Центробежный насос для флюидизации среды до высокого содержания волокнистой суспензии Советский патент 1993 года по МПК F04D7/04 

Изобретение касается центробежного насоса, более конкретно центробежных насосов для флюидизации, которые обычно используются для нагнетания среды до высокого содержания волокнистых суспензий, таких как суспензии тонко измельченных целлюлозных волокон, т.е. бумажной массы.

Цель изобретения - создание центробежного насоса для среды с суспензией высокой консистенции, в котором реверсивный или обратный поток суспензии во входном канале по существу установлен. Особой целью изобретения является создание такого насоса, в котором производительность насоса значительно повышена без чрезмерной модификации основной структуры насоса.

На фиг. 1 - поперечное сечение первого варианта реализации центробежного насоса для флюидизации, выполненного в соответствии с изобретением; на фиг. 2 - то же, второй вариант реализации центробежного насоса для флюидизации согласно изобретению; на фиг. 3 - то же третий вариант реализации центробежного насоса для флюидизации согласно изобретению.

Изобретение направлено на усовершенствование центробежных насосов, которые обычно используются для перекачки среды до высокого содержания волокнистых суспензий, например мелко измельченный целлюлозный волокнистый материал в суспензионном состоянии, т.е. бумажной массы. Такие суспензии типично имеют консистенцию или концентрацию массы примерно от 6 до 20%. Усовершенствованный насос согласно изобретению обеспечивает заметное увеличение производительности обычно известных насосов

(Л

С

оэ

СА) О

СО

GJ

для флюидизации этого типа. Таким образом, увеличение порядка 20% и выше .объема перекачиваемой суспензии легко достижимо согласно изобретению. Изобретение обеспечивает модификацию известных вообще центробежных насосов для флюидизации, в результате чего благодаря такой модификации образующаяся в ходе флюидизации волокнистой суспензии суспензия на входе насоса подвергается воздействию аксиально направленных сил, которые облегчают поток суспензии в и через корпус или кожух насоса. Усовершенствованные центробежные насосы согласно изобретению образуют совпадающие флю- идизацию и аксиальную подачу суспензии во входной канал насоса и соответственно к рабочим лопастям и выходному каналу насоса.

Модификация может применяться к рабочему колесу насоса или к стационарной поверхности корпуса насоса, или же к рабочему колесу и корпусу насоса и/или к другим элементам или частям центробежного насоса. 8 особых предпочитаемых вариантах реализации изобретения, которые теперь рассматриваются, модификация выражается в виде одной или больше спиралей или резьбообразных поверхностей, которые могут быть стационарно установленными относительно обычно вращающегося рабочего колеса и/или расположенными для возможности вращения с рабочим колесом в течение нормальной работы насоса. В любом случае эти спиральные или резьбооб- разные поверхности функционируют по типу шнековых конвейеров, которые совместно с сопутствующей флюидизацией волокнистой суспензии эффективно предотвращают образование флюкулированных осадков и по существу устраняют реверсивный или обратный поток, который является присущей характеристикой предшествующих центробежных насосов, когда суспензия в рабочем порядке перекачивается через корпус насоса.

Вариант реализации центробежного насоса 10 для флюидизации. выполненный 8 соответствии с принципами изобретения, изображен на фиг. 1, В этом первом описываемом варианте реализации усовершенствование применяется целиком к рабочему колесу насоса, здесь обозначенного под цифровой позицией 12. Таким образом, остальная часть насоса 10 может принимать любую известную обычную или другую требуемую форму, и его иллюстрируемая конструкция на фигуре предназначена только соответственно для иллюстрации примера и легкости описания.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Насос 10 включает в себя корпус или кожух 14, имеющий входной канал 16 на одном конце корпуса для приема перекачиваемой суспензии, и выходной канал 18. через который суспензия принудительно разгружается. Корпус 14 при необходимости может быть образован из соединенных первой корпусной части 20 и второй корпусной части 22, как это хорошо известно в области техники. Входной канал 16, который наиболее обычно является по существу круглым в поперечном сечении, ограничен внутренней периферийной стенкой или поверхностью 24. Стенка 24 предпочтительно, но не обязательно, имеет относительно гладкую поверхность, чтобы облегчать поток суспензии вдоль и внутри входного канала 16.

Насосный корпус 14 несет множество соответствующих подшипниковых средств или комплектов 26, 28 и уплотнение 30 вала для поддерживания удлиненного вращающегося вала 32, с которым скреплено или соединено рабочее колесо 12. Вал 32 приводится а движение двигателем или ему подобным приводным средством (не показано), чтобы операционно вращать вал в направлении, указанном стрелкой 33 и тем самым соответственно вращать рабочее колесо 12 для перекачки суспензии между входным каналом 16 и выходным каналом 18. Удлинение или продолжение вращающегося вала 32 образует ось 34 насоса, корпуса насоса и рабочего колеса.

