Вертикальный одноступенчатый центробежный электронасосный агрегат с самоочищающейся проточной частью
VERTICAL SINGLE-STAGE CENTRIFUGAL ELECTRIC PUMP UNIT WITH SELF-CLEANING FLOW PATH

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к конструкции центробежного вертикального насоса, которая наиболее эффективно может быть использована в насосах для перекачивания воды, водяных растворов, нефти и нефтепродуктов, а также сходных с ними жидкостей, в том числе сточных продуктов и растворов, загрязненных длинноволокнистыми включениями, по магистральным, технологическим и вспомогательным трубопроводам.
Известен центробежный вертикальный насос, содержащий в спиральном корпусе с подводом и отводом однопоточное рабочее колесо закрытого типа с цилиндрическим щелевым уплотнением на входе, закрепленное на валу, установленном в направляющем опорном подшипнике скольжения с относительным зазором, сальниковое уплотнение, при этом направляющий опорный подшипник скольжения выполнен с увеличенным на 20% относительным зазором и состоящим из двух одинаковых по несущей способности и обеспечению смазывающей жидкостью нижнего и верхнего участков, рабочее колесо снабжено цилиндрическим щелевым уплотнением на выходе и разгрузочными отверстиями, выполненными в основном диске, сальниковое уплотнение расположено в корпусе направляющего опорного подшипника скольжения в верхнем месте выхода вала (Патент RU 92920, опубл. 10.04.2010г.).
Известен широко используемый в практике перекачивания водных растворов  вертикальный одноступенчатый центробежный  электронасосный агрегат, включающий вертикальный центробежный насос, приводной электродвигатель, соединительную муфту, соединяющую валы насоса и электродвигателя и закрытую защитным ограждением, подводящий трубопровод. (Атлас «Динамические насосы». В.В. Малюшенко, Москва, 1984 г., с.40, лист 18, рис.57 – насос центробежный типа В).
Наиболее близким техническим решением является вертикальный одноступенчатый центробежный электронасосный агрегат, включающий вертикальный центробежный насос, приводной электродвигатель, соединительную муфту, закрытую защитным ограждением и соединяющую валы насоса и электродвигателя, подводящий трубопровод, соединительная муфта прикреплена к насосу посредством конического стяжного элемента, а приводной конец вала насоса выполнен цилиндрическим и гладким, при этом ротор в составе насоса выполнен двухопорным, одна из опор выполнена в виде подшипника скольжения, установленного в районе ступицы рабочего колеса, а другая опора - в виде блока подшипников качения, установленного перед цилиндрическим концом вала, в рабочем колесе выполнены отверстия для выравнивания давления и установлены два щелевых уплотнения (Патент RU 197435, опубл. 08.11.2018г.).
Однако опыт эксплуатации вышеперечисленных насосов и подобных при перекачке ими сильно загрязнённых жидкостей, в том числе с наличием длинноволокнистых включений, которые определяют высокую степень засоряемости рабочего колеса (наматывание на лопасти, комковатость) показывает несоответствие показателей надежности и долговечности, а также невозможность их безостановочного использования. В частности, в известных конструкциях имеется рабочее колесо, которое с силу наличия основного и покрывающего диска, между которыми расположены лопасти имеет свойство задерживать внутри себя длинноволокнистые включения сточных сред и тем самым имеют высокую тенденцию к засорению, так же указанные конструкции насосов не содержат механизмов самоочищения от указанных длинноволокнистых засорений. В известных конструкциях насосов не реализован механизм регулировки напора насоса при неизменной подачи.
Конструкция центробежных вертикальных насосов нового поколения должна удовлетворять следующим требованиям:
- повышенная надежность при перекачке длинноволокнистых включений сточных сред;
- низкая вибрационная нагруженность;
- низкие эксплуатационные расходы;
- высокий уровень экономичности;
- возможность регулировки напора, создаваемого насосом при неизменной подаче.
Технический результат - повышение надежности работы вертикальных одноступенчатых центробежных электронасосных агрегатов при перекачке жидкостей с высоким содержанием длинноволокнистых включений, а также конструктивная возможность регулировки напора, создаваемого насосом при неизменной подаче.
