ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС С КОНФИГУРИРОВАННОЙ СПИРАЛЬНОЙ КАМЕРОЙ Российский патент 2007 года по МПК F04D7/04 F04D29/44 

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится к центробежным насосам, применяемым в промышленности для обработки суспензий, а конкретно относится к центробежным насосам, имеющим спиральную камеру (улитку), конфигурация которой предназначена специально для обработки суспензий с высоким содержанием абразива.

Предшествующий уровень техники

Центробежные насосы улиточного типа (центробежные насосы со спиральными камерами) хорошо известны в данной области техники и имеют корпус насоса, в основном, круглый или тороидальный по форме. Внешняя периферийная область круглого корпуса насоса ограничивает область спиральной камеры (улитки) насоса. Область спиральной камеры окружает рабочее колесо насоса, расположенное внутри корпуса насоса с возможностью приема текучих сред, которые обрабатываются рабочим колесом. Таким образом, внутренняя область спиральной камеры корпуса насоса служит в качестве сборника текучей среды, принудительно нагнетаемой наружу рабочим колесом под действием центробежных сил.

Как правило, область спиральной камеры насоса изменяется в объеме по мере прохождения вдоль окружности корпуса насоса. То есть осевое поперечное сечение области спиральной камеры корпуса насоса, проведенное в любой точке на окружности корпуса насоса, показывает, что спиральная камера имеет объем, который изменяется. Объем спиральной камеры, изменяющийся вдоль окружности корпуса насоса, оказывает влияние на динамику потока в насосе, когда текучая среда движется от области водореза насоса к нагнетательному патрубку.

Кроме того, тип текучих сред, обрабатываемых насосом, также диктует выбираемый объем или выбираемую форму спиральной камеры. Хорошо известно, что в центробежных насосах улиточного типа возникают области неустойчивости. Такие неустойчивости потока могут вызывать флуктуации в давлении текучей среды и могут отрицательно влиять на кпд насосов. Также известно, что неустойчивости потока могут быть обусловлены типом перекачиваемых текучих сред (т.е. чистой водой либо суспензиями). В патенте США №5127800 (Hill и др.) описано, каковы различия в конструкции насоса улиточного типа, проявляющиеся между насосом, применяемым для обработки чистой воды (т.е. текучей среды, в которой содержание твердых частиц является малым, или их, по существу, нет), и насосом, применяемым для обработки суспензий. А именно, рабочее колесо насоса для чистой воды имеет диски, толщина которых в типичном случае сравнительно меньше, потому что текучая среда, лишенная крупных частиц, не вызывает износ на рабочем колесе. Вместе с тем, диски рабочего колеса в насосе для суспензий описаны как более толстые для компенсации нарушения формы рабочего колеса из-за наличия твердых частиц в текучей среде. Повышенная толщина дисков рабочего колеса приводит к развитию турбулентных структур потоков, когда текучая среда сходит с рабочего колеса и попадает в область спиральной камеры насоса. Поэтому в рассматриваемом патенте (Hill и др.) описана спиральная камера, которая имеет форму, предназначенную, в частности, для компенсации турбулентных структур потоков, которые возникают в насосах для суспензий.

Конструкция спиральной камеры, которая описана в патенте США №5127800 (Hill и др.) выбрана таким образом, что дугообразные контуры ее формы или радиус ее кривизны изменяются вдоль окружности корпуса насоса. В частности, контур спиральной камеры в области водореза насоса, если смотреть в осевом поперечном сечении, предусматривает одну симметричную кривизну. Контур спиральной камеры постепенно изменяется, включая в себя тройку вогнутых зон, радиусы кривизны которых изменяются вдоль окружности корпуса насоса в направлении нагнетательного патрубка. Конфигурация поперечного сечения спиральной камеры в любой точке вдоль окружности корпуса насоса согласно патенту США №5127800, по существу, симметрична относительно плоскости, делящей область спиральной камеры пополам в радиальном направлении.

Конструкция спиральной камеры, описанная в патенте США №5127800 (Hill и др.), пригодна, в частности, для обработки суспензий с пониженным содержанием твердых частиц на высоких скоростях течения. Вместе с тем, обнаружено, что, хотя конструкция этой спиральной камеры обеспечивает стабильные рабочие характеристики, эта конструкция подвержена износу абразивными твердыми частицами, присутствующими в перекачиваемой суспензии. В частности, этот вывод справедлив в производствах, связанных с суспензиями, обуславливающими «работу в тяжелых условиях» вследствие присущих им размеров и шероховатости твердых частиц, содержащихся в суспензии, такой, как суспензии рудного шлама.

