Способ перекачивания жидкости и центробежный насос для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F04D29/66 F04D9/00 

Изобретение относится к перемещению жидкости способом необъемного вытеснения и насосостроению, в частности к конструкциям центробежных насосов.

Известен способ перемещения жидкости необъемным вытеснением динамического действия. В результате вращения рабочего органа (колеса) внутри корпуса кинетическая энергия от колеса передается перемещаемой жидкости.

Устройством, осуществляющим известный способ перемещения жидкости, является центробежный насос. Центробежные насосы в общем виде состоят из корпуса, вращающегося вала с установленным на нем в полости корпуса колесом с лопастями, привода, всасывающего и нагнетательного патрубков.

Известно, что некоторые жидкости, в частности вода, содержат в себе растворенные газы, например составные части воздуха. При разрежении, образуемом во всасывающей линии, растворимость газов снижается и они в виде пузырей скапливаются в насосе, в зоне пониженного давления у основания лопастей рабочего колеса. При разрежении возрастает количество паров перекачиваемой жидкости, увеличивающих объем газовых пузырей. Схлопывание парогазовых пузырей в зоне нагнетания - процесс кавитации - снижает долговечность насосов.

Для деаэрации воды применяется упреждающее вакуумирование жидкости в линии всасывания. Известна насосная установка, имеющая на всасывающей линии промежуточную емкость, верхняя часть коVI

00

чэ VJ

сх

00

торой вакуумируется. Вакуумирование в линии всасывания не избавляет от образования паровых пузырей в корпусе в зоне всасывания самого насоса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению решением является способ перекачки жидкости, реализованный в известном устройстве. Перекачка жидкости осуществляется посредством насоса, необъемного вытеснения, включающего всасывание и нагнетание жидкости путем пропуска последней через вращающийся орган к месту назначения и деаэрацию жидкости перед нагнетанием за счет подключения зоны низкого давления насоса к линии вакуумирования. Устройство для осуществления способа перекачки содержит кольцевой канал, образованный между валом рабочего колеса со стороны входа жидкости к лопастям рабочего колеса и специальной втулкой, охватывающей вал, с зазором. Удаление парогазовых пузырей из зоны низкого давления производится через кольцевой канал путем всасывания пузырей вместе с частью жидкости и пропуска их через дополнительный вращающийся орган.

К недостаткам способа перекачки, используемого в предлагаемом устройстве, относится снижение КПД насоса по количеству жидкости, перекачиваемой к месту назначения. При этом, в зависимости от условий всасывания, в частности от увеличения высоты всасывания, полезная производительность насоса снижается.

Известен центробежный насос, содержащий KOprtyc с установленным в нем на полом валу с радиальными каналами рабочим колесом с полостями, вертикально расположенный трубопровод, сообщающийся через полость вала с зоной низкого давления насоса, а также разделительную емкость, сообщенную с верхним концом трубопровода, и линию вакуумирования.

Цель изобретения - повышение высоты всасывания насосов, исключение срывов их работы при граничных значениях высоты всасывания без существенного влияния на производительность. Поставленная цель достигается следующим образом. Жидкость деаэрируетСя с удалением парогазовых пузырей непосредственно в полости корпуса насоса между операциями всасывания и нагнетания, вакуумированием всасывающей полости насоса в зоне основания лопастей рабочего колеса, и зона низкого давления насоса подключается к линии вакуумирования через вертикальный трубопровод, имеющий высоту, превышающую высоту гидростатического подъема жидкости. Центробежный насос содержит корпус и установленное в нем на полом валу с радиальными каналами рабочее колесо с лопастями, вертикально расположенный трубопровод,

сообщенный через полость вала с зоной низкого давления насоса, разделительную емкость, соединенную с верхним концом трубопровода, и линию вакуумирования, снабженную торцовым уплотнением, герметизирующим место соединения вертикального трубопровода с полостью вала. Радиальные каналы, связывающие полость вала с зоной низкого давления в корпусе насоса, выполнены у основания лопастей.

