МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ САМОВСАСЫВАЮЩИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
MULTI-STAGE SELF-SUCTION ROTARY PUMP UNIT

Устройство касается многоступенчатого самовсасывающего центробежного насосного агрегата с указанными в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения признаками.
Из ЕР 2 505 842 А1 известен подобного рода многоступенчатый центробежный насосный агрегат, который выполнен так, что при заполнении лишь незначительным количеством перекачиваемой жидкости достигается самовсасывающий режим. Описанный там центробежный насосный агрегат зарекомендовал себя лучше всего, но для процесса самовсасывания требует некоторого время разгона.
DE 44 15 157 А1 относится к уровню техники, в котором у многоступенчатого центробежного насоса перекачиваемая жидкость во время фазы всасывания возвращается в результате открытия обратного клапана. Кроме того, предусмотрен воздухоотделитель, так что находящийся в агрегате воздух во время фазы всасывания может замещаться жидкостью, которая накоплена в камере насоса, вследствие чего может обеспечиваться самовсасывание насоса.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствовать далее подобного рода центробежный насосный агрегат относительно его самовсасывающего режима.
Эта задача решается согласно изобретению посредством многоступенчатого самовсасывающего центробежного насосного агрегата с указанными в пункте 1 формулы изобретения отличительными признаками. Предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения и последующем описании, а также на чертежах. При этом согласно изобретению указанные в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании признаки соответственно сами по себе, а также в подходящей комбинации могут далее усовершенствовать соответствующее изобретению решение согласно пункту 1 формулы изобретения.
Соответствующий изобретению многоступенчатый самовсасывающий центробежный насосный агрегат имеет по меньшей мере две следующие друг за другом в направлении движения потока насосные ступени, а также расположенный параллельно к по меньшей мере одной насосной ступени канал обратного потока. Согласно изобретению канал обратного потока выполнен и расположен так, что он, если смотреть в главном направлении потока насоса, оканчивается позади первой или следующей насосной ступени, а именно, если смотреть в главном направлении потока, позади направляющего аппарата насосной ступени.
.
Основной идеей соответствующего изобретению решения является расположить канал обратного потока не как в уровне техники параллельно первой насосной ступени, а расположить его параллельно второй или одной или нескольким следующим насосным ступеням. При этом в случае соответствующего изобретению центробежного насосного агрегата речь идет о таком агрегате, у которого насосные ступени расположены вертикально друг над другом Неожиданным образом обнаружилось, что тогда, когда согласно изобретению канал обратного потока, если смотреть в главном направлении потока насоса, оканчивается позади первой или следующей насосной ступени, а именно позади направляющего аппарата насосной ступени, то процесс самовсасывания происходит значительно интенсивнее и, в частности, с более коротким по времени запуском (разгоном), что является предпочтительным, поскольку время самовсасывания насоса сокращается и таким образом насос предоставляется в распоряжение значительно раньше для своего соответствующего назначению применения, например для перекачки огнетушительной жидкости. Правда, в случае соответствующего изобретению центробежного насосного агрегата, становится необходимым определенное базовое количество жидкости для запуска процесса самовсасывания, однако последующее всасывание, т.е. генерация низкого давления/вакуума, происходит значительно быстрее, чем у насосов согласно уровню техники. Вследствие того, что обратное направление нагнетаемой жидкости происходит не как известно из уровня техники между рабочим колесом и направляющим аппаратом, а в направлении потока позади направляющего аппарата, предотвращается ненужное завихрение направляемой обратно (возвращаемой) жидкости в области направляющего аппарата. Часть жидкости, которая через насосную ступень/насосные ступени нагнетается перед окончанием канала обратного потока, направляется без мешающих влияний направляемой обратно жидкости через направляющий аппарат, т.е. кинетическая энергия на выходе рабочего колеса может преобразовываться посредством последующего направляющего аппарата в энергию давления, только когда происходит смешение с направляемой обратно жидкостью. Вследствие этого достигается значительное усовершенствование процесса самовсасывания при запуске насоса.
