РОТОРНЫЙ НАСОС
ROTARY PUMP

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию роторного насоса, в особенности центробежного насоса, а также кольцевого моста для перекрытия кольцевого зазора между двумя смежными кольцевыми компонентами роторного насоса.
Настоящее изобретение может найти применение для перекачки высоко абразивных флюидов, в особенности шлама (суспензии). Это применение преимущественно имелось в виду при составлении описания изобретения.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ регулировки конфигурации роторного насоса, который предусматривает осевое регулирование (смещение) концевого участка кожуха на конце всасывания насоса по отношению к остальной части кожуха и по отношению к впускному фланцу насоса, причем способ предусматривает смещение концевого участка кожуха по отношению к остальной части кожуха вдоль поверхности раздела периферийного уплотнения и по отношению к впускному фланцу впускного трубопровода в зазоре между указанным впускным фланцем, промежуточным впускным трубопроводом и полостью рабочего колеса, причем указанный зазор перекрывается при помощи регулируемого по оси кольцевого перекрывающего моста.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ регулировки рабочего зазора между кожухом и рабочим колесом роторного насоса, который предусматривает смещение участка плавающего кольца кожуха относительно рабочего колеса и соответственно относительно остальной части кожуха и относительно системы трубопроводов, подающих рабочую жидкость в насос, причем плавающее кольцо скользит у его радиально внешнего периметра по отношению к остальной части кожуха и перемещается у его радиально внутреннего периметра по отношению к указанной системе трубопроводов, причем способ предусматривает перекрытие переменного зазора между системой трубопроводов и радиально внутренним периметром кольца при помощи расширяющегося и сжимающегося по оси моста.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, основной участок кожуха и участок впуска вместе с соединенной с ним системой трубопроводов являются стационарными (неподвижными), в то время как указанный концевой участок является плавающим, чтобы производить его регулировку (смещение) по отношению к боковой поверхности рабочего колеса и позволить его постепенное смещение по оси для компенсации износа вдоль соответствующего конца рабочего колеса.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предлагается кожух для роторного насоса, причем кожух насоса имеет форму сборки, которая включает в себя
периферийный основной участок кожуха, образующий выходную улитку для накачиваемой жидкости;
трубный впуск, имеющий впускной фланец для соединения с впускной системой трубопроводов насоса, и трубную секцию, идущую от фланца к полости рабочего колеса, образованной в кожухе насоса, причем трубная секция заканчивается указанной полостью рабочего колеса;
кольцевой регулируемый компонент, который содержит кольцо, комплементарное (дополняющее) к основному участку кожуха для образования полости рабочего колеса, и впускной канал, совмещенный с трубной секцией и комплементарный к ней, ведущий в полость рабочего колеса;
комплементарные кольцевые опорные поверхности на основном участке кожуха и на регулируемом компоненте, соответственно, предназначенные для установки между ними уплотнения для образования регулируемой по оси границы раздела между основным участком кожуха и регулируемым компонентом;
противоположные кольцевые опорные поверхности на регулируемом компоненте и на впуске, соответственно, предназначенные для приема расширяемого кольцевого моста, позволяющего производить осевую регулировку между регулируемым компонентом и впуском; и
механизм регулировки для избирательного регулируемого смещения регулируемого участка относительно основного участка кожуха и впуска.
Регулируемый компонент преимущественно может иметь у своего внутреннего периметра патрубок, образующий впускной канал, совмещенный с указанной трубной секцией и комплементарный к ней, причем указанная трубная секция является расположенной выше по течению трубной секцией, а указанный патрубок представляет собой расположенную ниже по течению трубную секцию.
Регулируемый компонент преимущественно является составной частью кожуха. Он может иметь форму отливки, например стальной отливки, если кожух предназначен для шламового насоса.
Кольцевой мост преимущественно может быть выполнен в виде элемента уплотнения для обеспечения уплотнения между трубным впуском и кольцевым регулируемым компонентом. Вместо этого, по желанию, кожух может содержать элемент уплотнения, расположенный функционально параллельно кольцевому мосту, который служит для образования уплотнения между трубным впуском и кольцевым регулируемым компонентом.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, предлагается роторный насос, который содержит кожух, описанный выше, и рабочее колесо, выполненное с возможностью вращения внутри кожуха.
