CZ20011897A3 - Zlepąení týkající se čerpadla určeného pro čerpání kapalin obsahujících pěnu - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení sloužícího k čerpání tekutin, zvláště se týká oběžnéhó kola čerpadla, které je vhodné k čerpání zpěněných tekutin, například flotačních koncentrátů. Příklad takové zpěněné tekutiny může zahrnovat směs vody, vzduchu a minerálních částic, která vzniká flotací minerálů v důlních zpracovatelských provozech. Podle následujícího popisu bude zřejmé, že vynález je vhodný i pro jiné aplikace. Tak například čerpadlo podle tohoto vynálezu může být vhodné i pro viskózní řídké kaše.

Provozy, ve kterých se zpracovávají minerály, používají proces známý jako flotace, který slouží k separování požadovaného minerálu z odpadních hornin. Proces probíhá ve flotační nádobě nebo buňce, do které se zavede řídká kaše a jemné bubliny a přidají se různá činidla. Obsah nádoby se promíchá a výsledná pěna, která se usadila na povrchu flotační buňky, obsahuje jemné částice požadovaného minerálu, který ulpívá na bublinách. Sběr pěny zajišťuje prostředek sběru požadovaného minerálu extrahovaného v průběhu procesu.

Pěna získaná flotačním procesem a obsahující požadovaný minerál musí být odčerpána, a to za účelem použití v následujících stádiích procesu. Různé typy vytvořené pěny jsou dány převážně velikostí flotovaných částic, typem a množstvím činidel a množstvím a velikostí bublin. Proces zpěňování je plynulým procesem, přitom v současnosti neexistuje na trhu žádné zařízení, které by redukovalo obsah vzduchu v pěně. Ponechat pěnu v klidu a čekat až se vzduch sám od pěny, před jejím přečerpáním, oddělí je nepraktické.

Pro dosažení dobrých výsledku při regeneraci je nutné, aby se minerál rozemlel na velmi malé částice (v některých případech menších jak 10 mikronů). Pro dosažení dobré regenerace minerálu je nutné, aby používaní činidel bylo řízeno společně s množstvím bublin, což je nutné pro zajištění efektivnosti procesu při vytváření stabilní a soudržné pěny. Soudržné pěně, pokud se ponechá v kontejneru, trvá 12 až 24 hodin, než se redukuje jen na vodu a hutnou část, to znamená, že bubliny se v pěně velmi pomalu rozptylují.

Čerpadla, která se v současnosti používají k čerpání pěny jsou svislými a vodorovně t situovanými čerpadly. Svislá čerpadla jsou uspořádána tak, že vstup čerpadla je umístěn obecně svisle, přitom u vodorovných čerpadel je vstup orientován vodorovně. Svislá pěnová čerpadla se používají pro čerpání velmi soudržných pěn, jsou však příliš velká a proto se jejich použití musí, a to ještě před zahájením návrhu provozu zpracování minerálu, vážně posoudit. Vodorovná čerpadla se rovněž používají k čerpání pěny, ale u soudržných pěn nedosahují dobrých výsledků. Velikost vodorovných čerpadel určených k čerpání pěny byla záměrně předimenzována. Větší čerpadlo znamená, že nemusí být efektivní při mzkém toku a

-2• · · · · ·'· ·· •—♦-·-----·—·-·--·—·—· • ··· · ···· · · • *·····* · · · · · · • · · · · ·· ·· · vysokém stupni unášení vzduchem, a to vlivem množství pěny v takovém velkém čerpadle. Mechanické závady mohou být problémem spojeným s nerovnoměrným čerpáním. Pěna obsahuje množství bublin, přitom malé bubliny mají na čerpání menší vliv než stejné množství vzduchu ve formě velkých bublin. Nicméně existuje určitý kritický bod, u jehož dosažení tolerance čerpadla vůči pěně značně poklesne, a to právě vlivem přítomného vzduchu. Tolerance čerpadla vůči vzduchu rovněž závisí na charakteristikách čistého pozitivního sání (NPSH -net positiv suction), to znamená, že čím je hodnota čistého tlaku, který je k dispozici na vstupu, nižší, tím je pravděpodobnější, že výkon bude efektivnější.

Cílem tohoto vynálezu je poskytnutí zlepšeného oběžného kola čerpadla, které je vhodné pro pěnové čerpadlo a zvyšuje jeho výkon.

