ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 1996 года по МПК F04D29/16 F04D7/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для перекачки жидкостей, например, воды, содержащей твердые механические примеси.

Известны центробежные насосы ( Динамические насосы для сточных жидкостей. Каталог. М. ЦИНТИ ХИМНЕФТЕМАШ, 1986, с.6), используемые для перекачки воды и др. жидкостей, загрязненных твердыми механическими примесями.

Указанные насосы (например, одноступенчатые насосы типа СД) содержат размещенное в корпусе гидравлически неразгруженное центробежное рабочее колесо, узел подшипников, вал и элементы уплотнения вала.

Недостатком этих насосов является то, что первый (расположенный в корпусе насоса) элемент уплотнения вала, выполненный с использованием так называемой сальниковой набивки, подвергается непосредственному воздействию содержащихся в откачиваемой жидкости механических примесей. С целью снижения темпов износа этого уплотнения, а также для его охлаждения в процессе работы насоса к указанному узлу подводится под определенным напором затворная жидкость (например, чистая вода) от внешнего источника. Такая конструкция насоса требует расхода затворной жидкости и постоянного контроля за состоянием самого уплотнения, а именно своевременной "подтяжки" сальниковой набивки по мере износа последней и ее периодической замены. Осуществление указанных операций усложняет обслуживание насоса в процессе эксплуатации и влечет за собой повышенные затраты.

Наиболее близким к изобретению является центробежный насос, содержащий размещенные в корпусе гидравлически неразгруженное рабочее колесо, узел подшипников, вал с выполненными в нем осевым и радиальными каналами, элементы уплотнения вала и вращающийся лопаточный сепаратор (авт. св. СССР N 142541, кл. F 04 D 13/08, 1961).

Недостатком данного центробежного насоса является недостаточная надежность в ограниченный ресурс работы.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции центробежного насоса, упрощение его обслуживания в процессе эксплуатации, а также повышение надежности работы.

Согласно изобретению технический результат достигается тем, что в центробежном насосе, включающем размещенное в корпусе гидравлически неразгруженное рабочее колесо, узел подшипников, вал с выполненными в нем осевым и радиальными каналами, элементы уплотнения вала и вращающийся лопаточный сепаратор, последний выполнен в виде диска, снабженного с двух сторон радиальными лопатками и установленного между рабочим колесом и внутренней стенкой корпуса, при этом полость между рабочим колесом и диском сообщена каналами с полостью, ограниченной элементами уплотнения вала, размещенными во внутренней стенке корпуса и узле подшипников.

Наружный диаметр лопаток диска со стороны корпуса может быть выполнен превышающим наружный диаметр лопаток со стороны рабочего колеса.

На чертеже изображен центробежный насос, продольный разрез.

Центробежный насос состоит из корпуса 1, внутри которого размещение гидравлически неразгруженное рабочее колесо 2, закрепленное на валу 3.

Вал 3 установлен в подшипниковом узле 4 и жестко соединен с валом электродвигателя 5, корпус которого непосредственно соединен с корпусом 1 (в случае применения фланцевого электродвигателя, как показано на чертеже) либо установлен на общей с корпусом 1 раме (на чертеже такой вариант исполнения насосного агрегата не показан). В последнем случае валы насоса и электродвигателя должны быть соединены полужесткой муфтой для облегчения центровки валов насоса и электродвигателя. Место прохода вала 3 через корпус 1 и подшипниковый узел 4 герметизированы посредством элементом уплотнения 6, 7 и 8, соответственно. В корпусе 1 между его внутренней стенкой и рабочим колесом 2 закреплен диск 9, снабженный с двух сторон радиальными лопатками 10, 11, а вал 3 выполнен с осевым каналом 12 и радиальными каналами 13, 14. При этом выход осевого канала 12 перекрыт пробкой 15, которая может являться одновременно элементом крепления рабочего колеса 2 на валу 3. Радиальный канал 13 через соответствующее отверстие в ступице диска 9 сообщен с полостью, размещенной между рабочим колесом 2 и диском 9, а радиальный канал 14 с полостью расположенной между элементами уплотнения 6 и 7.

Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя 5 рабочее колесо вращается внутри корпуса 1. При этом находящаяся внутри корпуса 1 вода отжимается лопатками рабочего колеса 2 к его периферии и под напором поступает из колеса 2 в периферийную спиральную полость корпуса 1, а затем через напорный патрубок (выход воды из корпуса 1 на чертеже показан стрелкой) в напорный трубопровод.

Одновременно через всасывающий патрубок корпуса 1 (вход воды в корпус показан стрелкой) во внутреннюю полость рабочего 1 колеса 2 поступает откачиваемая вода, которая по мере поступления подхватывается рабочими лопатками колеса 2 и, как было сказано выше, под напором, развиваемым колесом 2, выводится из корпуса 1 через напорный патрубок и т.д.