Роторный насос может быть выполнен в виде центробежного насоса. Он также может быть выполнен в виде шламового насоса.
Более конкретно, в соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения, предлагается для кожуха роторного насоса, или для роторного насоса в соответствии с настоящим изобретением кольцевой мост, который содержит противоположные кольцевые опорные образования, прилегающие к соответствующим противоположным кольцевым опорным поверхностям, и упругую распорную деталь, смещающую соответствующие опорные образования друг от друга, которая является упруго сжимаемой и расширяемой для того, чтобы закрывать (перекрывать) переменный зазор между опорными образованиями.
Упругая распорная деталь может содержать множество пространственно расположенных по периферии упругих элементов связи. Элементы связи могут быть скреплены с соответствующими опорными образованиями и введены в промежутки между ними. Преимущественно, элементы связи выполнены упругими для того, чтобы скручиваться и вызывать сжатие и раскручиваться и вызывать расширение. Скручивание и раскручивание может происходить главным образом тангенциально вокруг главным образом радиальных осей. Скручивание и раскручивание может происходить за счет относительного вращения между опорными образованиями.
В ходе усовершенствования моста в него преимущественно может быть введено гибкое уплотняющее образование, идущее между опорными образованиями и позволяющее мосту выполнять функцию уплотнения.
Мост преимущественно имеет форму отливки из синтетического полимерного материала. Синтетический полимерный материал может быть выбран из группы, в которую входят резина и уретан, и имеет характеристики деформации в следующих диапазонах:
2
2
для относительного удлинения 100% растягивающее напряжение составляет от 1,8 до 3,4 Н/мм, а преимущественно 2,6 Н/мм;
2
2
для относительного удлинения 200% растягивающее напряжение составляет от 4,8 до 8,7 Н/мм, а преимущественно 6,7 Н/мм;
2
2
для относительного удлинения 300% растягивающее напряжение составляет от 9,6 до 16,1 Н/мм, а преимущественно 12,8 Н/мм;
2
2
для относительного удлинения 400% растягивающее напряжение составляет от 16,2 до 25,6 Н/мм, а преимущественно 20,9 Н/мм;
2
2
для относительного удлинения 450% растягивающее напряжение составляет от 20,2 до 31,1 Н/мм, а преимущественно 25,6 Н/мм.
Более конкретно, в соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения, предлагается для кожуха роторного насоса, или для роторного насоса в соответствии с настоящим изобретением, вторая разновидность кольцевого моста, причем этот кольцевой мост содержит расположенные выше и ниже по течению противоположные кольцевые опорные образования, прилегающие к соответствующим кольцевым опорным поверхностям, и кольцевое тело, имеющее расположенные выше и ниже по течению опорные образования, которое содержит множество упругих колец, каждое из которых имеет поперечное сечение в виде закругленного канала, кольцеобразная форма и размер которого выбраны таким образом, чтобы можно было вставлять кольца одно в другое, причем кольца взаимосвязаны таким образом, что они соразмерно закреплены вдоль своих радиально внутренних краев и выполнены с возможностью скручивания поверх друг друга вдоль своих радиально внешних участков.
Кольца могут быть изготовлены из уретана и имеют поверхности, позволяющие скользить поверх друг друга с малым трением. Преимущественно, кольца имеют форму отдельных отливок, прочно взаимосвязанных только вдоль внутренних периметров. Указанные взаимосвязанные внутренние периметры могут создавать указанное расположенное выше по течению опорное образование, которое может иметь форму фланца, прилегающего к комплементарной опорной поверхности впуска, причем расположенное ниже по течению опорное образование просто упирается в расположенную ниже по течению опорную поверхность.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На фиг.1 показано, фрагментарно, осевое сечение шламового насоса в соответствии с настоящим изобретением, который включает в себя кольцевой мост в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показан вид сбоку, с увеличением, первого варианта кольцевого моста в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.3 показан разрез кольцевого моста фиг.2 по линии III-III фиг.2.
