ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ НАСОСОВ Российский патент 2010 года по МПК F04D7/04 F04D31/00 

Настоящее изобретение относится, в общем, к промышленным насосам, а более конкретно, хотя и не исключительно, к центробежным насосам, таким как, например, шламовый центробежный насос с торцевым всасыванием. Еще более конкретно изобретение касается воздухораспределительной системы, применяемой в насосах такого типа.

Предшествующий уровень техники

Центробежные насосы широко применяются в различных областях промышленности для перекачки жидкостей. Шламовые центробежные насосы используют для работы с жидкостями, содержащими твердые частицы. Центробежный насос обычно содержит корпус, через который проходит приводной вал насоса, вращающий рабочее колесо насоса, расположенное в корпусе. В насосе использован уплотнительный механизм, герметизирующий корпус насоса для предотвращения утечек жидкости вблизи приводного вала и через корпус насоса.

В определенных областях применения жидкость или взвесь, перекачиваемая насосом, может содержать относительно большие или малые количества воздуха, который естественным образом собирается в области уплотнения и со временем накапливается. Например, центробежные насосы широко используются в процессах десульфуризации дымовых газов для удаления серы из дымовых газов, чтобы сократить возникновение кислотных дождей. Дымовые газы очищают в большой цистерне или в резервуаре, пропуская их через распыляемые частицы известняка, смешанные с водой и образующие суспензию. Центробежные насосы перекачивают известняковую суспензию со дна цистерны или резервуара к распылительным установкам, расположенным в верхней части цистерны или резервуара. Дымовые газы входят снизу цистерны и выходят сверху.

Воздух часто нагнетают в суспензию вблизи дна резервуара для содействия химической реакции между частицами известняка в суспензии и частицами серы в дымовых газах. Для обеспечения циркуляции и перемешивания суспензии и воздуха также используют мешалки. Центробежные насосы, обычно имеющие высокую мощность и большую скорость подачи, забирают подаваемую суспензию со дна цистерны. Следовательно, подаваемая суспензия, входящая в насосы, содержит значительное количество воздуха.

Воздух, содержащийся в суспензии, может вызывать ряд проблем в центробежных насосах. Например, повышенное содержание воздуха может снизить плотность суспензии и давление насоса, особенно если объемная доля воздуха составляет от трех до пяти процентов или более. Кроме того, воздух, плотность которого ниже плотности воды, собирается вокруг вала насоса (т.е. ведущего вала), вблизи или позади вращающегося рабочего колеса, рядом с неподвижным корпусом насоса, в месте расположения механического уплотнения.

Механическое уплотнение, обычно используемое в центробежных насосах, в общем случае содержит два примыкающих друг к другу уплотнительных элемента, каждый из которых имеет выровненную поверхность, упирающуюся в такую же поверхность другого уплотнительного элемента. Один уплотнительный элемент вращается вместе с валом и рабочим колесом насоса, в то время как другой уплотнительный элемент неподвижен. Следовательно, одна уплотнительная поверхность перемещается, а другая остается неподвижной. Примыкающие друг к другу уплотнительные поверхности удерживаются в тесном контакте посредством пружин и внутреннего давления работающего насоса. Для надежной работы уплотнения очень важно поддерживать между уплотнительными поверхностями тонкую пленку жидкости для смазки и охлаждения.

Уплотнительные элементы изготавливают из очень твердого материала, такого как карбид кремния, поэтому проникновение твердых частиц из суспензии в нормальных условиях обычно не вызывает значительного износа уплотнительных поверхностей. Однако при обработке суспензии с повышенным содержанием воздуха этот воздух может проникать между уплотнительными поверхностями и смещать жидкую пленку, образуя между уплотнительными поверхностями сухие участки. В результате примыкающие друг к другу поверхности начинают работать в сухих условиях, при отсутствии смазки, и происходит увеличение трения, сопровождаемое повышением температуры в уплотнении. На уплотнительных поверхностях могут образоваться микротрещины и сколы, что может привести к закруглению поверхностей, в результате чего между ними просачивается большое количество суспензии. При проникновении между уплотнительными поверхностями более крупных частиц усиливается износ, и в конце концов уплотнительный механизм начинает протекать и отказывает.

Повреждения, которые содержащийся в суспензии воздух может вызвать в уплотнительном механизме, хорошо известны в данной области техники. Было предложено выполнять в заднем бандаже рабочего колеса (т.е. в участке рабочего колеса, ближайшем к корпусу насоса со стороны привода) отверстия, позволяющие направлять жидкость, находящуюся под высоким давлением, обратно, к всасывающему отверстию насоса, или к стороне всасывания, где давление низкое, чтобы жидкость забирала с собой часть воздуха. Однако отверстия могут забиться мусором или твердыми частицами из суспензии, либо поток жидкости через эти отверстия может оказаться недостаточным для удаления воздуха, при этом не достигаются ожидаемые от выполнения отверстий преимущества.