При перекачивании суспензий, обуславливающих работу в тяжелых условиях, рабочее колесо насоса должно иметь конфигурацию с активными вытесняющими лопатками на переднем диске рабочего колеса (т.е. на диске, находящемся рядом с входным каналом насоса), чтобы защитить лицевую поверхность уплотнения от абразивных твердых частиц. Более активные вытесняющие лопатки работают, создавая за собой объемные ориентированные наружу вихри, которые удерживают твердые частицы взвешенными в спиральной камере насоса и предотвращают инфильтрацию этих частиц в площадь уплотнения. Вихри, создаваемые активными вытесняющими лопатками, сообщают дополнительную скорость абразивным твердым частицам, что приводит к износу выпуклых участков конструкции оконтуренной спиральной камеры, описанной в патенте США №5127800, и ухудшению поверхности стенки спиральной камеры.

Таким образом, в данной области техники было бы выгодно разработать конфигурированную спиральную камеру для центробежного насоса, предназначенную для предотвращения ухудшения спиральной камеры, с которым приходится сталкиваться при обработке суспензий, в частности тех из них, которые содержат крупные и/или обладающие большей абразивной способностью твердые макрочастицы, обеспечивая при этом по-прежнему стабильные рабочие характеристики.

Краткое изложение сущности изобретения

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен центробежный насос улиточного типа, имеющий корпус насоса со стороной всасывания и стороной привода, круглую часть, простирающуюся между областью водореза и областью горловины, напорный патрубок, простирающийся по касательной от круглой части, и рабочее колесо, расположенное внутри корпуса насоса, и приводной вал, соединенный вдоль оси с рабочим колесом для вращения рабочего колеса внутри корпуса насоса, а усовершенствование заключается в том, что предусмотрена область оконтуренной спиральной камеры, образованная вдоль внешней периферии круглой части корпуса насоса, простирающейся от области водореза до области горловины корпуса насоса, причем контур области спиральной камеры в осевом поперечном сечении таков, что на участке круглой части, простирающемся от места за водорезом до области горловины, сторона привода корпуса выполнена с двумя радиусами кривизны, а сторона всасывания корпуса выполнена с одним радиусом кривизны.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предложен сменный вкладыш центробежного насоса для суспензий, имеющего корпус насоса, ограничивающий область спиральной камеры, и напорный патрубок, причем вкладыш содержит тело вкладыша корпуса насоса с размерами, обеспечивающими установку в корпусе насоса, присущем центробежному насосу для суспензий, имеющему круглую часть и напорный патрубок, простирающийся по касательной от круглой части, причем тело вкладыша корпуса насоса имеет область водореза, область горловины и часть напорного патрубка, сторону привода и сторону всасывания и дополнительно имеет внутреннюю периферийную поверхность, простирающуюся от области водореза до части напорного патрубка, оконтуренную спиральную камеру, расположенную вдоль внутренней периферийной поверхности тела вкладыша корпуса насоса, простирающуюся непрерывно от области водореза до области горловины тела вкладыша корпуса насоса, причем сторона привода оконтуренной спиральной камеры конфигурирована в осевом поперечном сечении и на участке круглой части, простирающемся от места за водорезом до области горловины, при этом, по меньшей мере, одна вогнутая часть расположена рядом с выпуклой частью, а сторона всасывания оконтуренной спиральной камеры в осевом поперечном сечении конфигурирована с получением криволинейной поверхности, лишенной какой-либо выпуклости.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения предложен центробежный насос по п.18 формулы изобретения, в котором упомянутая оконтуренная спиральная камера выполнена в виде сменного вкладыша корпуса насоса.

Ниже приводится описание разных предпочтительных форм и других аспектов изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением область спиральной камеры центробежного насоса конфигурирована с получением внутренней поверхности, оконтуренной для перекачивания текучих суспензий, в частности тех из них, которые содержат крупные и абразивные твердые частицы, и для противодействия ухудшению, обуславливаемому такими суспензиями, тем самым обеспечивая стабильные рабочие характеристики для насоса. Конфигурацию спиральной камеры согласно настоящему изобретению можно встроить во внутреннюю поверхность корпуса насоса или можно встроить в качестве внутренней конфигурации вкладыша насоса, размеры которой обеспечивают установку внутри корпуса насоса.

Центробежный насос, включающий в себя конфигурацию спиральной камеры согласно настоящему изобретению, содержит в основном круглый корпус насоса, имеющий рабочее колесо, установленное внутри корпуса насоса. Рабочее колесо соединено с приводным валом, ориентированным вдоль оси, который вращает рабочее колесо внутри корпуса насоса. Рабочее колесо дополнительно содержит, по меньшей мере, одну лопасть рабочего колеса, расположенную между отстоящими друг от друга дисками, и имеет, по меньшей мере, одно выходное отверстие, расположенное на периферии рабочего колеса, для направления текучей среды к спиральной камере корпуса насоса. Конструкция рабочего колеса также предусматривает наличие, по меньшей мере, одной вытесняющей лопатки, простирающейся вдоль оси от диска рабочего колеса, находящегося на стороне всасывания.