Podle jednoho aspektu tohoto vynálezu se poskytuje oběžné kolo vhodné k použití u odstředivého čerpadla, kdy čerpadlo zahrnuje komoru čerpadla a vstup Přitom oběžné kolo zahrnuje hlavní těleso, které zahrnuje množství primárních čerpacích lopatek a jednu nebo více lopatek indukujících tok, které vystupují z hlavního tělesa oběžného kola.

Podle jiného aspektu tohoto vynálezu se poskytuje odstředivé čerpadlo zahrnující komoru čerpadla a vstup čerpadla, oběžné kolo čerpadla zahrnuje hlavní těleso, které zahrnuje množství primárních lopatek a jednou nebo více lopatek indukujících a generujících tok, které vystupují z hlavního tělesa oběžného kola, kdy se hlavní těleso oběžného kola nachází uvnitř komory čerpadla, přitom každá lopatka indukující tok vstupuje do vstupu čerpadla, kdy oběžné kolo je namontováno tak, aby m se mohlo otáčet okolo střední osy a kdy vstup čerpadla se nachází v oblasti otáčení.

Uspořádání oběžného kola čerpadla je takové, že při nainstalované poloze v čerpadle se hlavní těleso oběžného kola e nachází uvnitř komory čerpadla a jedna nebo každá lopatka indukující tok vstupuje do vstupu čerpadla. Oběžné kolo je namontováno tak, aby se mohlo otáčet okolo středové osy otáčení, přitom vstup do čerpadla je umístěn v oblasti osy otáčení. Tekutina se čerpá pomocí lopatek čerpadla a vystupuje z čerpadla po obvodě oběžného kola. Uspořádání čerpadla je takové, že tok tekutiny do komory čerpadla je kombinovaným tokem axiálních a radiálních složek toku .

U jednoho provedení hlavní těleso oběžného kola zahrnuje kryt, a to na jedné straně primárních čerpacích lopatek, přitom kryt je v instalační poloze od vstupu do čerpadla vzdálen. U tohoto konkrétního provedení vystupují čerpací lopatky z krytu a jejich volný konec se nachází v blízkosti vstupní strany čerpadla komory čerpadla, a to tehdy, jestliže se nachází v instalační poloze. Přednost se dává tomu, aby jedna nebo více lopatek indukujících tok bylo upevněno k volnému konci jedné nebo více čerpacích lopatek, a které po instalaci

-3- ·· · ·· ·· ·· vstupují do vstupu čerpadla. Přednost se dává tomu, aby ke každé čerpací lopatce byla upevněna lopatka indukující tok.

U jiného provedení tohoto vynálezu zahrnuje hlavní těleso dva od sebe oddělené kryty, mezi kterými se nachází Čerpací lopatky. U tohoto provedení jedna nebo více lopatek indukujících tok vystupuje z krytu, který se nachází v blízkosti vstupu čerpadla čerpací komory a vstupuje do zmíněného vstupu.

Přednost se dává tomu aby každá lopatka indukující tok měla okraj, který je připojen k, nebo je integrální se sekcí volného konce čerpací lopatky, a přitom vystupoval čelní stranou směrem ven ve tvaru částečně spirální sekce.

Tvar lopatek indukujících tok a jejich poloha v nainstalované poloze vyvolává dodatečné otáčení pěny, a to před jejím vstupem do čerpadla a současně umožňuje lepší a hladší vstup pěny do hlavního průchodu oběžného kola. Efekt lopatek indukujících tok rovněž snižuje hodnotu čistého pozitivního hlavního omezujícího požadavku, která je potřebná k tomu, aby čerpadlo mohlo spolehlivě fungovat i při čerpání soudržné pěny.

Soudržné pěny mají obecně vysoký obsah vzduchu, takže je velmi obtížné používat jakýkoliv typ síly včetně tlakové síly na pěnu, jelikož takové síly nejsou objemem pěny přenášeny. Z toho vyplývá, že pěna do vstupu čerpadla nebo oběžného kola nevstupuje snadno. Jelikož oběžné kolo čerpadla přidává čerpané kapalině nebo pěně energii, je nutným požadavkem umožnit, aby pěna vstupovala do oběžného kola pomocí nejjednodušších možných prostředků. Tento vynález kromě toho, že snižuje NPSH požadavky na vstupu, umožňuje lopatkám vystupovat do vstupu čerpadla, a tím poskytovat mnohem lepší vstup do oběžného kola, to znamená, že poskytuje méně zúžení a méně ztrát na vstupu do oběžného kola. Přitom, když se oběžné kolo otáčí, lopatky soudržnou pěnu prakticky „odlupují „ nebo nabírají“. Pomocí této činnosti je pěna, za účelem čerpání, snadněji vtahována do oběžného kola.

