EA012078B1

EA012078B1 - Насос

Info

Publication number: EA012078B1
Application number: EA200800222A
Authority: EA
Inventors: Патрик Андерссон
Original assignee: Ай Ти Ти Мэньюфэкчуринг Энтерпрайзиз Инк.
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2009-08-28
Also published as: KR20080021597A; DE602006018463D1; MX2007015360A; BRPI0612886B1; SE527964C2; JP2008545093A; CN101208520B; BRPI0612886A2; RS51593B; IL186983A; EA200800222A1; PL1899609T3; HK1118088A1; CA2606677A1; AP2007004225A0; CA2606677C; ZA200709477B; MY147376A; IL186983A0; PT1899609E

Abstract

Изобретение относится к насосу для откачки загрязненной жидкости, содержащей твердые материалы, включающему в себя корпус насоса, снабженный вращающимся рабочим колесом, установленным на приводном валу и имеющим по меньшей мере одну лопасть, и посадочным местом рабочего колеса, причем, по меньшей мере одна часть рабочего колеса и его посадочное место выполнены с возможностью перемещения в осевом направлении относительно друг друга. Кроме того, посадочное место рабочего колеса имеет в верхней поверхности по меньшей мере одну канавку.

Description

Область техники

Настоящее изобретение в основном относится к насосам для сточных вод и, в частности, к насосу для нефильтрованной загрязненной жидкости, содержащей твердые материалы, такие как пластмасса, предметы гигиены, текстильные изделия, ветошь и т.д. Насос содержит корпус насоса, снабженный вращающимся рабочим колесом, установленным на приводном валу и имеющим по меньшей мере одну лопасть, и посадочным местом рабочего колеса, причем по меньшей мере одна часть рабочего колеса и его посадочное место выполнены с возможностью перемещения в осевом направлении относительно друг друга.

Уровень техники

В канализационных станциях, септических резервуарах, колодцах и т.д. часто происходит засорение погружного насоса, опущенного в резервуар системы, таким твердым материалом или загрязняющими веществами, как носки, гигиенические прокладки, бумага и т.д. Иногда загрязняющие элементы имеют слишком большие размеры для прохождения через насос, если рабочее колесо и его посадочное место расположены на фиксированном расстоянии друг от друга.

Известно, что для освобождения от засоряющего материала центробежные насосы снабжаются средствами измельчения твердого материала на более мелкие части, после чего небольшие части выводятся вместе с накаченной жидкостью. Однако измельчение твердого материала является энергоемким процессом, что является неблагоприятным фактором, тем более, что насосы такого типа обычно работают в течение долгого периода времени. Другим обычным способом устранения засоряющего материала является использование рабочего колеса, выполненного только с одной лопаткой и имеющего один большой пропускной канал, через который может проходить твердый материал. Недостатком такого типа насосов является то, что твердый материал часто запутывается вокруг передней кромки лопасти. Третьей попыткой решить проблему крупного, засоряющего насос материала является использование компоновки, в которой рабочее колесо расположено на фиксированном расстоянии от его посадочного места, например на расстоянии 30-40 мм. Большим недостатком является постоянно крайне низкая производительность насоса.

Наилучшим путем решения данной проблемы твердого материала, засоряющего насос, должна быть возможность перемещения рабочего колеса и его посадочного места в осевом направлении относительно друг друга для образования зазора. Однако в известных насосах, содержащих данный признак, такой зазор используют для других целей. Кроме того, предусмотрен только небольшой зазор между рабочим колесом и его посадочным местом. В ЕР 1247990 описан насос, рабочее колесо которого подвижно в осевом направлении относительно посадочного места в продольном направлении приводного вала. Однако возможность перемещения строго ограничена, а решаемой за счет этого задачей является только лишь обеспечение рабочего старта в сухом состоянии, например, когда в насосе нет жидкости. В ОВ 751908 описан насос, в котором обеспечивается перемещение рабочего колеса вручную относительно посадочного места. Задачей такой конструкции является возможность осуществления регулирования производительности насоса. В И8 6551058 описан насос с рабочим колесом, выполненным с возможностью перемещения в осевом направлении относительно приводного вала. Целью представленной конструкции является предотвращение поломок лопастей рабочего колеса в случае попадания в насос твердых материалов.

