Насос и способ перекачки газожидкостных смесей Советский патент 1993 года по МПК F04D7/04 F04D9/02 F04D31/00 

Фиг. 7

Изобретение относится к насосам и способам отделения газа отсасыванием из нагнетаемой жидкости, в частности к устройствам газовыпускной системы насоса, который используется для нагнетания жидкости, содержащей газовую фазу. Насос по настоящему изобретению предназначен, в частности, для прокачивания волокнистых суспензий, которые используются в целлюлозной и бумажной промышленности.

Известно, что нагнетание жидкостей, содержащих газы в большом количестве, нельзя производить эффективно без газовыпускной системы, поскольку газы, концентрирующиеся вокруг оси ротора насоса, образуют газовую полость, размеры которой возрастают и которая стремится закупорить вход в насос. В результате резко падает производительность насоса, появляются вибрации оборудования, также может прекратиться работа установки вообще. Эта проблема была выявлена, например, в центробежных насосах.

Эти проблемы пытались решить различными способами путем выпуска газа из полости. В оборудовании, которое известно и используется в настоящее время, удаление газов осуществляется либо пропусканием через трубу, расположенную в середине впускного отверстия и проходящую к втулке крыльчатки, либо путем использования крыльчатки, имеющей одно или несколько отверстий, через которые газ отводится на заданную сторону крыльчатки и далее из насоса.

Все указанные выше средства работают удовлетворительно, если жидкость чистая. Проблемы возникают, когда жидкости содержат посторонние вещества, такие как волокна, нити и т.п. В этом случае такие загрязняющие вещества стремятся запуко- рить газовыпускные каналы, открытое состояние которых является необходимым условием правильной работы насоса.

Известны различные устройства, с помощью которых были сделаны попытки исключить или свести к минимуму указанные недостатки или опасность для работы, связанные с присутствием загрязнений. Простейшее устройство представляет собой газовыпускной канал, ширина которого настолько велика, что забивание его не происходит. Другие способы включают, например, использование устройств с различными типами лопаток или лопаточных роторов, расположенных на задней стенке крыльчатки. Наиболее часто используется способ, в котором задняя стенка крыльчатки имеет радиальные лопатки, предназначенные для нагнетания жидкости вместе с

веществами, ее загрязняющими, причем эта жидкость проходит вместе с газом через газовыпускные отверстия в крыльчатке до периферии крыльчатки, а также через зазор обратно в поток жидкости. В некоторых случаях устройство аналогичного типа расположено на задней стенке крыльчатки, оно представляет собой лопаточный ротор, установленный на валу крыльчатки. Упомяну0 тый лопаточный ротор вращается в своей собственной камере, предназначенной для отделения жидкости, которая проходит вместе с газовой фазой, тем самым жидкость отводится на периферию камеры, газ выво5 дится внутрь, а жидкость с загрязняющими веществами выводится по отдельному каналу либо на вход, либо на выход насоса.

Все устройства, описанные выше, работают удовлетворительно, если количество

0 загрязняющих веществ, переносимых жидкостью, ограничено. Также можно отрегулировать настоящие устройства, чтобы они работали относительно удовлетворительно, когда в жидкости содержится большое коли5 чество твердых частиц, например, волокнистой суспензии, как это имеет место в целлюлозной промышленности. Однако, в этом случае должно быть обеспечено надлежащее функционирование газовыпускного

0 отверстия, поскольку наиболее существенно, чтобы волокнистые вещества не попадали в газовый канал. Поэтому волокнистая суспензия, содержащая газ, должна направляться обратно в перекачиваемый поток.

5 С другой стороны, известно, что газ, содержащийся в волокнистой суспензии, является вредным включением в процессе приготовления бумажной массы, он по возможности должен быть удален, Следова0 тельно, не следует подавать газ. который содержит в уже отделенном потоке, обратно в систему циркуляции бумажной массы. Также будут потери бумажной массы, если вся масса, которая движется вместе с газом,

5 будет отделена от потока циркулирующей массы и выведена из насоса в виде вторичного потока,

Целью изобретения является повышение надежности при перекачивании газожидкост0 ных смесей с большим содержанием твердой фазы путем исключения забивания последней тракта отвода газа.