.
Является предпочтительным, если канал обратного потока, если смотреть в главном направлении потока, оканчивается позади первой насосной ступени, т.е. позади направляющего аппарата первой насосной ступени, на ее расположенном со стороны потока выходе. При этом согласно изобретению канал обратного потока может перекрывать одну или несколько насосных ступеней, предпочтительно он должен перекрывать по меньшей мере две насосные ступениОсобенно быстрая и хорошая характеристика всасывания получается, если всасывающий канал перекрывает четыре насосные ступени, т.е. например, проходит параллельно от второй до пятой насосной ступени. Является предпочтительным, если канал обратного потока, если смотреть в главном направлении потока, оканчивается позади первой насосной ступени, т.е. позади направляющего аппарата первой насосной ступени, на ее расположенной со стороны потока выходе.
Чтобы осуществить процесс всасывания максимально эффективно, предпочтительно внутри центробежного насосного агрегата предусмотреть газоотделитель, который согласно одному усовершенствованию изобретения расположен предпочтительно со стороны выхода упомянутой по меньшей мере второй насосной ступени. Целесообразно располагать газоотделитель в направлении главного потока позади насосных ступеней, которые предусмотрены для процесса всасывания, то есть вслед за насосными ступенями, параллельно которым расположен канал обратного потока.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения газоотделитель образован неподвижным относительно корпуса, трубообразным телом, которое примыкает к направляющему аппарату насосной ступени и имеет по меньшей мере одну выемку в своей стенке, которая с возможностью направления текучей среды (гидравлически) соединена с каналом обратного потока. Такое выполнение является экономичным в изготовлении и высокоэффективным, поскольку выходящая из направляющего аппарата завихренной смесь газ–перекачиваемая текучая среда спирально поднимается по трубообразному телу и за счет центробежной силы попадает через упомянутую по меньшей мере одну выемку в стенке и тем самым в канал обратного потока, в то время как газ направляется вверх и таким образом удаляется из всасывающего контура.
Согласно одному предпочтительному усовершенствованию изобретения между двумя следующими в главном направлении потока за первой насосной ступенью насосными ступенями расположен буферный накопитель. Такой буферный накопитель расположен предпочтительно в главном направлении потока позади газоотделителя. Буферный накопитель служит для того, чтобы внутри насоса запасать некоторое количество воды, и, в частности, предусмотрен для того, чтобы при всасывании очень больших воздушных пузырьков, как например, это может осуществляться при всасывании из опорожненного бака к концу, эти воздушные пузырьки не приводили бы к тому, что необходимая для процесса всасывания вода не перекачивалась из насоса. Поэтому буферный накопитель может быть выполнен так, что он, с одной стороны, автоматически заполняется при протекании среды через насос, но, с другой стороны, накопленная там перекачиваемая текучая среда, по меньшей мере, с задержкой во времени опять освобождается, т.е. через канал обратного потока опять возвращается в предусмотренные для процесса всасывания насосные ступени.
Согласно изобретению, такой буферный накопитель предпочтительно может образовываться неподвижным относительно корпуса, трубообразным телом, которое окружает с промежутком общий привод центробежного насосного агрегата и который расположен на расстоянии от наружной стенки корпуса. Это трубообразное тело соединяется посредством кольцевого основания, которое, с одной стороны, соединено с трубообразным телом, а с другой стороны, со стенкой насоса и которое имеет по меньшей мере одну выемку, которая с возможностью направления текучей среды соединена с каналом обратного потока. Таким образом, речь идет о кольцеобразной накопительной емкости между трубообразным телом и стенкой насоса, в которой (емкости) предусмотрены расположенные со стороны основания выемки, которые выполнены таким образом, что обратный поток через эти выемки временно проходит так, что совместно перекачиваемые большие газовые пузырьки не приводят к тому, что нарушается характеристика самовсасывания.