При этом, ни в одном из вышеуказанных, а также каких-либо других документах, не содержатся решения или цели, направленные на пропускание больших частей твердых материалов. Даже если небольшие части твердого материала и могли бы пройти через зазор, образованный между нижней кромкой рабочего колеса и его посадочным местом, то большие части твердого материала будут вероятнее всего застревать в узком образованном зазоре. В худшем случае, могло бы произойти полное заклинивание рабочего колеса и тем самым серьезное повреждение насоса. Такая непредвиденная остановка является дорогостоящей вследствие дорогостоящих, объемных и незапланированных работ по обслуживанию. Засорение твердыми материалами входного отверстия является даже лучшим последствием, чем заклинивание твердых материалов между лопастью рабочего колеса и его посадочным местом. В случае забитого входного отверстия единственным результатом будет меньшее количество жидкости, проходящей через насос, тогда как в случае заклинивания рабочего колеса может произойти поломка насоса.

В рассматриваемом в качестве ближайшего аналога патенте ЕР 1357294 на имя заявителя раскрыт насос для твердых материалов, содержащихся в нефильтрованных сточных водах. Насос имеет канавку, выполненную в верхней поверхности посадочного места рабочего колеса для переноса всех загрязняющих объектов в направлении периферии корпуса насоса. Однако в патенте строго указано, что рабочее колесо не должно быть подвижным относительно посадочного места с целью сдирания твердого материала с лопасти кромкой канавки.

Кроме того, погружные насосы используются для откачки жидкости из резервуаров, труднодоступных для проведения обслуживания, и насосы зачастую работают в течение большого периода времени, нередко до 12 ч в день и больше. Поэтому крайне желательно создать насос, имеющий больший срок эксплуатации.

- 1 012078

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных насосов и создание усовершенствованного насоса. Основной целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного насоса вышеуказанного типа, надежным образом обеспечивающего проход твердых материалов через насос без необходимости в измельчении твердых материалов на мелкие части. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание насоса с уменьшенным трением между рабочим колесом и приводным валом в осевом направлении с целью лучшей подвижности рабочего колеса. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание насоса, имеющего повышенный срок эксплуатации благодаря уменьшенному трению в поверхности контакта рабочего колеса и приводного вала, а также за счет более надежного управления рабочим колесом во время перемещения.

Согласно изобретению, по меньшей мере, основная задача решается за счет вышеописанного насоса, имеющего признаки, раскрытые в независимом пункте формулы изобретения.

Согласно изобретению предлагается насос вышеописанного типа, характеризующийся тем, что посадочное место рабочего колеса имеет на верхней поверхности по меньшей мере одну канавку.

Таким образом, настоящее изобретение основано на понимании значимости того, что возможность перемещения рабочего колеса в осевом направлении на слишком небольшие расстояния по сравнению с размером твердых материалов влечет за собой другие и даже более неприятные проблемы, чем препятствие откачивания жидкости. В частности, важно непременно убирать твердые материалы из зазора между лопастью рабочего колеса и его посадочным местом.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения канавка проходит в форме спирали от расположенного по центру открытого канала, выполненного в посадочном месте рабочего колеса, к его периферии, вдоль направления вращения рабочего колеса. Из этого следует, что в случае столкновения передней кромки лопасти рабочего колеса с частью твердых материалов, твердые материалы будут направлены наружу в направлении посадочного места рабочего колеса вследствие центробежной силы, а также того, что передняя кромка лопасти крыльчатки имеет стреловидную форму. При встрече твердых материалов с канавкой на верхней поверхности посадочного места рабочего колеса твердые материалы, повторяя форму канавки, последуют наружу и в то же время будут поднимать рабочее колесо с его посадочного места и, таким образом, быстро проходить через насос.

Согласно предпочтительному варианту рабочее колесо может перемещаться на большое расстояние от посадочного места, предпочтительно на расстояние диаметра открытого канала в посадочном месте рабочего колеса. Тем самым значительно повышается пропускная способность насоса в отношении твердых материалов.