. Устройство по настоящему изобретению отличается тем, что газовыпускной канал от

5 передней стороны крыльчатки к газовыпускному патрубку снабжен одной или несколькими фильтрующими поверхностями для отделения газа от нагнетаемой жидкости.

Способ по настоящему изобретению отличается тем, что при прокачивании жидкости поток отделяемого газа и других веществ, перемещаемых жидкостью, направляют в процесс разделения, в котором твердые частицы отделяют от упомянутого потока, благодаря чему можно отдельно выпускать газ.

Преимущества центробежного насоса по настоящему изобретению по сравнению с существующими устройствами следующие: более эффективно выпускается газ, поскольку жидкость, содержащую газ, нет необходимости возвращать в основную циркуляцию; при нагнетании волокнистых суспензий исключается опасность забивания газовыпускного канала, а также направления волокнистой суспензии в сточные воды; исключается опасность того, что давление нагнетаемого вещества будет направлять загрязнения в газовыпускные каналы, когда насос не работает, что обычно происходит с оборудованием, в котором исполь- зуются обычные газовыпускные устройства.

На фиг. 1 представлена конструкция центробежного насоса с защитными экранами; на фиг. 2 - выполнение экрана с радиальными канавками; на фиг. 3 - выполнение экрана с кольцевыми канавками; на фиг. 4 - насос с экраном, расположенным концент- рично валу; на фиг. 5 - насос с экраном, расположенным перед ротором; на фиг. 6 - насос с экранами, закрепленными на кром- ках лопаток; на фиг. 7 - насос с неподвижным экраном перед ротором; на фиг. 8 - насос с вакуумным насосом; на фиг. 1 показан обычный центробежный насос, содержащий корпус 1 с подводом 2 и отводом 3, элемент 4 и вал 5 с ротором 6. Вал 5 установлен в подшипниках 7 на элементе 4, который также снабжен каналом 8, 9 отвода газа. Канал подсоединен к ротору 6, в диске которого выполнены газоотводящие отвер- стия 10, предназначенные для направления газа от передней стороны диска ротора 6 к задней его стороне в полость 11. Задняя поверхность диска ротора 6 имеет дополнительные лопатки 12, которые, как правило, направлены радиально, но они также могут быть криволинейными или проходить в плоскостях, не пересекающихся с валом 5. как это будет показано ниже.

Как видно на фиг. 1 имеется защитный экран 13, расположенный между газоотводящим каналом 8 и полостью 11, этот экран образован пластиной, которая имеет небольшие отверстия или щели и которая предназначена для предотвращения попадания в газоотво- дящий канал 8 посторонних материалов, содержащихся в нагнетаемой жидкости. Когда центробежный насос используется для нагнетания целлюлозных суспензий в целлюлозной промышленности, то диаметр

перфорации или ширина щелей в экранирующей пластине должны быть очень малыми. Проведенные опыты показали, что указанные размеры должны составлять приблизительно 0,2 мм для того, чтобы предотвратить проникновение волокон в суспензии в экранную пластину. Однако, в такой конструкции лопатки 12 ротора 6, помимо основной задачи, связанной с нагнетанием, как это описано применительно к известному оборудованию, также предназначены для решения другой задачи, а именно, очищения защитного экрана 13. Когда зазор между лопатками 12 и экраном 13 достаточно мал, например, около 1 мм, то лопатки очищают его поверхность, делая перфорацию чистой. В частности, лопатки 12 создают такое мощное завихрение вблизи поверхности пласти- ны, которое вообще препятствует прилипанию волокон к перфорации экрана.

