BG63225B1 - Помпа - Google Patents

Abstract

Помпата е от центробежен или полуосов тип и намира приложение за изпомпване на течности, по-специално на отпадъчни води. Конструкцията й е оптимизирана и осигурява повишена производителност и дълготрайност. Помпата включва помпено колело (3), съставено от цилиндрична главина (4) и една или няколко лопатки (5) с направляващи ръбове, закривени назад. Един или няколко нагнетателни жлеба (8) са разположени в повърхност (7), противоположна на лопатките, и са оформени така, че намаляват износването на детайлите на помпата.

Description

Изобретението се отнася до помпа от центробежен или полуосов тип, която намира приложение за изпомпване на течности, главно на отпадъчни води.

Предшестващо състояние на техниката

В специализираната литература са описани много видове помпи и работни колела, но те всички са с определени недостатъци. Преди всичко, те са свързани с проблемите, предизвикани от задръстване и ниска производителност.

Отпадъчната вода съдържа много от различните видове замърсители, количеството и структурата на които зависят от сезона и областта на произхода на водата. В градовете са обичайни пластмасовите материали, хигиенните артикули, текстил, докато индустриалните зони могат да произвеждат износващи частици. Опитът показва, че най-неприятните проблеми са едрозърнестите песъчинки и подобни на тях, полепващи по направляващите ръбове на лопатките, наслоявайки се около главината на работното колело. В такива случаи се предизвикват чести прекъсвания за обслужване и намаляване производителността.

В селското стопанство и флотационната промишленост са използвани различни видове специални помпи, които могат да работят със слама, трева, листа и други видове органични материали. За тази цел направляващите ръбове на лопатките са извити назад, за да предизвикват подаване на замърсителите навън към периферията, вместо те да полепват по ръбовете. Примери за срязване на материала са използваните често различни видове разтрошаващи средства, улесняващи циркулацията, описани в SE 435 952, SE 375 831 и US 4 347 035.

Тъй като замърсителите в отпадъчната вода са от други типове, по-трудни за преодоляване, и тъй като времето за работа на помпите за отпадъчни води обикновено е много дълго, споменатите специални помпи не удовлетворяват изискванията при изпомпване на отпадъчни води, нито от гледна точка на сигурност, нито от гледна точка на производи телност.

Помпите, предназначени за изпомпване на отпадъчни води, доста често са използвани до 12 h дневно, което означава, че консумацията на енергия е зависима много от общата производителност на помпата.

В литературата конструкциите на помпените колела са описани много обобщено, особено по отношение извивката на направляващия ръб. Ясна, еднозначна дефиниция на споменатата извивка не съществува.

В литературата не е дадена информация за това, какво е необходимо, за осъществяване плъзгане, транспортиране на замърсителите в радиална посока по протежение на направляващите ръбове на лопатките. Това, което е споменато, е, че ръбовете трябва да са извити назад под тъп ъгъл (вж. SE 435 952).

Когато са изпомпвани по-малки замърсители, като трева и други органични материали, може да са достатъчни сравнително малки ъгли, за да се получи радиално транспортиране, а също и раздробяване на замърсителите в канала между помпеното колело и корпуса на помпата. В практиката раздробяйането е получавано от частиците, които са срязани при контакт с работното колело и корпуса на помпата, когато работното колело при въртенето си е със скорост от 10 до 25 m/sec. Този процес на срязване е подобряван чрез повърхности, които са снабдени със срязващи средства, канали и други подобни.

Различни видове прорези и срязващи средства са описани в SE 435 952 и SE 375 831. Общото при тях е, че лопатката е разположена зад опорен пръстен. Това води до значителна загуба на мощност в сравнение с гладкия контур, който се използва при високоефективните помпи за чиста вода.

От SE 435 952 е известно изпълнение, при което зад опорния пръстен е разположен аксиален процеп. Теорията е, че замърсителите ще са нагнетявани навън към споменатия процеп от лопатките, които са с направляващи ръбове, силно извити назад. Това изпълнение не е подходящо за изпомпване на тежки замърсители, съдържащи се в отпадъчните води.

В SE 375 831 е описано решение, при което се използва обратния принцип, че замърсителите са транспортирани към центъра, на разстояние от канала. Този факт, в комби нация със споменатия опорен пръстен, прави нагнетяването в канала невъзможно.

