EA007366B1 - Устройство сброса давления для насоса - Google Patents

Abstract

Устройство сброса давления для насоса (10), которое включает корпусный узел насоса с насосной камерой (25) в нем, при этом корпусный узел насоса включает секцию (41), установленную с возможностью перемещения между нормальной рабочей позицией и позицией выпуска, срезной элемент (45), приспособленный для удержания детали в нормальном рабочем положении, причем секция (41) установлена таким образом, что давление внутри насосной камеры (25) воздействует на секцию (41), и когда давление внутри насосной камеры достигнет определенного уровня (25), срезной элемент (45) разрушается, осуществляя таким образом перемещение секции (41) из нормального рабочего положения в позицию выпуска.

Description

Настоящее изобретение относится, в общем, к насосам и более конкретно к устройству сброса давления для насоса.

Обыкновенные водяные насосы не предназначены для работы с твердыми веществами, но следует отметить, что когда скорость потока равна или меньше чем 10% от максимальной скорости потока при определенной скорости насоса, температура жидкости, циркулирующей внутри насоса, со временем постепенно повышается. Вырабатывающееся тепло является причиной повышения температуры насоса и его компонентов. Следовательно, для производителей является обычным рекомендовать минимальную скорость потока для насосов, чтобы избежать проблем в этой области. Измерение и контроль скорости потока и, следовательно, температуры для водных насосов является относительно легким, и имеется множество доступного подходящего оснащения. Некоторые схемы включают отдельную обводную трубу для поддерживания потока, идущего через насос.

Центробежные шламовые насосы широко применяются в различных отраслях промышленности, например, на рудниках. Смесь жидкостей (обычно воды) и твердых частиц, образующих взвесь, которую транспортируют эти шламовые насосы, находится тоже в очень широком диапазоне. Подобно водяным насосам, шламовые насосы будут нагреваться при работе на низкой скорости потока в течение любого значительного времени. Низкие скорости потока могут быть вызваны непреднамеренно засорениями, возникающими в насосе из-за шлама, который они перекачивают. Образующееся тепло может также наносить вред износостойким твердым сплавам и втулкам из натурального каучука, использующимся обычно в шламовых насосах. В худшем вероятном варианте пар, образующийся в результате такого перегрева при условиях блокировки насоса, может вызвать взрыв насоса.

Шламовые насосы обычно устанавливаются в типовых системах, включающих бункер для гравитационной подачи взвеси в насос, трубопроводы различной длины, имеющие, как правило, изогнутые, наклонные или горизонтальные участки и в некоторых случаях вентили и резервуары, расположенные вдоль трубопровода по направлению к конечному пункту разгрузки.

Для измерения скорости потока взвеси или температуры жидкости взвеси используется относительно ограниченное количество средств, так как взвесь может легко засорить или блокировать инструменты и/или вызвать износ. Следовательно, обычной практикой является использование небольшого количества инструментов при нагнетании смеси и поддержание постоянного потока взвеси от одного процесса к другому. Производители и поставщики шламовых насосов могут обеспечить для них минимальную скорость потока, но с широким диапазоном возможных режимов, изменение свойств взвеси и вероятности осаждения твердых частиц в трубопроводе или насосе, такие рекомендации минимальной скорости потока сами по себе не гарантируют, что скорость потока не будет изменятся или не приведет к критически низкому уровню эксплуатации.

Перенос частиц взвеси основан на поддерживании определенной скорости в трубопроводе; в противном случае частицы имеют тенденцию к осаждению на дне трубопровода. Если скорость снижается дальше, твердые частицы будут накапливаться в трубопроводе и, в конце концов, могут вызвать закупоривание. Подобный ход событий может возникнуть при работе шламового насоса при очень низкой или нулевой скорости потока. Твердые частицы начнут осаждаться в насосе и могут вызвать засорение. Даже если насос работает, он может, в конце концов, полностью забиться твердыми частицами.

Все горизонтальные шламовые насосы имеют корпус с рабочим колесом, вращающимся внутри него, рабочее колесо прикреплено к свободному концу вала, имеющего опору только для одного своего конца. Вал вращается на подшипниках и проникает в рабочую часть корпуса насоса через изолирующую камеру. Изолирующая камера обычно отделяет компоненты, которые помещены сзади корпуса насоса, и имеет множество видов форм. Одна форма - это сальник, который содержит уплотнительные кольца, которые уплотняют вал, когда он проходит через изолирующую камеру/стенку корпуса насоса. Другой формой является вытесняющая камера. Одна или обе из этих двух форм могут быть использованы, не взирая на режим насоса, материал втулки или применение. Другим типом уплотнения является механическое уплотнение. Во всех случаях уплотнение находится в изолирующей камере, которая поддерживается корпусом насоса.

