ПОГРУЖНОЙ НАСОС
DOWNHOLE PUMP

Изобретение касается погружного насоса.
Обычно погружные насосы применяют для откачивания смешанных с твердыми веществами сточных вод. Эти насосы, как правило, оснащены одноканальным или многоканальным рабочим колесом для транспортировки сточной воды. Такой погружной насос известен, например, из ЕР 1 300 594 В1. Описанный там насос со стороны входа своего рабочего колеса в области всасывающего устья имеет режущее устройство, которое измельчает содержащиеся в подлежащей транспортировке сточной воде твердые вещества, чтобы избежать блокирования рабочего колеса насоса. Как правило, транспортировка сточной воды оказывается беспроблемной, правда даже измельченные компоненты твердых веществ, как и всасываемый насосом воздух, могут проникать в сравнительно большое полое пространство рабочего колеса и таким образом приводить к вибрации и следующим из этого связанным с потоком шумам. Подобного рода полые пространства в случае одноканальных рабочих колес получаются с задней стороны проточного канала внутри рабочего колеса и обычным образом открыты к аксиальному концу рабочего колеса, который обращен от всасывающего устья. Даже принимая во внимание радиальное уплотнение вала, которое уплотняет корпус насоса относительно направленного в корпусе насоса приводного вала рабочего колеса, находящиеся в полом пространстве рабочего колеса частицы твердого вещества представляют собой проблему, так как они, если попадают в это радиальное уплотнение вала, могут в данном случае негативно влиять на его функциональные свойства и охлаждение.
На этом фоне в основу изобретения положена задача создания улучшенного насоса названного выше типа, в котором скорости рабочего колеса и связанное с ними шумовое воздействие, по меньшей мере, уменьшается, а предпочтительным образом устраняется и в котором уплотняющее корпус насоса радиальное уплотнение вала защищается от находящихся в рабочем колесе частиц твердых веществ.
Эта задача решается с помощью погружного насоса с приведенными в пункте 1 формулы изобретения признаками. Предпочтительные усовершенствования этого погружного насоса следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, последующего описания, а также из чертежей. При этом согласно изобретению приведенные в зависимых пунктах формулы изобретения признаки соответственно сами по себе или же в комбинации могут далее развивать соответствующее изобретению решение согласно пункту 1 формулы изобретения.
Соответствующий изобретению погружной насос имеет расположенное в корпусе насоса рабочее колесо, в частности одноканальное рабочее колесо, с полым пространством внутри. Однако рабочее колесо может иметь все обычные для погружных насосов формы рабочего колеса. Погружной насос оснащен уплотнением, которое уплотняет рабочее колесо относительно расположенной неподвижно части корпуса насоса. Это уплотнение предотвращает, в частности, проникновение твердых веществ и загрязнений в, по меньшей мере, одно полое пространство, находящееся внутри рабочего колеса и снаружи проточного канала. Это уплотнение имеет расположенное со стороны рабочего колеса уплотнительное кольцо, которое входит в зацепление в расположенное со стороны корпуса насоса, второе внешнее уплотнительное кольцо. Расположенное со стороны рабочего колеса уплотнительное кольцо жестко соединено с рабочим колесом и вследствие этого вращается совместно с вращающимся рабочим колесом. Расположенное со стороны корпуса насоса уплотнительное кольцо установлено без возможности вращения в корпусе насоса. Совместно оба используемых уплотнительных кольца образуют радиальное уплотнение, которое расположено предпочтительно в области внешней периферии рабочего колеса и уплотняет рабочее колесо и, в частности, его полые пространства относительно протекаемого жидкостью внутреннего пространства корпуса насоса.