Vynález lze aplikovat u jakéhokoliv existujícího čerpadla, ale nejvhodnější je jeho využití u vodorovných kalových čerpadel a kalových čerpadel se vstupem, který je větší než je běžně požadovaný. Snadněji se může použít i u otevřených oběžných kol, to znamená u oběžných kol, které nemají čelní kryt, přitom tak jak to již bylo popsáno, nic vynálezu nebrání, aby byl aplikován u standardních čerpadel nebo u uzavřených čerpadel

Kromě toho, oběžné kolo podle tohoto vynálezu se může použít u čerpadla určeného k čerpání těžkého kalu (hustší kaše) nebo kapaliny, například k čerpání viskózního hustého bahna, a proto není konkrétně omezeno na čerpání pěny.

-4• · · · · ·*·· · · • **····» · · · ♦ · ·

Přehled obrázků na výkrese

Provedení, kterým se dává přednost, budou dále popsána s přihlédnutím k přiloženým výkresům, na kterých:

obr. 1 znázorňuje perspektivní pohled na jedno provedení oběžného kola podle tohoto vynálezu, obr. 2 znázorňuje perspektivní pohled na oběžné kolo čerpadla a vstup do čerpadla, obr. 3 znázorňuje nárys oběžného kola z obr. 1 a 2 instalovaného uvnitř komory čerpadla, obr.4 znázorňuje čelní pohled na oběžné kolo čerpadla z obr. 1 a 3.

Příklady provedení vynálezu

Obr.3 znázorňuje částečný řez nárysem odstředivého čerpadla 50, které zahrnuje pouzdro čerpadla 51, které může mít vnitřní plášť, čerpací komoru 54 a vstup čerpadla 56. Zobrazeno je rovněž oběžné kolo 10, které je namontováno uvnitř čerpací komory 54, kde se otáčí okolo osy otáčení X-X.

U znázorněného provedení oběžné kolo 10 zahrnuje hlavní těleso 12 se zadním krytem 14 a s lopatkami oběžného kola 18 umístěnými na zadní čelní straně, a dále sérii čerpacích lopatek 16 vystupujících z čelní strany směrem do vstupu čerpadla 56. Oběžné kolo 10 zahrnuje množství lopatek indukujících tok 20, přitom každá lopatka vystupuje z příslušné čerpací lopatky 16 do vstupu čerpadla 56. Na obr. 2 je vidět, jak materiál vstupuje do oběžného kola ve směru šipky D a vychází ve směru šipky E.

Obr.3 znázorňuje oběžné kolo 10 nainstalované do čerpadla 50, kde hlavní těleso 12 oběžného kola je umístěno uvnitř čerpací komory 54, a kde lopatky indukující tok 20 vstupují do vstupu čerpadla 56. Vstup čerpadla je umístěný v oblasti osy otáčení X-X a je uspořádán tak, že přicházející kapalina vstupuje do čerpací komory jak s axiální složkou, tak i s radiální složkou. Kapalina je pak čerpána pomocí čerpacích lopatek a vystupuje po obvodu oběžného kola.

Čerpací lopatky 16 mají konvenční formu a mají volný konec 17 s lopatkami indukujícími tok 20, které vystupují z tělesa. Každá lopatky indukující tok 20 zahrnuje čelo 21 které z čerpacích lopatek vstupuje ve spirále. Každá lopatka indukující tok 20 je upevněna k, nebo je integrální s volným bočním okrajem a čtyřmi spojenými lopatkami indukujícími tok.

• · · · · · · · · ------------------------------------------------------------------------------------------------------------· ·—·-----------· ·^—·----------· · · • ··· · · · · · · · · · ···· · ·· · · · ·

- s - · · · ······ • · · · · · · ·« ·

Je nutné vzít na vědomí, že lze do různých konstrukcí a uspořádání jednotlivých částí zahrnout různé změny, modifikace a/nebo dodatky., aniž by došlo ke vzdálení se od myšlenky nebo rozsahu vynálezu.