Для достижения технического результата вертикальный одноступенчатый центробежный электронасосный агрегат с самоочищающейся проточной частью включает вертикальный центробежный насос, приводной электродвигатель и соединительную муфту, соединяющую валы насоса и электродвигателя. При этом вертикальный центробежный насос выполнен в виде входного патрубка, корпуса насоса, крышки корпуса и выходного патрубка, а в крышке корпуса насоса, на валу, установлено рабочее колесо открытого типа. Также в корпусе насоса, со стороны входного патрубка, дополнительно установлен: бронедиск, а между торцевой поверхностью лопастей рабочего колеса и бронедиском выполнен зазор. Кроме того, корпус насоса выполнен с возможностью регулировки расстояния зазора между рабочим колесом и бронедиском, посредством установки пластины между корпусом насоса и крышкой корпуса.
Входной патрубок может быть соединен с корпусом насоса посредством вертикального переходного кольца.
Входной патрубок может быть выполнен сужающимся с поворотом на 90° из горизонтального положения в вертикальное.
На внутренней поверхности бронедиска может быть выполнен вертикальный паз для улучшения самоочищения проточной части насоса.
Технический результат достигается принципиально новыми решениями: рабочее колесо насоса выполнено таким образом, что концы открытых лопастей рабочего колеса образуют равномерный внутренний зазор с бронедиском корпуса насоса, при этом сама насосная часть выполнена в виде отдельной сборочной единицы, позволяющей регулировать внутренний зазор посредством регулировки внешнего зазора между присоединительным фланцем корпуса насоса и фланцем крышки насосной части.
Изобретение поясняется чертежом, где показаны на фиг. 1- общий вид электронасосного агрегата, на фиг. 2 – насос в разрезе, на фиг. 3 – разнесенный разрез монтажа насосной части в корпус насоса, на фиг. 4 – насосная часть, вид А, со стороны всасывающей воронки рабочего колеса, на фиг. 5 – разрез Б-Б, профиля лопасти рабочего колеса.
Вертикальный одноступенчатый центробежный  электронасосный агрегат состоит из 1 - насос, 2 - электродвигатель, 3 - соединительная муфта с  защитным ограждением, 4 - входной фланец, 5 - выходной фланец, 6 – входной патрубок, 7 – переходное кольцо, 8 – корпус насоса, 9 – бронедиск, 10 -  насосная часть в сборе, 11 - вал, 12 – рабочее колесо, 13 – крышка, 14 – переходной корпус, 15 – торцевое уплотнение, 16 – блок подшипников качения, 17 – торцевое уплотнение, 18 – шпильки корпуса насоса, 19 – стяжные гайки, 20 – торцевая поверхность лопастей рабочего колеса, 21 – торцевая поверхность бронедиска, 22 – торцевая поверхность корпуса насоса, 23 – торцевая поверхность крышки насоса, 24 – паз бронедиска, 25 – пластины регулировки зазора между торцевой поверхностью лопастей рабочего колеса и торцевой поверхностью бронедиска.
Работа устройства осуществляется таким образом,  что при перекачке воды, водяных растворов, нефти и нефтепродуктов, а также сходных с ними жидкостей, в том числе сточных продуктов и растворов, загрязненных длинноволокнистыми включениями, перекачиваемая среда через входной фланец 4, входной патрубок 6 и переходное кольцо 7 попадает в рабочее колесо 12, при этом длинноволокнистые включения содержащиеся в перекачиваемой среде не засоряют проточную части, а за счет центробежной силы, и так же специальной конической формы лопасти рабочего колеса (размер b ≥b1) смещаются в сторону зазора S расположенного между торцевой поверхностью бронедиска 21 и торцевой поверхностью лопастей рабочего колеса 20, и далее длинноволокнистые включения выбрасываются, через зазор S, из проточной части насоса в выходной фланец 5. При этом регулировка зазора S осуществляется регулировкой размера Н пластин 25 монтируемых с внешней стороны корпуса насоса между торцевой поверхность корпуса насоса 22 и торцевой поверхность крышки насоса 23. Регулировка зазора S позволяет подбирать параметры насоса как под количество и качество длинноволокнистых включений, перекачиваемых совместно с перекачиваемой средой, так и дает возможность регулировать напор насоса при неизменной подаче. Для дополнительного улучшения самоочищения проточной части насоса от длинноволокнистых включений введен специальный паз 24 расположенный на внутренней «чашевидной» поверхности 21 бронедиска 9.
Таким образом, за счет разработанных в изобретении конструктивных решений основных узлов и элементов агрегата достигается повышение надежности и эффективности перекачивания воды, водяных растворов, нефти и нефтепродуктов, а также сходных с ними жидкостей, в том числе сточных продуктов и растворов, загрязненных длинноволокнистыми включениями,  по магистральным, технологическим и вспомогательным трубопроводам, а также появляется возможность регулировки напора, создаваемого насосом при неизменной подаче.