Краткое описание чертежей

Более полное представление о вышеуказанных и других признаках и преимуществах настоящего изобретения будет очевидно из следующего подробного описания предпочтительных вариантов выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - поперечное сечение рабочего колеса и его посадочного места при нахождении рабочего колеса в первом, нижнем положении;

фиг. 2 - поперечное сечение рабочего колеса и его посадочного места при нахождении рабочего колеса во втором, верхнем положении;

фиг. 3 - увеличенный вид поперечного сечения одного из вариантов выполнения соединения рабочего колеса с приводным валом со снятым рабочим колесом;

фиг. 4 - поперечное сечение вида сверху соединения, показанного на фиг. 3;

фиг. 5 - вид снизу в перспективе рабочего колеса;

фиг. 6 - вид сверху в перспективе посадочного места рабочего колеса;

фиг. 7 - поперечное сечение рабочего колеса и его посадочного места, с альтернативным соединением; и фиг. 8 - поперечное сечение вида сверху соединения согласно фиг. 7.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 и 2 показано рабочее колесо 1 и его посадочное место 2, обычно размещенные в корпусе насоса (не показан). Другие детали насоса не показаны для упрощения чертежей. В общем, изобретение относится к насосам, однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения насосом является погружной центробежный насос.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения посадочное место 2 рабочего колеса образовано втулкой, соединенной с возможностью разъема с корпусом насоса посредством ее размещения в гнезде корпуса насоса таким образом, что втулка не имеет возможности вращения относительно корпуса насоса. Рабочее колесо 1 установлено на приводном валу 3, проходящем сверху, и выполнено с возможностью вращения в корпусе насоса. Первый, верхний конец (не показан) приводного вала 3 соединен с двигателем насоса. Второй, нижний конец приводного вала 3 соединен с рабочим колесом 1 таким образом, что рабочее колесо 1 может перемещаться в осевом направлении вдоль приводного вала 3 и вращаться совместно с приводным валом 3. Предпочтительно приводной вал 3 установлен в расположенную по центру ступицу 4 рабочего колеса 1.

- 2 012078

Далее рассмотрим фиг. 5 и 6. Рабочее колесо 1 содержит по меньшей мере одну лопасть 5, проходящую от ступицы 4 в направлении периферии рабочего колеса 1, предпочтительно в форме спирали.

В показанном варианте выполнения направление вращения рабочего колеса 1 осуществляется по часовой стрелке, а лопасти 5 выполнены отходящими в противоположное направление, т.е. против часовой стрелки. В показанном варианте выполнения рабочее колесо 1 имеет две лопасти 5, каждая из которых имеет удлинение, проходящее примерно на 270° вокруг ступицы 4, однако следует отметить, что количество и длина лопастей 5 может значительно отличаться в соответствии с жидкостями и применением. Например, каждая лопасть может проходить по прямой линии в радиальном направлении от ступицы. Каждая лопасть 5 содержит переднюю кромку 6 и нижнюю кромку или поверхность 7 вершины. Передняя кромка 6 выполнена непосредственно над расположенным по центру открытым каналом 8 посадочного места 2 рабочего колеса 1, а нижняя кромка 7 лопасти 5 расположена над верхней поверхностью 9 посадочного места 2 рабочего колеса 1.

В верхней поверхности 9 посадочного места 2 рабочего колеса 1 выполнена по меньшей мере одна канавка или канавка 10 для выхода твердых материалов, прилегающая к открытому каналу 8 посадочного места. Канавка 10 проходит от открытого канала 8 посадочного места 2 к его периферии. Предпочтительно в форме спирали, развертывающейся наружу в направлении вращения рабочего колеса 1, т.е. в противоположном направлении одной из лопастей 5. Количество канавок 10 и их форма и расположение могут существенно отличаться в соответствии с различными жидкостями и применением. Назначением канавки 10 является направление твердых материалов наружу к периферии корпуса насоса. При прохождении твердых материалов через насос некоторая их часть будет цепляться снизу за лопасти 5 рабочего колеса 1 и вызывать замедление вращения рабочего колеса 1 и даже его остановку. Однако канавки 10 способствуют сохранению лопастей чистыми посредством срывания твердых материалов каждый раз, когда лопатка проходит канавку. В случае, если твердые материалы слишком велики для размещения в канавке 10 и между рабочим колесом 1 и посадочным местом 2, рабочее колесо 1 будет перемещаться твердыми материалами вверх от посадочного места 2, тем самым позволяя твердым материалам проходить через насос.