Таким образом, в технологии изготовления промышленных насосов и в области обработки суспензий с повышенным содержанием воздуха существует потребность в создании воздухораспределительной системы для непрерывного удаления воздуха из области вблизи уплотнительного механизма, обеспечивающей предотвращение износа уплотнения, как описано выше, и улучшение работы насоса.

Сущность изобретения

Одним из объектов настоящего изобретения является воздухораспределительная система для рабочего колеса центробежного насоса, приспособленного для вращения в нормальном направлении и включающего в себя переднюю поверхность и заднюю сторону, содержащая канал, имеющий первое отверстие, проходящее через заднюю сторону, и второе отверстие, проходящее через переднюю поверхность рабочего колеса, распределитель потока, трубопровод или трубу, имеющую первый конец, соединенный с каналом, и второй конец, имеющий отверстие, ориентированное в нормальном направлении вращения рабочего колеса.

Труба предпочтительно выполнена за одно целое с рабочим колесом. Кроме того, отверстие трубы может быть снабжено раструбом.

Предпочтительно система имеет множество каналов и связанных с ними труб, причем каналы разнесены и расположены, по существу, по окружности рабочего колеса относительно оси его вращения.

Трубы могут иметь любую подходящую форму, например L-образную или С-образную. Каждая труба может включать в себя одно звено со свободным концом, присоединенным к каналу, проходящее от бандажа, и другое звено, проходящее, по существу, в нормальном направлении вращения рабочего колеса. Соединение между двумя звеньями предпочтительно изогнуто, что способствует обеспечению хороших характеристик потока.

Другим объектом настоящего изобретения является рабочее колесо для центробежного насоса, приспособленное для вращения в нормальном направлении и содержащее корпус, включающий в себя переднюю поверхность и задний бандаж, и воздухораспределительную систему, описанную выше.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения корпус рабочего колеса содержит ступицу и окружающее ступицу углубление, причем все указанные трубы расположены внутри этого углубления. Согласно одному из вариантов осуществления в углублении размещен затвердевающий материал, способствующий фиксации труб.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ установки воздухораспределительной системы на рабочее колесо, включающее в себя переднюю сторону, заднюю сторону и, по меньшей мере, один канал, имеющий первое отверстие, проходящее через заднюю сторону, и второе отверстие, проходящее через переднюю сторону, при этом способ включает в себя установку трубы в первое отверстие канала, первый конец трубы присоединяют к каналу, а второй конец, имеющий отверстие трубы, располагают, по существу, в направлении нормального вращения рабочего колеса.

Краткое описание чертежей

Далее будут описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает схематический вид сбоку, в разрезе, насосной установки, содержащей рабочее колесо с воздухораспределительной системой согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.2 - подробное изображение участка рабочего колеса, показанного на фиг.1;

фиг.3 - еще один вид рабочего колеса;

фиг.4 - вид модифицированного варианта рабочего колеса.

Подробное описание чертежей

Насосная установка 15, показанная на фиг.1, включает в себя корпус 18 насоса с расположенной внутри камерой 27, впускным отверстием 22 и выпускным отверстием 23. Рабочее колесо 12 расположено в камере 27 и включает в себя заднюю сторону 14, переднюю сторону 38 и множество лопаток 25, заканчивающихся вершиной 20. Кроме того, рабочее колесо 12 содержит задний бандаж 13, передний бандаж 17 и ступицу 26 с отверстием 24 для размещения приводного вала 28, соединенного с двигателем (не показан) посредством опорного узла 31 насоса и коробки передач (не показана). Уплотнительный механизм 16 обеспечивает уплотнение приводного вала 28. Как показано на фиг.2, уплотнительный механизм 16 содержит вращающийся уплотнительный элемент 30 и неподвижный уплотнительный элемент 32, между которыми образована уплотнительная поверхность 34.

Воздухораспределительная система 10 согласно изобретению подробно проиллюстрирована на фиг.2, изображающей вид участка рабочего колеса 12 с задней стороны 14 и уплотнительный механизм 16. Рабочее колесо 12 и уплотнительный механизм 16 показаны в частичном разрезе. Рабочее колесо 12 расположено в корпусе 18 насоса таким образом, что вершина 20 рабочего колеса 12 обращена к впускному отверстию 22 насоса.

Уплотнительный механизм 16 упирается в ступицу 26 рабочего колеса 12 или располагается в непосредственной близости от нее и окружает приводной вал для герметизации и защиты приводного вала и корпуса 18 насоса от обрабатываемой насосом суспензии. Уплотнительный механизм 16 в общем случае содержит вращающийся уплотнительный элемент 30 и неподвижный уплотнительный элемент 32, каждый из которых имеет уплотнительную поверхность, причем уплотнительные поверхности элементов примыкают друг к другу и контактируют, образуя уплотнительную поверхность 34.

