ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2018 года по МПК F04D13/06 F04D29/58 F04D29/44 

Изобретение касается центробежного насосного агрегата, в частности, как части домовой станции водоснабжения, имеющего одно- или многоступенчатый центробежный насос, привод которого осуществляется электродвигателем.

Для отвода тепла, создаваемого приводным двигателем, у центробежных насосных агрегатов в уровне техники принято направлять нагнетаемый поток насоса вдоль двигателя, чтобы он не перегревался. Такие системы известны, в частности, у центробежных насосных агрегатов для нагнетания холодной воды.

Применение таких центробежных насосов в домовых станциях водоснабжения или системах для повышения давления относится к уровню техники. У домовой станции водоснабжения, предлагаемой компанией-заявителем на рынке под наименованием «GRUNDFOS MQ», многоступенчатый центробежный насос расположен лежа, т.е. с горизонтальной осью, выполнен многоступенчатым и имеет каналопровод внутри домовой станции водоснабжения, нагнетаемая насосом вода из последней ступени насоса нагнетается у него в кольцевое пространство, окружающее электродвигатель, к которому, в свою очередь, присоединяется канал, ведущий к выходному или, соответственно, напорному патрубку домовой станции водоснабжения. Предпринятые там конструктивные меры для охлаждения двигателя зарекомендовали себя наилучшим образом, так как основной нагнетаемый поток течет по наружной стороне электродвигателя вдоль и при этом всегда обеспечивает достаточное охлаждение. Конструкция этой известной домовой станции водоснабжения является сравнительно трудоемкой, из-за чего стремятся упростить ее, так чтобы домовая станция водоснабжения могла изготавливаться более экономично, а также выполняться более предпочтительным образом в отношении технологии применения. Однако если хотят коренным образом отступить от известного конструктивного принципа, то это приводит также к изменению концепции охлаждения для электродвигателя.

Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача, выполнить центробежный насосный агрегат, в частности, как часть домовой станции водоснабжения так, чтобы электродвигатель достаточно охлаждался без необходимости направления основного нагнетаемого потока вдоль электродвигателя.

Задача изобретения решается с помощью центробежного насосного агрегата с признаками, указанными в п.1 формулы изобретения, и поскольку речь идет о применении в домовой станции водоснабжения, с помощью домовой станции водоснабжения с признаками, указанными в п.12 формулы изобретения. Домовая станция водоснабжения в смысле настоящего изобретения представляет собой также установку для повышения давления. Предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения, последующем описании, а также чертежах. При этом признаки, указанные в зависимых пунктах формулы изобретения и описании, каждый в отдельности или же в надлежащей комбинации могут совершенствовать предлагаемое изобретением решение по п.1 или, соответственно, по п.12 формулы изобретения.

Предлагаемый изобретением центробежный насосный агрегат, который, в частности, является частью домовой станции водоснабжения (домовая насосная станция), имеет электродвигатель и приводимый им в движение одно- или многоступенчатый центробежный насос, который имеет по меньшей мере одно центробежное рабочее колесо, создающее основной нагнетаемый поток через кольцевое пространство, окружающее указанную по меньшей мере одну ступень насоса, а также нагнетаемый поток охлаждающей жидкости через пространство, окружающее двигатель. При этом указанное кольцевое пространство разделено по меньшей мере двумя направляющими лопатками на отдельные кольцевые пространства, которые при эксплуатации имеют различный уровень давления, и каждое из этих отдельных кольцевых пространств соединено проточным соединением с пространством, окружающим двигатель.

Основной идеей предлагаемого изобретением решения является, сначала использовать для охлаждения двигателя только лишь один отдельный поток жидкости, нагнетаемой центробежным насосом, чтобы таким образом получить больше свободы в конструировании и исполнении каналопровода. То есть основной нагнетаемый поток создается через кольцевое пространство, окружающее указанную по меньшей мере одну ступень насоса, т.е. основной нагнетаемый поток на конце насоса направляется через это кольцевое пространство в направлении стороны всасывания насоса, так что основной каналопровод выполняется по существу в области насоса, а не со стороны двигателя. Однако, чтобы надежно и уверенно охлаждать электродвигатель, от основного нагнетаемого потока ответвляется нагнетаемый поток охлаждающей жидкости и направляется через пространство, окружающее двигатель.