На фиг.4 показан, с увеличением, разрез кольцевого моста по линии IV-IV фиг.3.
На фиг.5 показан, с увеличением, разрез кольцевого моста по линии V-V фиг.3.
На фиг.6 показан фрагментарно, с увеличением, второй вариант кольцевого моста в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.7 показано фрагментарно, с увеличением, поперечное сечение кольцевого моста фиг.6.
На фиг.1 показан роторный шламовый насос в соответствии с настоящим изобретением, обозначенный в общем виде позицией 10. Шламовый насос 10 является главным образом симметричным (за исключением его улитки и выпускного фланца) относительно средней линии, обозначенный позицией 11. На фиг.1 показано осевое сечение только одной половины насоса, с одной стороны от средней лини 11.
Насос 10 имеет кожух насоса, обозначенный в общем виде позицией 12 и снабженный впуском, обозначенным в общем виде позицией 14, и полостью рабочего колеса и улиткой, обозначенной в общем виде позицией 16 и предназначенной для установки вращающегося рабочего колеса 18. С улиткой сообщается выпуск (на фиг.1 не показан). Рабочее колесо 18 установлено на валу 20 вращения, при помощи которого рабочее колесо при эксплуатации вращается внутри стационарного кожуха 12.
Предусмотрено уплотнение вокруг конца кожуха 12, где установлен вал 20, который обычно называют сухим концом или приводным концом. Уплотнение обозначено в общем виде позицией 22. Оно имеет составную структуру и здесь дополнительно не описано.
Настоящее изобретение главным образом имеет отношение к конструкции насоса 10, а более конкретно, к конструкции кожуха 12, противоположный конец которого обычно называется концом всасывания.
Кожух 12 представляет собой составной кожух, который содержит основной участок кожуха 24 и противоположные концевые вкладыши, соответственно, вкладыш конца привода, обозначенный в общем виде позицией 25, который здесь не рассматривается, и вкладыш 28 конца всасывания. Основной участок 24 кожуха имеет форму периферийного колпака, а вкладыш 25 конца привода и вкладыш 28 конца всасывания имеют форму колец.
Остальная часть описания посвящена исключительно или в основном конструкции на конце всасывания.
Основной участок 24 кожуха и вкладыш 28 конца всасывания образуют противоположные опорные поверхности 26, 30 для кольцевого уплотнения 32 (сальника), имеющего главным образом конусное поперечное сечение, сужающееся в направлении свободного внутреннего конца, расположенного в непосредственной близости от полости рабочего колеса и улитки 16. Опорная поверхность 30 является концентрической и позволяет смещение со скольжением в осевом направлении вкладыша 28 конца всасывания относительно основного участка 24 кожуха.
Вкладыш 28 конца всасывания имеет кольцо 34, предусмотренное внутри основного участка 24 кожуха на одном конце полости рабочего колеса и улитки 16. Вкладыш 28 конца всасывания дополнительно имеет короткий трубный участок (патрубок) 36 на радиально внутреннем своем конце, который открыт в центр полости рабочего колеса 16. Этот участок выше по течению имеет опорную поверхность 38.
Дополнительно предусмотрен впуск 14, выполненный в виде трубного впускного участка 40, который имеет на своем свободном конце фланец 42 для соединения при эксплуатации с системой трубопроводов для подачи шлама к роторному шламовому насосу 10, причем трубный участок имеет на своем заднем конце опорную поверхность 44, противоположную опорной поверхности 38 трубного участка 36. Между опорными поверхностями 38, 44 предусмотрена полость моста или полость уплотнения для кольцевого моста 50 в соответствии с настоящим изобретением.