Изолирующая камера у рабочей части насоса поддерживается корпусом насоса и обычно уплотняется по своей периферии напротив внутренней втулки насоса, которая может быть металлической или эластомерной. Внутреннее давление внутри корпуса насоса воздействует на внутреннюю поверхность изолирующей камеры. Изолирующая камера герметично отделена от главной втулки насоса о-образным кольцевым уплотнением или другим типом эластомерного уплотнения.

Объектом настоящего изобретения является устройство сброса давления для использования в насосах.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечивается устройство сброса давления для насоса, которое включает корпусный узел насоса с насосной камерой в нем, при этом корпусный узел насоса включает секцию, установленную с возможностью перемещения между нормальной рабочей позицией и позицией выпуска, срезной элемент, приспособленный для удержания секции в нормальном рабочем положении, при этом секция установлена таким образом, что давление внутри насосной камеры может воздействовать на боковую секцию, причем когда давление внутри насосной камеры достигнет

- 1 007366 определенного уровня, срезной элемент разрушается, осуществляя, таким образом, перемещение секции боковой стенки из нормального рабочего положения в позицию выпуска. В позиции выпуска давление внутри насосной камеры сбрасывается.

В одном варианте изобретения насос включает насосную камеру и изолирующую камеру с сообщением по текучей среде между ними, изолирующая камера включает секцию боковой стенки, установленную с возможностью перемещения между рабочей и выпускной позициями, срезной элемент, приспособленный для удержания боковой стенки в рабочем положении. Механизм действует таким образом, что когда давление внутри изолирующей камеры достигнет определенного уровня, срезной элемент разрушается, осуществляя, таким образом, перемещение секции боковой стенки из нормального рабочего положения в позицию выпуска.

Насос может включать корпус, имеющий две части, эффективно соединенные друг с другом, с насосной камерой внутри них. Насос может включать, как обычно, входное и выходное отверстия. Рабочее колесо помещается внутри насосной камеры и приводится в движение ведущим валом.

Изолирующая камера может формировать часть уплотняющего узла, секция боковой стенки должна быть установлена с возможностью ограниченного перемещения по оси.

Предпочтительно, чтобы секция боковой стенки была смонтирована в установленной позиции относительно одной из частей корпуса. Корпус насоса и секция боковой стенки могут иметь взаимодействующие кромки, и срезной элемент может быть помещен между ними. В одном варианте срезной элемент может включать кольцеобразное тело, имеющее один или более срезных фланцев, по существу, радиально выступающих из него наружу. В установленном положении один боковой край кольца примыкает к одной из кромок, и срезной фланец примыкает к другой кромке. Кромки частей расположены порознь, так что в случае разрушения срезного элемента обеспечивается движение по оси между двумя частями.

В другом варианте один или каждый срезной фланец заменяется выступающим срезным стержнем, который приспособлен для вхождения в отверстие в кольцеобразном теле. В данном варианте осуществления нагрузка приходится на один или каждый стержень, который разрушается при определенном давлении.

Далее могут быть предоставлены средства для подавления вращения боковой стенки. В одном варианте такие средства могут включать один или более зубцов, которые примыкают к части корпуса насоса.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается срезной элемент для использования в описанном выше устройстве; срезной элемент включает корпусную часть и срезной зубец или выступ, приспособленный для разрушения при определенном превышении давления внутри насосной камеры. Желательно, чтобы срезной элемент включал кольцевидное тело с одним или более зубцами или стержнями, радиально выступающими из него. Желательно предоставить два стержня, имеющих такую длину, чтобы обеспечить разрушение, применяя направленную по оси сдвигающую силу, возникающую при определенном превышении давления взвеси внутри насоса.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут в дальнейшем описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 представляет схематичный вид сбоку насоса согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 - подробный вид уплотнительного кольца по фиг. 1 согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 - подробный вид части узла насоса по фиг. 1;

фиг. 4 - схематичный вид сбоку насоса согласно другому варианту осуществления изобретения; фиг. 5 - подробный вид уплотнительного кольца по фиг. 4 согласно настоящему изобретению и фиг. 6 и 7 - иллюстрации двух форм сдвигающих элементов согласно изобретению.

На фиг. 1-3 показан насос под ссылочным номером 10, который включает корпусный узел, включающий корпус 12 насоса, состоящий из двух частей 13 и 14, соединенных вместе множеством болтов 15. Насос включает входное отверстие 17 и выходное отверстие 18. Втулка 20 расположена внутри корпуса насоса и включает периферическую секцию 21, внутреннюю секцию или горловую втулку 22 и заднюю секцию 23. Насос далее включает рабочее колесо 27, расположенное внутри насосной камеры 25, функционально соединенное с ведущим валом 26.