Вертикальный трубопровод имеет высоту, превышающую 10 м, и подключен к разделительной емкости верхним концом тангенциально и сообщен с полостью вала со стороны торца последнего через торцовое

уплотнение. Линия вакуумирования подключена к верхней части разделительной емкости.

Из растворенного воздуха и образовавшихся вследствие разрежения паров жидкости в зоне пониженного давления у основания лопастей рабочего колеса формируется парогазовый пузырь. При достаточно большой кинетической энергии

движущегося потока жидкости, что наблюдается при оптимальных высотах всасывания,наступает равновесие, характеризующееся равенством поступающих газов и паров и уносимых потоком жидкости. При увеличении высоты всасывания происходит увеличение затрат энергии на подъем жидкости, уменьшается ее доля на кинетическую энергию. В связи с ростом разрежения в полости насоса возрастает количество образовывающихся паров. Нарушается равновесие в зоне парогазового пузыря, последний начинает расти, заполняя полость корпуса насоса, р определенный момент наступает срыв насоса, т.е.

прекращение движения жидкости от всасывающего к нагнетательному патрубку, Вакуумированием зоны пониженного давления производится удаление парогазовой фазы, при этом производительность вакуумнасоса

должна быть не ниже максимально возможного количества паров и воздуха, способного образовываться в зоне пониженного давления в единицу времени для данной марки насоса. Таким образом, вакуумирование зоны пониженного давления - операция, производимая между всасыванием и нагнетанием, обеспечивает стабильность работы при колебаниях высоты всасывания, а также способствует повышению предель- ных ее значений для центробежных насосов большой производительности (насосная станция подъема систем водопотребле- ния).

Колебания высоты всасывания, наблюдающиеся при годичных циклах изменения уровней воды в естественных водоемах, не будут существен но сказываться на производительности каждого насоса. Жидкость из полости корпуса насоса также поступает по каналам в полость вала. Для предотвраще- ния попаданйя её в вакуумную линию служит вертикальный трубопровод. Он позволяет создать гидростатический столб жидкости, компенсирующий величину разрежения, создаваемого в линии вакуумиро- вания, которая не может превышать 10 м вод.ст.

Наличие вертикального трубопровода, имеющего высоту, превышающую высоту гидростатического подъема жидкости, иск- лючает непроизводительный расход жидкости, что существенно не снижает полезной производительности насоса.

Удаляемая парогазовая фаза пробуль- кивает через столб жидкости к вакуумнасо- су, Разделительная емкость позволяет отделить жидкость, уносимую парогазовой фазой в виде капель.

Устройство работает следующим образом.

Водозаборные системы 1 подъема оборудуются насосными станциями, размещаемыми выше уровня воды. При годичных колебаниях уровня воды в водоемах, в частности в реках, высота всасывания насосов является переменной величиной. В осенне- зимний период при сокращении стока, особенно на мелеющих реках, например на реке Томь, возникают режимы работы насосов, граничащие со срывами, вынуждающие для повышения напорности снижать производительность единицы насоса, а для удовлетворения потребления включать резервные, увеличивая тем самым энергопотребление, и насосы при этом работают в режимах, близких к кавитационным. Причина данного явления - увеличение количества паров, образующихся при повышении разрежения.

Выполнив в валу рабочего колеса по- лость, соединенную каналами с зоной пониженного давления в корпусе насоса - у основания лопастей рабочего колеса - и линией вакуумирования через вертикальный трубопровод и разделительную емкость, со- единенную полостью вала с установкой торцового уплотнения, герметизирующего место соединения вертикального трубопровода с полостью вала, создавая в ней разрежение, удаляют парогазовую фазу. Это позволяет не снижать существенно производительность единичного насоса, обеспечивая его работоспособность при высотах всасывания 5-7 м.

На чертеже показана схема обвязки центробежного насоса двустороннего действия и его конструкция.

