ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ САМОВСАСЫВАЮЩИЙ НАСОС Российский патент 1999 года по МПК F04D9/02 

Изобретение относится к отрасли машиностроения, а именно к насосостроению, к классу лопастных центробежных насосов.

Большое распространение центробежные насосы получили из-за своей высокой эффективности, простоты конструкции, невысокой стоимости изготовления по сравнению с другими классами насосов. Единственным недостатком центробежных насосов является то, что они не обладают свойством самовсасывания. Для запуска в работу центробежного насоса требуется полное заполнение всасывающей магистрали и внутренней полости насоса перекачиваемой жидкостью. Они не способны удалять воздух из всасывающей магистрали, что приводит к срыву в работе насоса при образовании в ней воздушных пробок и невозможности при этом возобновления работы насоса. Однако при применении специальных устройств центробежные насосы получают способность к самовсасыванию, обозначаются как центробежные самовсасывающие насосы (далее по тексту ЦСН) и с успехом используются в областях, где находили применение насосы только возвратно-поступательного, роторного и вихревого типов.

ЦСН по принципу работы разделяют на три типа:
1. ЦСН, имеющие дополнительную емкость на всасывании.

2. ЦСН с дополнительным объемным самовсасывающим устройством.

3. ЦСН рециркуляционного типа.

К ЦСН 1 типа относится любой центробежный насос, в состав которого входит дополнительная емкость, устанавливаемая на линии всасывания, залитая перекачиваемой средой, объем которой превышает объем всасывающей магистрали.

Недостатками такого насоса являются прямая зависимость объема дополнительной емкости от протяженности всасывающей магистрали, ее габариты превышают габариты самого насоса, необходимость в большом количестве перекачиваемой среды для первоначальной заливки этой емкости (см. Грянко Л.П., Папира А.Н. Лопастные насосы. -Л.: Машиностроение, 1975).

Известны ЦСН с дополнительными самовсасывающими устройствами, в состав которых кроме основного рабочего колеса входят: дополнительное колесо вакуум-насоса, посаженное на один вал с рабочим колесом, рабочие камеры вакуум-насоса, дополнительные узлы уплотнения по валу насоса, вспомогательные трубопроводы, механизмы переключения работы насоса с режима засасывания на нормальный режим перекачивания (см. Грянко Л.П., Папира А.Н. Лопастные насосы. - Л.: Машиностроение, 1975, насосы 6МВ^*2, НЦВС, выпускаемые Московским насосным заводом).

Недостатками этих насосов являются:
1. Ухудшение надежности ЦСН из-за наличия сложного дополнительного самовсасывающего устройства по сравнению с простым центробежным насосом.

2. Ухудшение энергетических показателей ЦСН из-за наличия дополнительного рабочего колеса.

3. Ухудшение условий эксплуатации из-за наличия механизма переключения режимов работы ЦСН.

4. Уменьшение ресурса ЦСН из-за недолговечной работы дополнительного рабочего колеса, т.к. оно работает в условиях местной кавитации и практически без наличия торцовых зазоров с корпусными деталями.

5. Увеличение весогабаритных характеристик насоса.

6. Сужение области применения, т.к. рабочее колесо вакуум-насоса надежно работает только на чистых средах.

Известны ЦСН рециркуляционного типа, содержащие рабочее колесо, спиральный отвод, корпус и канал рециркуляции, который соединяет напорную полость корпуса насоса со всасывающим патрубком в зоне входа в рабочее колесо, устройство, ограничивающее паразитные перетечки по рециркуляционному каналу внутри насоса в режиме нормальной работы перекачивания (см. авт.св. СССР N 1267053, кл. F 04 D 9/02 от 04.04.84; авт.св. N 1629615, кл. F 04 D 9/02 от 27.01.89).

Недостатками этих насосов являются:
1. Наличие паразитных перетечек внутри насоса из напорной полости насоса на всас рабочего колеса в режиме нормальной работы перекачивания приводит к завышенной потребляемой мощности и снижению КПД насоса.

2. Устройства или автоматические механизмы, ограничивающие паразитные перетечки внутри насоса в режиме нормальной работы перекачивания, усложняют конструкцию и уменьшают надежность ЦСН.

3. Корпус ЦСН, охватывающий корпус спирального отвода из рабочего колеса, увеличивает его весогабаритные показатели.

Известен ЦСН типа 50-3Ц7.1-20 марки Г2-ОПД производства ПО "Восток" г. Бийска, содержащий закрытое рабочее колесо, кольцевой отвод, корпус с напорным патрубком, сопло, корпус газоотделителя и всасывающий патрубок. Сопло расположено свободно внутри напорного патрубка, нижним концом охватывает с небольшим зазором рабочее колесо, а верхним выходит в корпус газоотделителя (см. Каталог, "Машины, оборудование, приборы и средства автоматизации для перерабатывающих отраслей АПК", том 1, часть 3, Молочная промышленность, АгроНИИТЭИИТО, 1990; Краснокутский Ю.В., Панченко Ю.Б. Машины и оборудование для цельномолочной продукции. - М.: Росагропромиздат, 1990; авт. св. СССР N 1084490, F 04 D 9/02 от 29.12.82).

