Патент на изобретение №2358159

(54) ВИНТОВОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

(57) Реферат:

Изобретение относится к конструкции винтового центробежного насоса и способу транспортировки им жидкости, пропитанной твердыми добавками. Винтовой центробежный насос 1 содержит корпус 3, имеющий впускное отверстие 3с, и крыльчатку 2. Крыльчатка 2 расположена внутри корпуса 3 и способна вращаться вокруг оси вращения 2d в направлении вращения 4а. Крыльчатка 2 имеет проходящую по спирали входную кромку 2а лопасти. В области впускного отверстия 3с расположено направляющее крыло 5, выступающее во внутреннее пространство крыльчатки 2. Изобретение направлено на повышение надежности работы насоса путем предотвращения закупорки насоса косами из волокнистых материалов за счет их измельчения, ослабления или разрезания. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к винтовому центробежному насосу в соответствии с преамбулой п.1. Настоящее изобретение также относится к способу транспортировки вещества при помощи винтового центробежного насоса в соответствии с преамбулой пункта 9.

Винтовой центробежный насос, также называемый винтовым насосом, известен из документа СН 394814. Ротационный насос такого типа включает одну спиралевидно проходящую лопасть, которая с возможностью вращения размещена в корпусе насоса. Этот насос в частности подходит для транспортировки жидкостей, пропитанных твердыми добавками, в частности для транспортировки сточных вод с длинными волокнистыми компонентами.

Возможность откачивания жидкости с высокой концентрацией волокнистых твердых материалов, которые, например, стремятся образовывать косы (переплетаться), ограничена. Это может привести к отложению твердых компонентов на пути откачивания или к закупорке, вызванной ими, вплоть до остановки насоса.

Настоящее изобретение основано на задаче обеспечения винтового центробежного насоса, который обладает более преимущественными признаками при транспортировке жидкостей, пропитанных твердыми добавками.

Данная задача достигается винтовым центробежным насосом, имеющим признаки согласно п.1. Зависимые пункты 2-8 относятся к дополнительным предпочтительным вариантам осуществления. Задача также решается посредством способа, имеющего признаки по п.9.

Задача, в частности, достигается посредством винтового центробежного насоса, содержащего корпус насоса, имеющего впускное отверстие, а также крыльчатку, расположенную внутри корпуса насоса и способную вращаться вокруг оси вращения в направлении вращения, крыльчатка имеет проходящую по спирали тонкую входную кромку лопасти, причем направляющее крыло проходит во внутреннее пространство крыльчатки, будучи распложенным в области впускного отверстия.

В особенно преимущественной конструкции направляющее крыло винтового центробежного насоса имеет кромку направляющего крыла, которая в направлении вращения крыльчатки возрастающим образом выступает в направлении потока во внутреннее пространство по направлению к центру крыльчатки.

Винтовой центробежный насос в соответствии с изобретением является особенно предпочтительным при откачивании больших концентраций волокнистых материалов, которые стремятся образовывать косы. Если концентрация твердого вещества плавучего, волокнистого, твердого материала постоянно возрастает, это приводит к образованию шара в линии всасывания и к увеличенному трению в проходе крыльчатки. Если, в этой связи, достигается определенное предельное значение, лишь гидравлические силы больше не способны откачивать вещество, следствием чего является то, что винтовой центробежный насос засоряется и закупоривается. Винтовой центробежный насос согласно настоящему изобретению предотвращает эту закупорку посредством того, что спиральная входная кромка лопасти начала винтового отделения крыльчатки вращается относительно неподвижно расположенного направляющего крыла, причем входная кромка лопасти и направляющее крыло сообщаются таким образом, что твердые массы, расположенные между ними, зацепляются вращающейся входной кромкой лопасти и размягчаются и/или проталкиваются в направлении потока вдоль входной кромки лопасти. При помощи этого взаимодействия направляющего крыла и винтовой центробежной крыльчатки механическая сила, воздействующая по существу в направлении откачивания, оказывает воздействие на транспортируемую среду в дополнение к гидравлическим силам, что предотвращает накопление твердых компонентов в проходе насоса.