Чтобы, с одной стороны, обеспечить хорошую характеристику всасывания, а с другой стороны, гарантировать, что при нормальной эксплуатации из-за канала обратного потока не произойдет ухудшения коэффициента полезного действия насоса, согласно одному усовершенствованию изобретения предусмотрено, что канал обратного потока выполнен с возможностью перекрытия регулируемым в зависимости от давления клапаном. Предпочтительно такой клапан предусмотрен со стороны входа канала обратного потока, поскольку там на выходе второй или вышележащей насосной ступени прикладывается уже относительно высокое давление при перекачки жидкости, которое может использоваться для регулирования клапана, в частности для его запирания. Клапан предпочтительно регулируется разницей давления, а именно в зависимости от разницы давления в канале обратного потока, таким образом, при превышении определенной заранее разницы давления канал обратного потока перекрывается. Таким образом, обеспечивается то, что канал обратного потока является действующим только при непосредственном процессе всасывания, а при нормальной эксплуатации насоса не оказывает никакого снижающего коэффициент полезного действия влияния.
Предпочтительно канал обратного потока выполнен как кольцевой канал, который окружает по меньшей мере одну, однако предпочтительно от двух до четырех, насосную ступень.
Согласно одному усовершенствованию изобретения предусмотрены средства для предотвращения холостого хода насоса. Эти средства могут выбираться в зависимости от использования насоса. Так, согласно изобретению тогда, когда агрегат предусмотрен и выполнен исключительно для эксплуатации с расположенными вертикально друг над другом насосными ступенями и имеет всасывающий патрубок на опоре насоса, причем этому всасывающему патрубку может предшествовать (т.е. включен перед ним) трубчатый участок, который проходит сбоку агрегата, предпочтительно до высоты последней насосной ступени. Этим (предвключенным) трубчатым участком обеспечивается то, что центробежный насосный агрегат посредством обратного потока перекачиваемой текучей среды не может работать вхолостую. Таким образом, в значительной степени обеспечивается также характеристика самовсасывания. При этом принципиальным является необходимость провести предшествующий трубчатый участок настолько высоко, чтобы была достигнута по меньшей мере одна из насосных ступеней, которые лежат в области канала обратного потока, то есть являются необходимыми для характеристики самовсасывания.
.
Согласно одному предпочтительному усовершенствованию изобретения предшествующий трубчатый участок выполнен U-образным и в своей соединяющей полки этой «U» (т.е. этого U-образного профиля) области, то есть на своем верхнем конце, снабжен вентиляционным отверстием, которое посредством вентиляционного клапана может выборочно открываться или закрываться. Вентиляционное отверстие гарантирует, в частности, при проходящем далее вниз всасывающем трубопроводе, что предотвращается то, что в результате пониженного давления во всасывающем трубопроводе предшествующий трубчатый участок и тем самым также примыкающий к нему насос всасывает вхолостую Тогда, посредством открытия клапана, т.е. активированием вентиляционного отверстия, проводящая пониженное давление часть всасывающего трубопровода может наполняться воздухом, так что при более позднем вводе в эксплуатацию насоса другая полка трубчатого участка и тем самым также сам насос остается наполненным жидкостью и насос вновь приводиться с самовсасыванием. При этом предпочтительно проводящим образом соединять вентиляционное отверстие при промежуточном расположении вентиляционного клапана с камерой нагнетания последней насосной ступени, так что при открытом вентиляционном клапане постоянно обеспечивать то, что близкий к насосу трубчатый участок, а также сам насос остаются наполненными жидкостью, несмотря на условия давления в другом трубчатом участке, т.е. на всасывающем трубопроводе.
В качестве вентиляционного клапана предпочтительно используется электрически управляемый магнитный клапан. Такие клапаны являются экономичными, надежными и просто управляемыми.
