Жидкостно-кольцевой насос

Полезная модель относится к области вакуумной техники, а более конкретно к технике жидкостно-кольцевых насосов, преимущественно со встроенным измельчителем, и может использоваться в таких насосах для откачивания грязных жидкостей, в том числе бытовых сточных вод.
Жидкостно-кольцевые насосы благодаря своей простой конструкции и высокой производительности широко используются для создания вакуума при откачке жидкостей, например, в системах очистки бытовых стоков. При этом наличие в конструкции насоса измельчителя позволяет эффективно откачивать сильно загрязненные жидкости, содержащие значительное количество твердых фрагментов.
Известен, например, жидкостно-кольцевой насос, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и вращающийся винтовой ротор (шнек), установленный внутри корпуса и связанный со снабженным уплотнением валом электродвигателя (WO 2004099619 А1, 2004).
Однако такой насос недостаточно эффективен в эксплуатации из-за возможности его остановок при работе и возникновения поломок в случае наличия в откачиваемой жидкости значительно количества твердых включений, особенно больших размеров. При эксплуатации при низких температурах, в том числе при хранении и перевозке, насос может быть поврежден из-за расширяющего действия замерзающей жидкой фракции, остающейся в полостях корпуса.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является жидкостно-кольцевой насос, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, связанными с его входной и выходной полостями соответственно, и шнек, установленный в центральной полости корпуса с обеспечением возможности вращения на соединенным с электродвигателем валу и снабженный на своем входном конце измельчителем, включающим присоединенный к входному концу шнека нож со снабженными режущими кромками криволинейными лопастями и неподвижный фланец со снабженными режущими кромками зубцами, выполненные с обеспечением возможности свободного вращения ножа внутри неподвижного фланца (WO 2012173488 А1, 2012).
Такой насос менее чувствителен к степени загрязнения откачиваемой жидкости. Однако его эксплуатационная эффективность также недостаточно высока. Наличие в полостях насоса остатков откачиваемой жидкости, имеющей как правило агрессивные физико-химические свойства, при длительных перерывах в работе насоса может приводить к коррозии его элементов и узлов, а их удаление конструкцией насоса не предусмотрено. К остановке процесса откачивания и поломкам элементов измельчителя могут приводить значительные скопления в зоне реза твердых включений, особенно больших размеров, а оперативное удаление их из зоны реза конструкцией насоса также не предусмотрено. Наконец, такой насос не приспособлен для работы в условиях низких температур. В условиях, когда температура откачиваемой жидкости близка к температуре ее замерзания, образующаяся в ней ледяная крошка и куски льда могут забивать зону реза и приводить к остановке работы насоса. Хранение и транспортировка такого насоса при низких температурах окружающей среды (ниже 0°C) недопустима, поскольку расширяющиеся при замерзании остатки жидкости в полостях насоса и в зазорах между его элементами и узлами приведут к полному выходу насоса из строя. Предохранение насоса от возможности повреждений такой природы конструкцией насоса не предусмотрено.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в создании жидкостно-кольцевого насоса, лишенного недостатков прототипа. Технический результат полезной модели состоит в повышении эксплуатационной эффективности жидкостно-кольцевого насоса за счет снижения возможности его повреждений (предохранения от повреждений) при эксплуатации, в том числе при транспортировке и хранении в условиях низких температур.
Это достигается тем, что жидкостно-кольцевой насос, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, связанными с его входной и выходной полостями соответственно, и шнек, установленный в центральной полости корпуса с обеспечением возможности вращения на соединенным с электродвигателем валу и снабженный на своем входном конце измельчителем, включающим присоединенный к входному концу шнека нож со снабженными режущими кромками криволинейными лопастями и неподвижный фланец со снабженными режущими кромками зубцами, выполненные с обеспечением возможности свободного вращения ножа внутри неподвижного фланца, снабжен узлом реверсирования электродвигателя и размещенной на корпусе мерной емкостью под антифриз, при этом в верхней части корпуса в его центральной полости выполнено снабженное запорным узлом наливное отверстие с обеспечением возможности связи центральной полости корпуса с мерной емкостью, а в нижней части корпуса в каждой из его полостей выполнено снабженное запорным узлом сливное отверстие. Узел реверсирования электродвигателя может быть выполнен в виде трехпозиционного переключателя фаз электродвигателя. Узел реверсирования электродвигателя может быть установлен на кожухе электродвигателя. Каждый из запорных узлов в сливных отверстиях и в наливном отверстии может быть выполнен в виде шарового крана или магнитного клапана. Каждый из запорных узлов в сливных отверстиях может быть выполнен в виде съемной пробки. В съемной пробке, установленной в сливном отверстии, выполненном во входной полости корпуса, может быть выполнено углубление, в котором размещен магнит.