Корпус насоса обычно состоит из пары частей стенок, между которыми при установке их встык оказывается заключенным рабочее колесо. Одна сторона корпуса насоса, именуемая далее корпусом стороны привода, имеет отверстие, через которое проходит приводной вал, соединяющийся с рабочим колесом. Противоположная сторона корпуса насоса, именуемая далее корпусом стороны всасывания, имеет отверстие, которое ограничивает входной канал для потока текучей среды в рабочее колесо. Внутренняя поверхность внешней периферийной стенки состыкованных корпусов стороны привода и стороны всасывания ограничивает спиральную камеру. В одном варианте осуществления изобретения корпус насоса может быть конфигурирован в соответствии с изобретением. В альтернативном варианте осуществления конфигурация спиральной камеры может быть встроена во вкладыш, который расположен внутри корпуса насоса.

Конфигурация спиральной камеры согласно настоящему изобретению простирается вдоль существенного участка длины окружности корпуса насоса или вкладыша насоса между областью водореза и областью горловины, которая ведет в напорный патрубок, выполненный в корпусе насоса. Спиральная камера конфигурирована с получением оконтуренной внутренней поверхности, форма которой выбрана с обеспечением возможности оптимизации потока текучей среды из рабочего колеса в и через спиральную камеру насоса, вследствие чего обеспечиваются стабильные рабочие характеристики.

Как известно, в области перекачивания суспензий рабочее колесо выбирают так, чтобы оно имело более толстый диск (по сравнению с дисками рабочего колеса насоса для чистой воды), потому что рабочее колесо желательно делать так, чтобы оно выдерживало абразивные воздействия суспензии. Следовательно, осевая ширина отверстия рабочего колеса может быть меньше, чем рабочая ширина спиральной камеры. Несоответствие между этими соответствующими ширинами может привести к неустойчивостям потока. Таким образом, спиральная камера согласно настоящему изобретению конфигурирована с обеспечением возможности уменьшения этих неустойчивостей потока.

Кроме того, когда перекачивают суспензии, обуславливающие работу в тяжелых условиях, рабочее колесо должно быть конфигурировано с получением активных вытесняющих лопаток, размещенных на диске рабочего колеса, находящемся на стороне всасывания, для защиты поверхности уплотнения от абразивных твердых частиц. Более активные вытесняющие лопатки работают, создавая за собой объемные ориентированные наружу вихри, поддерживающие абразивные твердые частицы взвешенными в области спиральной камеры и предотвращая инфильтрацию этих частиц в площадь уплотнения. В том смысле, в каком он употребляется в данном описании, термин «активные вытесняющие лопатки» относится к тем лопаткам, которые создают дифференциальный напор (перепад давления), который обычно составляет не менее чем примерно сорок процентов общего напора насоса, создаваемого лопатками рабочего колеса. Вихри, создаваемые активными вытесняющими лопатками, сообщают дополнительную скорость абразивным твердым частицам, которые изнашивают выпуклые части конструкций известных спиральных камер. Так, конфигурацию спиральной камеры согласно настоящему изобретению выбирают с обеспечением возможности уменьшить ухудшение, обуславливаемое этими вихрями, и предотвратить ухудшение внутренней поверхности спиральной камеры, обуславливаемое более агрессивными суспензиями.

Чтобы решить вышеизложенные задачи, спиральная камера согласно настоящему изобретению содержит конфигурированную внешнюю поверхность, которая асимметрична относительно радиальной плоскости, делящей пополам корпус насоса. Спиральная камера содержит первую криволинейную стенку, искривляющуюся от точки, находящейся около того диска рабочего колеса, который несет вытесняющие лопатки, к внешней периферии спиральной камеры, и вторую стенку, конфигурированную с получением двух вогнутых областей, имеющих несовпадающие радиусы кривизны. Контур первой стенки ограничивает зону сборника для приема текучей среды из рабочего колеса. Вогнутые области второй стенки соответственно ограничивают прилегающую часть зоны сборника и зону циркуляции для канализации потока, выходящего из отверстия рабочего колеса, в зону сборника, чтобы тем самым уменьшить турбулентность в потоке текучей среды, попадающем в спиральную камеру.

Конфигурация осевого сечения спиральной камеры выполнена изменяющейся от водореза насоса к области горловины около напорного патрубка насоса, чтобы оптимизировать поток суспензии, попадающей в и проходящей через область спиральной камеры, к напорному насадку. Оконтуренная поверхность спиральной камеры простирается до начала напорного сопла насоса, где внутренняя поверхность напорного сопла постепенно становится круглой в осевом поперечном сечении.

Краткое описание нескольких изображений на чертежах

На чертежах, которые иллюстрируют рассматриваемое изобретение применительно к лучшему варианту его осуществления, показано следующее:

Фиг.1 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей вкладыша корпуса насоса и рабочего колеса;

Фиг.2 - вид в осевом поперечном сечении вкладыша корпуса насоса и рабочего колеса согласно настоящему изобретению, проведенном вдоль линии 2-2, показанной на фиг.4;

Фиг.3 - вид в осевом поперечном сечении части вкладыша корпуса насоса и рабочего колеса согласно известному уровню техники;

Фиг.4 - фронтальная проекция внутренней стороны вкладыша корпуса стороны всасывания насоса, показанной на фиг.1;

Фиг.5А-5К - виды в частичном осевом поперечном сечении вкладыша корпуса насоса и рабочего колеса согласно настоящему изобретению, как показано на фиг.1, проведенные вдоль линий А-А - К-К, показанных на фиг.4; и

Фиг.6 - частичный вид в осевом поперечном сечении вкладыша корпуса насоса и рабочего колеса согласно настоящему изобретению, проведенном вдоль линии К-К, показанной на фиг.4, при этом на упомянутый вид наложен контур сечения спиральной камеры, проведенного вдоль линии Н-Н.