В еще одном предпочтительном варианте кромка направляющего крыла образует неподвижную трехмерную кривую и входная кромка лопасти образует вращательную трехмерную кривую в результате вращения винтовой центробежной крыльчатки, причем две эти трехмерные кривые предпочтительно имеют такую конструкцию, чтобы они совпадали друг с другом и проходили так, чтобы они могли проходить одна через другую при вращении крыльчатки с небольшим расстоянием между ними или взаимно контактируя друг с другом. Твердые материалы, расположенные между двумя трехмерными кривыми, таким образом механически перемещаются в направлении протяженности трехмерных кривых и таким образом по существу перемещаются в направлении потока и размягчаются или сжимаются в направлении потока.

В еще одном предпочтительном варианте кромка направляющего крыла и/или входная кромка лопасти имеет режущую кромку, по меньшей мере частично, так что твердые материалы между взаимно движущимися трехмерными кривыми могут также дополнительно быть механически ослаблены или размельчены. При твердых материалах, которые стремятся образовывать косы, это приводит к ослаблению, отсоединению, измельчению или разрезанию кос из волокон, что предотвращает накопление кос в проходе насоса, и таким образом обеспечивает непрерывную надежную работу винтового центробежного насоса без перерывов.

Взаимное стригущее, разделяющее или зажимающее действие двух трехмерных кривых также позволяет, независимо от конструкции кромки направляющего крыла и/или входной кромки лопасти, разрезать, измельчать или ослаблять волокнистые твердые материалы, такие как бумага, веревки, дерево, или твердые материалы, такие как пластик, резина, металл или стекло.

Изобретение будет описано более подробно далее со ссылкой на варианты осуществления изобретения.

На чертежах:

на фиг.1 изображено осевое сечение винтового центробежного насоса;

на фиг.2 изображен вид спереди впускного отверстия винтового центробежного насоса;

на фиг.3 и 4 изображены два разных общих угла входной кромки лопасти и кромки направляющего крыла;

на фиг.5 изображено смещенное расположение направляющего крыла.

Винтовой центробежный насос 1 на фиг.1 включает винтовую центробежную крыльчатку 2, которая расположена в корпусе 3 насоса и способна вращаться вокруг оси вращения 2d в направлении вращения 4а. Винтовая центробежная крыльчатка 2 имеет проходящую по спирали входную кромку 2а лопасти, а также внешний контур 2с. Винтовая центробежная крыльчатка 2 неподвижно присоединена к валу 4 насоса. Корпус 3 насоса включает коническую всасывающую часть 3а корпуса, спиральную часть 3b корпуса, впускное отверстие 3с, а также выпускное отверстие 3d. Выступающее направляющее крыло 5, имеющее кромку 5а направляющего крыла, неподвижно расположенного в области впускного отверстия 3с и выступает во внутреннее пространство корпуса 3 насоса, а также во внутреннее пространство винтовой центробежной крыльчатки 2. В настоящем описании термин «внутреннее пространство крыльчатки 2» следует понимать как внутренне пространство, которое, когда винтовая центробежная крыльчатка 2 вращается, ограничивается внешним контуром 2с, так что направляющее крыло 5 по меньшей мере частично проходит в это внутреннее пространство и винтовая центробежная крыльчатка 2 окружает направляющее крыло 5 снаружи, как показано на Фиг.1, в области вершины винтовой центробежной крыльчатки 2 или, максимум, внутри винтовой секции 6а. Винтовой центробежный насос 1 также включает винтовую секцию 6а и центробежную секцию 6b. Вещество, откачиваемое насосом 1, проходит в направлении S.

На фиг.2 показан вид спереди впускного отверстия 3c в направлении, обозначенном А на фиг.1, причем внутри насоса 1 можно видеть крыльчатку 2 и направляющее крыло 5. Для крыльчатки 2 видна проходящая по спирали входная кромка 2а лопасти, которая спадает к оси вращения 2d и возрастает по оси в последнюю. Самый передний участок входной кромки 2а лопасти не виден непосредственно из-за направляющего крыла 5 и поэтому изображен пунктиром.