Указанный технический результат обеспечивается в рамках реализации назначения всей представленной в независимом пункте формулы полезной модели совокупностью существенных признаков. Предложенный жидкостно-кольцевой насос представляет собой одно устройство, элементы и узлы которого, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивном единстве и функционально взаимосвязаны, т.е. находятся в конструктивно-функциональном единстве. Их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом. Для возможности эксплуатации устройства все его элементы и узлы соединяются между собой сборочными операциями.
На фиг. 1 схематично в продольном разрезе показана конструкция жидкостно-кольцевого насоса. На фиг. 2 показана электрическая схема, поясняющая включение реверса.
Жидкостно-кольцевой насос содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, связанными с входной 4 и выходной. 5 полостями соответственно. Он содержит также шнек 6, установленный в центральной полости 7 корпуса 1 с обеспечением возможности вращения на соединенным с электродвигателем 8 валу 9. Шнек 6 снабжен на своем входном конце измельчителем, который включает присоединенный к входному концу шнека 6 нож 10 со снабженными режущими кромками криволинейными лопастями и неподвижный фланец 11 со снабженными режущими кромками зубцами. Нож 10 и неподвижный фланец 11 выполнены с обеспечением возможности свободного вращения ножа 10 внутри неподвижного фланца 11. Криволинейные лопасти ножа 10 преимущественно соответствуют лопастям шнека 6 и имеют общее направление с ними, а канавки между зубцами неподвижного фланца имею противоположное направление. Насос снабжен узлом реверсирования электродвигателя 8, который может быть размещен преимущественно на кожухе электродвигателя 8, и может быть выполнен преимущественно в виде трехпозиционного переключателя фаз электродвигателя 8 (фиг. 2), а также в виде электронного коммутатора. На корпусе 1 насоса установлена, например, посредством кронштейна с резьбовыми соединительными элементами, мерная емкость 12 под антифриз. В нижней части корпуса 1 в каждой из его полостей 4, 5, 7 выполнено сливное отверстие с запорным узлом. В верхней части корпуса 1 в его центральной полости 7 выполнено наливное отверстие с запорным узлом. Наливное отверстие с запорным узлом выполнено с обеспечением возможности связи центральной полости 7 корпуса 1 с мерной емкостью 12. Каждый из запорных узлов в сливных отверстиях и в наливном отверстии может быть выполнен, например, в виде шарового крана или магнитного клапана. Каждый из запорных узлов в сливных отверстиях может быть выполнен также в виде съемной пробки, например, резьбовой. В конструкции насоса, показанной на фиг. 1, запорный узел в сливном отверстии во входной полости 4 выполнен в виде установленной в этом сливном отверстии съемной пробки 13. Запорный узел в сливном отверстии в выходной полости 5 выполнен в виде установленной в этом сливном отверстии съемной пробки 14. Запорный узел в сливном отверстии в центральной полости 7 выполнен в виде установленной в этом сливном отверстии съемной пробки 15. В выполненном в съемной пробке 13 углублении размещен магнит 16. Запорный узел в наливном отверстии выполнен в виде размещенного в этом сливном отверстии шарового крана 17. Съемные пробки 13, 14, 15 выполнены преимущественно из бронзы. Магнит 16 выполнен, например, из самарий-кобальтового сплава или сплава на основе неодима.