Рабочее колесо 12 включает в себя, как общеизвестно, одну или больше и предпочтительно множество рабочих лопастей 36, прикрепленных к опорной пластине 37 рабочего колеса, и которые вообще имеют удлиненную форму в направлении радиально наружу от оси 34 насоса, и которые при вращении рабочего колеса главным образом производят центробежное нагнетание в выходной канал 18 суспензии, принимаемой на входном канале 16. Опорная пластина 37. рабочего колеса может содержать сквозные отверстия 38 для облегчения удаления или разгрузки воздуха, который отделяется от поступающей волокнистой суспензии во время операции флюидизации центробежного насоса.

Рабочее колесо 12 далее включает в себя множество флюидизирующих лопастей 40, расположенных в и вдоль входного канала 16 и проходящих по существу аксиально наружу или вперед от рабочих лопастей 36. Центробежный насос 10 на фиг. 1 включает в себя четыре таких флюидизирующих лопасти, хотя только одна лопасть требуется для эффективной работы насоса 10 согласно

изобретению. Действительно, число флюи- дизирующих лопастей, включенных в насос, является вопросом выбора конструкции вообще, например, на основании размеров и объемной мощности насоса и предполагаемой скорости вращения рабочего колеса, В специфическом предпочитаемом варианте реализации рабочего колеса отверстие 42, которое наиболее предпочтительно является по существу центробежно расположенным отверстием, образовано между соответствующими одними из флюидизирующих лопастей 40. Образование отверстия 42 усиливает отделение воздуха из поступающей волокнистой суспензии во время работы центробежного насоса 10.

Таким образом, лопасти 40 образованы по существу как плоские полосы или ребра, расположенные таким образом, чтобы вступать по существу радиально наружу от центрального отверстия 42. Тем не менее, должно быть очевидным, что лопасти 40 могут принимать разнообразные альтернатив- ные конфигурации, как например, необразование центрального отверстия 42, в результате чего каждая лопасть будет встречаться с центральной осью 34 и проходить радиально наружу от нее, или придания небольшой или другой заданной кривизны вдоль.их ширины, или же искривления, например, спиральной конфигурации вдоль их осевых протяженностей от рабочих лопастей 36. В последнем случае ориентации спиральных или изогнутых форм лопастей могут быть такими, чтобы производить осевое питающее движение суспензии через входной канал 16 в направлении к или от рабочих лопастей. Все такие устройства в другие, которые здесь специально не описаны, но тем не менее очевидны из этого описания., входят в объем и концепцию изобретения.

Рабочее колесо 12 далее несет согласно основному отличительному признаку и усовершенствованию в соответствии с изобретением одну или больше питающих или подающих лопастей 44, смонтированных или иначе установленных на и вдоль по крайней мере части осевой протяженности флюидизирующих лопастей 40. Питающие лопасти 44 расположены радиально наружу от флюидизирующих лопастей и проходят в и вдоль входного канала 16 под углом примерно между 1 и 89 градусами к оси 34. В варианте насоса 10, показанном на фиг. 1, каждая из пар питающих лопастей 44 образует по существу спиральную или резьбооб- разную поверхность, расположенную таким образом, что когда она во время работы вращается вокруг оси 34 с лопастями 40 и

остальной частью рабочего колеса 12, питающая лопасть действует по типу шнекового конвейера для принудительного приведения в движение или создания осевого уси- 5 лия на суспензию во входном канале 16 в направлении рабочих лопастей 36, т.е. в направлении внутрь насоса и выходного канала 18. Это аксиальное направленное внутрь усилие является эффективным для предотвQ ращения и по существу устранения осевого реверсивного или обратного потока суспензии, что является имманентной характеристикой предшествующих центробежных насосов, в частности (хотя не исключительно) при мощностях перекачки от низких до средних. Существенное устранение этого противотока ведет к значительному увеличению рабочей производительности перекачивания суспензии, типично порядка 20%. Модифицированный или второй вари0 ант центробежного насоса 50 для флюиди- зации согласно изобретению изображен на фиг. 2. Большинство элементов насоса 50 является или может быть структурно идентичным или по крайней мере близко похо5 Дим на соответствующие части первого описанного насоса 10 на фиг. 1, как обозначенные одинаковыми цифровыми позициями, используемыми для обозначения их соответствующих элементов. Основное разQ личие между насосами 10 и 50 состоит в том, что в последнем упомянутом рабочее колесо 12 не содержит питающих лопастей, смонтированных или иначе установленных на его флюидизирующих лопастях 40, или фактически на любой части рабочего колеса. Вместо

5

этого одна или больше - две в специфическом насосе 50, показанном на фиг. 2 - в целом спиральных или геликоидальных питающих лопастей 52 стационарно смонтировано и исходят от периферийной стенки

0 24 входного канала 16. Таким образом, лопасти 52 проходят от стенки 24 внутрь в направлении внутренней части входного канала и оканчиваются радиально наружу от кромок флюидизирующих лопастей 40 для

5 возможности беспрепятственного воаще- ния лопастей 40 с рабочим колесом 121. Здесь также питающие лопасти 52 ориентированы с шагом или углом примерно от 1 до 89° к оси вращения 34.