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Oběžné kolo vhodné k použití v odstředivém čerpadlu, které zahrnuje komoru čerpadla a vstup čerpadla, přitom oběžné kolo zahrnuje hlavní těleso, které dále zahrnuje množství primárních čerpacích lopatek (čepelí) a jednu nebo více lopatek indukujících tok, které vystupují z hlavního tělesa oběžného kola.
2. 2. Oběžné kolo podle nároku 1,vy značu jící se tím, že hlavní těleso oběžného kola zahrnuje kryt nacházející se na jedné straně primárních čerpacích lopatek, přitom kryt je v nainstalované poloze vzdálen od vstupu čerpadla.
3. 3. Oběžné kolo podle nároku 2, vyznačující se tím, že čerpací lopatky vystupují ze zmíněného krytu a mají volné okraje nacházející se v blízkosti vstupní strany čerpadla čerpací komory, jsou-li v nainstalované poloze.
4. 4. Oběžné kolo podle nároku 3, vyznačující se tím, že jedna nebo každá lopatka indukující tok je upevněna k volnému konci jedné nebo více čerpacích lopatek, kdy po nainstalování vstupuje do vstupu čerpadla.
5. 5. Oběžné kolo podle nároku 4, vyznačující se tím, že každá čerpací lopatka zahrnuje lopatku indukující tok, se kterou je spojena.
6. 6. Oběžné kolo podle nároku 1,vyznačující se tím, že hlavní těleso zahrnuje dva od sebe oddělené kryty s čerpacími lopatkami, které se nachází mezi zmíněnými kryty.
7. 7. Oběžné kolo podle nároku 6, v y z n a č u j í c í se tím, že jedna nebo každá lopatka indukující tok vystupuje z krytu umístěného u vstupu čerpadla čerpací komory a vstupuje do vstupu čerpadla.
8. 8. Oběžné kolo podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že jedna nebo každá lopatka indukující tok má okraj, který je připojený k sekci volného konce čerpací lopatky, nebo je její součástí a vystupuje z ní čelní stranou směrem ven, přitom čelní strana vystupuje obecně v podobě částečné spirály.

   • to to · · ·« ·· '·----9~· · *“5 ·· • · é · · to · to · ·· • to······ · · to · ··
9. 9. Odstředivé čerpadlo zahrnuje komoru čerpadla, vstup čerpadla a oběžné kolo zahrnující hlavní těleso, které zahrnuje množství primárních čerpacích lopatek a jednu nebo více lopatek indukujících tok, které vystupují z hlavního tělesa oběžného kola, přitom hlavní těleso oběžného kola se nachází uvnitř komory čerpadla a jedna nebo každá lopatka indukující tok vstupuje do vstupu čerpadla, kdy oběžné kolo je namontováno tak, aby se mohlo otáčet okolo středové osy otáčení a kde se vstup čerpadla nachází v oblasti osy otáčení.
10. 10. Čerpadlo podle nároku 9, vyznačující se tím, že oběžné kolo zahrnuje kryt umístěný na jedné straně primárních čerpacích lopatek, přitom zmíněný kryt je v nainstalované poloze vzdálen od vstupu čerpadla, a kdy čerpací lopatky vystupují z krytu a mají volný okraj v blízkosti vstupní strany čerpadla čerpací komory, kdy jedna nebo více lopatek indukujících tok se nachází u volného konce jedné nebo více čerpacích lopatek, a přitom vstupují do vstupu čerpadla.
11. 11. Čerpadlo podle nároku 9, vyznačující se tím, že hlavní těleso zahrnuje dva od sebe oddělené kryty, mezi kterými se nachází čerpací lopatky, přitom jedna nebo každá lopatka indukující tok vystupuje z krytu umístěného v blízkosti vstupní strany čerpadla čerpací komory, a vstupuje do vstupu čerpadla.
12. 12. Čerpadlo podle nároku 11, vyznačující se tím, že jedna nebo každá lopatky indukující tok zahrnuje okraj, který je připojený k sekci volného konce čerpací lopatky, nebo je její součástí, a vystupuje směrem ven, přitom čelní strana vystupuje obecně v podobě částečné spirály.
13. 13. Oběžné kolo, tak jak bylo popsáno s odkazem na přiložené výkresy.
14. 14. Čerpadlo, tak jak bylo popsáno s odkazem na přiložené výkresy.