НЕЗАСОРЯЮЩИЙСЯ НАСОС

Незасоряющийся насос
Полезная модель относится к санитарной технике, и может быть применена при перекачке сточных вод, их осадков, содержащих твердые, абразивные включения и длинноволокнистые вещества.
Известны центробежные нагнетатели 1,2, которые имеют различные системы защиты корпуса и лопаток от износа, но при перекачке сточных вод и их осадков, содержащих твердые, абразивные включения, эти системы не рещают задачу исключения засорения, износа и появления вибрации механизмов.
Для снижения частоты засорения проточных частей насосов взвешенными и длинноволокнистыми веществами увеличивают размеры межлопастного пространства за счет сокращения числа лопастей. Это приводит к применению однолопастных рабочих колес. Опыт эксплуатации таких насосов (Flygt, Sarlin и др.) на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга показал, что ввиду неравномерного износа поверхности лопастей, появление вибрации происходит в несколько раз быстрее по сравнению с многолопастными насосами.
Авторы данной полезной модели предлагают схему свободновихревого насоса, на основе которой могут быть созданы конструкции насосов для перекачки сточных вод и их осадков, содержащих твердые, абразивные включения и длинноволокнистые вещества.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является «Износостойкий нагнетатель по патенту РФ J4o2079724, кл. F04 D7/04, 1997 г. Износостойкий нагнетатель имеет спиральный корпус, установленное в нем рабочее колесо с лопатками, частично размещенное в нище задней стенки корпуса, входной патрубок, выходное сечение которого расположено с зазором относительно лопаток рабочего колеса. При этом ниша выполнена в форме усеченного конуса, относительный диаметр меньщего основания ко20021Т9518
) 1|«,. .2 JO 02
наклона образующей конической поверхности а 37,5, относительная ширина спирального корпуса Ъ  - 0.42 - 0.5 и относительное раскрытие спи. . А . . ..:
А рального корпуса    0.2 - 0.25, причем входной патрубок углублен в
корпус, а его относительный диаметр d   0.4-0.45, где dj -диаметр
меньшего основания усеченного конуса; D2 -наружный диаметр колеса; bi ширина усеченного конуса; Ь2 -ширина спирального корпуса; А -раскрытие спирального корпуса; do -диаметр входного патрубка.
Указанный износостойкий нагнетатель имеет следующие недостатки:
1.Засорение проточной части крупными включениями, содержащимися в сточной воде и ее осадках, так как только частичное размещение рабочего колеса в нише задней стенки корпуса, выполнение корпуса в виде спирального с относительным раскрытием А    0.2 - 0.25, предполагает наличие минимального проходного сечения в проточной части не более 0.. Для перекачки осадков сточных вод этого не всегда достаточно. Например, при  мм минимальный размер проходного сечения проточной части равен 0. 0. мм. Такой насос при перекачке осадков сточных вод будет засоряться, так как опыт показывает, что минимальный размер проходного сечения должен быть не менее 80 мм.
2.Неустойчивая работа насоса (нестабильный расход), т.к.:
-при перекачке осадков сточных вод характерно сушественное изменение во времени вязкости и содержания длинноволокнистых веществ, поэтому, как показывает опыт эксплуатации экспериментальных насосов, при перекачке указанной среды и относительной ширине спирального корпуса
Ь-) Ь   0.35 происходит отрыв перекачиваемой среды от вихря. В прототиА
пе эту величину рекомендуется изменять в пределах от 0.42 до 0.5, что не учитывает особенности перекачки сточных вод и их осадков;
-при перекачке осадков сточных вод, насыщенных газами - продуктами брожения, в зоне разряжения в корпусе насоса за счет резкого снижения давления происходит выделение растворенных газов, и накопление в его верхней части. При этом наблюдается существенное снижение (в некоторых случаях до 0) производительности насоса.