Подробное описание изобретения

Конфигурация спиральной камеры согласно настоящему изобретению представляет собой часть центробежного насоса улиточного типа, причем конструкция этих насосов хорошо известна в данной области техники. В связи с этим можно сослаться на патент США №5127800, содержание которого упоминается здесь для справок, в качестве иллюстрации существенных элементов центробежного насоса улиточного типа. В частности, этот центробежный насос имеет корпус насоса, как правило, выполненный в виде двух грейферообразных половин. Каждая половина корпуса насоса является в основном круглой и имеет простирающуюся по касательной часть, ограничивающую часть напорного патрубка. Внешняя периферийная часть каждой половины корпуса обеспечивает часть стенки. Когда обе половины корпуса насоса состыкованы друг с другом и уплотнены по их окружности и вдоль части напорного патрубка, периферийные части стенок оказываются соединенными, создавая область спиральной камеры насоса. Внутри корпуса насоса располагается рабочее колесо, приводимое в движение ориентированным вдоль оси приводным валом, соединенным с рабочим колесом. Рабочее колесо имеет, по меньшей мере, одно отверстие рабочего колеса, которое ориентировано по направлению к области спиральной камеры насоса.

На фиг.1 изображен центробежный насос улиточного типа, имеющий тело 10 вкладыша корпуса насоса, выполненное с размерами, обеспечивающими установку в корпусе насоса. Подобно корпусу насоса тело 10 вкладыша корпуса насоса может состоять из двух грейферообразных половин 12, 14, выполненных с размерами, обеспечивающими установку в соответствующих половинах корпуса насоса. Использование в насосе вкладыша корпуса насоса является предпочтительным в большинстве приложений, потому что, как только он ухудшается вследствие износа, вкладыш корпуса насоса можно извлечь и заменить новым вкладышем корпуса насоса. Поэтому конфигурация спиральной камеры согласно настоящему изобретению описывается и принципиально иллюстрируется применительно к встраиванию ее во вкладыш корпуса того типа, который показан на фиг.1. Вместе с тем, следует понять, что конфигурация спиральной камеры согласно настоящему изобретению может быть встроена во внутреннюю поверхность самого корпуса насоса и этот вариант тоже находится в рамках притязаний изобретения.

На фиг.1 одну половину тела 10 вкладыша корпуса насоса можно назвать вкладышем 12 стороны привода, потому что вкладыш 12 стороны привода выполнен с отверстием 16, через которое проходит часть рабочего колеса 20 для соединения с приводным валом (не показан) электродвигателя. Вкладыш 12 стороны привода в общем случае состоит из круглой части 22 и проходящей по касательной к ней части 24 напорного патрубка. Другую половину тела 10 вкладыша корпуса насоса можно назвать вкладышем 14 стороны всасывания, потому что вкладыш 14 стороны всасывания выполнен с отверстием 26, которое ограничивает входной канал текучей среды, через который суспензия попадает в рабочее колесо 20. В общем случае, вкладыш 14 стороны всасывания тоже состоит из круглой части 28 и проходящей по касательной к ней части 30 напорного патрубка.

Когда тело 10 вкладыша корпуса насоса располагают в корпусе насоса, а половины корпуса насоса совмещают друг с другом, соответствующие периферийные края 32, 34 вкладыша 12 стороны привода и вкладыша 14 стороны всасывания входят в соприкосновение друг с другом и закрывают рабочее колесо 20 внутри корпуса насоса. Вкладыш 12 стороны привода тела 10 вкладыша корпуса насоса имеет часть 36 стенки, которая простирается, по существу, вдоль окружности круглой части 22, а вкладыш 14 стороны всасывания имеет часть 38 стенки, которая простирается, по существу, вдоль окружности круглой части 28. Когда половины тела 10 вкладыша корпуса насоса сомкнуты, совокупность соответствующих частей 36, 38 стенок ограничивает область спиральной камеры насоса, как подробнее описывается ниже.

Рабочее колесо 20, которое в типичном случае можно использовать в центробежном насосе, имеющем конфигурацию спиральной камеры согласно настоящему изобретению, является рабочим колесом, выполненным, по меньшей мере, с одной лопастью 40 рабочего колеса, которая простирается между первым диском 42, ориентированным по направлению к вкладышу 12 стороны привода, и вторым диском 44, ориентированным по направлению к вкладышу 14 стороны всасывания. Рабочее колесо 20 выполнено с центральным отверстием 46, через которое суспензия попадает в рабочее колесо 20. Суспензия контактирует с лопастями 40 рабочего колеса и направляется из рабочего колеса 20, по меньшей мере, через одно отверстие 48 рабочего колеса, которое выполнено рядом с лопастью 40 рабочего колеса и находится между первым диском 42 и вторым диском 44. Рабочее колесо 20 также конфигурировано с получением, по меньшей мере, одной лопатки 50 (показана совокупность этих лопаток), которая простирается вдоль оси от поверхности второго диска 44 в направлении вкладыша 14 стороны всасывания.