Под этим же напором откачиваемая вода заполняет полость, расположенную между колесом 2 и диском 9. При этом, однако, вращающимися вместе с диском 9 лопатками 10 содержащиеся в воде механические примеси отбрасываются к периферии корпуса 1, откуда потоком воды выносятся в напорный патрубок, а очищенная вода, преодолевая гидравлическое сопротивление вращающихся лопаток 10, проникает к ступице диска 9 и через имеющееся в ней отверстие поступает в поперечный канал 13 и далее по каналам 12 и 14 в полость, ограниченную элементами уплотнения 6 и 7.

Аналогично очистка проникающей к ступице воды происходит и по другую сторону диска 9, т.е. в зазоре между диском 9 и внутренней стенкой корпуса 1, где диск 9 также снабжен радиальными лопатками 11. Поскольку наружный диаметр лопаток с этой стороны диска больше, чем с другой, гидравлическое сопротивление проникновению очищенной воды к ступице диска 9 здесь существенно выше и поэтому напор (давление воды) у ступицы и элемента уплотнения 6 будет ниже, чем в полости между уплотнениями 6 и 7.

Указанная разница в давлениях полностью исключает возможность поступления неочищенной откачиваемой воды из корпуса 1 к уплотнению 6, а эффективная очистка от механических примесей воды, омывающей с обеих сторон уплотнение 6, существенно облегчает режим его работы. Это делает возможным существенно упростить конструкцию уплотнения и, в частности, вместо применяемых в известных насосах недолговечной сальниковой набивки, требующей постоянного обслуживания (периодического поджатия с помощью буксы и своевременной замены) или сложного торцевого уплотнения с подпружиненными элементами трения и эластичными сильфонообразными чехлами применить в этом узле простое лабиринтное уплотнение (как показано на чертеже), которое к тому же для облегчения сборки может быть выполнено с повышенными боковыми зазорами.

Возможный переток очищенной от механических примесей воды через зазоры лабиринтного уплотнения из полости между уплотнениями 6 и 7 в корпус 1 (за счет отмеченной выше разницы в давлениях), не сказываясь отрицательно на сроке службы элементов уплотнения, способствует тому, что в указанную полость постоянно будет поступать некоторое количество свежей воды, а это, в свою очередь, повышает работоспособность элемента уплотнения 7 за счет благоприятных условий для его охлаждения и, как следствие, повышает работоспособность подшипникового узла 4 и, соответственно, насоса в целом.

В центробежном насосе поступление неочищенной от механических примесей откачиваемой воды из корпуса к первому элементу уплотнения вала (уплотнение 6) полностью исключено за счет создания противодавления с его наружной стороны.

При этом для создания противодавления отпадает необходимость применения внешних источников затворной жидкости (воды), а используется та же откачиваема вода, предварительно в самом насосе очищенная от содержащихся в ней механических примесей.

Кроме того, омываемое с обеих сторон очищенной от механических примесей водой первое уплотнение вала (в корпусе насоса), в известных насосах в наибольшей степени подверженное износу, не требует в данном центробежном насосе какого-либо специального обслуживания и может быть упрощено по своей конструкции.

Количество очищенной воды, подаваемой в полость между уплотнениями 6 и 7, может устанавливаться либо диаметром отверстия в ступице диска 9, либо путем установки в канале 13 ограничительных втулок (жиклеров) с требуемым размером отверстия (на чертеже не показаны).

Использование: для перекачивания жидкостей, содержащих твердые механические примеси. Сущность изобретения: лопаточный сепаратор центробежного насоса выполнен в виде диска, снабженного с двух сторон радиальными лопатками. Диск установлен между рабочим колесом и внутренней стенкой корпуса. Полость между колесом и диском сообщена каналами с полостью, ограниченной элементами уплотнения вала, размещенными во внутренней стенке корпуса и узле подшипников. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Центробежный насос, содержащий размещенные в корпусе гидравлически неразгруженное рабочее колесо, узел подшипника, вал с выполненными в нем осевым и радиальными каналами, элементы уплотнения вала и вращающийся лопаточный сепаратор, отличающийся тем, что лопаточный сепаратор выполнен в виде диска, снабженного с двух сторон радиальными лопатками и установленного между рабочим колесом и внутренней стенкой корпуса, при этом полость между рабочим колесом и диском сообщена каналами с полостью, ограниченной элементами уплотнения вала, размещенными во внутренней стенке корпуса и узле подшипников. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр лопаток диска со стороны корпуса превышает наружный диаметр лопаток со стороны рабочего колеса.