Для создания этого нагнетаемого потока охлаждающей жидкости в кольцевом пространстве, окружающем указанную по меньшей мере одну ступень насоса, создается разность уровня давления, при этом предусмотрены по меньшей мере две направляющие лопатки, которые разделяют по меньшей мере части этого кольцевого пространства на два отдельных кольцевых пространства, имеющих при эксплуатации различный уровень давления. При этом в соответствии с изобретением эти отдельные кольцевые пространства соединены каждое с пространством, окружающим двигатель, проточным соединением (непосредственно). Благодаря устанавливающейся при этом при эксплуатации, пусть даже только небольшой разности давлений между отдельными кольцевыми пространствами создается целенаправленное течение в пространстве, окружающем двигатель, и таким образом обеспечивается требуемый нагнетаемый поток охлаждающей жидкости.

Эта конструктивная мера обеспечивает, с одной стороны, гарантированное охлаждение электродвигателя, а с другой стороны, позволяет выполнить каналопровод так, чтобы вход насоса и выход насоса находились на одной и той же стороне, чтобы по меньшей мере основной нагнетаемый поток через кольцевое пространство, окружающее указанную по меньшей мере одну ступень насоса, снова возвращался в направлении входа насоса. Благодаря этому возможна очень компактная конструкция, в частности, когда предлагаемый изобретением центробежный насосный агрегат образует часть домовой станции водоснабжения. Эффект различного уровня давления в этих двух отдельных пространствах возникает, в частности, тогда, когда центробежный насосный агрегат эксплуатируется лежа, т.е. с горизонтальной осью насоса и двигателя. Тогда в нижней части кольцевого пространства может иметь место более высокий уровень давления, чем в верхнем отдельном кольцевом пространстве, благодаря чему создается этот нагнетаемый поток охлаждающей жидкости через пространство, окружающее двигатель. Однако этот эффект может также достигаться при не горизонтальном расположении, необходимо только, чтобы гидравлические сопротивления соединений между одним отдельным пространством и напорным патрубком и между другим отдельным пространством и напорным патрубком имели различную величину.

Предпочтительно по одному из усовершенствований изобретения направляющие лопатки являются частью последней ступени насоса или расположены после нее. Предпочтительно они расположены в кольцевом пространстве диаметрально, причем предпочтительно таким образом, что они образуют воображаемую делительную плоскость, которая по меньшей мере частично по существу горизонтально разделяет кольцевое пространство насоса.

Предпочтительно кольцевое пространство, которое окружает указанную по меньшей мере одну ступень насоса, по меньшей мере частично ограничено корпусом насоса. Тогда предлагаемая изобретением конструкция может реализовываться в значительной степени с использованием уже имеющихся конструктивных элементов.

При этом особенно предпочтительно, когда при многоступенчатом исполнении центробежного насоса последняя ступень насоса образована центробежным рабочим колесом, имеющим окружающие нормальные и разделяющие кольцевое пространство направляющие лопатки в корпусе насоса, и первая и при необходимости другие ступени насоса расположены между ними внутри цилиндрической оболочки, которая ограничивает кольцевое пространство насоса изнутри, и которая по меньшей мере на отдельных участках разделена направляющими лопатками в осевом направлении. Под разделением в осевом направлении следует понимать, что образованная направляющими лопатками делительная плоскость проходит через ось насоса или параллельно ей и предпочтительно расположена горизонтально.

