхности (7), противолежащей лопастям, выполнена одна или несколько подающих канавок (8).

Description

Изобретение относится к центробежному или полуосевому насосу для откачивания жидкостей, в основном сточной воды.

В литературе описано много типов насосов и лопастных колес насосов для этой цели, все из которых, однако, имеют определенные недостатки. Прежде всего, это касается проблем, связанных с засорением и низким КПД.

Сточная вода содержит много различных типов загрязняющих веществ, количество и структура которых зависит от времени года и типа области, откуда стекает вода. В городах обычными загрязняющими веществами являются пластмассы, гигиенические изделия, текстиль и так далее, в то время как промышленные зоны могут выбрасывать частицы, вызывающие износ. Опыт показывает, что наихудшие проблемы связаны с текстильными отходами и тому подобным, которые прилипают к рабочим кромкам лопастей и наматываются на ступицу лопастного колеса. Такие случаи вызывают необходимость частых перерывов в работе на обслуживание и уменьшенный КПД.

В сельском хозяйстве и целлюлозной промышленности используются различные типы специальных насосов, которые должны справляться с соломой, травой, листьями и другими видами органического материала. С этой целью рабочие кромки лопастей изгибаются назад для того, чтобы вызывать подачу наружу загрязняющих веществ к периферии вместо прилипания к кромкам.

Часто используют различные типы измельчающих средств для резки материала и облегчения прохождения потока. Такие примеры показаны в патентах Швеции № 435952, № 375831 и патенте США № 4347035.

При наличии в сточной воде других, более трудно обрабатываемых типов загрязняющих веществ и ввиду того, что рабочее время для насосов, откачивающих сточную воду, является продолжительным, вышеупомянутые специальные насосы не удовлетворяют требованиям при откачивании сточной воды ни с точки зрения надежности, ни с точки зрения КПД.

Насос для сточной воды часто работает до 12 ч в день, что означает, что потребляемая энергия во многом зависит от общего КПД насоса.

Испытания подтвердили, что можно повысить КПД насоса для сточной воды согласно изобретению на 50% по сравнению с известными насосами для сточной воды. Так как издержки за срок службы для насоса с электроприводом в основном определяются энергетическими затратами (примерно на 80%), очевидно, что такое резкое повышение КПД должно иметь чрезвычайно важное значение.

В литературе конструкции лопастных колес насосов описаны в общем виде, особенно это касается изгиба рабочих кромок. Не сущест вует однозначного определения упомянутого изгиба.

Испытания показали, что расчет распределения угла изгиба на рабочих кромках является очень важным для получения необходимой самоочищающей способности лопастного колеса насоса. Природа загрязняющих веществ также требует различных углов изгиба для обеспечения хорошего функционирования.

В литературе не дается никакой информации о том, что необходимо для получения плавного движения, перемещения загрязняющих веществ наружу в радиальном направлении вдоль рабочих кромок крыльев. В общем, упоминается, что кромки должны быть выполнены под тупым углом, изогнуты назад и так далее. См. патент Швеции № 435952.

При откачивании более мелких загрязняющих веществ, таких как трава и другой органический материал, сравнительно малые углы могут оказаться достаточными для получения радиального перемещения и также измельчения загрязняющих веществ в щели между рабочим колесом насоса и окружающим корпусом. На практике измельчение осуществляется путем срезания небольших частей в результате контакта с лопастным колесом и корпусом, когда первое вращается, имея окружную скорость в интервале 10-25 м/с. Этот процесс резания улучшается путем обеспечения поверхностей режущими устройствами, вырезами или тому подобным.

В патентах Швеции № 435952 и № 375831 описаны различные виды вырезов и режущих средств. Общим для них является то, что лопасть расположена за выступом. Это означает значительную потерю в КПД по сравнению с высокоэффективными насосами для чистой воды, в которых используется ровный контур.

В патенте Швеции № 435952 описано техническое решение, в котором за выступом находится осевое отверстие. Теоретически загрязняющие вещества должны подаваться наружу к этому отверстию лопастями, имеющими рабочие кромки, изогнутые назад. Это воплощение, описанное очень поверхностно, однако, не пригодно для откачивания загрязняющих веществ, содержащихся в сточной воде.