3. Неоправданно завышенные габариты, т.к.:
-рекомендуемая относительная ширина Ь   0.2-0.3 существенно завышена. Опыт работы экспериментальных насосов показывает, что при
0.1-0.bi  0.1-0.15 насосы работают устойчиво. Применение же рекоменА
дуемой в прототипе относительной ширины приведет не только к увеличению в 2 раза ширины рабочего колеса, но и как следствие увеличение консольности приводного вала, повышению радиальной нагрузки на подшипниковый узел;
-рекомендуемая конструкция рабочего колеса с применением только полноразмерных лопаток позволяет достигать требуемого напора лишь при завышенном диаметре рабочего колеса. Последнее объясняется тем, что на выходе из такого рабочего колеса имеют место завихрения, поскольку зазор между лопатками перерасширен. Применение рекомендуемой конструкции приводит не только к увеличению до 120% диаметра рабочего колеса, но и как следствие возрастанию осевой нагрузки на подшипниковый узел.
Задачей полезной модели является обеспечение незасоряемости, устойчивости работы и снижение габаритов установки при перекачке сточных вод и их осадков, содержащих твердые, абразивные включения и длинноволокнистые вещества.
ВХОДНОЙ патрубок с зазором относительно лопаток рабочего колеса, в соответствии с нашей полезной моделью рабочее колесо полностью размещено в нише задней стенки корпуса, которая выполнена в виде тела врашения на основе объединения прямоугольника шириной bi и высотой hi  di/2, прямоугольника высотой hi  (di- 2hi)/2 и шириной Ьз  bi-r i, полукруга радиусом г 1 Л/4 вокруг оси, совпадаюш;ей с осью вращения рабочего колеса. При этом:
-зазор входного патрубка относительно лопаток рабочего колеса
-относительный внутренний диаметр ниши d    0.8-0.9; -относительный наружный диаметр ниши 6/2    1.05-1.1;
-относительная ширина корпуса 2   - 0.23-0.3 при 2 - -относительная глубина ниши Ь  -  0.07-0.1, где di -внутренний
диаметр нищи; d2-наружный диаметр нищи; D -наружный диаметр колеса; bi - глубина ниши; Ь2 - ширина корпуса; s - максимальный размер твердых включений, содержащихся в перекачиваемой среде.
Кроме того, корпус дополнительно снабжен отводящим патрубком, присоединенным к верхней его точке, рабочее колесо дополнительно снабжено задним диском и периферийными укороченными лопатками. При этом, длина периферийных укороченных лопаток /i 0.2 D и они размещены между рабочими лопатками на расстоянии /2 0.3 D от центра рабочего колеса, угол наклона внутреннего ребра периферийных укороченных лопаток /  60.
Отличительными признаками заявляемого незасоряющегося насоса являются:
1.Полное размещение рабочего колесо в нище задней стенки корпуса;
L
3.Выполнение ниши задней стенки в виде тела вращения на основе объединения прямоугольника шириной b| и высотой h|  di/2, прямоугольника высотой h2  (d2- 2hi)/2 и шириной Ьз  Ьрг j, полукруга радиусом г | А/4 вокруг оси, совпадающей с осью вращения рабочего колеса. Здесь di -внутренний диаметр ниши; d2-наружный диаметр ниши; bi - глубина ниши;
4.Выполнение ниши с относительным внутренним диаметром c/j    0.8-0.9, где D -наружный диаметр колеса;
5.Выполнение ниши с относительным наружным диаметром d2    1.05-1.1;
6.Выполнение ниши с относительной глубиной &   0.07-0.1;
7.Выполнение корпуса с относительной шириной Ь   - 0.2-0.3
при 2 -  где S - максимальный размер твердых включений, содержащихся в перекачиваемой среде;
8.Дополнительное снабжение корпуса отводящим патрубком, присоединенным к верхней его точке;
9.Дополнительное снабжение рабочего колеса задним диском;
10.Дополнительное снабжение рабочего колеса периферийными укороченными лопатками с длиной 1 0.2 D;
11.Размещение периферийных укороченных лопаток между рабочими лопатками на расстоянии /2 0.3 D от центра рабочего колеса;
12.Наличие угла наклона внутреннего ребра периферийных укороченных лопаток у  60°.
По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки №8 и 9 в технической литературе известны, а остальные - нет. Однако, совместное их применение в заявляемом устройстве позволяет получить три новых эффекта.