Q Во время работы центробежного насоса вращательное движение вокруг оси 34 придается суспензии во входном канале 16 в результате вращения флюидизирующих лопастей 40 рабочего колеса. Как следствие. имеет место относительное вращательное движение между подвижной суспензией и стационарными питающими лопастями 52. в результате чего лопасти вызывают по типу

5

шнековых конвейеров аксиально направленное усилие, воздействующее на суспензию для движения суспензии в направлении к рабочим лопастям 36 и выходному каналу 18 насоса. Благодаря этому, как в случае варианта реализации насоса на фиг. 1. где питающие лопасти 44 фактически вращаются с лопастями 40 рабочего колеса, суспензия во входном канале 16 попутно вращается по существу вокруг оси 34 под действием флюидизирующего вращения лопастей 4, рабочего колеса и движется аксиально вдоль входного канала в направлении внутренней части насоса стационарными питающими лопастями 52 вследствие относительного движения между вращающейся суспензией и неподвижными лопастями 52. Реверсивный или обратный поток суспензии во входном канале соответственно предотвращается, в этом случае с особой эффективностью, потому что питающие лопасти 52 проходят и опираются непосредственно на периферийную стенку 24, вдоль которой противоток суспензии, характерный для предшествующих центробежных насосов, является наиболее значительным. Другой модифицированный вариант реализации центробежного насоса согласно изобретению, обозначенный под общей цифровой позицией 60, изображен на фиг. 3. Этот третий вариант реализации насоса фактически является комбинацией первых конструкционных отличительных признаков насосов 10 (фиг. 1) и 50 (фиг. 2), благодаря которым достигается выгодное увеличение производительности насоса. Таким образом, центробежный насос 60 включает в себя рабочее колесо 12, которое несет одну или больше первых или первичных питающих лопастей 44, смонтированных на и ориентированных радиально наружу от флюидизирующих лопастепй 40 для рабочего вращения питающих лопастей 52, прикрепленных и идущих от периферийной стенки 24 входного канала 16. Питающие лопкасти 44 и 52 располагаются и могут принимать любые из форм, которые здесь описаны выше в связи с насосами 10 и 50, и

такие описания естественно повторяться не будут. В любом случае, как это следует отметить, объединенное включение вращающихся питающих лопастей 44, установленных на

рабочем колесе 12, и стационарных питающих лопастей 52, прикрепленных к периферийной стенке 24, является особо эффективным для предотвращения реверсивного или обратного потока суспензии.

Q т.е. имманентной характеристики предшест- L вующих центробежных насосов, и как сказано ранее, создает значительное увеличение производительности насоса.

Формула изобретения

1.Центробежный насос для флюидиза- ции среды до высокого содержания волокнистой суспензии, содержащий корпус, вал соосный с осью корпуса, аксиально направленный входной канал, имеющий внутреннюю поверхность, выходной канал, рабочее

0 колесо, смонтированное на валу внутри корпуса и имеющее по меньшей мере одну рабочую лопасть и по меньшей мере одну флюидизирующую лопасть, расположенные по существу аксиально вдоль и во входном 5 канале, и по меньшей мере одну питающую лопасть, расположенную в и вдоль входного канала и ориентированную под углом 1-89° к оси корпуса, причем по меньшей мере одна питающая лопасть расположена радил ально наружу от по меньшей мере одной флюидизирующей лопасти и проходит вдоль по меньшей мере части осевой протяженности по меньшей мере одной флюидизирующей лопасти, отличающийся тем, что по меньшей мере одна питающая лопасть связана с рабочим колесом для совместного с ним вращения или неподвижно установлена на внутренней поверхности входного канала или по меньшей мере одна из питающих лопастей связана с рабочим 0 колесом, а по меньшей мере другая из питающих лопастей установлена на внутренней поверхности входного канала.

2.Насос по п. 1, отличающийся тем, что питающая лопасть, связанная с ра5 бочим колесом, смонтирована на флюидизирующей лопасти.

40

24

34 ,

34

28 26

Использование: для получения механической энергии за счет энергии потока движущейся среды в реках. Сущность изобретения: в корпусе размещен вал с рабочим колесом. Поворотные лопасти установлены на рабочем колесе и размещены тремя радиально расположенными относительно вала рядами с возможностью вращения относительно рабочего колеса вокруг осей, параллельных оси вала. Лопасти каждого ряда кинематически связаны с своим механизмом управления их положением относительно корпуса. Элементы фиксации, предотвращающие вращение лопастей относительно корпуса, и элементы расфикса- ции ориентированы относительно корпуса. Каждый механизм выполнен в виде установленного на неподвижной оси с возможностью вращения диска, кинематически связанного с лопастями одного ряда и взаимодействующего с элементами фиксации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Vzz

фиг. I

w

.

V

2ZZ2

.З

60

26

гъг

34

26