В патенте Швеции № 375831 описано техническое решение, использующее противоположный принцип, по которому загрязняющие вещества перемещаются к центру от щели. Этот факт в комбинации с вышеупомянутым выступом делает подачу в щель невозможной.

Как упоминалось выше, для того, чтобы стало возможным перемещение загрязняющих веществ наружу и в щель на периферии условием является сильный изгиб назад рабочих кромок лопастей. Если это не получается, очень скоро будут иметь место серьезные неполадки. Рабочие колеса этого типа описаны в патентных заявках Швеции № 9704222-0 и № 9704223-8.

При скольжении загрязняющих веществ наружу и достижении щели между крылом и стенкой корпуса насоса, однако, имеется риск, что они прилипнут к периферии рабочей кромки и застрянут внутри щели.

В патенте Германии № 614426 показано устройство, предназначенное для решения таких проблем без необходимости использования вышеупомянутого выступа. Насос является центробежным насосом, имеющим очень резкий переход от осевого входа к радиальной части канала для потока. При этом периферия рабочей кромки расположена внизу по течению от упомянутого перехода в радиальной части канала.

Кроме этого, упомянуто устройство, имеющее непрерывный вырез перед рабочей кромкой с уменьшающейся высотой вплоть до режущего ножа, за которым следует спиралеобразная канавка с треугольным поперечным сечением и острыми углами, которая расширяется к периферии. Кроме того, показано, что основным принципом для этого типа технического решения является то, что загрязняющие вещества должны измельчаться заменяемым режущим средством. Если бы это не происходило, например, если бы затупилось режущее средство, следствием было бы то, что уменьшение высоты выреза вызывало бы сжатие загрязняющих веществ, приводя к засорению там, где область является минимальной, т.е. внутри области режущего средства.

Таким образом, в вышеупомянутом патенте описано техническое решение, которое при определенных обстоятельствах может приобрести самоочищающую способность, но которое имеет важные недостатки, касающиеся КПД, износостойкости и срока службы. Кроме того, не приводятся подробности об очень важных условиях, касающихся рабочих кромок лопастей и, таким образом, не имеет смысла пытаться применять это описанное устройство для откачивания сточной воды.

Изобретение относится к устройству для откачивания сточной воды, лишенному недостатков, имеющихся в ранее известных технических решениях.

Изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан трехмерный вид корпуса насоса;

на фиг. 2 - радиальный разрез схематичного вида насоса согласно изобретению;

на фиг. 3 - схематичный осевой вид по направлению к поверхности корпуса насоса;

на фиг. 4 - цилиндрический разрез через канавку в поверхности корпуса насоса.

На фигурах позицией 1 обозначен корпус центробежного насоса, имеющий цилиндрический вход 2. Позицией 3 обозначено лопастное колесо насоса с цилиндрической ступицей 4 и лопастью 5. Позицией 6 обозначена рабочая кромка лопасти, позицией 7 - стенка корпуса насоса, позицией 8 - канавка в стенке, позицией 9 - направление вращения. Позициями 10 и 11 обозначены края канавки 8, позицией 12 - поверхность в канавке, позицией 13 - дно канавки и буквой 11 - глубина канавки.

Важным принципом изобретения является то, что загрязняющие вещества в откачиваемой жидкости не измельчаются режущим средством. Наоборот, используется намного более прочная конструкция, в которой загрязняющие вещества подаются к периферии. Это означает, что срок службы машины значительно увеличивается, особенно, когда откачиваются вызывающие износ вещества. Конструкция также является прочной, имея в виду, что будет иметь место уменьшение износа стенки корпуса насоса.

Изобретение относится к насосу, имеющему специальный тип рабочего колеса насоса 3, у которого рабочие кромки 6 лопасти или лопастей 5 расположены вверх по течению от корпуса насоса, т.е. внутри цилиндрического входа 2, и лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения ζ лопастного колеса.

Согласно изобретению в стенке корпуса насоса делается один или несколько вырезов, канавок 8, которые простираются по поверхности 7, противолежащей лопастному колесу, т.е. от практически цилиндрического входа к практически осевой поверхности корпуса насоса, и имеют форму, определенную ниже. Канавка или канавки 8 взаимодействуют с рабочими кромками 6 лопасти или лопастей таким образом, что загрязняющие вещества подаются в направлении выхода насоса.