Предпочтительно эти разделяющие кольцевое пространство направляющие лопатки выполнены и расположены так, что они распространяются в направлении оси вращения центробежного рабочего колеса или в направлении, параллельном ему, и при этом вдаются в кольцевое пространство, то есть одновременно образуют часть направляющего аппарата для последней ступени насоса и разделительное средство для создания разности давлений для нагнетаемого потока охлаждающей жидкости. Например, направляющие лопатки распространяются в область между центробежным рабочим колесом и торцевой стенкой, предпочтительно ограничивающей корпус насоса торцевой стенкой, и причем к той торцевой стенке, коротая находится вблизи электродвигателя. Благодаря этому достигается сравнительно высокая разность давлений отдельных кольцевых пространств, так как в этой области не может возникать гидравлическое короткое замыкание. Предпочтительно при этом проточные соединения с пространством, окружающим двигатель, образованы выемками в этой торцевой стенке корпуса насоса.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения направляющие лопатки, образующие отдельные кольцевые пространства, распространяются радиально вдоль торцевой стенки корпуса насоса, обращенной к электродвигателю, а также в осевом направлении вдоль наружной стенки, предпочтительно корпуса насоса, ограничивающей кольцевое пространство снаружи. При этом они образуют, с одной стороны, часть направляющего аппарата последней ступени насоса, а с другой стороны, стенки, которые отграничивают друг от друга отдельные кольцевые пространства. При этом предпочтительно эти направляющие лопатки выполнены цельно с корпусом насоса, который имеет как торцевую стенку для электродвигателя, так и окружающую наружную стенку.

В частности, при описанном выше каналопроводе, в котором нагнетаемая жидкость нагнетается от всасывающего отверстия первой ступени насоса до направляющего колеса последней ступени насоса по существу в осевом направлении насоса, и затем через кольцевой канал в противоположном направлении, предпочтительно выполнить насос в виде радиального или радиально-осевого центробежного насоса.

Предпочтительно насос предназначен и выполнен для эксплуатации с горизонтально расположенной осью вращения, при этом направляющие лопатки, разделяющие кольцевое пространство насоса, распространяются по существу в горизонтальной плоскости, в которой также лежит эта ось вращения, или проходит параллельно и/или слегка наклонно к ней (максимум под 30° к ней).

При этом предпочтительно, когда двигатель и насос имеют один общий вал, и кольцевое пространство насоса расположено соосно пространству, окружающему двигатель, которое предпочтительно тоже выполнено в виде кольцевого пространства.

Описанные выше конструктивные варианты осуществления предпочтительны, в частности, при применении предлагаемого изобретением центробежного насосного агрегата в домовой станции водоснабжения. Благодаря этим конструктивным признакам домовая станция водоснабжения может выполняться существенно более выгодным образом, как в отношении изготовления и монтажа, так и в отношении манипулирования ею. Так, предлагаемая изобретением домовая станция водоснабжения имеет такой центробежный насосный агрегат и имеет свой всасывающий патрубок и свой напорный патрубок, расположенные на одной и той же стороне, предпочтительно друг над другом на торцевой стороне окружающего корпуса. Это расположение возможно, так как нагнетаемый поток через кольцевое пространство насоса возвращается в направлении стороны всасывания, так что напорный патрубок домовой станции водоснабжения может находиться на той же самой стороне, что и всасывающий патрубок, без трудоемких внутренних каналопроводов.

По одному из предпочтительных усовершенствований изобретения домовая станция водоснабжения имеет окружающий корпус, в котором насос и двигатель расположены внизу, мембранная напорная емкость и электроника двигателя над ними и вверху. При этом предпочтительно электроника двигателя расположена над двигателем, а мембранная напорная емкость - над насосом. Таким образом, также внутри корпуса домовой станции водоснабжения электрические и гидравлические конструктивные узлы отделены друг от друга по месту, что является преимуществом. При этом в предпочтительном усовершенствовании каналопровод может прокладываться на той стороне корпуса насоса, на которой находятся всасывающий и напорный патрубок.