Недостатками насоса являются:
1. Наличие в напорном патрубке сопла нарушает геометрию отвода перекачиваемой жидкости из рабочего колеса, что приводит к снижению гидравлического и общего КПД насоса.

2. Сравнительно низкая до 5 м ст. воды высота самовсасывания.

3. Наличие кавитации на входе в сопло повышает его износ, увеличивает нагрузки на ротор насоса и уменьшает его ресурс.

4. Необходимость снабжать насос устройством, регулирующим положение сопла для ликвидации кавитационных процессов.

5. Дополнительный корпус газоотделителя и поднятый до его уровня всасывающий патрубок увеличивает весогабаритные характеристики насоса.

Задачей предлагаемого изобретения является создание ЦСН с высокой эффективностью самовсасывания, не уступающего простому центробежному насосу в режиме нормальной работы перекачивания в КПД, весогабаритных показателях, простоте обслуживания, ресурсу и практически в стоимости затрат на изготовление, а также лишенному характерных существующим ЦСН недостатков, приведенных выше.

Решение указанной задачи достигается тем, что в центробежном насосе, содержащем рабочее колесо, направляющий аппарат, корпус с напорным и всасывающим патрубками, соединенный с корпусом и всасывающим патрубком направляющий аппарат выполнен в виде кольца с покрывным диском и отделяет полость рабочего колеса от напорной полости корпуса насоса, напорный и всасывающий патрубки расположены на корпусе насоса выше рабочего колеса, при этом нижняя область напорной полости корпуса насоса соединена каналами с полостью, образованной радиальным зазором между наружным диаметром рабочего колеса и внутренним диаметром кольца направляющего аппарата.

Между внутренними стенками корпуса насоса и наружным диаметром кольца направляющего аппарата установлено осесимметрично к последнему разделительное кольцо, а соединительные каналы подключены к части нижней области корпуса насоса, расположенной между внутренними стенками корпуса насоса и наружным диаметром разделительного кольца.

На внутренней поверхности кольца направляющего аппарата между каналами отвода перекачиваемой среды выполнены местные зоны расширения радиального зазора между внутренним диаметром кольца направляющего аппарата и наружным диаметром рабочего колеса.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид предлагаемого ЦСН;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - общий вид ЦСН горизонтального исполнения;
на фиг. 4 - общий вид ЦСН вертикального исполнения с верхним расположением электродвигателя.

ЦСН содержит корпус 1 (фиг. 1) с напорным 2 и всасывающим 3 патрубками. Рабочее колесо 4 открытое без покрывного диска (изображено слева) или закрытое с покрывным диском 5 (изображено справа) соединено с электродвигателем 6. На выходе из рабочего колеса 4 установлен направляющий аппарат 7, выполненный в виде кольца 8 с покрывным диском 9, который соединен со всасывающим патрубком 3 и корпусом 1 насоса и отделяет полость 10 рабочего колеса 4 и полость 11 всасывания от напорной полости 12 корпуса 1 насоса. Полость 12 соединена с полостью 10 каналами 13. На корпусе 1 насоса имеются заливная горловина 14 с крышкой 15 и сливное отверстие 16. В корпусе 1 насоса осесимметрично к кольцу 8 направляющего аппарата 7 установлено разделительное кольцо 17. На внутренней поверхности кольца 8 направляющего аппарата 7 (фиг. 2) между каналами 18 отвода перекачиваемой среды выполнены местные зоны 19 расширения.

Предлагаемое изобретение может быть применено в насосах горизонтального (фиг.3) и вертикального с электродвигателем сверху (фиг.4) исполнений.

ЦСН работает следующим образом.

Перед первым пуском корпус 1 насоса через заливную горловину 14 заливается перекачиваемой средой или водой до полного погружения в нее рабочего колеса 4. Всасывающий трубопровод (на чертежах не показан) герметично соединяется со всасывающим патрубком 3 и нижним концом погружается в перекачиваемую жидкость, уровень которой может быть ниже рабочего колеса 4 до 8 м, и перекачиваемой средой не заполняется. При пуске насос автоматически начинает работать в режиме "засасывания". На периферии рабочего колеса 4 в полости 10 образуется жидкостное кольцо, которое является гидрозатвором и отделяет полость 11 всасывания от напорной полости 12 насоса. Стабильность образования жидкостного кольца обеспечивается тем, что уровень жидкости в полости 12, залитой в насос перед пуском, устанавливается выше рабочего колеса, а полости 10 и 12 соединены каналами 13. Рабочее колесо 4, взаимодействуя с воздухом из всасывающего патрубка 3, перемешивает его с водой жидкостного кольца и выбрасывает по каналам 18 отвода перекачиваемой среды в напорную полость 12 насоса. В полости 12 воздух как более легкая фракция поднимается вверх и свободно удаляется через напорный патрубок 2. Таким образом, происходит постоянный отсос воздуха из всасывающего патрубка 3 и при достижении в нем достаточного разрежения происходит засасывание перекачиваемой жидкости. Все внутренние полости насоса заполняются жидкостью и насос автоматически переходит в режим нормальной работы перекачивания простого центробежного насоса. Паразитных перетечек внутри насоса по каналам 13 из полости 12 в полость 10 не происходит, т.к. не образуется перепада давлений между этими полостями.

