НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО
PUMP DEVICE

Изобретение относится к насосостроению, в частности к насосным устройствам дождевальных установок.
Известно насосное устройство, содержащее корпус, внутри которого на подшипниках соосно установлены ведущая шестерня шестеренного насоса, рабочее колесо центробежного насоса и рессора, связывающая последние, в котором, с целью повышения надежности, на рессоре выполнены два уплотнительных пояска, а в ведущей шестерне и рабочем колесе - цилиндрические проточки для размещения поясков (SU 800424 А, 30.01.1981).
К недостаткам описанного насосного устройства относится малый срок его службы, вызванный абразивным износом цилиндрических поясков с канавками и установленных в них уплотнительных колец. При использовании центробежного насоса для перекачки оросительной воды в полость вместе с ней подаются минеральный сор, иловатые частицы, песок, микроводоросли, микроорганизмы и растительные примеси. Взвесь вызывает абразивный износ и одновременно с этим гидравлические потери.
Для предотвращения чрезмерных утечек оросительной воды в сопряжениях вращающегося колеса и корпусе насоса устанавливают уплотнительные сменные кольца либо в виде плоских цилиндрических колец в разъемный паз корпуса, либо в виде кольца типа угольника, либо в виде кольца двухрядного торцевого лабиринта (см. Центробежные насосы для нефтяной промышленности. Под общ. редакцией И.Е.Есьмана. Москва-Ленинград, Гостоптехиздат, 1951, с.102, рис.70).
В описанных уплотнительных кольцах в зазоры при протекании воды набиваются иловатые частицы, вызывая быстрый механический износ в сопряжениях и снижая этим КПД и напор воды насосом.
Известны также уплотнения между корпусом и колесом в насосах высокого давления и относительно малой подачи либо в виде проточенного сменного кольца, либо в виде ступенчатого сменного кольца, либо в виде одноступенчатого торцевого уплотнения, либо в виде лабиринтного уплотнения с торцевым пояском, либо в виде лабиринтного уплотнения с конусным пояском, либо лабиринтного уплотнения в виде винтовой канавки на колесе с торцевым пояском (см. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. Москва-Ленинград, Машиностроение, 1966, с.160, рис.95).
К недостаткам известных уплотнений в конструкциях насосов высокого давления относятся высокие коэффициенты расхода лабиринтных уплотнений, увеличивающие при работе из-за увеличения исходных зазоров в сопряжениях недопустимые перетоки, снижение напора, увеличение энергозатрат и падение КПД насоса.
Лабиринтные уплотнения, рассматриваемые в справочнике В.М. Буров. Судовые насосы. Ленинград, Судостроение, 1988, с.112-113, рис.4.6, не снижают как гидравлических потерь из-за наличия трения в каналах проточенной части, так и объемных потерь из-за разности давлений и протечки во всасывающем и напорном патрубках, приводя в целом к снижению механического КПД насоса.
Известен также центробежный насос, включающий корпус, рабочее колесо и вал его привода, установленные концентрично в корпусе (см. В.И.Турк. Насосы и насосные станции. Москва, Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961, с.38, рис.18).
К недостаткам этого насоса относятся большие объемные потери в зазорах между неподвижным корпусом и вращающимся приводным колесом.
Известно стояночное уплотнение манжетного типа с раскрывающе-поджимающим устройством, выполненным в виде закрепленных к отбортовке губки манжеты грузов, радиально подпружиненных относительно корпусной части манжеты, в котором, с целью повышения надежности, упрощения конструкции и удешевления изготовления, подпружинивающий грузы элемент выполнен в виде гофрированной тонкостенной мембраны, закрепленной своей периферической частью в корпусной детали манжеты, перфорированной по всему полю прорезями и связанной внутренней своей частью с грузами (SU 844871 А, 07.07.1981).
К недостаткам описанного стояночного уплотнения относятся недопустимо большие перетоки перекачиваемой жидкости из напорной полости во всасывающую.
В качестве ближайшего аналога нами выбрано насосное устройство, содержащее приемный патрубок и корпус, внутри которого на подшипниках соосно установлены вал насоса и рабочее колесо центробежного насоса, сопряженное с корпусом и приемным патрубком посредством пары защитных колец (см. Двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100 В. Инструкция по эксплуатации. Волгоград, ОАО «Оросительная техника», 1997, с.20, рис.17).
К недостаткам известного насосного устройства относятся большие объемные потери в сопряжениях рабочего колеса и корпуса из-за интенсивного износа защитных колец, низкой их ремонтопригодности и больших затрат труда и времени на их замену.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является снижение объемных потерь в местах сопряжении рабочего колеса центробежного насоса со спиралеобразным корпусом.