Элементы 10 вкладыша корпуса насоса и рабочего колеса 20 дополнительно проиллюстрированы на фиг.2, где представлен вид в осевом поперечном сечении тела 10 вкладыша корпуса насоса и рабочего колеса 20 в том виде, в каком оно должно находиться внутри корпуса насоса. Корпус насоса не показан. На фиг.2 также показано направленными стрелками то, как текучая среда попадает в рабочее колесо 20 через отверстие 46 рабочего колеса 20 и направляется под действием центробежных сил вращающегося рабочего колеса 20 в спиральную камеру 60 насоса. Рабочее колесо 20, используемое при перекачивании суспензий, обуславливающих тяжелые условия работы, имеет конструкцию с относительно толстым первым диском 42 и толстым вторым диском 44, чтобы оно могло противостоять износу и ухудшению вследствие абразивности суспензии. Поэтому ширина W1 отверстия 48 рабочего колеса является меньшей, чем общая ширина W2 спиральной камеры 60. Как известно в данной области техники, несоответствие между шириной W1 отверстия 48 рабочего колеса и шириной W2 спиральной камеры 60 создает неустойчивости потока.

Дополнительные воздействия на характеристику насоса оказываются вытесняющими лопатками 50, которые встроены в рабочем колесе 20 и используются для обработки суспензий, обуславливающих работу в тяжелых условиях. Вытесняющие лопатки 50 с выгодой используются для направления абразивной суспензии от поверхности 62 уплотнения между вторым диском 44 и вкладышем 14 стороны всасывания. Суспензия, которая просачивается между вторым диском 44 и вкладышем 14 стороны всасывания, изнашивает поверхность уплотнения и ухудшает как рабочее колесо 20, так и вкладыш 14, тем самым оказывая негативное влияние на характеристику насоса. Активные вытесняющие лопатки 50 рабочего колеса 20 создают объемный вихрь за каждой вытесняющей лопаткой 50, который обеспечивает перекачивание суспензии от поверхности 62 уплотнения прочь и поддерживает абразивные частицы взвешенными в спиральной камере 60. Вместе с тем, вихри, создаваемые вытесняющими лопатками, сообщают твердым частицам дополнительную скорость, которая вызывает ухудшение корпуса насоса или вкладыша насоса в известных конфигурациях спиральной камеры.

Фиг.3 подробнее иллюстрирует, как использование рабочего колеса 20, имеющего активные вытесняющие лопатки 50, вызывает ухудшение качества поверхности вкладыша L корпуса известного насоса. Вкладыш L корпуса насоса, описанный в известном техническом решении, имеет спиральную камеру V, которая содержит зону С сбора и зону R рециркуляции. Зона R рециркуляции дополнительно содержит две отстоящие друг от друга буферные зоны В, каждая из которых ограничена вогнутой областью. Зона С сбора дополнительно содержит вогнутую часть, которая отделена от вогнутых областей буферных зон В выпуклой структурой А, простирающейся внутрь по направлению к рабочему колесу 20. Из фиг.3 видно, что конфигурация известной спиральной камеры V, по существу, симметрична относительно плоскости Р, которая делит пополам в радиальном направлении вкладыш L насоса и спиральную камеру V. Вихри, которые создаются активными вытесняющими лопатками 50, придают увеличенную скорость крупным частицам суспензии, которые бьются о выпуклую структуру А вкладыша L известного насоса и ухудшают ее. Вследствие этого происходит быстрая эрозия материала, ухудшение рабочих характеристик насоса, а также может произойти преждевременный выход из строя.

Поэтому спиральная камера 60 согласно настоящему изобретению на фиг.2-6 конфигурирована с обеспечением выдерживания увеличенных скоростей крупных частиц суспензии и установления стабильных рабочих характеристик потока в насосе. Обращаясь снова к фиг.2, отмечаем, что спиральная камера 60 согласно настоящему изобретению состоит из первой части 36 стенки, связанной с вкладышем 12 стороны привода, и второй части 38 стенки, связанной с вкладышем 14 стороны всасывания. Вторая часть 38 стенки конфигурирована с получением криволинейной поверхности 66, которая ограничивает, по меньшей мере, часть области 68 сбора спиральной камеры 60. Область 68 сбора принимает текучую среду, вытесняемую из отверстия 48 рабочего колеса и сходящую с вытесняющих лопаток 50. Криволинейная поверхность 66 области 68 сбора имеет радиус кривизны, который выбран с обеспечением возможности стабилизации потока текучей среды в области 68 сбора.