Первый новый эффект заключается в том, что появляется новое свойство насоса - незасоряемость проточной части крупными включениями при перекачке сточных год и их осадков, т.к. в ней отсутствуют места, размер которых меньше максимального размера частиц, характерных для перекачиваемой среды;
Второй новый эффект заключается в том, что появляется новое свойство насоса - устойчивость работы при перекачке сточных год и их осадков, насыщенных растворенными газами и содержащими длинноволокнистые вещества. Последнее достигается тем, что, во-первых, дополнительное снабжение корпуса отводящим патрубком, присоединенным к верхней его точке позволит исключить накопление выделяющихся газов, поскольку они будут постоянно отводиться через отводящий патрубок. Во-вторых, выполнение
корпуса с относительной шириной 2    0.23-0.3 при  позволит (в
соответствии с результатами экспериментальных исследований) исключить отрыв перекачиваемой среды от вихря;
Третнй новый эффект заключается в том, что за счет новой конструкции рабочего колеса и ниши снижаются габариты установки.
Таким образом, заявляемый незасоряющийся насос отвечает критерию «изобретательский уровень.
Предлагаемый авторами незасоряющийся насос отличается от прототипа конструктивно.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены разрезы А-А насоса, обпщй вид которого показан на фиг.З. При этом, на фиг.1 представлен разрез насоса в сборе, а на фиг.2 -только его корпуса.
На фиг. 4 представлен общий вид рабочего колеса, на фиг. 5 - его разрез по В-В. Кроме того, на фиг.6 приведены параметрические характеристики незасоряющихся насосов, успешно прошедших испытания.
Незасоряющнйся насос содержит (см. фигЛ, 2, 3,4, 5):
-корпус 1, относительная ширина которого 2 -  0.2-0.3 при
2  -5, где D -наружный диаметр колеса; Ь - ширина корпуса; s - максимальный размер твердых включений, содержащихся в перекачиваемой среде;
-нишу 2 в задней стенке корпуса 1, выполненную в виде тела враш;ения на основе объединения прямоугольника ABCD шириной Ь, высотой , прямоугольника KEDI высотой h2 (da- 2hi)/2, шириной Ьз   и полукруга КАЕ радиусом г  Д/4 вокруг оси, совпадающей с осью вращения рабочего колеса 3. Относительный внутренний диаметр ниши Jj    0.8-0.9,
относительный наружный диаметр ниши с/2    1.05-1.1, относительная
ее глубина i    0.07-0.1;
-рабочее колесо 3 с задним диском 4, лопатками 5 и периферийными укороченными лопатками 6 полностью размещенное в нише 2 задней стенки корпуса 1. При этом, длина периферийных укороченных лопаток 1 0.2 D и они размещены между рабочими лопатками на расстоянии /2 0.3 D от центра рабочего колеса 3, а угол наклона внутреннего ребра периферийных укороченных лопаток /3  60°;
-входной патрубок 7 с зазором  относительно лопаток 5 и 6 рабочего колеса 3;
-отводящий патрубок 8, присоединенный к верхней точке корпуса 1.
Незасоряющийся насос работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса 3 в нише 2 корпуса 1 возникает мощный вихрь транспортируемой жидкости, который обеспечивает создание необходимого давления и производительности незасоряющегося насоса.
При работе незасоряющегося насоса лищь часть жидкости проходит через лопатки рабочего колеса, значительная часть ее минует лопатки, а под
действием вихря, созданного колесом, продвигается от входа к напорному отводящему патрубку 8.
Рабочее колесо 3 полностью размещено в нище 2 задней стенки корпуса 1 таким образом, что кромки 12-ти лопаток 5 и 12-ти периферийных укороченных лопаток 6 находится в плоскости поверхности задней стенки корпуса. Незасоряющийся насос не имеет уплотнения на входе в его корпус.
Относительные размеры незасоряющегося насоса были определены экспериментальным путем. В ГУП «Водоканал санкт- Петербурга и ООО «АВиВ проводились испытания на опытных образцах в условиях перекачки осадков сточных вод, после чего был найден оптимальный вариант. Параметрические характеристики незасоряющихся насосов, успешно прошедЩих испытания, представлены на фиг. 6. Здесь: 1 - H-Q характеристика при различном числе оборотов; 2 - N-Q характеристика.
1.Авторское свидетельство СССР №1731997, кл. F04 D7/04, 1992;
2.Патент Великобритании №1255948, кл. F04 D7/04, 1968;
3.Патент РФ №2079724, кл. F04 D7/04, 1997.