Альтернативно, для предотвращения холостого хода насоса также со стороны всасывания, т.е. перед первой насосной ступенью, может быть расположен обратный клапан. Такой обратный клапан может быть частью насосного агрегата или же может быть расположен в предшествующем со стороны всасывания трубчатом участке.
Предпочтительно в опоре насоса расположен напорный патрубок, который через кольцевое пространство проводящим образом соединен с последней ступенью насоса. Вследствие этого образован насос с линейным типом конструкции.
Для привода центробежного насосного агрегата согласно изобретению предпочтительно предусмотрен электромотор, который приводит в движение центральный, несущий рабочие колеса вал. Мотор предпочтительно расположен на верхней стороне агрегата.
Изобретение далее пояснено посредством примеров осуществления изобретения, изображенных на чертежах, которые показывают:
Фиг.1 – сильно упрощенное схематичное изображение продольного сечения соответствующего изобретению центробежного насосного агрегата,
Фиг.2 – увеличенное изображение области первой из четырех насосных ступеней по фиг.1,
Фиг.3 – увеличенное изображение области между четвертой и последней насосной ступенью по фиг.1,
Фиг.4 – увеличенное изображение расположенной с напорной стороны области корпуса за четвертой насосной ступенью в продольном сечении,
Фиг.5 – область корпуса согласно фиг.4 в поперечном сечении,
Фиг.6 – центробежный насосный агрегат согласно фиг.1 с установленным клапаном, и
Фиг.7 – вариант осуществления с предвключенным обратным клапаном в изображении, соответствующем фиг.1.
В случае изображенного при помощи фиг.1–5 центробежного насосного агрегата речь идет о многоступенчатом самовсасывающем центробежном насосном агрегате с линейным типом конструкции, который предусмотрен для вертикальной эксплуатации, т.е. в вертикальном положении. При этом на фиг.1 изображена только расположенная со стороны насоса часть центробежного насосного агрегата, которая предусмотрена на опорной части 1 для установки на горизонтально ориентированной поверхности и которая имеет всасывающий патрубок 2, а также соосный ему напорный патрубок 3, как это принято у насосов линейного типа. К этой опорной части 1, которая выполнена как литая деталь, примыкает имеющая насосные ступени 4 средняя часть 5 насоса, которая на своем верхнем конце заканчивается выполненной также литьем головной части 6, которая одновременно образует опору 7 мотора для размещения там электромотора. Этот (не показан) электромотор соединен посредством (не показан) сцепления с центральным валом 8, который пронизывает насос от головной части 6 до опорной части 1, установлен с возможностью вращения и несет рабочие колеса 9 насосных ступеней 4.
Изображенный посредством фиг.1–5 насос имеет в общей сложности пять насосных ступеней 4, которые последовательно гидравлически соединены, так что перекачиваемая текучая среда от всасывающего патрубка 2 сначала направляется к нижнему, первому рабочему колесу 9а, оттуда попадает в согласованный с этим рабочим колесом 9а направляющий аппарат 10а, который направляет перекачиваемую текучую среду к расположенной после нее насосной ступени, а именно к всасывающему отверстию (всасывающее устье) рабочего колеса 9b второй насосной ступени, с которым согласован направляющий аппарат 10b, который направляет текучую среду к всасывающему отверстию (всасывающее устье) рабочего колеса 9с третьей насосной ступени. К третьей насосной ступени, которая заканчивается направляющим аппаратом 10с, примыкает четвертая насосная ступень, состоящая из рабочего колеса 9d и направляющего аппарата 10d. Наконец, насос близко к своему концу имеет пятую насосную ступень, состоящую из рабочего колеса 9е и направляющего аппарата 10е.
Насосные ступени 4 расположены в цилиндрическом внутреннем корпусе 11, который окружен с радиальным промежутком также цилиндрическим наружным корпусом 12. Посредством сформированного между внутренним корпусом 11 и внешним корпусом 12 кольцевого пространства перекачиваемая текучая среда из выхода направляющего аппарата 10е самой верхней пятой насосной ступени направляется обратно вниз к опорной части 1 и там к напорному патрубку 3.