Система 10 согласно изобретению содержит множество сквозных каналов 36, выполненных в рабочем колесе 12 и проходящих от задней стороны, через задний бандаж 13, к передней стороне 38 рабочего колеса 12. Каждый канал 36 содержит первое отверстие 40, проходящее сквозь заднюю сторону 14, и второе отверстие 42, проходящее сквозь переднюю сторону 38 рабочего колеса 12. Кроме того, система 10 содержит трубы 44, проходящие наружу от задней стороны 14 рабочего колеса и ориентированные по направлению вращения 46 рабочего колеса 12. Каналы 36 расположены в непосредственной близости от ступицы 26.

Трубы 44 соединены или выполнены как единое целое с соответствующими первыми отверстиями 40 каждого из каналов 36, проходящих сквозь рабочее колесо 12. Трубы 44 обеспечивают сообщение со вторым отверстием 42 каждого канала 36. Каждая труба 44 снабжена раструбным концом 48, окружающим отверстие 50 трубы 44.

Во время работы насоса, когда рабочее колесо 12 вращается, жидкость перемещается позади рабочего колеса 12 в область, расположенную вблизи ступицы 26 рабочего колеса 12 и вблизи уплотнительного механизма 16, как описано выше. Раструбные концы 48 труб 44, ориентированные в направлении вращения рабочего колеса 12, захватывают жидкость, просочившуюся в область, расположенную вблизи ступицы 26, и направляют ее через отверстие 50 трубы 44 в канал 36 и наружу к всасывающей стороне рабочего колеса 12, расположенной у впускного отверстия 22. При удалении жидкости таким способом воздух также удаляется или рассеивается из области вблизи ступицы 26, что уменьшает описанное выше вредное воздействие воздуха на уплотнительный механизм 16. Согласно альтернативному варианту осуществления трубы могут иметь больший диаметр и не иметь раструбного конца.

Фиг.3 и 4 иллюстрируют местоположение и ориентацию труб 44 относительно ступицы 26.

Первым этапом выполнения воздухораспределительной системы 10 согласно изобретению является выполнение каналов 36 в рабочем колесе 12. Каналы 36 могут быть выполнены при изготовлении рабочего колеса 12 литьем или позже с помощью механической обработки. Затем трубы 44, предпочтительно изготовленные из очень прочного и устойчивого к коррозии материала, такого как нержавеющая сталь, вставляют в каналы 36 посредством размещения первого конца 52 трубы 44 в первом отверстии 40 канала 36. Трубы 44 размещают так, что их снабженные раструбами концы 50 располагаются прямо под торцевой поверхностью 54 ступицы 26 (фиг.3 и 4). Раструбы 48 на концах труб 44 также располагают в непосредственной близости к периферийной поверхности ступицы 26. Трубы 44 можно зафиксировать, например, посредством заливки жидкой массы, такой как полиуретан, в углубление 56 (фиг.3), окружающее ступицу 26, на глубину немного ниже раструбных концов 48 труб 44. Еще один способ фиксации труб и защиты их от износа заключается в использовании способного заполнять форму износостойкого состава. Возможно применение и других способов фиксации труб 44 внутри соответствующих каналов, а также их размещения и ориентации.

Воздухораспределительные системы согласно настоящему изобретению можно включать в состав новых рабочих колес, а можно переоснащать ими существующие рабочие колеса в составе существующих насосов. Следует понимать, что данное изобретение в общем случае применимо к любым насосам, в которых присутствие воздуха в перекачиваемой жидкости может привести к «сухой работе» механического уплотнения.

Наконец, следует отметить, что различные изменения, модификации и/или дополнения могут производиться в отношении различных конструкций и компоновки деталей без отступления от сущности и объема изобретения.

Воздухораспределительная система для рабочего колеса центробежного насоса содержит, по меньшей мере, один канал 36, первое отверстие 40 которого проходит через заднюю сторону 14, а второе отверстие 42 проходит через переднюю сторону 38 рабочего колеса 12. С каждым каналом 36 связаны трубы 44, проходящие от задней стороны 14 рабочего колеса 12. Концы 48 труб 44 ориентированы в направлении 46 вращения рабочего колеса 12. Изобретение направлено на улучшение работы насоса за счет предотвращения износа уплотнительного механизма 16 путем непрерывного удаления воздуха из области расположения уплотнения. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Воздухораспределительная система для рабочего колеса центробежного насоса, вращающегося в направлении вращения и имеющего переднюю сторону и заднюю сторону, содержащая, по меньшей мере, один канал, имеющий первое отверстие, проходящее через заднюю сторону, и второе отверстие, проходящее через переднюю сторону рабочего колеса, и трубу, связанную с каналом, расположенную у первого отверстия канала и содержащую первый конец, соединенный с каналом, и второй конец - с отверстием трубы, ориентированный, по существу, в направлении вращения рабочего колеса.