В основе изобретения лежит идея отводить находящиеся внутри рабочего колеса, то есть в полом пространстве рабочего колеса, частицы твердых веществ или собирающийся там воздух посредством уплотнения в область за пределами рабочего колеса. Для этой цели расположенное со стороны корпуса насоса уплотнительное кольцо в соответствии с изобретением имеет, по меньшей мере, одну выемку для отвода частиц твердых веществ. Чтобы по возможности минимально воздействовать на принципиальные уплотнительные свойства уплотнения, на этом уплотнении предпочтительно выполнена лишь одна выемка, но при необходимости это уплотнительное кольцо также может иметь несколько выемок. Чтобы иметь возможность направлять частицы твердых веществ через уплотнение в область за пределами рабочего колеса, имеющийся между расположенным со стороны рабочего колеса уплотнительным кольцом и по существу прилегающим к нему, расположенным со стороны корпуса насоса уплотнительным кольцом зазор целесообразным образом рассчитан и/или выполнен таким образом, что частицы твердых веществ могут проникать в этот зазор и затем через выполненную на расположенном со стороны корпуса насоса внешнем уплотнительном кольце выемку могут выходить из уплотнения в примыкающее к нему протекаемое жидкостью полое пространство корпуса насоса. Далее, предпочтительно зазор имеет выполнение и размеры, которые, с одной стороны, позволяют отводить воздух через зазор изнутри рабочего колеса, а с другой стороны, могут предотвратить проникновение твердых веществ в полое пространство рабочего колеса.
За счет устранения находящихся внутри рабочего колеса, то есть в полом пространстве, частиц твердых веществ и воздуха через уплотнение из рабочего колеса в окружающий рабочее колесо участок корпуса насоса, они больше не могут оказывать влияние на плавность/бесшумность работы рабочего колеса. Кроме того, посредством уменьшения содержания твердых веществ в жидкости уменьшается опасность того, что частицы твердого вещества могут проникать в радиальное уплотнение вала, обычным образом предусмотренное для гидравлически уплотненного ввода приводного вала рабочего колеса в корпус насоса.
Чтобы находящиеся в зазоре между расположенным со стороны рабочего колеса уплотнительным кольцом и расположенным со стороны корпуса насоса уплотнительным кольцом частицы твердых веществ имели возможность направляться через уплотнение и в этой связи особенно предпочтительно к выполненной на внешнем уплотнительном кольце выемке, расположенное со стороны рабочего колеса уплотнительное кольцо на своей внешней стороне имеет, по меньшей мере, один захват для транспортировки частиц твердых веществ. Такие захваты могут создаваться, например, за счет рельефной топографии внешней окружной/периферической поверхности расположенного со стороны рабочего колеса уплотнительного кольца, в случае которой выступы и/или углубления захватывают находящиеся в уплотнительном зазоре частицы твердых веществ при вращении расположенного со стороны рабочего колеса уплотнительного кольца и перемещают к выполненной на расположенном со стороны корпуса насоса уплотнительном кольце выемке, где они выпускаются в окружение уплотнения.
В случае соответствующего изобретению погружного насоса речь предпочтительно идет о вертикально установленном насосе, у которого область всасывания расположена в области нижнего конца насоса ниже вертикально смонтированного рабочего колеса. У этих насосов в верхней области рабочего колеса, в частности, в полом пространстве рабочего колеса, может собираться в данном случае совместно всасываемый погружным насосом воздух. В этом отношении оказывается целесообразным уплотняющее рабочее колесо относительно неподвижной части корпуса насоса уплотнение расположить именно в этой верхней области рабочего колеса с тем, чтобы находящийся в рабочем колесе воздух мог через уплотнение напрямую удаляться из рабочего колеса. Таким образом, предпочтительное усовершенствование соответствующего изобретению погружного насоса предусматривает, что уплотняющее рабочее колесо, соответственно, его полое пространство относительно неподвижной части корпуса насоса уплотнение расположено на аксиально дистанцированном от всасывающего устья насоса конце рабочего колеса.
Согласно одному другому предпочтительному усовершенствованию как расположенное со стороны рабочего колеса, так и расположенное со стороны корпуса насоса уплотнительные кольца имеют полуцилиндрическую форму. Вследствие этого, в качестве уплотнительных колец могут соответственно использоваться уплотнительные кольца в форме втулки. При этом расположенное со стороны корпуса насоса уплотнительное кольцо может перекрывать закрепленное на рабочем колесе уплотнительное кольцо на его внешней стороне, соответственно, на расположенной по периферии стороне в аксиальном направлении в сравнительно большой области, вследствие чего могут осуществляться соответственно хорошие уплотнительные свойства. То есть одно уплотнительное кольцо, предпочтительным образом расположенное со стороны корпуса насоса уплотнительное кольцо окружает другое уплотнительное кольцо по всей периферии (окружности).