На фиг.1 и 2, направляющее крыло 5 имеет такую конструкцию, что кромка 5а направляющего крыла выступает в направлении вращения 4а увеличивающимся образом в направлении оси вращения 2d, как в радиальном, так и в осевом направлениях во внутренне пространство крыльчатки 2. Кромка 5а направляющего крыла образует неподвижную трехмерную кривую, а входная кромка 3а лопасти образует трехмерную кривую, способную вращаться вокруг оси 2d крыльчатки. Эти две трехмерные кривые 2а, 5а имеют такую конструкцию в иллюстративном воплощении, что они совпадают друг с другом, и проходят так, что кромка 5а направляющего крыла образует участок 5b кромки направляющего крыла, входная кромка 2а лопасти имеет участок 2b кромки лопасти, на которых кромка 5а направляющего крыла и входная кромка 2а лопасти расположены на небольшом расстоянии друг от друга, в зависимости от соответствующего положения крыльчатки 2, или взаимно соприкасаются друг с другом. Небольшое расстояние может, например, иметь значение от 0,1 мм до 30 мм. Это положение с наименьшим возможным расстоянием показано точкой Р1 на участке 2b кромки лопасти, а также точкой Р2 участка 5b кромки направляющего крыла. В результате вращения крыльчатки 2 в направлении вращения 4а точки Р1, Р2 перемещаются, как показано на Фиг.1, в основном в направлении Q1 оси вращения 2d и по существу в направлении Q2, как показано на Фиг.2, соответствующем форме кромки 5а направляющего крыла. Таким образом твердый материал, расположенный между участком 2b кромки лопасти и участком 5b кромки направляющего крыла, механически транспортируется по существу в направлении Q1, т.е. в направлении потока S.

Направляющее крыло 5 может быть расположено совершенно отличным образом в корпусе насоса и иметь такую конструкцию, чтобы неподвижная кромка 5а направляющего крыла и входная кромка 2а вращающейся лопасти сообщались таким образом, чтобы твердые материалы механически перемещались при помощи совместного воздействия на них кромок 2а, 5а, в частности в направлении потока S.

Как видно на Фиг.2, участок 2b кромки лопасти имеет касательную Т1 в точке Р1, и участок 5b кромки направляющего крыла имеет касательную Т2 в точке Р2, причем две эти касательные Т1, Т2 имеют угол пересечения , при рассмотрении со стороны впускного отверстия 3с, как показано. Угол составляет по меньшей мере 10 градусов и предпочтительно лежит в диапазоне от 30 градусов до 150 градусов, в частности от 60 градусов до 120 градусов. Угол предпочтительно не меньше угла, при котором больше не обеспечивается скольжение твердого материала по входной кромке 2а лопасти или между входной кромкой 2а лопасти и кромкой 5а направляющего крыла.

На Фиг.3 и 4 показаны в двух местных видах, аналогичных показанному на Фиг.2, две по разному проходящие трехмерные кривые, т.е. входная кромка 2а лопасти и кромка 5а направляющего крыла, причем угол между касательными Т1, Т2 в точках Р1, Р2 на Фиг.3 равен примерно 110 градусам, а на Фиг.4 примерно 90 градусам. Этот угол определяется направлением трехмерных кривых 2а, 5а и может таким образом быть соответственно выбран в конструкции винтового центробежного насоса 1. Направление трехмерных кривых 2а, 5а может быть выбрано таким образом, чтобы угол оставался по существу постоянным в ходе перемещения точек Р1, Р2 в направлении Q2. При помощи соответствующим образом проходящих трехмерных кривых 2а, 5а, угол может также возрастать и/или уменьшаться при перемещении точек Р1, Р2 в направлении Q2.

В предпочтительном варианте по меньшей мере одна часть участка 2b кромки лопасти и/или участка 5b кромки направляющего крыла имеет форму острия, режущей кромки или лезвия для ослабления или разрезания твердого материала, который расположен между участками 2b, 5b.

Как правило, чем больше выбранный угол , тем больше твердого материала проходит вдоль участков 2b, 5b кромок, или, соответственно, чем меньше заданный угол , тем легче твердый материал разделяется участками 2b, 5b. Дополнительно, при помощи подходящего выбора форм, можно определить длину рабочих участков 2b, 5b кромок. Таким образом можно оптимизировать винтовой центробежный насос в соответствии с твердыми материалами и ожидаемыми добавками таким образом, чтобы участки 2b, 5b кромок и угол между ними были выбраны соответствующим оптимальным образом для того, чтобы предотвратить засорение насоса и, например, чтобы дополнительно достичь хорошей производительности насоса.

На Фиг.5 изображено дополнительное воплощение винтового центробежного насоса 1, во впускном отверстии 3с которого расположена износостойкая муфта 7, которая неподвижно присоединена к направляющему крылу 5. Муфта 7 может быть прочно присоединена к корпусу 3 насоса при помощи соединительных средств, которые не показаны.