Получаемый при этом технический результат заключается в повышении КПД насосного устройства, снижении энергоемкости, уменьшении перетока перекачиваемой жидкости, повышении срока службы, снижении затрат труда и времени при ремонте, упрощении конструкции и применении дешевых материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в насосном устройстве, содержащем приемный патрубок и корпус, внутри которого на подшипниках соосно установлены вал насоса и рабочее колесо центробежного насоса, сопряженное с корпусом и приемным патрубком посредством пары защитных колец, согласно изобретению каждое защитное кольцо выполнено в виде резиновой манжеты с армированным в ней разгрузочным кольцом, внутренняя поверхность кольца снабжена выступами лабиринтного уплотнения, сопряженными с ответной частью в виде канавок на поясках рабочего колеса.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен центробежный насос, вид со стороны привода.
На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, поперечно-вертикальный разрез центробежного насоса.
На фиг.3 изображен диаметральный вертикальный разрез консольного центробежного насоса.
На фиг.4 - узел Б на фиг.2, конструктивное исполнение защитного кольца в месте сопряжения вращающегося колеса с корпусом насоса.
Насосное устройство (см. фиг.2, 3) содержит приемный патрубок 1 и корпус 2. Внутри корпуса 2 (в случае выполнения консольного центробежного насоса, см. фиг.3) и патрубка 1 (в случае выполнения центробежного насоса двустороннего всасывания, см. фиг.2) на подшипниках 3 и 4 установлены соосно вал 5 и рабочее колесо 6 центробежного насоса. Рабочее колесо 6 сопряжено с корпусом 2 и приемным патрубком 1 посредством пары защитных колец 7, 8. Насосное устройство (см. фиг.1, 2) двустороннего всасывания содержит разъемный корпус 2 из верхней части 14 и нижней части 15, приемный патрубок 1 и напорный патрубок 16, вал 5 и рабочее колесо 6. Рабочее колесо 6 с корпусом 2 сопряжено посредством основных защитных колец 17 и 18 и манжет дополнительных колец 7 и 8 (см. фиг.4).
Каждое кольцо 7, 8 (см. фиг.4) выполнено в виде резиновой манжеты с армированным в ней разгрузочным кольцом 9 из полосовой листовой стали. Внутренняя поверхность каждого кольца 7, 8 снабжена выступами 10 лабиринтного уплотнения. Выступы 10 колец 7, 8 сопряжены с ответной частью в виде канавок 11,12 на поясках 13 рабочего колеса 6.
Насосное устройство работает следующим образом.
Перед пуском в действие корпус 2 насоса и всасывающий трубопровод с приемным патрубком 1 заполняют для дождевальных машин оросительной водой, взятой из открытого канала или водоема. При вращении рабочего колеса 6 вода, заполняя каналы между лопатками рабочего колеса 6, под действием центробежной силы отбрасывается от центра колеса 6 к его периферии, выходя из колеса 6 со значительной скоростью, поступает в спиральную камеру в полости корпуса 2 и далее в нагнетательный трубопровод, а при установке насосного устройства на двухконсольных дождевальных агрегатах моделей ДДА-100 МА или ДДА-100 В - в водопроводящий пояс фермы. При этом в центральной части насоса, т.е. перед входом жидкости в рабочее колесо 6, создается разрежение. Под действием атмосферного давления на поверхность воды в открытом канале вода через всасывающие клапан и линию (для дождевального агрегата ДДА-100 В) направляется в корпус 2 насоса. Таким образом, устанавливается непрерывная подача воды насосом.
Лабиринтные уплотнения между канавками 11 и 12 (см. фиг.4) на поясках рабочего колеса 6 и колец 7 и 8 сводят до минимума перетечки воды из рабочей полости корпуса 2 насоса. При увеличении давления воды в полости корпуса 2 V-образная канавка между корпусом манжеты каждого кольца 7, 8 и разгрузочным кольцом 9 позволяет прижать манжету к проточке корпуса 2 и удерживает чрезмерное прижатие выступов 10 колец 7 и 8 в канавки 11 и 12 на поясках 13 рабочего колеса 6.
При увеличении зазоров в лабиринтном уплотнении колец 7 и 8 из-за абразивного износа под действием разности давлений воды на входе в полость насоса - в приемном патрубке 1 и в рабочем пространстве улитки корпуса 2 за счет упругих сил резиновой манжеты колец 7, 8 выступы 10 прижимаются к канавкам 11 и 12 на поясках 13 рабочего колеса 6.
При большом механическом износе выступов 10 для замены защитных колец 7 и 8 достаточно выполнить демонтажные работы в насосе, а вместо изношенных старых вставить новые кольца 7 и 8 из комплекта ЗИП насоса.
Описанная конструкция защитных колец 7 и 8 в насосных устройствах двустороннего всасывания (см. фиг.1, 2) работают аналогичным образом.
Защитные кольца 7 и 8 позволят снизить на 20-30% коэффициент расхода воды за счет уменьшения паразитных перетоков в полости корпуса 2, повысить КПД и снизить энергозатраты. Наибольшая эффективность описанных колец 7 и 8 в виде армированных манжет с лабиринтным уплотнением на внутренней цилиндрической поверхности выявлена при работе с оросительной водой, насыщенной минеральным сором, взвесями, микроводорослями и растительными остатками. Использование предложенных колец 7 и 8 снижает на 40…45% затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт насоса.