Форма нижней кромки 7 лопасти 5 соответствует в осевом направлении форме верхней поверхности 9 посадочного места 2. Осевое расстояние между нижней кромкой 7 и верхней поверхностью 9 должна быть менее 1 мм при нахождении рабочего колеса в первом, нижнем положении, показанном на фиг. 1. Данное расстояние предпочтительно менее 0,7 мм и более предпочтительно менее 0,5 мм. При этом данное расстояние должно быть более 0,1 мм и предпочтительно более 0,3 мм. В случае очень близкого расстояния между рабочим колесом 1 и его посадочным местом 2 на лопасти 5 рабочего колеса 1 действует сила трения или разрушающее усилие.

Для предотвращения засорения открытого канала 8 посадочное место 2 предпочтительно снабжено средствами направления твердых материалов к канавке 10. Данные средства направления содержат, по меньшей мере один направляющий элемент 11, отходящий от верхней поверхности 9 посадочного места 2, в частности, от части верхней поверхности 9, обращенной к открытому каналу 8. Направляющий элемент 11 в основном проходит в радиальном направлении посадочного места и расположен под рабочим колесом 1 и имеет верхнюю кромку 12, проходящую от места, прилегающего к самой внутренней части лопасти 5 рабочего колеса 1, к верхней поверхности 8 посадочного места 2. В частности, самая внутренняя часть верхней кромки 12 направляющего элемента 11 расположена примерно на том же расстоянии от центра рабочего колеса 1, что и самая внутренняя часть лопасти 5 рабочего колеса 1. Предпочтительно, если верхняя кромка 12 направляющего элемента 11 заканчивается на границе со «входом» канавки

10. Осевое расстояние между верхней кромкой 12 направляющего элемента 11 и передней кромкой 6 лопасти 5 должно быть менее 1 мм при нахождении рабочего колеса в первом, нижнем положении. Кроме того, верхняя кромка 12 направляющего элемента 11 соответствует передней кромке 6 лопасти 5 рабочего колеса 1 и расположена граничащей с ней.

Расстояние осевого перемещения между рабочим колесом 1 и посадочным местом 2 должно иметь соответствующую длину в зависимости от применения, т.е. от 0 мм и выше. Вышеуказанное перемещение должно осуществляться по меньшей мере на 15 мм, более предпочтительно по меньшей мере на 40 мм и еще более предпочтительно по меньшей мере на такое же расстояние, что и диаметр открытого канала 8. В показанном варианте осуществления диаметр открытого канала 8 равен 150 мм. Кроме того, осевое перемещение может осуществляться большим количеством способов, однако, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения рабочее колесо 1 имеет возможность перемещения вдоль оси приводного вала 3.

Далее рассмотрим фиг. 3 и 4. На фиг. 3 показано соединение насоса, позволяющее осевое перемещение рабочего колеса 1 относительно приводного вала 3 с одновременной передачей вращательного движения от приводного вала 3 рабочему колесу 1. Соединение содержит муфту 13, предусмотренную в центральной ступице 4 рабочего колеса 1 и соединенную с рабочим колесом 1 посредством болтов (не показаны) или других подобных элементов. В качестве альтернативного варианта муфта 13 может быть выполнена за одно целое с рабочим колесом 1. Муфта 13 имеет в центральной части полость 14, в которой размещен второй, нижний конец приводного вала 3. В предпочтительном варианте выполнения на

- 3 012078 стоящего изобретения приводной вал снабжен у своего второго, нижнего конца втулкой 15, соединенной с приводным валом 3 посредством болта 16, и/или шпонки и шпоночного паза, или подобных элементов. В качестве альтернативного варианта втулка 15 может быть выполнена за одно целое с приводным валом

3.