Принципиальная конструкция насоса, а также каждой насосной ступени, состоящая из рабочего колеса 9 и направляющего аппарата 10, соответствует обычному типу, относящемуся к уровню техники, и поэтому здесь в подробностях не описана.
Чтобы выполнить насос самовсасывающим, то есть конструктивно обеспечить, что по меньшей мере тогда, когда внутри насоса имеется небольшое количество жидкости, осуществляется самовсасывающий эффект, у представленного центробежного насоса предусмотрено несколько конструктивных мероприятий.
Так, предусмотрен канал 13 обратного потока, который образован цилиндрической промежуточной стенкой, которая расположена с небольшим промежутком от внутреннего корпуса 11 между выходом первой насосной ступени и выходом четвертой насосной ступени и, кроме того, на концах жестко и герметично соединена с внутренним корпусом 11. Канал 13 обратного потока образуется посредством радиальных выемок 14 выше четвертой насосной ступени, то есть выше направляющего аппарата 10d четвертой насосной ступени, во внутреннем корпусе 11. От выемок 14 канал 13 обратного потока в виде кольцевого канала проходит вниз, где он заканчивается выемками 15 между направляющим аппаратом 10а со стороны выхода первой насосной ступени и рабочим колесом 9b со стороны входа второй насосной ступени. Таким образом, этот канал 13 обратного потока накоротко замыкает четвертую насосную ступень с выходом первой насосной ступени, так что перекачиваемая текучая среда во время фазы всасывания насоса после включения циркулирует сначала между второй и четвертой насосной ступенью, так как это обозначено прерывистыми линиями 16 на фиг.2, которые показывают контур циркуляции всасывающей жидкости. Вследствие того, что канал 13 обратного потока направляется обратно не как в уровне техники ко входу первой насосной ступени, а ко входу второй насосной ступени, то процесс самовсасывания происходит относительно плавно.
Со стороны выхода четвертой насосной ступени внутри внутреннего корпуса 11 в примыкании к направляющему аппарату 10d этой ступени выполнен газоотделитель 17 в форме цилиндрического трубчатого участка, который расположен неподвижно относительно корпуса и коаксиально валу 8 и в области верхней трети своей длины снабжен округлыми выемками 18. Образующая газоотделитель 17 труба соответствует по высоте примерно двум насосным ступеням. Газоотделитель 17 способствует тому, что при прерывании потока жидкости из-за относительно большого газового пузырька, этот пузырек может подниматься по центру, в то время как выходящая из направляющего аппарата 10d жидкость ввиду еще имеющегося завихрения и имеющейся из-за этого центробежной силы через отверстия 18 выходит наружу и затем на наружном периметре внутри внутреннего корпуса 11 течет обратно или поднимается дальше вверх без того, чтобы за счет этого происходил разрыв перекачиваемого потока.
К газоотделителю 17 сверху с промежутком примыкает буферный накопитель 19, который ограничивается внутри посредством цилиндрического трубчатого участка 20, коаксиального валу 8, ограничивается снаружи посредством внутреннего корпуса 11 и ограничивается снизу посредством кольцеобразного основания 21. Основание 21 снабжено выемками 22, которые выполнены с такими размерами, что буферный накопитель 19 через эти выемки 22 в основании 21 опорожняется лишь медленно, но не спонтанно, то есть даже в случае прохождения очень большого количества газа в этой области насоса в первую очередь остается перекачиваемая жидкость. К цилиндрическому трубчатому участку 20 сверху с промежутком примыкает всасывающее отверстие рабочего колеса 9е пятой насосной ступени. Перекачиваемая жидкость, которая проходит через трубчатый участок 20, течет таким образом по меньшей мере частично в расположенный сбоку рядом с ним буферный накопитель 19 и оттуда, при условии что эти пространства не как при нормальном функционировании насосов наполнены перекачиваемой жидкостью, течет обратно к четвертой насосной ступени и оттуда через канал 13 обратного потока ко входу второй насосной ступени. Таким образом, даже при возникновении очень больших газовых пузырьков постоянно гарантируется, что внутри насоса остается достаточное количество перекачиваемой жидкости, чтобы обеспечить непрерывный режим перекачивания.