Ниже изобретение поясняется подробнее на одном из примеров осуществления, изображенном на чертежах. Показано:

фиг.1: домовая станция водоснабжения, имеющая центробежный насос, в сильно упрощенном изображении в продольном сечении;

фиг.2: вид в перспективе части корпуса насоса внутри домовой станции водоснабжения;

фиг.3: часть корпуса насоса в соответствии с фиг.2 в продольном сечении;

фиг.4: на изображении в перспективе часть корпуса насоса в соответствии с фиг.3 с расположенными в ней ступенями насоса, и

фиг.5: ход нагнетаемых потоков внутри домовой станции водоснабжения при эксплуатации на изображении соответственно фиг.1.

Домовая станция 1 водоснабжения (домовая насосная станция) имеет корпус 2, в который интегрированы все конструктивные элементы домовой станции водоснабжения, и который имеет основание 3, которым домовая станция 1 водоснабжения стоит, например, на поверхности пола и при необходимости закреплена в ней, например, винтами.

Домовая станция 1 водоснабжения на левой на фиг.1 стороне своего корпуса имеет всасывающий патрубок 4, а также на расстоянии над ним напорный патрубок 5. Под всасывающим патрубком 4 предусмотрено закрываемое сливное отверстие 6.

Нижняя часть корпуса 2 заполняется многоступенчатым центробежным насосом 7 и приводящим его в движение электродвигателем 8, которые расположены лежа, то есть имеют при эксплуатации горизонтальный вал 9, в котором с одной стороны помещен ротор электродвигателя 8, а с другой стороны - центробежные рабочие колеса 10 центробежного насоса 7.

Четырехступенчатый в данном случае центробежный насос выполнен в первых трех ступенях замкнутым, то есть присоединяющийся к данному рабочему колесу направляющий аппарат окружен цилиндрической стенкой 11, образующей внутреннюю стенку кольцевого пространства 12, наружная стенка которого образуется корпусом насоса. Корпус насоса состоит по существу из двух половин корпуса, а именно горшкообразной части 13 корпуса, а также части 14 корпуса, образующей всасывающее отверстие насоса. Часть 14 корпуса выполнена в виде пластмассовой детали, полученной литьем под давлением, образует сторону домовой станции 1 водоснабжения, включающую в себя всасывающий патрубок 4 и напорный патрубок 5, и имеет канал 15, ведущий от кольцевого пространства 12 к напорному патрубку 5, в котором помещается обратный клапан 16, и который своим свободным концом оканчивается в верхней стороне корпуса 2, где он закрыт закрывающей заглушкой 17. Напорный патрубок 5 присоединяется к этому каналу 15 поперек в направлении течения за обратным клапаном 16. Со сдвигом на 180° к нему поперек предусмотрен патрубок 18, к которому присоединяется мембранная напорная емкость 19, образующая гидроаккумулятор домовой станции 1 водоснабжения. Мембранная напорная емкость 19 расположена над насосом 7, с задней стороны к ней присоединяется корпус 30 электроники, который расположен над электродвигателем 8, и в котором помещается вся электроника управления и регулирования домовой станции 1 водоснабжения.

При эксплуатации вода через всасывающий патрубок 4 попадает в часть 14 корпуса, то есть к всасывающему отверстию насоса 7, затем оттуда через отдельные ступени насоса до последнего рабочего колеса, откуда она с помощью описываемого ниже направляющего аппарата в основном нагнетаемом потоке 29 перенаправляется на 180° в кольцевое пространство 12, чтобы оттуда по вертикальному каналу 15 через обратный клапан 16 попадать к напорному патрубку 5, где она выходит из домовой станции 1 водоснабжения.