При эксплуатации кожух 12 целиком, а более конкретно, основной участок 24 кожуха, остается стационарным (неподвижным). Кроме того, трубный впускной участок 40, который соединен со стационарной системой трубопроводов, также остается стационарным или неподвижно закрепленным. Однако, особенно на конце всасывания рабочего колеса 18, оно подвергается сильному износу, приводящему к эрозии конца всасывания рабочего колеса 18, а также соответствующей стороны кольца 34 и заднего конца трубной секции 36. Если на такой износ не обращать внимания, то образуется слишком большой зазор между концом рабочего колеса 18 и соответствующей стороной кольца 34, что приводит к различным неблагоприятным последствиям, главным образом приводящим в конечном счете к снижению производительности насоса. Поэтому, в соответствии с настоящим изобретением, заявитель предлагает непрерывно регулировать осевое положение вкладыша 28 конца всасывания, чтобы обеспечивать малый зазор между концом рабочего колеса 18 и стороной вкладыша 28 конца всасывания. В соответствии с настоящим изобретением это достигается за счет использования вкладыша 28 конца всасывания, регулируемого по оси, как это показано стрелкой 48, при помощи механизма регулировки 46. Регулирование становится возможным за счет скольжения вкладыша 28 конца всасывания сквозь уплотнительное кольцо 32 относительно основного участка кожуха 24 и за счет наличия кольцевого моста 50 в виде расширяющегося моста, который непрерывно расширяется для заполнения (перекрытия) зазора между опорными поверхностями 38 и 44. В некоторых вариантах мост 50 обеспечивает уплотнение, а в других вариантах предусмотрен отдельный или вспомогательный механизм уплотнения.
Преимуществом настоящего изобретения является то, что износ, а в особенности область высокого износа, могут быть скомпенсированы без регулировки осевого положения основного участка кожуха 24 и без регулировки положения системы трубопроводов и соединения системы трубопроводов с кожухом 12.
Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что вкладыш 28 конца всасывания, который подвержен высокому износу, может быть заменен независимо от основного участка кожуха 24 и от периферийного впускного участка 40.
Далее будет описан более подробно со ссылкой на фиг.2-5 первый вариант кольцевого моста в соответствии с настоящим изобретением. Мост, который обозначен в общем виде позицией 50, имеет форму неразъемной отливки из упругого материала, а преимущественно из резины или уретана.
Кольцевой мост 50 содержит первое кольцо 52, смещенное от него по оси второе кольцо 54, причем обычно образован кольцевой зазор между ними, обозначенный позицией 56. На одной стороне кольцевой зазор 56 закрыт при помощи гибкого сплошного козырька 58, предотвращающего протекание флюида через кольцевой зазор 56.
Первое и второе кольца 52, 54 упруго взаимосвязаны при помощи множества продольно и радиально ориентированных элементов связи 60, которые смещены по периметру для образования зазоров между ними.
Козырек 58 является гибким в высокой степени, а элементы связи 60 являются упругими. В этом варианте кольцевой мост 50 имеет форму неразъемной или единичной отливки из резины.
Как это показано на фиг.4, первое кольцо 52 имеет внешнюю сторону 52.1, которая является главным образом изогнутой и которая переходит в плоскую кольцевую сторону 52.2 на своем радиально внешнем и внешнем по оси конце.
Вдоль внутреннего периметра второго кольца 54 имеется периферийный закругленный выступ в форме валика 54.1. Вдоль внешнего периметра второго кольца 54 оно имеет периферийную выемку, образующую мелкий канал 54.2.
При эксплуатации, когда первое кольцо 52 и второе кольцо 54 вращаются относительно оси кольцевого моста 50, элементы связи 60, которые образуют шарниры в соответствии с настоящим изобретением, эффективно сочленяются для того, чтобы сминаться (сжиматься) внутри зазора 56 и за счет этого уменьшать осевую длину моста 50. Таким образом, когда зазор между периферийными сторонами 38 и 44, показанными на фиг.1, является минимальным, то мост 50 будет сжат, как уже было описано здесь ранее, для входа между опорными поверхностями 38, 44. Когда вкладыш 28 конца всасывания необходимо отрегулировать (сместить) в направлении стрелки 48, тогда упругие элементы связи 60 постепенно возвращаются назад из их сплющенного (сжатого) состояния в их восстановленное состояние, для того чтобы удлинить или расширить мост 50 и обеспечить, чтобы зазор 10 между опорными поверхностями 38 и 44 оставался заполненным (перекрытым).