2. Система по п.1, в которой труба выполнена за одно целое с рабочим колесом.

3. Система по п.1 или 2, в которой отверстие трубы снабжено раструбом.

4. Система по п.1 или 2, которая содержит множество указанных каналов и связанных с ними труб, причем каналы разнесены и расположены, по существу, по окружности рабочего колеса относительно оси его вращения.

5. Система по п.1 или 2, в которой каждая труба включает в себя одно звено, свободный конец которого присоединен к каналу и проходит от задней стороны колеса, и другое звено, проходящее, по существу, в направлении вращения рабочего колеса, причем соединение между двумя звеньями изогнуто для обеспечения относительно равномерного потока жидкости.

6. Система по п.1 или 2, в которой каждая труба имеет, по существу, L-образную форму.

7. Система по п.1 или 2, в которой каждая труба имеет, по существу, С-образную форму.

8. Рабочее колесо для центробежного насоса, способное вращаться в направлении вращения и содержащее корпус с передней стороной и задней стороной и воздухораспределительную систему, содержащую канал, имеющий первое отверстие, проходящее через заднюю сторону, и второе отверстие, проходящее через переднюю сторону рабочего колеса, и трубу, размещенную в первом отверстии канала, причем первый конец трубы присоединен к каналу, а второй конец имеет отверстие трубы и ориентирован в направлении вращения рабочего колеса.

9. Рабочее колесо по п.8, в котором труба выполнена за одно целое с рабочим колесом.

10. Рабочее колесо по п.8 или 9, в котором отверстие трубы снабжено раструбом.

11. Рабочее колесо по п.8 или 9, которое содержит множество каналов и связанных с ними труб, причем каналы разнесены и расположены, по существу, по окружности рабочего колеса относительно оси его вращения.

12. Рабочее колесо по п.8 или 9, в котором каждая труба включает в себя одно звено, свободный конец которого присоединен к каналу и проходит от задней стороны, и другое звено, проходящее, по существу, в направлении вращения рабочего колеса, причем соединение между двумя звеньями изогнуто для обеспечения относительно равномерного потока жидкости.

13. Рабочее колесо по п.8 или 9, в котором каждая труба, по существу, имеет L-образную форму.

14. Рабочее колесо по п.8 или 9, в котором каждая труба, по существу, имеет С-образную форму.

15. Рабочее колесо по п.8 или 9, в котором корпус включает в себя ступицу и углубление, окружающее ступицу, и каждая из труб расположена внутри углубления.

16. Рабочее колесо по п.15, в котором в углублении размещен затвердевающий материал, способствующий фиксации труб в нужном месте.

17. Способ установки воздухораспределительной системы на рабочее колесо, имеющее переднюю сторону, заднюю сторону и, по меньшей мере, один канал, имеющий первое отверстие, проходящее сквозь заднюю сторону, и второе отверстие, проходящее через переднюю сторону, включающий установку трубы в первое отверстие канала, присоединение первого конца трубы к каналу и расположение второго конца трубы, имеющего отверстие, по существу, в направлении вращения рабочего колеса.

18. Воздухораспределительная система для рабочего колеса центробежного насоса, вращающегося в направлении вращения и включающего в себя переднюю сторону и заднюю сторону, содержащая по меньшей мере, один канал, имеющий первое отверстие, проходящее через заднюю сторону, и второе отверстие, проходящее через переднюю сторону рабочего колеса, и трубопровод, связанный с каналом, установленный у первого отверстия канала и имеющий первый конец, соединенный с каналом, а второй конец, имеющий отверстие и ориентированный, по существу, в направлении вращения рабочего колеса.

19. Система согласно п.18, которая содержит множество каналов и связанных с ними трубопроводов, причем каналы разнесены и расположены, по существу, по окружности рабочего колеса относительно оси его вращения.

20. Воздухораспределительная система для рабочего колеса центробежного насоса, способного вращаться в направлении вращения рабочего колеса и включающего в себя переднюю сторону и заднюю сторону, содержащая, по меньшей мере, один канал, имеющий первое отверстие, проходящее через заднюю сторону, и второе отверстие, проходящее через переднюю сторону рабочего колеса, и распределитель потока, связанный с каналом, расположенный у первого отверстия канала и имеющий первый конец, соединенный с каналом, и второй конец, имеющий отверстие и ориентированный, по существу, в направлении вращения рабочего колеса.

21. Система по п.20, которая содержит множество каналов и связанных с ними распределителей потока, причем каналы разнесены и расположены, по существу, по окружности рабочего колеса относительно оси его вращения.