Для создания отдельного потока, который образует поток 30 охлаждающей жидкости для двигателя 8, последнее центробежное рабочее колесо 10 окружено направляющими лопатками 21 и 22. Направляющие лопатки 21 представляют собой обычные направляющие лопатки, которые расположены, радиально окружая центробежное рабочее колесо, и по исполнению и функции соответствуют обычным направляющим лопаткам. Однако направляющие лопатки 22, которые расположены со сдвигом на 180° (относительно оси вращения насоса), в осевом направлении продолжены до кольцевого пространства 12 внутрь него, они разделяют кольцевое пространство 12 на две части кольцевого пространства, а именно, нижнее отдельное кольцевое пространство 23 и верхнее отдельное кольцевое пространство 24. Эти направляющие лопатки 22, разделяющие кольцевое пространство 12, распространяются в осевом направлении от торцевой стенки 25 горшкообразной части 13 корпуса по наружной стенке вдоль приблизительно до конца части 13 корпуса, то есть туда, где она прифланцована к части 14 корпуса. Внутри направляющие лопатки 22 доходят до цилиндрической стенки 11, так что по меньшей мере в области цилиндрической стенки 11 кольцевое пространство 12 примерно горизонтально разделено направляющими лопатками 22. В области последнего рабочего колеса направляющие лопатки 22 выполнены во внутреннем направлении, как направляющие лопатки 21.

Благодаря этому разделению кольцевого пространства 12, по меньшей мере в области горшкообразной части 13 корпуса, при эксплуатации возникает различный уровень давления в отдельных кольцевых пространствах 23 и 24, при этом в нижнем отдельном кольцевом пространстве 23 действует более высокой давление, чем в верхнем отдельном кольцевом пространстве 24. Эти различия сравнительно малы, так как к расположенному на стороне всасывания концу кольцевого пространства 12 гидравлически присоединены отдельные кольцевые пространства 23 и 24.

Горшкообразная часть 13 корпуса имеет центральную выемку 26 для продевания и опирания вала 9. Окружая эту выемку 26, до по существу цилиндрической наружной стороны части 13 корпуса распространяется торцевая стенка 25. В этой торцевой стенке 25 в области, соосной с кольцевым пространством 12, в нижнем отдельном кольцевом пространстве 23, а также в верхнем отдельном кольцевом пространстве 24, находятся выемки 27, которые ведут к присоединяющемуся к ним кольцевому пространству 28, окружающему статор электродвигателя 8. Эти выемки 27 служат для того, чтобы заставить поток 30 охлаждающей жидкости, который создается за счет различных уровней давления в отдельных кольцевых пространствах 23 и 24, течь из нижнего отдельного кольцевого пространства в нижнюю часть кольцевого пространства 28, окружающего электродвигатель 8, оттуда вверх и через верхние выемки 27 в торцевой стенке 25 в верхнее отдельное кольцевое пространство 24, чтобы затем оттуда попадать в основной нагнетаемый поток. Этой разности давлений между нижним и верхним отдельным кольцевым пространством 23, 24, создаваемой направляющими лопатками 22, достаточно, чтобы создавать достаточный поток 30 охлаждающей жидкости через кольцевое пространство 28 и вместе с тем достаточное охлаждение электродвигателя 8.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Домовая станция водоснабжения