Както бе отбелязано, трябва да е налице условието направляващите ръбове на лопатките да са силно извити назад, за да са транспортирани замърсителите навън и към канала на възможната периферия. Ако това се получи, много скоро ще се получат сериозни прекъсвания. Помпени колела от този вид са описани в SE 9704222 0 и SE 9704223 8. Когато замърсителите се плъзнат навън и достигнат канала между лопатката и корпуса на помпата, съществува известен риск от полепване по периферията на направляващия ръб и задръстване на канала.

От DE 614 426 е известно устройство, предназначено за разрешаване такива проблеми без необходимостта от споменатия пръстен. Самата помпа е центробежна с много остро свързване от входящия отвор към радиалната част на циркулационния канал. Периферията на направляващия ръб в случая е разположена по направление на потока от споменатото свързване в радиалната част на канала.

Известно е и устройство, което има непрекъснат прорез пред направляващия ръб с намаляваща височина към режещата ножоподобна част, последван от спирално оформен жлеб с триъгълно напречно сечение и остри ъгли, които се разширяват към периферията. В допълнение се уточнява, че основният принцип за този вид решение на проблема е, че сменяемите срязващи средства ще раздробяват замърсителите. Ако това не се случи, например ако срязващото средство е затъпено, последствието ще бъде, че намаляващата височина на прореза ще сгъсти замърсителите до степен на задръстване там, където участъкът е минимален, т.е. в областта на срязващото средство.

По този начин посоченият патент описва решение, с което при определени условия може да се постигне способност за самопочистване, но което има важни недостатъци, свързани с производителност, износоустойчивост и дълготрайност. В допълнение, не са дадени подробности за много важните условия по отношение на направляващите ръбове на лопатките и поради това решението е неподходящо за използване за изпомпване на отпадъчна вода.

От US 14988Re е известна центробежна помпа, съдържаща работно колело, чиито лопатки са конструирани изцяло от еластичен материал. Повърхността, с която то контактува, също така е конструирана от еластичен материал. В повърхността на корпуса са оформени подходящи канали по посока на потока флуид за улесняване преминаването на влакнести и други твърди материали. Работното колело има главина от метал, в която са оформени жлебове за закрепване на отлетите лопатки от каучук.

Това решение не осигурява достатъчна ефективност по отношение на срязващия ефект към изпомпвания материал, както и по отношение на самопочистване на помпеното колело. Конструкцията на работното колело не осигурява продължителна експлоатация при стабилни параметри.

От СН 67412 е известно решение на центробежна помпа с приложение предимно за изпомпване на течни торове, в което по вътрешната повърхност на корпуса на помпата също са оформени канали, които започват от централната част на стената на корпуса и продължават към периферията в посока, противоположна на кривината на лопатките на работното колело.

Това известно решение не е оптимизирано по отношение геометрията на каналите с оглед осигуряване на висока производителност и запазване параметрите на работа при продължителна експлоатация.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде помпа от центробежен или полуосов тип, с която да се подобри производителността, износоустойчивостта и дълготрайността на помпата, като се осигурят оптимални условия за продължителна експлоатация със стабилни параметри при работа с трудни за транспортиране замърсители.

Задачата е решена с помпа от центробежен или полуосов тип, съдържаща корпус, в който има цилиндричен входящ отвор, и към който е закрепено помпено колело, съставено от цилиндрична главина и една или няколко лопатки с направляващи ръбове, закривени назад. Направляващите ръбове са ориентирани в равнина, главно перпендикулярна на оста на въртене на помпеното колело. В стената на кор пуса са оформени един или няколко нагнетателни жлеба, разположени в повърхност, противоположна на лопатките и ориентирани нагоре по посока на потока от участъка на направляващите ръбове. Жлебовете са ориентирани от входящия отвор към изходящия отвор и са закривени по посоката на въртене на колелото. Съгласно изобретението формата на жлебовете е подходящо подбрана за постигане на плавен преход към повърхността на корпуса на помпата, към страната на преминаване на работното колело, като между преходния контур на жлебовете и повърхността на корпуса на помпата е образуван ъгъл, определен като γ ^m arctan (Δζ/ (γ.ΔΘ) ), където Δζ е аксиалното преместване, а γ.ΔΘ е тангенциалното удължение, при което ъгълът е със стойност между 2 и 25°.