Для обеспечения подачи через насос и получения преимуществ по сравнению с известными техническими решениями, канавке 8 придается специальная направленность и геометрия.

На фиг. 4 показана форма цилиндрического разреза через канавку, отличающаяся плавным местом соединения 10 с поверхностью корпуса насоса 7 на стороне, от которой проходит лопастное колесо. Противоположная сторона 11 канавки в цилиндрическом разрезе является относительно стенки корпуса насоса по существу ортогональной поверхностью 12, которая непрерывно переходит, по существу, в цилиндрическое дно 13, имеющее поперечную ось, длина которой, по крайней мере, равна двойной глубине канавки. Это закругление дна является важным, так как вызывающие износ частицы будут перемещаться от поверхности 7 вторичными потоками и, таким образом, износ поверхности будет значительно снижен.

Между плавным местом соединения 10 с поверхностью 7 и дном 13 канавки имеется, по существу, линейный переход 14. Угол γ между переходом и поверхностью 7 будет лежать в пределах интервала 2-25°, где γ определяется как γ агсЫ (Δζ/(γ·ΔΘ)), где Δζ - осевое смещение и γ·ΔΘ является тангенциальным удлинением.

На фиг. 3 показан угол изгиба β канавки 8, где

и где дг, άθ и άζ - бесконечно малые смещения вдоль края канавки.

Согласно изобретению угол изгиба β должен иметь величину в пределах интервала 1045° вдоль всего своего направления для получения наилучшего результата.

С помощью изобретения обеспечиваются некоторые преимущества по сравнению с известными до сих пор техническими решениями. Можно упомянуть следующие преимущества.

Отпадает необходимость в специфическом и постоянном или заменяемом режущем средстве, так как функция подачи берет на себя заботу о загрязняющих веществах и удаляет их.

Изогнутая канавка 8 действует в качестве щелевого уплотнения, что приводит к непосредственному увеличению КПД, так как уменьшается утечка через щель.

Получено уменьшение износа поверхности рядом с канавкой, так как вызывающие износ частицы отводятся от этой области после прохождения через канавку. Таким образом, также поддерживается хороший КПД, когда сточная вода содержит вызывающие износ вещества.

Получен длительный срок службы, так как вызывающие износ вещества в откачиваемой среде вызывают износ, при котором сохраняются первоначальные формы деталей. Это означает, что поддерживается хорошее функционирование также после определенного износа.

Устройство приспособлено к рабочему колесу насоса, имеющему оптимальную форму с точки зрения эксплуатационных качеств, так как направленность канавки 8 переходит от осевой к радиальной.

Claims (5)

1. Насос центробежного или полуосевого типа для откачивания сточной воды, содержащий корпус (1) насоса с цилиндрическим входом (2), лопастное колесо (3) с цилиндрической ступицей (4) и, по меньшей мере, одной лопастью с рабочей кромкой (6), изогнутой назад, отличающийся тем, что рабочая кромка (6) лопасти (5) расположена в плоскости, по существу перпендикулярной валу рабочего колеса, а в стенке корпуса (1) насоса на поверхности (7), противолежащей лопасти (5), выполнена, по меньшей мере, одна подающая канавка (8) в направлении от области рабочей кромки к выходу, изогнутая в направлении вращения лопастного колеса.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что угол изгиба (β), расположенный между касательной к краю подающей канавки (8) и касательной к дуге, центром которой является ось лопастного колеса, в каждой точке на этом краю имеет величину в пределах интервала 10-45° вдоль всего его протяжения.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что в цилиндрическом разрезе (В-В) через подающую канавку (8), имеющую плавное место соединения с поверхностью корпуса (7) насоса, на стороне, расположенной в направлении против вращения лопастного колеса (3), угол (γ) между поверхностью корпуса (7) насоса и линейным участком (14) имеет величину в пределах интервала 2-25°.

4. Насос по п.3, отличающийся тем, что в цилиндрическом разрезе (В-В) через подающую канавку (8) противоположная сторона канавки, расположенная по направлению вращения лопастного колеса, выполнена в виде по существу прямого участка (12), который непрерывно переходит по существу в эллиптическое дно (13) канавки.

5. Насос по п.4, отличающийся тем, что поперечная ось эллиптического дна (13) канавки (8) имеет длину, по меньшей мере, равную удвоенной глубине (й) канавки.