2 Корпус у 1

3 Основание

4 Всасывающий патрубок

5 Напорный патрубок

6 Сливное отверстие

7 Центробежный насос

8 Электродвигатель

9 Вал

10 Центробежные рабочие колеса

11 Цилиндрическая стенка

12 Кольцевое пространство

13 Горшкообразная часть корпуса насоса

14 Часть корпуса насоса

15 Канал

16 Обратный клапан

17 Закрывающая заглушка

18 Патрубок для мембранной напорной емкости

19 Мембранная напорная емкость

20 Корпус электроники

21 Нормальные направляющие лопатки

22 Разделяющие направляющие лопатки

23 Нижнее отдельное кольцевое пространство

24 Верхнее отдельное кольцевое пространство

25 Торцевая стенка

26 Центральная выемка

27 Выемки в торцевой стенке

28 Кольцевое пространство

29 Основной нагнетаемый поток

30 Поток охлаждающей жидкости

Домовая станция (1) водоснабжения имеет электродвигатель (8) и приводимый им в движение центробежный насос (7), который имеет по меньшей мере одно центробежное рабочее колесо (10), создающее основной нагнетаемый поток (29) через кольцевое пространство (12), а также поток (30) охлаждающей жидкости через пространство (28), окружающее двигатель (8). Это кольцевое пространство (12) разделяется двумя направляющими лопатками (22) на отдельные кольцевые пространства (23, 24), которые при эксплуатации имеют различные уровни давления. Каждое отдельное кольцевое пространство (23, 24) соединено с пространством (28), окружающим двигатель (8), через которое движется поток охлаждающей жидкости. Изобретение направлено на обеспечение достаточного охлаждения двигателя без направления основного нагнетаемого потока вдоль двигателя. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Центробежный насосный агрегат, в частности, в виде части домовой станции (1) водоснабжения, имеющий электродвигатель (8) и приводимый им в движение одно- или многоступенчатый центробежный насос (7), который имеет по меньшей мере одно центробежное рабочее колесо (10), создающее основной нагнетаемый поток (29) через окружающее указанную по меньшей мере одну ступень насоса кольцевое пространство (12), а также нагнетаемый поток (30) охлаждающей жидкости через окружающее двигатель (8) пространство (28), причем это кольцевое пространство (12) разделено по меньшей мере двумя направляющими лопатками (22) на отдельные кольцевые пространства (23, 24), которые при эксплуатации имеют различный уровень давления, и каждое отдельное кольцевое пространство (23, 24) соединено с окружающим двигатель (8) пространством (28) проточным соединением.

2. Центробежный насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что предпочтительно диаметрально расположенные в кольцевом пространстве (12) направляющие лопатки (22) образуют часть последней ступени насоса или расположены после нее.

3. Центробежный насосный агрегат по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевое пространство (12) по меньшей мере частично ограничено корпусом (13) насоса.

4. Центробежный насосный агрегат по п.3, отличающийся тем, что центробежный насос (7) выполнен многоступенчатым, последняя ступень насоса образована центробежным рабочим колесом (19) с окружающими направляющими лопатками (21, 22) в корпусе (13, 14) насоса, и первая, и при необходимости другие ступени насоса расположены внутри цилиндрической оболочки (11), которая ограничивает кольцевое пространство (12) насоса (7) изнутри и которая по меньшей мере на отдельных участках разделена направляющими лопатками (22) в осевом направлении.

5. Центробежный насосный агрегат по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что направляющие лопатки (22) распространяются в направлении оси вращения центробежного рабочего колеса (10) или в направлении, параллельном ему.

6. Центробежный насосный агрегат по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что направляющие лопатки (22) распространяются в область между центробежным рабочим колесом (10) и торцевой стенкой (25), предпочтительно ограничивающей корпус (13, 14) насоса.

7. Центробежный насосный агрегат по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что проточные соединения с окружающим двигатель (8) пространством (28) образованы выемками (27) в торцевой стенке (25) корпуса (13, 14) насоса.

8. Центробежный насосный агрегат по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что направляющие лопатки (22) распространяются радиально вдоль торцевой стенки (25) корпуса (13, 14) насоса, а также в осевом направлении вдоль ограничивающей кольцевое пространство (12) снаружи наружной стенки, в частности, корпуса (13, 14) насоса.

9. Центробежный насосный агрегат по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что насос (7) представляет собой радиальный или радиально-осевой центробежный насос.

10. Центробежный насосный агрегат по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что насос (7) предназначен для эксплуатации с горизонтально расположений осью вращения, и что направляющие лопатки (22), разделяющие кольцевое пространство (12) насоса (7), распространяются по существу в горизонтальной плоскости, в которой также лежит эта ось вращения.

11. Центробежный насосный агрегат по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что двигатель (8) и насос (7) имеют один общий вал (9), и кольцевое пространство (12) насоса расположено соосно окружающему двигатель (8) пространству (28), предпочтительно кольцевому пространству (12).

12. Домовая станция водоснабжения, имеющая центробежный насосный агрегат по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что предусмотрены всасывающий патрубок (4) и напорный патрубок (5), расположенные предпочтительно друг над другом на одной торцевой стороне окружающего корпуса (2).

13. Домовая станция водоснабжения по п.12, отличающаяся тем, что в окружающем корпусе (2) насос (7) и двигатель (8) расположены внизу, мембранная напорная емкость (19) и электроника двигателя - над ними и вверху.