Насос 1 состоит из корпуса 2 рабочего колеса 3, установленного на валу 4. Насос имеет привод 5. В валу выполнен полостной канал 6, связанный отверстиями 7 с внутренней полостью корпуса насоса. В торце вала с противоположной приводу стороны через торцовое уплотнение 8 установлен вертикальный трубопровод 9. В верхней части корпуса насоса имеется штуцер 10 верхнего выпуска, Системы всасывания 11 и нагнетания 12 выполнены по конструкции аналогично действующим насосным станциям 1 подъема.,

Система вакуумирования и запуска насоса способом заливки вакуумирователя состоит из трубопровода 13, связанного со штуцером 10, клапана 14, разделительной емкости 15 и вакуумнасоса 16. Вертикальный трубопровод 19, длина которого не менее 10 м, подсоединен к разделительной емкости потенциально. Последняя выполнена в виде циклона с нижним спускником 17.

Насосная установка работает следующим образом.

Для заливки насоса включается ваку- умнасос 16, которым через штуцер 10, полостной канал 6, отверстия 7 в корпусе 2 насоса 1 создается разрежение, за счет которого заполняется система всасывания 11 и сам насос. При заполнении последнего автоматически включается привод 5 и воздействием напора закрывается клапан 14 на трубопроводе 13. Насос подает воду в систему нагнетания. Отсос образовывающихся газов и паров через полостн ой канал 6 проводится в течение всего времени работы. При одновременной работе нескольких насос Отсос проводится из всех насосов.

Предлагаемое техническое решение позволяет стабилизировать работу насосов без существенного изменения их производительности при годовых циклах изменения уровня воды, а также повысить высоту всасывания действующих насосов, уменьшить потребление электроэнергии и обеспечить бесперебойную подачу воды в системах во- допотребления.

Формула изобретения

1. Способ перекачивания жидкости, включающий всасывание и нагнетание жидкости путем пропуска ее через вращающийся орган к месту назначения и деаэрацию жидкости перед нагнетанием путем подключения зоны низкого давления насоса к линии вакуумирования, отличающий- с я тем, что, с целью повышения высоты всасывания насоса и исключения срыва работы при граничных значениях высоты всасывания без существенного влияния на производительность, зону низкого давления насоса подключают к линии вакуумирования через вертикальный трубопровод, имеющий высоту, большую высоты гидростатического подъема жидкости.

2. Центробежный насос, содержащий корпус, установленное в нем на полом валу с радиальными каналами рабочее колесо с лопастями, вертикально расположенный трубопровод, сообщенный через полость вала с зоной низкого давления насоса, разделительную емкость, сообщенную с верхним концом трубопровода, и линию вакуумирования, отличающийся тем, что он снабжен торцевым уплотнением, радиальные каналы выполнены у основания лопастей, трубопровод подключен к разделительной емкости тангенциально, сообщен с полостью вала со стороны торца последнего через торцевое уплотнение и имеет высоту, превышающую 10 м, а линия вакуумирования подключена к верхней части разделительной емкости.

Сущность изобретения: всасывают и нагнетают жидкость путем пропуска ее через вращающийся орган к месту назначения. Жидкость перед нагнетанием деаэрируют за счет подключения зоны низкого давления к линии вакуумирования через вертикальный трубопровод, имеющий высоту больше высоты гидростатического подъема жидкости. Для осуществления этого способа используют центробежный насос. В корпусе установлено на полом валу с радиальными каналами рабочее колесо с лопастями. Вертикально расположенный трубопровод сообщен через полость вала с зоной низкого давления, Разделительная емкость сообщена с верхним концом трубопровода. Радиальные каналы выполнены у основания лопастей. Трубопровод подключен к емкости тангенциально, сообщен с полостью вала со стороны торца вала через торцовое уплотнение и имеет высоту, превышающую 10 м. Линия вакуумирования подключена к верхней части емкости. 2 с.п. ф-лы. 1 ил. со с