Спиральная камера 60 согласно настоящему изобретению также состоит из первой части 36 стенки, связанной с вкладышем 12 стороны привода тела 10 вкладыша корпуса насоса. Первая часть 36 стенки на значительном протяжении окружности тела 10 вкладыша корпуса насоса конфигурирована с получением первой вогнутой области 70, которая выполнена неразрывно с криволинейной поверхностью 66 второй части 38 стенки, завершая область 68 сбора спиральной камеры 60. Первая часть 36 стеки на значительном протяжении окружности тела 10 вкладыша корпуса насоса также конфигурирована с получением второй вогнутой области 72, которая ограничивает зону 74 циркуляции. Первая вогнутая область 70 и вторая вогнутая область 72 разделены выпуклой структурой 76, находящейся между ними, которая простирается по направлению к рабочему колесу 20. Зона 74 циркуляции функционирует, принимая текучую среду, вытекающую из отверстия 48 рабочего колеса, и перенаправляет ее с измененной скоростью потока в зону 68 сбора, тем самым уменьшая турбулентность потока.

На фиг.2 показана конфигурация спиральной камеры 60, которую можно рассмотреть в осевом поперечном сечении, которая изменяется по мере непрерывного протяжения спиральной камеры 60 вдоль окружности тела 10 вкладыша корпуса насоса. Конфигурация спиральной камеры 60 непрерывно и постепенно изменяется по мере протяжения спиральной камеры 60 по окружности тела 10 вкладыша корпуса насоса, вследствие чего оказывается возможной оптимизация гидравлического взаимодействия между рабочим колесом и спиральной камерой 60, а также обеспечиваются стабильная характеристика потока и эффективная характеристика насоса. Фиг.4 подробнее иллюстрирует тот факт, что тело 10 вкладыша корпуса насоса содержит круглую часть 28 и часть напорного патрубка 30, которая простирается по касательной от круглой части 28. Спиральная камера 60 тела 10 вкладыша корпуса насоса простирается непрерывно вдоль окружности тела 10 вкладыша корпуса насоса от области, известной как водорез 80, до области 82 горловины. Область 82 горловины продолжается в часть напорного патрубка 30 тела 10 вкладыша корпуса насоса до оконечного торца 84 части 30 напорного патрубка. На фиг.4 показаны сечения А-А и К-К тела 10 вкладыша корпуса насоса, которые соответствуют видам в частичных осевых сечениях спиральной камеры 60, показанным на фиг.5А-5К.

На фиг.5А показано частичное осевое поперечное сечение тела 10 вкладыша корпуса насоса, рабочего колеса и спиральной камеры 60 на водорезе 80 (фиг.4) насоса. Можно заметить, что криволинейная поверхность 66 вкладыша 14 стороны всасывания имеет выбранный радиус R кривизны, который сравнительно мал в этом сечении насоса. Также можно заметить, что в этом сечении насоса первый вогнутый участок 70 выполнен неразрывным со вторым вогнутым участком 72, но радиус R1 кривизны первого вогнутого участка 70 отличается от радиуса R2 кривизны второго вогнутого участка. Также заметно, что конфигурация спиральной камеры 60 на водорезе асимметрична относительно плоскости 88, которая делит пополам в радиальном направлении тело 10 вкладыша корпуса насоса и спиральную камеру 60. Плоскость 88 может определяться в основном точкой соединения вкладыша 14 стороны всасывания с вкладышем 12 стороны привода.

Поскольку спиральная камера 60 плавно продолжается вдоль окружности насоса, как показано на фиг.5В и 5С, конфигурация спиральной камеры 60 переходит в криволинейную поверхность 66, радиус R кривизны которой увеличивается. Радиус R1 кривизны первой вогнутой области 70 также продолжает увеличиваться, как и радиус R2 кривизны второй вогнутой области 72, с образованием зоны 74 циркуляции. Выпуклая структура 76, которая отделяет первую вогнутую область 70 от второй вогнутой области 72, становится более отчетливой и простирается по направлению к рабочему колесу 20.

Фиг.5D-5Н иллюстрируют тот факт, что по мере протяжения спиральной камеры 60 вдоль окружности насоса зона 68 сбора становится более удлиненной в радиальном направлении от рабочего колеса 20, вследствие чего получается зона 68 сбора, имеющая больший объем по сравнению с зоной 68 сбора около водореза (фиг.5А). Радиус R кривизны криволинейной поверхности 66 продолжает изменяться, как и радиусы R1 и R2 кривизны соответственно первой вогнутой области 70 и второй вогнутой области 72. Когда спиральная камера 60 приближается к области 82 горловины (фиг.4) насоса, как показано на фиг.5Н, радиальная длина зоны 74 циркуляции начинает уменьшаться, поскольку увеличилась радиальная длина зоны 68 сбора.