Корпусный узел также включает узел уплотнения подвижного соединения, ведущий вал 26 проходит в насосную камеру 25 через узел уплотнения подвижного соединения, который включает изолирующую камеру 31, имеющую вытеснитель 32 в ней. Изолирующая камера 31 сообщается с насосной камерой 25 с помощью соединительного прохода 33.

Узел уплотнения подвижного соединения также включает внешнюю уплотнительную стенку 40, включающую секцию 41 боковой стенки и периферическую секцию 42 стенки. Уплотнительная стенка приспособлена к установке в нормальное рабочее положение относительно корпуса насоса. У этого края уплотнительная стенка 40 и часть 13 корпуса имеют взаимодействующие кромки 43 и 44 со срезным элементом 45 между ними. Как показано на фиг. 6, срезной элемент 45 включает кольцо 46, имеющее один или более срезных фланцев 47, выступающих радиально из кольца. В нормальной рабочей позиции один

- 2 007366 боковой край кольца примыкает к кромке 44, и срезной фланец примыкает к кромке 43. Как становится ясно из фиг. 2, в установленной позиции кромки 43 и 44 расположены порознь. Болты 48 удерживают две части в нормальном рабочем положении. Край периферической секции стенки включает уплотняющий элемент, который может быть в форме уплотняющего о-образного кольца 29, который обеспечивает уплотнение между стенкой и задней секцией втулки 23. В варианте осуществления по фиг. 7 фланцы 47 заменены срезными стержнями 49.

Нужно принять во внимание, что любое давление внутри изолирующей камеры вызовет осевое усилие, которое будет приложено к срезному кольцу. Материалом срезного кольца может быть металл или неметалл, имеющий стабильные механические характеристики. Как было описано раньше, срезной элемент включает тело в форме кольца 46, предпочтительно, с двумя или более фланцами или зубцами 47 на своем внешнем диаметре. Осевое усилие, создаваемое давлением взвеси, возникающем в насосе, передается на эти зубцы или фланцы. Эти зубцы имеют такой размер, что площадь под сдвигающее напряжение высчитывается пропорционально размеру насоса и желаемому давлению, при котором будет возникать разрушение срезного кольца. Размеры каждого зубца могут изменяться с изменением площади сдвига и, таким образом, изменением давления, при котором возникнет разрушение срезного кольца.

Срезной элемент изготовлен таким образом, что когда внутреннее давление насоса увеличивается до предопределенного значения вследствие упомянутой блокировки и нулевой или близкой к нулю скорости потока, зубцы, таким образом, будут разрушаться, позволяя стенке изолирующей камеры 40 двигаться по оси наружу из части 13 корпуса насоса. Это движение сдвигает с места или срывает уплотнение 29 между изолирующей камерой и внутренней втулкой насоса (например, о-образное кольцо) и позволяет вытечь взвеси, таким образом, сбрасывая избыточное внутреннее давление внутри насоса. Перемещение стенки 40 и выпускание показано стрелками на фиг. 1.

Давление, при котором срезной элемент разрушается, может быть задано между максимальным допустимым оценочным давлением насоса и между его максимально допустимым тестовым давлением. Установленное в этом диапазоне давление означает, что компоненты насоса и крепления не испытают избыточного напряжения в течение создания избыточного давления, и могут безопасно использоваться повторно после замены испорченного срезного элемента.

Когда уплотнение между втулкой и изолирующей камерой протекает, избыточное давление падает внутри насоса. Когда срезное кольцо разрушается, и уплотнение изолирующей камеры смещается по оси, протечка возникает после о-образного кольца или эластомерного уплотнения 29. Протечка будет продолжаться, пока изолирующая камера будет сдвинута с места.

Содействуя продолжающемуся сбросу давления, жидкость и твердые частицы будут вытесняться за уплотнение в изолирующую камеру и затем в атмосферу через множество выемок или канавок, подобных проходам по периферии уплотнительной камеры, или через радиальные боковые стенки части 13 корпуса. Таким образом, протечка через изолирующую камеру и корпус насоса в атмосферу будет продолжаться, пока давление внутри насоса не приблизится к атмосферному. Сброс высокого давления и пара будет проходить через уплотняющее о-образное кольцо в изолирующую камеру, пока зазор, возникший при разрушении срезного кольца и изолирующей камеры, будет увеличиваться. Выход во внешнюю атмосферу будет осуществляться через зазоры или отверстия в изолирующей камере (как было описано), но выход может также осуществляться через специальные отверстия в приводной части корпуса насоса. Выпускные трубки могут быть присоединены к выпускным отверстиям в корпусе для прямого выпуска жидкости и пара непосредственно в почву. Это обеспечит дополнительную безопасность.