Упомянутую турбулентность и очистку экрана 13 можно также интенсифицировать с помощью выполнения экранов 20, 30, как это показано на фиг. 2 и 3, В этих устройствах перфорации 21 и 31 расположены в донных частях канавок 22 и 32, выполненных в экране. На фиг. 2 показано, что канавки 22 проходят в радиальном направлений или они отклоняются от радиального направления на небольшой угол. В таком случае дополнительные лопатки 12 ротора 6 могут соответственно проходить в радиальном направлении или немного отклоняться 6т эт6г6 направления. Однако, нет необходимости обеспечивать направление лопаток по канавкам 22.

На фиг. 3 показано, что перфорация 31 экрана 30 выполнена в донной части канавок 32, также как в предыдущем варианте. Однако канавки 32 кольцевые, которые легко выполнить проточкой на токарном станке. Канавки также могут быть спиральными. В таких случаях необходимо использовать другой ротор 6. В частности, лопатки 12 ротора б должны проходить в направлении, отличном от радиального, поскольку в противном случае заданные пульсации давления не будут генерироваться для очистки канавок и перфорации. Преимущественно лопатки 12 закругленные, что позволяет отбрасывать жидкость, попадающую в полость 11, энергетично на периферию. Тем самым эти лопатки создают пульсации давления, которые отделяют волокна, имеющиеся в жидкости, от перфораций 31 в канавках 32. В некоторых случаях рекомендуется использовать керамический экран который закрывает отверстия 10 в роторе 6 В таком варианте облегчается выпуск газг через поры в поверхности, при этом твер

дые частицы не могут проникнуть сквозь нее.

Еще один вариант отличается тем, чт5 поверхность экрана, устроена таким образом, что она прямо заменяет перфорацию в крыльчатке. В таком случае очевидно, что такая перфорация должна быть достаточно малого диаметра, преимущественно менее 0,5 мм, а в некоторых случаях требуется выполнять такие отверстия диаметром 0,2 мм и даже меньше.

На фиг.4 представлен вариант с экраном 40, который расположен внутри лопаток 12 ротора 6. В данном случае экран 40 выполнен цилиндрическим, в котором могут быть канавки, либо аксиальные, либо спиральные. Предпочтительно, чтобы экран был расположен настолько близок к кромкам лопаток 12, находящимся ближе к валу, чтобы упомянутые лопатки 12 поддерживали чистым экран 40.. Из полости между защит- ным экраном 40 и валом газ направляется в газовыпускной канал 8 также как в предыдущем варианте.

На фиг. 5 представлен вариант, в котором выпуск газа осуществляется не через диск ротора 6, а перед ним. Как известно, газовый пузырь образуется в насосе перед крыльчаткой в центральной части входа в ротор, поэтому желательно отводить газ до того, как пузырь станет слишком большим и достигнет лопаток ротора. В устройстве по настоящему изобретению перед ротором вокруг вала расположен элемент 50, он изготовлен сгибанием защитной пластины в цилиндр, один торец которого закрыт либо заглушкой, либо экраном 51. В варианте, показанном на фиг. 5, элемент 50 прикреплен одним концом к валу 55, внутри которого имеется сверление 52 для направления газа в выпускной канал 8. Также имеются другие варианты выпуска газа из элемента 50. Например, осевая труба может проходить от торца 51 элемента 50 в противоположном направлении, что конструктивно сложнее, но возможно. Кроме этого, на фиг. 5 показан сжижающий ротор 53, расположенный в подводе 2. Входные кромки лопа- тбк этого ротора располагаются настолько близко к защитной поверхности элемента 50, что поддерживается чистота этой поверхности, особенно если сторона элемента 50, противоположная валу, установлена без возможности вращения или она вращается вместе с остальными элементами устройства, расположенными на передней стороне насоса. Чистоту можно еще улучшить путем создания на защитной поверхности элемента 50 осевых или спиральных канавок 54, назначение которых совместно с лопатками

ротора 53 состоит в генерировании пульсаций, которые препятствуют прилипанию твердых частиц, переносимых жидкостью, к перфорации в защитной поверхности. Эк- ран может быть расположен на неподвижном элементе (как показано на фиг. 7) перед псевдоожижающим ротором, благодаря чему имеет место разница скоростей между экраном и псевдоожижающим ротором. Ци0 линдрический элемент 71 установлен перед ротором 6 таким образом, что кран 74 обращен к концу вала. Элемент 71 можно соединять коническим элементом 73 с полой трубой 72, которая подсоединена в соответ5 ствующем месте к емкости для пульпы или к вакуумному насосу. Цилиндрический экран можно крепить к окружающей конструкции с помощью трубы 72.