Когда крепежные средства снимаются, муфта 7 и таким образом также направляющее крыло 5 способны перемещаться в направлении движения R. Такое расположение, в частности, обладает преимуществом, заключающимся в том, что расстояние между входной кромкой 2а лопасти и кромкой 5а направляющего крыла можно регулировать, в частности расстояния между точками Р1, Р2 в направлении R или Q1 соответственно. Входная кромка 2а лопасти и/или кромка 5а направляющего крыла изнашиваются в ходе работы насоса, так что расстояние между точками Р1, Р2 возрастает при работе со временем. Муфта 7 таким образом обеспечивает возможность заново установить положение направляющего крыла 5 в направлении перемещения R или Q1 соответственно, после определенных промежутков времени. Муфта 7 также может иметь такую конструкцию, что она также будет вращаться во впускном отверстии 3с, т.е. способна вращаться относительно оси 2d крыльчатки для того, чтобы поворачивать муфту 7 в ослабленном состоянии и таким образом поворачивать направляющее крыло 5.

Формула изобретения

1. Винтовой центробежный насос (1), содержащий корпус (3) насоса, имеющий впускное отверстие (3с) и крыльчатку (2), расположенную внутри корпуса (3) насоса и способную вращаться вокруг оси вращения (2d) в направлении вращения (4а), причем крыльчатка (2) имеет проходящую по спирали входную кромку (2а) лопасти, отличающийся тем, что направляющее крыло (5), выступающее во внутреннее пространство крыльчатки (2), расположено в области входного отверстия (3с).

2. Винтовой центробежный насос (1) по п.1, отличающийся тем, что направляющее крыло (5) способно перемещаться в направлении оси вращения (2d) и прочно закреплено.

3. Винтовой центробежный насос (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что направляющее крыло (5) имеет кромку (5а) направляющего крыла, которая в направлении вращения (4а) возрастающим образом выступает в направлении оси вращения (2d) во внутреннее пространство крыльчатки (2).

4. Винтовой центробежный насос (1) по п.3, отличающийся тем, что кромка (5а) направляющего крыла образует неподвижную трехмерную кривую, входная кромка (2а) лопасти образует вращающуюся трехмерную кривую, при этом две эти трехмерные кривые имеют такую конструкцию и проходят взаимно совпадающим образом так, что кромка (5а) направляющего крыла имеет участок (5b) кромки направляющего крыла и входная кромка (2а) лопасти имеет участок (2b) кромки лопасти, на которых кромка (5а) направляющего крыла и входная кромка (2а) лопасти находятся на расстоянии друг от друга, в зависимости от положения крыльчатки (2), или соприкасаются друг с другом.

5. Винтовой центробежный насос (1) по п.4, отличающийся тем, что в соответствующих точках (P1, P2) участка (2b) кромки лопасти и участка (5b) кромки направляющего крыла расстояние между участком (2b) кромки лопасти и участком (5b) кромки направляющего крыла наименьшее, причем эти точки (P1, P2) перемещаются в направлении потока (S) при вращении крыльчатки (2).

6. Винтовой центробежный насос (1) по п.5, отличающийся тем, что участок (2b) кромки лопасти имеет касательную (Т1) в точке (Р1), участок (5b) кромки направляющего крыла имеет касательную (Т2) в точке (P2), при этом эти две касательные (Т1, Т2) образуют угол пересечения () по меньшей мере 10° при виде со стороны впускного отверстия (3с).

7. Винтовой центробежный насос (1) по п.6, отличающийся тем, что угол пересечения () лежит между 30° и менее чем 180°, в частности между 60° и 120°.

8. Винтовой центробежный насос (1) по любому из пп.4-7, отличающийся тем, что участок (2b) кромки лопасти и/или участок (5b) кромки направляющего крыла образован по меньшей мере частично как режущая кромка.

9. Способ транспортировки жидкости, пропитанной твердыми добавками, при помощи винтового центробежного насоса (1), отличающийся тем, что жидкость направляют при помощи направляющего крыла (5) к входной кромке (2а) лопасти вращающейся крыльчатки (2) таким образом, что по меньшей мере одна часть твердых добавок скользит вдоль входной кромки лопасти.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что кромка (5а) направляющего крыла (5) и входная кромка (2а) лопасти взаимодействуют друг с другом, когда крыльчатка (2) вращается, так что твердую добавку, расположенную между входной кромкой (2а) лопасти и кромкой (5а) направляющего крыла механически размельчают кромками лопасти и крыла (2а, 5а) и/или механически перемещают в направлении потока (S).

РИСУНКИ