В предпочитано изпълнение ъгълът на закривяване между ръба на жлеба и една дъга, чийто център е оста на колелото, във всяка точка на този ръб, е определен като β = arctan (У (dr.dr + dz.dz/r.dO), като стойността му е между 10 и 45° по цялото направление, където dr,dz,dO са безкрайно малки премествания по ръба на жлеба.

Целесъобразно е противоположната страна на жлеба, гледано в разрез през него, да е оформена като ортогонално ориентирана повърхност, която постепенно се трансформира главно в елиптично дъно.

За предпочитане е напречната ос в елипсата, която определя дъното на жлеба, да има дължина, която е най-малко два пъти дълбочината на жлеба.

Предимство на изобретението е, че е възможно да се подобри производителността на помпите за изпомпване на отпадъчни води до 50% в сравнение с известните помпи за отпадъчни води. Тъй като разходите за експлоатационния живот при електрически задвижваните помпи обикновено се определят от енергийните разходи (приблизително 80%) такова значително увеличение ще бъде особено важно.

Изпитанията показаха, че конструктивното оформление за разпределението на ъгъла на закривяване по направляващите ръбове е много важно, за да се постигне необходимата способност за самопочистване на помпеното колело. Естеството на замърсителите също обуславя различни ъгли на закривяване, за да се осигури добра функционалност.

Описание на приложените фигури

Изобретението е описано по-подробно с позоваване на приложените фигури, от които: фигура 1 представлява триизмерно изображение на корпуса на помпата;

фигура 2 - радиален разрез през схематичен изглед на помпата;

фигура 3 - схематичен аксиален изглед по направление на повърхността на корпуса на помпата;

фигура 4 - цилиндричен разрез през един жлеб в повърхността на корпуса на помпата.

Примери за изпълнение на изобретението

На фигурите позиция 1 означава корпус на центробежна помпа с цилиндричен входящ отвор 2. Позиция 3 означава помпено колело с цилиндрична главина 4 и лопатка 5. Позиция 6 означава направляващ ръб на лопатката 5, позиция 7 означава стената на корпуса на помпата, 8 е жлеб в стената, позиция 9 е посоката на въртене и ζ е ротационната ос. С позиции 10 и 11 са означени ръбовете на жлеба 8, с позиция 12 - повърхността на жлеба, с 13 - дъното на жлеба и h е неговата дълбочина.

Съгласно изобретението замърсителите в изпомпаната течност не са раздробени чрез срязващи средства. Използва се много здрава конструкция, която нагнетява замърсителите навън, към периферията. Това означава, че дълготрайността на машината нараства значително, особено при изпомпване на абразивни частици. Конструкцията също е стабилна, с което се постига намаляване износването по стената на корпуса на помпата.

Изобретението се отнася до помпа, която има специален тип помпено колело 3, където направляващите ръбове 6 на лопатката или лопатките 5 са ориентирани по посока на потока на течността в корпуса на помпата, поспециално вътре в цилиндричния входящ отвор 2, където направляващите ръбове лежат в равнина, която е перпендикулярна на оста на въртене ζ на колелото.

Съгласно изобретението са предвидени един или няколко жлеба 8 в стената на корпуса на помпата и те се простират по повърхността 7, противоположна на колелото, т.е. от цилиндричния входящ отвор 2 до аксиалната повърхност на корпуса на помпата и имат определената по-долу форма. Жлебът или жлебовете 8, заедно с направляващите ръбове 6 на лопатката или лопатките 5, са разположени по такъв начин, че замърсителите се нагнетяват по посока на изходящия отвор на помпата.

За да се постигне нагнетяване през помпата и да се покажат предимствата в сравнение с известните решения, жлебът 8 е оформен със специално направление и геометрия.

На фиг. 4 е показана формата на цилиндричния разрез през жлеба 8, която се отличава с плавен преход 10 с повърхността 7 на корпуса на помпата в страната, от която преминава колелото. Противоположната страна 11 на жлеба в цилиндричния разрез е ортогонална повърхност 12 по отношение на стената на корпуса на помпата. Тази повърхност 12 без прекъсване се трансформира в елиптично дъно 13, което има характерна напречна ос, чиято дължина е два пъти по-малка от дълбочината на жлеба. Това закръгление на дъното е важно, тъй като абразивните частици ще бъдат транспортирани от повърхността 7 чрез вторичния поток и така износването на споменатата повърхност ще се намали значително.