Как уже отмечалось, выполненный на внешней, соответственно, окружной стороне расположенного со стороны рабочего колеса уплотнительного кольца захват или несколько предусмотренных там захватов для транспортировки частиц твердых веществ могут быть образованы выполненной на внешней боковой поверхности этого уплотнительного кольца, подобной рельефу поверхностной структурой. В этой связи предпочтительно предусмотрено, что расположенное со стороны рабочего колеса уплотнительное кольцо на своей внешней периферии имеет, по меньшей мере, одно углубление. Особенно предпочтительно сформировано несколько углублений с равномерным распределением по периферии уплотнительного кольца. Применение желобообразных углублений для транспортировки частиц твердых веществ предпочтительно в том отношении, что такое выполнение захвата не оказывает никакого влияния на остальную ширину зазора между расположенным со стороны рабочего колеса уплотнительным кольцом и расположенным со стороны корпуса насоса уплотнительным кольцом, так как на расположенном со стороны рабочего колеса уплотнительном кольце не нужны никакие выступающие радиально наружу возвышения. Вследствие этого, в остальном зазор может быть рассчитан узким.
Выполненные на расположенном со стороны рабочего колеса уплотнительном кольце углубления служат для приема частиц твердых веществ. Чтобы иметь возможность транспортировать (удалять) эти частицы твердых веществ из уплотнения, оказалось особенно целесообразным, если выполненная на расположенном со стороны корпуса насоса уплотнительном кольце выемка расположена и выполнена таким образом, что она полностью освобождает упомянутое, по меньшей мере, одно углубление расположенного со стороны рабочего колеса уплотнительного кольца. То есть, если углубление расположенного со стороны рабочего колеса уплотнительного кольца находится на той же угловой позиции, что и выемка, то выемка и углубление находятся друг над другом. В соответствии с этим, предусмотрено выполнение, в котором посредством вращения расположенного со стороны рабочего колеса уплотнительного кольца относительно расположенного со стороны корпуса насоса уплотнительного кольца выполненное на расположенном со стороны рабочего колеса уплотнительном кольце углубление, соответственно, углубления перемещаются в положение, в котором они ввиду наличия выполненной на расположенном со стороны корпуса насоса уплотнительном кольце выемки не перекрываются этим уплотнительным кольцом. В таком случае находящиеся в углублении частицы твердых веществ могут в этом месте выпадать из углубления в корпус насоса.
Для удаления частиц твердых веществ из корпуса насоса выполненная на расположенном со стороны корпуса насоса уплотнительном кольце выемка наиболее целесообразным образом расположена в протекаемой жидкостью области корпуса насоса, которая соединена по потоку с нагнетательным патрубком насоса. При этом предпочтительно предусмотрено, что выемка расположена на участке уплотнительного кольца, который обращен к области низкого давления корпуса насоса. В этой связи под "областью низкого давления" корпуса насоса следует понимать такую протекаемую жидкостью область в выпускном отводе корпуса насоса, в которой имеется менее значительное давление жидкости, чем у напорного патрубка, то есть выходного поперечного сечения насоса.
Выполненная на расположенном со стороны корпуса насоса уплотнительном кольце выемка предпочтительно образована на одном аксиальном краю уплотнительного кольца. В случае этого внешнего края уплотнительного кольца обычным образом речь идет о крае, который расположен с обращением к рабочему колесу насоса. Итак, выемка предпочтительным образом расположена в области расположенного со стороны корпуса насоса уплотнительного кольца, которая является наиболее удаленной от свободного конца входящего в зацепление в него и расположенного со стороны рабочего колеса уплотнительного кольца.