За счет воздействия псевдоожижающе0 го ротора 53 имеет место очень интенсивная турбулентность во входном отверстии насоса, причем созданная турбулентность за счёт разницы составляющих силы будет препятствовать прилипанию волокон к по5 верхности экрана.

Защитные экраны могут также размещаться в других местах. Например, можно экраны 61, как показано на фиг. 6, крепить к кромкам лопаток 12.

0 Защитный экран 40 можно также установить на тех кромках лопаток 12, которые находятся ближе к валу 5, причем упомянутый защитный экран может иметь форму аксиального цилиндра или его части. В этих

5 случаях защитную поверхность нельзя протирать непосредственно механическими элементами; здесь следует использовать элементы, создающие пульсации, расположенные в корпусе насоса, причем два или

0 три таких элемента 63 расположены с равными интервалами в части корпуса, ближайшей к экрану 61 и выполнены в виде гребней. Эти турбулизирующие элементы направляют мощные пульсации давления

5 на защитный экран. Эти пульсационные силы перемещают сухие вещества, возможно попавшие в перфорации экрана, обратно в полость между лопатками 12, откуда лопатки возвращают это вещество обратно в цир0 куляцию жидкости.

Как следует из приведенного описания, а помощью насоса по настоящему изобретению можно исключить недостатки, присущие известным конструкциям насосов.

5 Основная идея состоит в том, что удаление газа происходит через защитный экран, который препятствует проникновению твердых частиц, переносимых перекачиваемой жидкостью, в газовыпускной канал или даже в полость, из которой газ поступает в этот

канал. Во всех известных устройствах используется перфорация с отверстиями настолько большого диаметра, что твердые частицы могут свободно проходить через них. Особенно при прокачивании суспензий с высоким содержанием волокон забивание газовыпускного канала представляет серьезную проблему, поскольку закупоривающая масса представляет собой большой ком из волокна.

По этой причине необходимо использовать отдельный вакуумный насос 19 (см. фиг. 8), с помощью которого выводится газ из газовыпускной системы. В этом случае, если газовыпускные тракты забиваются, то можно их прочистить, отсоединив трубы, соединяющие вакуумный насос с газовыпускными трактами, а затем прочистить канал. Соединение вакуумного насоса с главным насосом невозможно, поскольку твердые частицы, переносимые газом, будут повреждать или забивать вакуумный насос при длительной работе. В обоих случаях необходимо проводить сложные работы, связанные с демонтажем всего насоса. В некоторых эксплуатационных случаях также возможно забивание центробежного насоса, т.е. он заполняется суспензией высокой концентрации, при этом насос должен эксплуатироваться с разбавлением, но вакуум- ный насос нельзя использовать для разбавления, даже если разбавляющую среду направлять в него, Хотя центробежный насос проворачивается, тем не менее его следует разобрать. Если вакуумный насос установлен на валу центробежного насоса, то демонтировать насос труднее. Таким образом, отдельный вакуумный насос с собственным приводом приводит к увеличению стоимости оборудования, что является од- ним из препятствий расширения использования центробежного насоса, например, для перекачивания бумажной пульпы. Однако настоящее изобретение облегчает подсоединение вакуумного насоса 19 прямо на вал центробежного насоса без использования отдельного привода, поскольку твердые частицы не могут попасть в вакуумный насос вместе с газом.