Втулка 15 имеет первую, верхнюю часть с первым внешним диаметром, по существу равным внутреннему диаметру фланца 17 муфты 13. Кроме того, втулка 15 имеет вторую нижнюю часть с диаметром большим, чем первый диаметр втулки 15. Диаметр второй части втулки 15 по существу равен внутреннему диаметру полости 14. Благодаря данному соотношению размеров рабочее колесо 1 удерживается в подвешенном состоянии на приводном валу 3. Полость 14 имеет большую протяженность в осевом направлении по сравнению со второй частью втулки 15, причем муфта 13 и рабочее колесо 1 выполнены с возможностью перемещения на расстояние, равное, в сущности, этой разнице.

В первом варианте выполнения изобретения соединение содержит по меньшей мере один дискретный элемент 18, установленный на стыке муфты 15 или рабочего колеса 1 и втулки 15 или приводного вала 3. Элемент 18 в основном передает вращательное движение от приводного вала 3 к рабочему колесу 1 и обеспечивает перемещение рабочего колеса 1 по приводному валу 3. В муфте 13 выполнено углубление 19 для каждого элемента 18, причем углубление 19 проходит в осевом направлении приводного вала 3. Во втулке 15, напротив углубления 19, выполненного во втулке 13, выполнено соответствующее углубление 20, в котором при совмещении с углублением 19, выполненным в муфте 13, размещается указанный элемент 18. На фиг. 3 правый элемент 18 не показан с целью общего вида углублений 19, 20. На фиг. 4 не показаны левый и правый элементы 18. Предпочтительно, если используются только два элемента 18, а размеры элементов 18 определяются по крутящему моменту, передающемуся рабочему колесу 1 от приводного вала 3. В показанном выполнении на фиг. 1-4 дискретный элемент выполнен в виде стержня, предпочтительно с точки зрения изготовления круглого сечения.

Следует отметить, что в альтернативном варианте дискретный элемент 18 может быть выполненным в виде нескольких шариков, перемещающихся вместе с углублением 19 втулки 15 во время перемещения рабочего колеса в осевом направлении. В частности, углубление 19 на втулке 15 имеет верхнее и нижнее заграждающие элементы, предотвращающие выпадение шариков в полость 14. В альтернативном варианте дискретный элемент 18 может быть выполнен за одно целое с внутренней поверхностью втулки 15, т.е. в виде выступов на внутренней поверхности, выступающих в углубления 19 на муфте 13.

В альтернативном варианте относительная подвижность рабочего колеса вдоль приводного вала 3 может быть осуществлена посредством шлицевого соединения рабочего колеса 1 с приводным валом 3, показанного на фиг. 7 и 8. Преимуществом использования шлицевого соединения является то, что соединение будет содержать меньшее количество элементов.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения рабочее колесо 1 выполнено с возможностью свободного перемещения вдоль приводного вала 3, поскольку отсутствуют пружины или подобные элементы, препятствующие движению. В частности, любое усилие от твердых материалов, действующее на рабочее колесо 1 снизу и превышающее высокое давление на верхнюю сторону рабочего колеса 1, будет способным приподнять рабочее колесо 1 от его посадочного места 2. После удаления твердых материалов рабочее колесо 1 автоматически вернется в нижнее положение согласно фиг. 1, поскольку давление на верхнюю сторону рабочего колеса 1 выше давления на нижнюю сторону рабочего колеса 1.

В качестве альтернативного варианта рабочее колесо 1 перед самым пуском насоса смещено в верхнее положение согласно фиг. 2 посредством пружины. Только когда насос запущен и начинает течь жидкость, рабочее колесо 1 будет перемещаться к его посадочному месту 2. Это предотвращает тряску рабочего колеса 1 внутри корпуса нассса во время транспортировки. Кроме того, снижается пусковой момент для рабочего колеса 1, поскольку рабочее колесо 1 и его посадочное место 2 находятся на достаточном расстоянии друг от друга.