Между плавния преход 10 към повърхността 7 и дъното 13 на жлеба съществува линеен преходен участък 14. Ъгълът γ между преходния участък и повърхността 7 трябва да е в интервал от 2 до 25°, при което ъгъл γ е дефиниран като:

γ = arctan (Δζ/ (γ.ΔΘ)) , където Δζ е аксиалното преместване, γ.ΔΘ е тангенциалното удължение.

Фиг. 3 показва ъгълът на закривяване β на жлеба 8, като β ^я arctan (dr.dr + dz.dz/r.d0), където dr,dz,d6 са безкрайно малки премествания по ръба на жлеба.

Съгласно изобретението ъгълът на закривяване β трябва да има стойности между 10 и 45° по цялото си направление, за да се получат най-добри резултати.

С помощта на изобретението се постигат няколко предимства в сравнение с известните досега решения. Може да се отбележи следното:

Избягната е необходимостта от специфично или постоянно сменяемо срязващо средство, тъй като нагнетяващото действие спомага замърсителите да бъдат изхвърлени навън.

Извитият жлеб 8 действа като уплътняващ канал, който води до пряко увеличаване на производителността, тъй като се намаляват загубите от утечките през канала.

Намалява се износването на повърхността, допираща се до жлеба, тъй като износващите частици се изхвърлят от тази зона, след като са преминали през жлеба. По този начин се запазва добрата производителност и когато отпадъчната вода съдържа износващи частици.

Постигната е дълготрайност, тъй като износващите частици в изпомпваната среда предизвикват износване, което запазва първоначалните форми на детайлите. Това означава, че се запазва доброто функциониране и след определено износване.

Устройството е приспособено към помпено колело, което има оптимална форма от гледна точка на производителност, като траекторията на жлеба 8 се трансформира от аксиална в радиална посока.

Claims (4)

1. Помпа от центробежен или полуосов тип, съдържаща корпус (1), в който има цилиндричен входящ отвор (2) и помпено колело (3), съставено от цилиндрична главина (4) и една или няколко лопатки (5) с направляващи ръбове, закривени назад, при това направляващите ръбове (6) на лопатките (5) са ориентирани в равнина, главно перпендикулярна на оста на въртене (ζ) на помпеното колело (3), в стената на корпуса (1) са оформени един или няколко нагнетателни жлеба (8), разположени в повърхност (7), противоположна на лопатките (5) и ориентирани нагоре по посока на потока от участъка на направляващите ръбове (6), като жлебовете (8) са от входящия отвор към изходящия отвор и са закривени по посоката на въртене на колелото (3), характеризираща се с това, че формата на жлебовете (8) е подходящо подбрана за постигане на плавен преход (10) към повърхността (7) на корпуса на помпата към страната на преминаване на помпеното колело (3), като между преходния контур (14) на жлебовете (8) и повърхността (7) на корпуса на помпата се образува ъгъл, определен като γ =· arctan (Δζ/(γ.ΔΘ) ), където Δζ е аксиалното преместване, а γ.ΔΘ е тангенциалното удължение, при което ъгълът е със стой ност в интервала между 2 и 25°.

2. Помпа съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че ъгълът на закривяване β между ръба на жлеба (8) и една дъга, чийто център е оста на колелото (3), във всяка точка на този ръб, е определен като β = arctan (V*(dr.dr + dz.dz/r.dO), като стойността му е между 10 и 45° по цялото направление, където dr, dz, d0 са безкрайно малки премествания по ръба на жлеба.

3. Помпа съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че противоположната страна на жлеба (8), гледано в разрез през жлеба, е оформена като главно ортогонално ориентирана повърхност, която постепенно се трансформира главно в елиптично дъно (13).

5 4. Помпа съгласно претенция 3, характеризираща се с това, че напречната ос в елипсата, която определя дъното (13) на жлеба (8), има дължина, която е най-малко два пъти дълбочината (h) на жлеба.