Когда спиральная камера 60 переходит в область 82 горловины насоса, как показано на фиг.5I, конфигурация спиральной камеры 70 остается асимметричной относительно радиальной плоскости 88. Зона 74 циркуляции уменьшается в размере, а радиус R1 кривизны первой вогнутой области 70 начинает приближаться к радиусу R кривизны изогнутой поверхности 66. В средней точке между областью 82 горловины и оконечным торцом 84 части 30 напорного патрубка, как показано на фиг.5J, спиральная камера 60 плавно переходит во внутреннюю поверхность 90 части 30 напорного патрубка. В этой точке конфигурация внутренней поверхности 90 тела 10 вкладыша корпуса насоса в осевом поперечном сечении становится в основном круглой до тех пор, пока внутренняя поверхность 90 не станет, по существу, круглой на оконечном торце 84 части 30 напорного патрубка, показанном на фиг.5К.

Фиг.6 яснее иллюстрирует плавное изменение конфигурации спиральной камеры 60, когда спиральная камера 60 приближается к области 82 горловины насоса. Конфигурация спиральной камеры 60 представлена в осевом поперечном сечении, проведенном по линии I-I, показанной на фиг.4, а на контур этой конфигурации спиральной камеры 60 наложена показанная пунктирной линией конфигурация спиральной камеры 60 в сечении, проведенном по линии Н-Н. Можно заметить, что по мере протяжения спиральной камеры 60 в окружном направлении к части 30 напорного патрубка выпуклая структура 76 постепенно становится менее четко выраженной до тех пор, пока эта выпуклая структура 76 не исчезает совсем у части 30 напорного патрубка (фиг.5J).

Конфигурированная спиральная камера согласно настоящему изобретению выбрана с возможностью обеспечения эффективных рабочих характеристик насосов и стабильных рабочих характеристик течения в центробежных насосах улиточного типа, когда их применяют для обработки суспензий, содержащих, в частности, крупные и/или абразивные частицы. Конфигурированная спиральная камера согласно настоящему изобретению принципиально описана здесь применительно к ее встраиванию во вкладыш корпуса насоса, имеющийся в насосе. Вместе с тем, конфигурированную спиральную камеру, описанную здесь, также можно встроить непосредственно в литой или подвергнутый механической обработке корпус насоса, в котором нет вкладыша. Кроме того, описанные здесь точные размеры элементов конфигурации спиральной камеры могут изменяться в соответствии с требованиями конкретного приложения или типа перекачиваемой суспензии. Поэтому указания конкретных подробностей конфигураций спиральной камеры в данном описании приведены лишь в качестве примера и не носят ограничительный характер.