В случае попадания в открытый канал 8 посадочного места 2 рабочего колеса 1 большого фрагмента твердых материалов, его размеры слишком велики для прохождения между лопастью 5 рабочего колеса 1 и верхней поверхностью 9 его посадочного места 2. Однако канавка 10 совместно с лопаткой 5 рабочего колеса 1 захватывает твердые материалы и заставляет их «подниматься» по верхней поверхности 9 на посадочном месте 2 рабочего колеса 1 по канавке 10.

В заключение следует отметить, что наиболее предпочтительным числом канавок 10 является одна. Кроме того, насос должен предпочтительно содержать один направляющий элемент 11. В противном случае открытый канал 8 должен иметь слишком много препятствий, что неблагоприятным образом бы повлияло на работу насоса.

Возможные модификации изобретения

Изобретение не ограничивается только описанными выше и показанными на чертежах вариантами осуществления. Таким образом, насос или, более конкретно, посадочное место рабочего колеса может быть любым образом модифицировано или изменено в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Следует отметить, что взамен выполнения рабочего колеса с возможностью перемещения вдоль

- 4 012078 приводного вала осевое перемещение может быть осуществлено различными способами, например, приводной вал и рабочее колесо могут удаляться от посадочного места рабочего колеса, или указанное посадочное место может удаляться от рабочего колеса, или и рабочее колесо, и его посадочное место могут удаляться друг от друга. Кроме того, подвижными в осевом направлении относительно ступицы рабочего колеса могут быть выполнены только лопасти. Например, каждая лопасть в отдельности может быть выполнена подвижной и входить в канавку на внешней поверхности ступицы, так что по меньшей мере одна часть лопасти может быть подвижной в осевом направлении относительно посадочного места рабочего колеса.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Насос для откачки загрязненной жидкости, содержащей твердые материалы, включающий в себя корпус насоса, снабженный вращающимся рабочим колесом (1), установленным на приводном валу (3) и имеющим по меньшей мере одну лопасть (5), и посадочным местом (2) рабочего колеса (1), причем по меньшей мере одна часть рабочего колеса (1) и его посадочное место (2) выполнены с возможностью перемещения при работе насоса в осевом направлении относительно друг друга, отличающийся тем, что посадочное место (2) рабочего колеса имеет по меньшей мере одну канавку (10), выполненную в его верхней поверхности (9).
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо (1) выполнено с возможностью перемещения по меньшей мере на 15 мм от его посадочного места (2).
3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что рабочее колесо (1) выполнено с возможностью перемещения по меньшей мере на 40 мм от его посадочного места (2).
4. Насос по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что канавка (10) проходит от расположенного по центру открытого канала (8) в посадочном месте (2) рабочего колеса (1) к его периферии.
5. Насос по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что канавка (10) проходит в форме спирали от открытого канала (8) наружу вдоль направления вращения рабочего колеса (1).
6. Насос по п.5, отличающийся тем, что лопатка (5) рабочего колеса (1) проходит в форме спирали в противоположном направлении к спиральной форме канавки (10).
7. Насос по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что рабочее колесо (1) выполнено с возможностью свободного перемещения в осевом направлении относительно приводного вала (3).
8. Насос по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что насос содержит по меньшей мере один дискретный элемент (18), установленный на стыке между рабочим колесом (1) и приводным валом (3).
9. Насос по п.8, отличающийся тем, что рабочее колесо (1) и приводной вал (3) имеют углубления (19, 20), выполненные в расположенных напротив друг друга поверхностях указанного стыка, в которых при их совмещении размещается указанный элемент (18).
10. Насос по п.8 или 9, отличающийся тем, что в указанном стыке размещены по меньшей мере два дискретных элемента (18), расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности приводного вала.
11. Насос по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что каждый элемент (18) выполнен в виде стержня, проходящего в продольном направлении приводного вала (3).
12. Насос по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что направляющий элемент (11) проходит от посадочного места (9) рабочего колеса (1) к центру рабочего колеса (1) и расположен вблизи указанной канавки (10).