В этом варианте второе кольцо 54 обычно прилегает к одной из опорных поверхностей 38, 44, в то время как первое кольцо 52 прилегает к другой из опорных поверхностей 38, 44. Кроме того, козырек 58, который является гибким, но сплошным, предотвращает течение или утечку через кольцевой зазор 56.
Далее будет описан со ссылкой на фиг.6 и 7 второй вариант кольцевого моста в виде уплотнения 150.
Уплотнение 150 содержит множество колец, имеющих изогнутое поперечное сечение, таких как кольца 152, 154, 156, 158 и 160. Кольца 152-160 имеют форму отливок из уретана, имеющих поверхности с низкими характеристиками трения, что способствует легкости скольжения колец друг относительно друга. Кольца имеют изогнутые корпуса с тангенциальными удлинениями, идущими по оси вдоль их внутренних периметров. Кольца 154, 156, 158 и 160 имеют радиально наружные свободные концы, которые заканчиваются поблизости друг от друга. Кольцо 152 имеет выступающий или удлиненный свободный концевой участок 152.1, заметно выходящий за концы других колец.
Кольцо 152 дополнительно имеет на своем радиально внутреннем конце выступающий радиально внутрь фланец 152.2.
Кольца 154-158 имеют постепенно увеличивающиеся осевые удлинения вдоль их внутренних периметров, образующие ступенчатую конфигурацию, в то время как самое внутреннее кольцо 160 имеет несколько усеченное осевое удлинение для установки имеющего паз уплотнительного кольца 166. Все кольца закреплены на их радиально внутренних концах, например, при помощи соответствующего клея, сварки и т.п.
На фиг.6 показано уплотнение 150, введенное в полость уплотнения между опорными поверхностями 38, 44. Уплотнение 150 прилегает к опорной поверхности 44 при помощи уплотнительного кольца 166, которое плотно входит в ступенчатый или имеющий паз участок опорной поверхности 44.
Опорная поверхность 38 имеет на своем внутреннем периметре выступающую кольцевую носовую часть 38.1, причем уплотнение 150 вставлено радиально снаружи от носовой части 38.1 и просто упирается в плоский участок опорной поверхности 38 радиально снаружи от носовой части 38.1.
Зажимное кольцо 33 кольцевого вкладыша при помощи выступающего по оси фланца 33.1 у внутреннего периметра закрывает полость уплотнения, образованную между опорными поверхностями 38, 44. Свободный выступающий участок 152.1 самого наружного кольца 152 упирается во внутренний периметр фланца 33.1 зажимного кольца вкладыша.
У радиально внутреннего периметра фланца 33.1 зажимного кольца вкладыша имеется полость 33.2 кольцевого уплотнения, которая открыта на своем радиально внутреннем краю для введения уплотнительного кольца 70, в которое упирается кольцо 152 уплотнения 150.
Смещенный по оси от полости 33.2 уплотнения угол зажимного кольца 33 вкладыша на своем расположенном выше по ходу и радиально внутреннем краю скошен или срезан, как это показано позицией 33.3, чтобы создать полость уплотнения для уплотнительного кольца 72.
Как уже было упомянуто здесь ранее, уплотнение 150 прилегает к опорной поверхности 44. Первоначально, опорная поверхность 38 находится относительно близко от опорной поверхности 44, что требует скручивания колец 152-160 относительно друг друга для уменьшения осевой длины уплотнения 150 в соответствии с малым кольцевым зазором между опорными поверхностями 38 и 44.
По мере увеличения износа рабочего колеса и вкладыша конца всасывания вкладыш 34 конца всасывания постепенно смещается по оси для закрывания зазора, вызванного износом, когда зазор между опорными поверхностями 38 и 44 увеличивается. Кольца 152-160, которые являются упругими, раскручиваются (разворачиваются) для непрерывного заполнения зазора и, следовательно, перекрывают зазор, чтобы предотвратить приток рабочей жидкости в полость уплотнения.
Уплотнение осуществляется с использованием элементов уплотнения 70, 72. Преимуществом настоящего изобретения является то, что выполненный с возможностью расширения по оси кольцевой мост позволяет перекрывать кольцевой зазор между регулируемыми по оси кольцевыми компонентами.