Следует отметить, что выше приведено описание только нескольких предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения, причем объем защиты не ограничивается этими вариантами, а определяется формулой изобретения. Все виды поверхностей с отверстиями, щелями, порами или другой эквивалентной перфорацией применимы к настоящему изобретению. Также можно использовать экран с повышенной перфорированностью в виде тонкого фетрового волокнистого мата, который препятствует проникновению твердых частиц в газовыпускной тракт. В таком случае толщина волокнистого мата может меняться, например, с помощью механического элемента, который выскребывает лишний материал с мата до заданного размера. Следовательно, под термином защитный экран следует понимать значение не в узком смысле, а устройство, которое охватывает множество различных вариантов устройства. Главная цель экрана состоит в отделении грубого материала из нагнетаемой жидкости, благодаря чему твердые частицы, содержащиеся в этой жидкости, а также их свойства определяют тип и конкретную конструкцию экрана. Кроме этого, способ и устройство по настоящему изобретению относятся ко всем насосам и аналогичным устройствам, в которых газ должен отделяться в процессе проведения технологического процесса.

Формула изобретение

1. Насос, содержащий корпус с подводом и отводом, устанйвленный на нем на валу ротор, включающий ведущий диск и рабочие лопатки, и канал отвода газа, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения надежности при перекачивании газожидкостных смесей с большим содержанием твердой фазы путем исключения забивания последней канала отвода газа, насос снабжена одним или несколькими защитными экранами с перфорацией для отделения твердой фазы, расположенными в канал отвода газа.

2. Насос поп. 1,отличающийся тем, что, в ведущем диске выполнены газо- отводящие отверстия.

3. Насос по п. 2, отличающийся тем, что защитный экран образован газоот- водящими отверстиями.

4. Насос по п. 2, отличающийся тем, что защитный экран закреплен на корпусе и расположен с тыльной стороны ведущего диска.

5. Насос по п. 4, отличающийся тем, что защитный экран расположен аксиально между корпусом и ведущим диском.

6. Насос по п. 2, отличающийся тем, что ведущий диск с тыльной стороны снабжен дополнительными лопатками.

7. Насос по п. 6, отличающийся тем, что кромки дополнительных лопаток расположены напротив защитных экранов.

8. Насос по п. 7, отличающийся тем, что на сторонах защитных экранов, обращенных к дополнительным лопаткам, выполнены канавки и перфорация по крайней мере частично расположена в канавках.

9 Насос по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен элементом, расположенным в подводе насоса, при этом часть канала отвода газа выполнена в элементе, а защитный экран установлен на последнем,

10. Насос по п. 8 отличающийся тем, что рабочие лопатки выполнены вытянутыми в подвод, а защитный экран элемента расположен внутри рабочих лопаток с зазором относительно последних.

11. Насос поп. 6, отличающийся тем, что защитный экран закреплен на дополнительных лопатках по их радиальным или ближайшим к валу осевым торцам.

12. Насос по п. 11,отличающийся тем, что корпус снабжен турбулизирующими элементами, расположенными напротив защитного экрана.

13. Насос по п. 1.отличающийся тем, что он снабжен вакуум-насосом, за- крепленным на том же валу, что и ротор, и расположенным в канале отвода газа за защитным экраном.

14. Насос по п. 1,отличающийся тем, что защитный экран расположен на по- верхности вала, при этом часть канала отвода газа выполнена в валу.

15. Способ перекачки газожидкостных смесей, заключающийся в том, что газ отделяют от жидкости и отводят из основного потока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при перекачке смеси с большим содержанием твердой фазы, последнюю отделяют от отводимого в основной поток.

Изобретение предназначено для повышения надежности насосов при перекачивании ими газожидкостных смесей с большим содержанием твердой фазы. Это достигается тем, что насос снабжается одним .или несколькими защитными экранами (Э) с перфорацией для отделения твердой фазы, расположенным в тракте отвода газа. Газ из центральной части ротора 6 через отверстия 10 попадает в полость 11 и на лопатки 12, которые осуществляют дополнительную сепарацию газа и очищают Э 13 за счет турбу- лизации потока у поверхности Э 13. В соответствии со способом, реализуемым в насосе, твердую фазу отделяют от удаляемого газа, а отделенную твердую фазу с помощью лопаток 12 возвращают в основной поток. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 8 ил.

Фиг.7