Чтобы предотвратить то, что после фазы всасывания в собственно режиме перекачивания посредством обратно направляющейся перекачиваемой жидкости через канал обратного потока 13 возникают потери, предусмотрен управляемый давлением клапан 23, который тогда, когда давление на выходе четвертой насосной ступени поднимается выше определенного значения, а именно когда закончен собственно процесс всасывания, перекрывает выемки 14 во внутреннем корпусе 11. Для этого клапан 23 имеет расположенную ограниченно подвижно внутри цилиндрического внутреннего контура металлическую пластину (полосу) 24, которая на своих обоих концах выполнена вилкообразной и посредством винтов 25 ограниченно подвижно внутри внутреннего корпуса 11 соединена с этим корпусом. Посредством расположенного по центру между винтами 25 и между обоими выемками 14 винта 26 во внутреннем корпусе 11 металлическая пластина 24 в области винта 26 удерживается на расстоянии от внутреннего корпуса 11. С возрастающим внутренним давлением металлическая пластина 24, которая выполнена из пружинной стали, упруго деформируется и выдавливается радиально наружу, перекрывая выемки 14. Как только внутреннее давление опустится ниже определенного значения, металлическая пластина 24 опять примет свою показанную на фиг.5 исходную форму и таким образом откроет выемки 14.
Чтобы предотвратить, например, холостую работу центробежного насоса после выключения, перед всасывающим патрубком 2 включен U-образный трубчатый участок 27, который проходит по высоте до пятой насосной ступени, так что сам насос и показанная на фиг.1 слева полка U-образного трубчатого участка 27 постоянно остаются наполненными перекачиваемой жидкостью.
При этом в усовершенствовании U-образного трубчатого участка 27 на его самом высоком месте, то есть в области перемычки упомянутого U-образного профиля, имеется вентиляционное подсоединение 28, которое закрыто посредством магнитного клапана 29. Это вентиляционное подсоединение 28 соединено с камерой нагнетания последней насосной ступени посредством шланга 30. Магнитный клапан 29 в неприведенном в действие состоянии закрыт и в результате соответствующего (не показан) управления открывается при падении давления в камере нагнетания последней насосной ступени, чтобы обеспечить то, что внутри насоса постоянно остается достаточное количество перекачиваемой жидкости и сохраняется способность самовсасывания.
У варианта осуществления по фиг.7 вместо U-образного трубчатого участка 27 и вентиляционного отверстия 28 со стороны всасывания предусмотрен обратный клапан 31, который обеспечивает то, что перекачиваемая жидкость может течь только в насос, а не из него со стороны всасывания, а также этим обеспечивается способность самовсасывания.
Список ссылочных позиций
1 опорная часть
2 всасывающий патрубок
3 напорный патрубок
4 насосные ступени
5 средняя часть насоса
6 головная часть
7 опора мотора
8 вал
9а-9е рабочие колеса
10а-10е направляющие аппараты
11 внутренний корпус
12 наружный корпус
13 канал обратного потока
14 выемка вверху
15 выемка внизу
16 прерывистые линии, которые показывают перекачиваемый поток в фазе всасывания
17 газоотделитель
18 выемки
19 буферный накопитель
20 трубчатый участок
21 основание буферного накопителя
22 выемки в основании
23 клапан
24 металлическая пластина
25 винты
26 винт
27 U-образный трубчатый участок
28 вентиляционное подключение
29 магнитный клапан
30 шланг
31 обратный клапан
32 перекачиваемый поток при нормальном функционировании насоса, главное направление движения потока