Для увеличения стабильности образования жидкостного кольца каналы 13 в корпусе 1 расположены в нижней его части, отделенной от направляющего аппарата 7 разделительным кольцом 17, в которой слои жидкости наиболее плотные и не содержат воздуха.

Для усиления эффективности захвата воздуха рабочим колесом из полости 11 всасывания и создания жидкостно-воздушной смеси на внутренней поверхности кольца 8 направляющего аппарата 7 сделаны местные зоны 19 расширения, которые обеспечивают турбулизацию жидкости в межлопастном пространстве внутри рабочего колеса 4, что и способствует захвату им воздуха, а каналы 13 при этом могут быть подведены непосредственно в эти зоны расширения.

При остановке насоса для исключения отсоса жидкости из рабочих полостей насоса столбом жидкости во всасывающем трубопроводе открывается крышка 15 заливной горловины 14. Это обеспечивает сохранение достаточного количества жидкости в насосе и он готов к последующим пускам. Слив жидкости из насоса осуществляется через сливное отверстие 16.

Таким образом, предлагаемое изобретение решает поставленные задачи за счет применения простых по конструкции, неподвижных элементов, не требующих управления и не уменьшающих технические параметры ЦСН по сравнению с простым центробежным насосом. Также предлагаемое изобретение позволяет создать ЦСН, удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к этому типу насосов, а именно:
1. Обеспечивает высокую эффективность самовсасывания до 8 м вод. столба.

2. Обеспечивает низкий кавитационный запас до 1 м вод. столба.

3. Не требует специального управления. Переход из режима засасывания в режим нормальной работы перекачивания и обратно происходит автоматически.

4. Автоматически возобновляет подачу при попадании воздуха во всасывающий трубопровод и полости насоса.

5. При остановке позволяет обеспечить готовность к работе в режиме засасывания при последующих пусках.

6. Не ограничивает область применения центробежных насосов.

Изобретение относится к насосостроению. Центробежный самовсасывающий насос содержит рабочее колесо 4, направляющий аппарат 7, корпус 1 с напорным и всасывающим патрубками 2, 3. Аппарат 7 соединен с корпусом 1 и всасывающим патрубком 3, выполнен в виде кольца 8 с покрывным диском 9 и отделяет полость колеса 4 от напорной полости 12 насоса. Напорный и всасывающий патрубки 2, 3 расположены на корпусе 1 выше колеса 4. Нижняя область напорной полости 12 соединена каналами 13 с полостью 10, образованной радиальным зазором между наружным диаметром колеса 4 и внутренним диаметром кольца 8 аппарата 7. Между аппаратом 7 и корпусом 1 осесимметрично установлено разделительное кольцо 17, отделяющее часть нижней области напорной полости 12, к которой и подключены каналы 13. На внутренней поверхности кольца 8 аппарата 7 между каналами отвода перекачиваемой среды выполнены местные зоны расширения радиального зазора между внутренним диаметром кольца 8 и наружным диаметром колеса 4. Такое выполнение насоса улучшает условия захвата воздуха и создания жидкостно-воздушной смеси рабочим колесом в режиме засасывания, причем только за счет применения простых по конструкции неподвижных элементов, не требующих управления. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Центробежный самовсасывающий насос, содержащий рабочее колесо, направляющий аппарат, корпус с напорным и всасывающим патрубками, отличающийся тем, что соединенный с корпусом и всасывающим патрубком направляющий аппарат выполнен в виде кольца с покрывным диском и отделяет полость рабочего колеса от напорной полости корпуса насоса, напорный и всасывающий патрубки расположены на корпусе насоса выше рабочего колеса, при этом нижняя область напорной полости корпуса насоса соединена каналами с полостью, образованной радиальным зазором между наружным диаметром рабочего колеса и внутренним диаметром кольца направляющего аппарата. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что между внутренними стенками корпуса насоса и наружным диаметром кольца направляющего аппарата установлено осесимметрично к последнему разделительное кольцо, а соединительные каналы подключены к части нижней области напорной полости корпуса насоса, расположенной между внутренними стенками корпуса насоса и наружным диаметром разделительного кольца. 3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что на внутренней поверхности кольца направляющего аппарата между каналами отвода перекачиваемой среды выполнены местные зоны расширения радиального зазора между внутренним диаметром кольцам направляющего аппарата и наружным диаметром рабочего колеса.