Жидкость и аэрозоль из насоса могут собираться в предохранительном или тому подобном приспособлении за задней или приводной частью насоса. В другом варианте выпускание потока может контролироваться и направляться вниз непосредственно на землю.

Изолирующая камера может свободно вращаться вместе с валом, если срезное кольцо разрушается, и изолирующая камера сместится по оси от насоса. Чтобы предотвратить вращение изолирующей камеры, один или более зубцов 49 формируется или закрепляется на внешнем диаметре изолирующей камеры, и зубцы закрепляются резьбовой шпилькой или тому подобным для предотвращения вращения.

Фиг. 4 и 5 показывают еще один вариант осуществления насоса согласно настоящему изобретению. Для идентификации деталей используются те же ссылочные номера, как и при описании фиг. 1-3.

В данном варианте осуществления узел уплотнения подвижного соединения корпусного узла заменяется узлом сальникового уплотнения. Узел сальникового уплотнения включает корпус сальника, или набивочную камеру 41, установленную с возможностью осевого движения относительно корпуса насоса, срезной элемент 45, установленный и работающий подобным образом, как было описано раньше.

Хотя зазор 31 показан, это не существенно для работы изобретения. Все что требуется, это чтобы давление внутри насосной камеры могло воздействовать на корпус сальника или набивочную камеру 41.

Изобретение предоставляет приспособление с возможностью аварийного сброса давления. Изобретение с такими параметрами в значительной степени не зависит от конструкции насоса, материалов, из которых изготовлены компоненты насоса, самих компонентов, приспособлений для установки насоса и связанной с ним системой трубопровода, любая регулировка, которую хочет сделать пользователь насоса, состоит только в установке устройства сброса избыточного давления.

- 3 007366

Достоинство приспособления заключается в следующем: срезной элемент разрушается при безопасном давлении; насос при этом не ломается. Давление разрушения находится в пределах максимального, рассчитанного изготовителями давления насоса. Насос может повторно использоваться посредством удаления и замены разрушенного элемента на такой же новый. Протечка улавливается и контролируется. Обломки не вылетают после разрушения. Элемент заменяется после разрушения, ни одна из других деталей насоса не подвергается риску разрушения, что может быть в случае, если рабочее колесо трется о корпус вследствие отклонения от оси, вслед за этим незамедлительно следует разрушение.

Наконец, понятно, что различные изменения, модификации и/или дополнения могут быть включены в различные конструкции и монтаж деталей без отклонения от идеи и объема изобретения.

Claims (6)

1. Устройство сброса давления для насоса, которое включает корпусный узел насоса с насосной камерой в нем, при этом корпусный узел насоса включает подвижную секцию, установленную с возможностью перемещения между нормальной рабочей позицией и позицией выпуска, срезной элемент, приспособленный для удержания подвижной секции в нормальном рабочем положении, причем подвижная секция установлена таким образом, что давление внутри насосной камеры может воздействовать на подвижную секцию, причем когда давление внутри насосной камеры достигнет определенного уровня, срезной элемент разрушается, осуществляя, таким образом, перемещение подвижной секции из нормального рабочего положения в позицию выпуска.

2. Устройство по п.1, в котором корпусный узел насоса включает насосную камеру и изолирующую камеру с сообщением по текучей среде между ними через соединительный проход, при этом изолирующая камера включает секцию боковой стенки, образующую вышеупомянутую подвижную секцию, установленную с возможностью перемещения между нормальной рабочей и позицией выпуска, срезной элемент, приспособленный для удержания секции боковой стенки в нормальном рабочем положении, при этом, когда давление внутри изолирующей камеры достигнет определенного уровня, срезной элемент разрушается, осуществляя, таким образом, перемещение секции боковой стенки из нормального рабочего положения в позицию выпуска.

3. Устройство по п.2, в котором корпусный узел насоса также включает корпус насоса, при этом секция боковой стенки соответственно установлена в корпусе насоса, оба они имеют взаимодействующие кромки, между которыми расположен срезной элемент; причем срезной элемент включает кольцеобразное тело, имеющее один или более срезных компонентов, радиально выступающих из него наружу, причем, когда устройство находится в установленном положении, один боковой край кольца примыкает к одной из кромок, а срезное средство примыкает к другой кромке, при этом кромки частей расположены с промежутком, так что в случае разрушения срезного элемента обеспечивается движение по оси между двумя частями.

4. Устройство по п.2 или 3, включающее также средства для предотвращения вращения боковой стенки.

5. Устройство по п.3 или 4, в котором один или каждый срезной элемент выполнен в форме фланца или зубца, выступающего из кольца.

6. Устройство по п.3 или 4, в котором один или каждый срезной элемент выполнен в форме срезного стержня, прикрепленного к кольцу, и выступающего из него.