Сменный вкладыш 10 корпуса центробежного насоса для перекачивания суспензий, обуславливающих тяжелые условия работы и содержащих абразивные частицы, имеет конфигурированную по выбору спиральную камеру 60, которая асимметрична в осевом поперечном сечении вдоль окружности вкладыша 10 корпуса от области водореза до области горловины. Асимметрия имеет место относительно плоскости, которая делит пополам в радиальном направлении корпус 10 и область спиральной камеры 60. Вкладыш 10 может, в частности, использоваться совместно с рабочим колесом 20, оснащенным вытесняющими лопатками 50 для откачивания суспензии от поверхности 62 уплотнения. Изобретения направлены на повышение эффективности рабочих характеристик насосов и стабилизации течения в них. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Центробежный насос улиточного типа, имеющий корпус насоса со стороной всасывания и стороной привода, круглую часть, простирающуюся между областью водореза и областью горловины, напорный патрубок, простирающийся по касательной от круглой части, рабочее колесо, расположенное внутри корпуса насоса, и приводной вал, соединенный вдоль оси с рабочим колесом для вращения рабочего колеса внутри корпуса насоса, в котором предусмотрена область оконтуренной спиральной камеры, образованная вдоль внешней периферии круглой части корпуса насоса, простирающейся от области водореза до области горловины корпуса насоса, причем контур области спиральной камеры в осевом поперечном сечении таков, что на участке круглой части, простирающемся от места за водорезом до области горловины, сторона привода корпуса выполнена с двумя радиусами кривизны, а сторона всасывания корпуса выполнена с одним радиусом кривизны.2. Центробежный насос по п.1, в котором сторона привода области оконтуренной спиральной камеры дополнительно содержит первую часть стенки, имеющую первую вогнутую область, имеющую выбранный первый радиус кривизны, и вторую вогнутую область, имеющую выбранный второй радиус кривизны, при этом сторона всасывания области оконтуренной спиральной камеры дополнительно содержит вторую часть стенки, имеющую криволинейную поверхность, которая совместно с первой вогнутой областью ограничивает зону сбора для приема текучей среды.3. Центробежный насос по п.2, в котором вторая вогнутая область ограничивает зону циркуляции для направления текучей среды из рабочего колеса в зону сбора.4. Центробежный насос по п.3, в котором рабочее колесо также конфигурировано с получением, по меньшей мере, одной активной вытесняющей лопатки, расположенной вблизи криволинейной поверхности второй части стенки.5. Центробежный насос по п.4, в котором область оконтуренной спиральной камеры выполнена во внутренней поверхности вкладыша корпуса насоса с размерами, обеспечивающими установку в корпусе насоса.6. Центробежный насос по п.4, в котором радиус кривизны упомянутой зоны сбора увеличивается по мере протяжения области оконтуренной спиральной камеры непрерывно от области водореза до области горловины насоса.7. Центробежный насос по п.1, в котором область оконтуренной спиральной камеры выполнена во внутренней поверхности вкладыша корпуса насоса с размерами, обеспечивающими установку в корпусе насоса.8. Сменный вкладыш центробежного насоса для суспензий, имеющего корпус насоса, ограничивающий область спиральной камеры, и напорный патрубок, содержащий тело вкладыша корпуса насоса с размерами, обеспечивающими установку в корпусе насоса, присущем центробежному насосу для суспензий, имеющему круглую часть и напорный патрубок, простирающийся по касательной от круглой части, причем тело вкладыша корпуса насоса имеет область водореза, область горловины и часть напорного патрубка, сторону привода и сторону всасывания, и дополнительно имеет внутреннюю периферийную поверхность, простирающуюся от области водореза до части напорного патрубка, оконтуренную спиральную камеру, расположенную вдоль внутренней периферийной поверхности тела вкладыша корпуса насоса, простирающуюся непрерывно от упомянутой области водореза до области горловины тела вкладыша корпуса насоса, причем сторона привода оконтуренной спиральной камеры конфигурирована в осевом поперечном сечении и на участке круглой части, простирающемся от места за водорезом до области горловины, при этом, по меньшей мере, одна вогнутая часть расположена рядом с выпуклой частью, а сторона всасывания оконтуренной спиральной камеры в осевом поперечном сечении конфигурирована с получением криволинейной поверхности, лишенной какой-либо выпуклости.9. Сменный вкладыш по п.8, в котором конфигурированная спиральная камера дополнительно содержит зону сбора и зону циркуляции, расположенную с обеспечением возможности направления текучей среды в зону сбора, причем зона циркуляции содержит вогнутую область, имеющую меньший радиус кривизны, чем радиус кривизны зоны сбора.10. Сменный вкладыш по п.9, в котором радиус кривизны зоны сбора увеличивается от области водореза до области горловины конфигурированной спиральной камеры по мере непрерывного протяжения оконтуренной спиральной камеры между ними.11. Сменный вкладыш по п.8, в котором вкладыш корпуса насоса дополнительно содержит вкладыш стороны привода, имеющий периферийный край, и вкладыш стороны всасывания, имеющий периферийный край, который расположен в точном совмещении с периферийным краем упомянутого вкладыша стороны привода, чтобы обеспечить размещение рабочего колеса между ними, при этом каждый вкладыш стороны привода и каждый вкладыш стороны всасывания имеют часть стенки, а совокупность этих частей ограничивает оконтуренную спиральную камеру.12. Сменный вкладыш по п.11, в котором часть стенки вкладыша стороны всасывания имеет криволинейную поверхность, которая ограничивает часть зоны сбора, при этом часть стенки вкладыша стороны привода дополнительно содержит первую вогнутую область, которая выполнена неразрывно с криволинейной поверхностью, для ограничения зоны сбора, и вторую вогнутую область, которая ограничивает зону циркуляции.13. Сменный вкладыш по п.12, в котором криволинейная поверхность имеет радиус кривизны, который увеличивается по мере непрерывного протяжения оконтуренной спиральной камеры от области водореза до области горловины.14. Сменный вкладыш по п.12, в котором первая вогнутая область имеет радиус кривизны и вторая вогнутая область имеет радиус кривизны, причем радиус кривизны первой вогнутой области увеличивается относительно радиуса кривизны второй вогнутой области по мере непрерывного протяжения оконтуренной спиральной камеры от области водореза до области горловины.15. Сменный вкладыш по п.12, в котором криволинейная поверхность вкладыша со стороны всасывания размещена с обеспечением возможности ее расположения близко к вытесняющей лопатке рабочего колеса для приема суспензии с этой вытесняющей лопатки.16. Сменный вкладыш по п.12, в котором первая вогнутая область отделена от второй вогнутой области выпуклой структурой, которая простирается наружу от части стенки вкладыша стороны привода.17. Сменный вкладыш по п.16, в котором выпуклая структура простирается непрерывно по направлению к области горловины.18. Центробежный насос улиточного типа, имеющий корпус насоса со стороной всасывания и стороной привода и имеющий область оконтуренной спиральной камеры, выполненную вдоль внешней периферии внешней круглой части корпуса насоса, простирающуюся между областью водореза и областью горловины, причем контур области спиральной камеры в осевом поперечном сечении таков, что на участке круглой части, простирающемся от места за водорезом до области горловины, сторона привода корпуса выполнена, по меньшей мере, с одной вогнутостью, расположенной рядом с выпуклой частью, при этом сторона всасывания корпуса выполнена с криволинейной поверхностью, лишенной какой-либо выпуклости.19. Центробежный насос по п.18, в котором оконтуренная спиральная камера выполнена в виде сменного вкладыша корпуса насоса.