Особенно предпочтительно ограничивающий выемку край, по меньшей мере, на отдельных участках может образовывать режущую кромку. То есть, по меньшей мере, один участок кромки, например, вследствие соответствующей заточки, имеет такую сужающуюся геометрию, которая придает этому участку края определенную остроту. Эта заостренная область кромки служит для того, чтобы измельчать транспортируемые уплотнением к выемке расположенного со стороны корпуса насоса уплотнительного кольца частицы твердых веществ перед их выпуском в корпус насоса.
Целесообразным образом выполненная на ограничивающем выемку краю режущая кромка выполнена на обращенном к уплотнительному кольцу рабочего колеса участке края выемки. Это целесообразно в том отношении, что при вращении рабочего колеса транспортируемые закрепленным на этом рабочем колесе уплотнительным кольцом частицы твердых веществ перемещаются непосредственно к режущей кромке, то есть его лезвию, в направлении резания.
Предпочтительно образующий режущую кромку участок относительно внешней торцевой стороны уплотнительного кольца ориентирован под углом 15-90°. Особенно предпочтительно угол, который режущая кромка образует с внешней торцевой стороной расположенного со стороны корпуса насоса уплотнительного кольца, составляет больше чем 35°, так как оказалось, что при меньших углах существует опасность того, что направленные к режущей кромке частицы твердых веществ могут осаждаться на режущей кромке вместо того, чтобы разрезаться, как этого хотелось бы. Даже расположенный противоположно режущей кромке краевой участок выемки может быть скошен относительно внешней торцевой стороны уплотнительного кольца, так что выемка может иметь по существу клиновидный или трапецеидальный внешний контур. При этом расположенный противоположно режущей кромке краевой участок по отношению к внешней торцевой стороне уплотнительного кольца предпочтительно также может быть ориентирован под углом 15-90°, правда при этом предпочтительным образом предусмотрено, что этот угол больше, чем угол между режущей кромкой и внешней торцевой стороной уплотнительного кольца.
В дальнейшем, изобретение поясняется более подробно посредством примера осуществления, представленного на чертежах, на которых показано:
Фиг.1 - погружной насос на виде сбоку;
Фиг.2 - корпус насоса погружного насоса согласно фиг.1 в перспективном представлении;
Фиг.3 - рабочее колесо погружного насоса согласно фиг.1 на виде сбоку;
Фиг.4 - рабочее колесо согласно фиг.3 с расположенным на нем и находящимся на стороне корпуса насоса уплотнительным кольцом в перспективном представлении;
Фиг.5 участок корпуса насоса согласно фиг.2 в продольном разрезе;
Фиг.6 корпус насоса согласно фиг.2, схематично в поперечном разрезе.
В случае показанного на фиг.1 погружного насоса речь идет о вертикально расположенном погружном насосе. Этот погружной насос обычным образом имеет состоящий из двух частей корпус с корпусом 2 насоса и корпусом 4 двигателя, который расположен над корпусом 2 насоса. На нижнем конце корпуса 2 насоса кольцеобразно расположено несколько опорных стоек 6 погружного насоса, которые окружают кольцом всасывающую область погружного насоса.
В корпусе 2 насоса установлено (фиг.5) рабочее колесо 8 с возможностью вращения в направлении В вращения вокруг продольной оси А корпуса 2 насоса. В случае рабочего колеса 8 речь идет о так называемом одноканальном рабочем колесе с одним каналом 10 рабочего колеса, который проходит от находящегося на аксиальном конце рабочего колеса 8 всасывающего устья 12 к периферии рабочего колеса. С задней (обратной) стороны канала 10 рабочего колеса, то есть отделенно от него, во внутреннем пространстве рабочего колеса 8 образовано полое пространство, соответственно, полость 14, которое/которая является открытым/открытой к обращенной от всасывающего устья 12 аксиальной стороне рабочего колеса 8. В корпусе 2 насоса с радиально внешней стороны рабочего колеса 8 образован направляющий жидкость выпускной отвод 16 (см. фиг.6), который оканчивается в нагнетательном патрубке 18 корпуса 2 насоса.
Рабочее колесо 8 уплотнено в корпусе 2 по отношению к неподвижной там конструктивной части 20 посредством уплотнения 22. Уплотнение 22 образовано выполненным на рабочем колесе 8 уплотнительным кольцом 24 и образованным на конструктивной части 20 уплотнительным кольцом 26, причем расположенное со стороны рабочего колеса уплотнительное колесо 24 входит (с зацеплением) в выполненное на конструктивной части 20 уплотнительное кольцо 26. Уплотнительное кольцо 24 расположено на обращенном от всасывающего устья 12, находящемся с торцевой стороны конце рабочего колеса 8, в то время как уплотнительное кольцо 26 расположено на конструктивной части 20 корпуса насоса на обращенной к рабочему колесу 8 стороне. Оба уплотнительных кольца 24 и 26 выполнены по существу полуцилиндрическими и расположены концентрично друг относительно друга.
На уплотнительном кольце 26 образована выемка 28, у которой свободно расположено находящее со стороны рабочего колеса уплотнительное кольцо 24, которое в остальном обернуто уплотнительным кольцом 26. Выемка 28 в своем угловом положении относительно продольной оси А расположена в одной из дистанцированных от нагнетательного патрубка 18 областей низкого давления выпускного отвода 16 (фиг.6) и исходя от обращенной к рабочему колесу 8 торцевой стороны уплотнительного кольца 26 проходит в направлении конструктивной части 20, причем ширина выемки 28 трапецеидально сужается в направлении конструктивной части 20. Для этого примыкающие к торцевой стороне уплотнительного кольца 26 и противолежащие друг другу боковые края 30 и 32 выемки 28 соответственно выполнены скошенными относительно торцевой стороны уплотнительного кольца 28. При этом обращенный в направлении В вращения рабочего колеса 8 боковой край 30 по отношению к торцевой стороне уплотнительного кольца 26 отклонен под углом приблизительно 45°, а противолежащая боковой кромке 30 боковая кромка 32 отклонена по отношению к торцевой стороне уплотнительного кольца 26 под углом примерно 60°. Как в частности становится ясно из фиг.4, толщина стенки уплотнительного кольца 26 непрерывно сужается в области боковой кромки 30 и таким образом образует режущую кромку 30, функция которой более подробно поясняется в дальнейшем описании.
На внешней окружной поверхности расположенного со стороны рабочего колеса уплотнительного кольца 24, исходя от расположенного с торцевой стороны конца уплотнительного кольца 24, расположено четыре желобообразных углубления 34. Эти углубления 34 распределены по окружности (периферии) уплотнительного кольца 24 через равномерные расстояния друг от друга. Углубления 34 совместно с выполненной на уплотнительном кольце 26 выемкой 28 служат для того, чтобы при необходимости через уплотнение 22 отводить в выпускной отвод 16 находящиеся в полости 14 рабочего колеса 8 частицы твердых веществ, которые в противном случае привели бы к нежелательным вибрациям рабочего колеса и связанным с ними шумам. При этом углубления 34 предусмотрены для приема этих частиц твердых веществ. Кроме того, углубления 34 служат для транспортировки частиц твердых веществ к выемке 28 уплотнительного кольца 26, где углубления 34 больше не перекрыты уплотнительным кольцом, так что находящиеся в углублениях 34 частицы твердых веществ могут выпускаться в примыкающую к выемке 28 область низкого давления выпускного отвода 16. Посредством вращения рабочего колеса выходящие из углублений 34 в области выемки 28 частицы твердых веществ, например волокна твердых веществ, прижимаются к режущей кромке 30 и таким образом измельчаются.
Список ссылочных позиций
2 - корпус насоса
4 - корпус двигателя
6 - опорные стойки
8 - рабочее колесо
10 - канал
12 - всасывающее устье
14 - полость
16 - выпускной отвод
18 - нагнетательный патрубок
20 - конструктивная часть
22 - уплотнение
24 - уплотнительное кольцо
26 - уплотнительное кольцо
28 - выемка
30 - боковая кромка, режущая кромка
32 - боковая кромка
34 - углубление
А - продольная ось
В - направление вращения.