При транспортировке и хранении насоса в условиях низких температур, а также в случае, когда откачиваемая фракция имеет температуру, близкую к температуре ее замерзания, мерную емкость 12 предварительно заполняют антифризом, который через наливное отверстие с запорным узлом, например, шаровым краном 17, при необходимости может переливаться во входную полость 4 корпуса 1. При подаче электрического напряжения на электродвигатель 8 он приводит во вращение шнек 6 с ножом 10. Для возможности работы насоса полости 4, 5, 7 его корпуса 1 должны быть заполнены жидкостью (жидкой фракцией). Для этого через патрубок 2 заливают воду, после чего к входному патрубку 2 подключается откачиваемая магистраль. Шнек 6 при своем вращении образует водокольцевой вихрь, обеспечивающий создание вакуума в магистрали, соединенной с входным патрубком 2. Таким образом, находящаяся в магистрали откачиваемая жидкость с различными включениями за счет разницы давлений между патрубками 2 и 3 перекачивается через насос. Выброс откачиваемой жидкости производится через выходной патрубок 3. Откачиваемая жидкость проходит измельчитель, содержащий нож 6 и неподвижный фланец 11, который измельчает включения в виде отдельных твердых частиц, комков, кусков ткани, бумаги и др. на мелкие частицы, что снижает вероятность засоров и остановки насоса. Выполнение ножа 6 с криволинейными лопастями и неподвижного фланца 11 с зубцами позволяет с достаточно высокой производительностью измельчать твердые включения. В то же время такое выполнение измельчителя позволяет использовать изменение направления вращения шнека 6 с ножом 10 (реверса) для очистки зоны реза в случае попадания туда твердых включений в большом количестве и/или значительного размера. Контроль засорения зоны реза может осуществляться, например, визуально через выполненную из прозрачного материала переднюю крышку корпуса 1 насоса. Такие включения могут образовываться и в виде ледяной крошки и кусков льда в откачиваемой жидкой фракции при низких температурах, ниже 0°C, что может привести к засору. Попадание твердых включений значительных размеров и в значительном количестве в зону реза может привести не только к остановке электродвигателя 8, но и к повреждению измельчителя. Включение реверса позволяет освободить от таких включений режущие кромки ножа 10 и фланца 11. При необходимости удаления неизмельченных остатков из корпуса 1, оно может осуществляться при выключенном электродвигателе 8 через сливное отверстие во входной полости 4, а осевших в центральной 7 и выходной 8 полостях измельченных остатков - через сливные отверстия в них. Наличие сливных отверстий позволяет опорожнить полости 4, 5, 7 при длительных перерывах в работе насоса, учитывая, что откачиваемая жидкость имеет как правило агрессивные свойства и может приводить к коррозии элементов и узлов насоса. Вероятность попадания с потоком в зону реза частиц с ферромагнитными свойствами значительно снижается за счет использования в качестве запорного узла в сливном отверстии входной полости 4 съемной пробки 13 с магнитом 16. Частичное заполнение антифризом входной полости 4 при температуре откачиваемой фракции, когда начинается ее замерзание, позволяет в сочетании с включением режима реверса электродвигателя 8, эффективно очистить режущую зону от засорения. Если температура окружающей среды при хранении и транспортировке насоса имеет отрицательные значения, после окончания процесса откачки остатки откачиваемой жидкости удаляют из полостей 4, 5, 7 корпуса 1 насоса через соответствующие сливные отверстия. После этого заполнят входную полость 4 антифризом из мерной емкости 12, открыв запорный узел в наливном отверстии (например, шаровой кран 17), а для возможности полного заполнения центральной 7 и выходной 5 полостей антифризом кратковременно включают электродвигатель. Возможно заполнение полостей 4, 5, 7 антифризом и без предварительного удаления из них остатков откачиваемой фракции, включив электродвигатель 8 при открытом запорном узле в наливном отверстии. Заполнение антифризом предотвращает насос от повреждений, которые могли бы возникнуть под действием отрицательных температур из-за неизбежного наличия остатков откачиваемой жидкости в зазорах между металлическими элементами и узлами насоса. В таком состоянии насос полностью готов к дальнейшей работе и не требует предварительной заливки воды.
3
''
Пример реализации. Изготовлен и испытан образец жидкостно-кольцевого насоса в соответствии с полезной моделью. Узел реверсирования выполнен в виде ручного трехпозиционного переключателя фаз с центральным положением «стоп». Переключатель установлен на корпусе 8 электродвигателя на его коммутационном коробе. Использована мерная емкость 12 объемом 0,8 дм, заполненная антифризом на основе пропиленгликоля с температурой кристаллизации -30°C. Запорный узел в наливном отверстии представляет собой шаровой кран 17. Запорные узлы в сливных отверстиях диаметром 1/2, выполненных во входной полости 4, в
выходной полости 5 и в центральной полости 7, представляют собой съемные пробки 13, 14 и 15 соответственно, из бронзы с коррозионностойким покрытием. В углублении съемной пробки 13 в сливном отверстии входной полости 4 размещен неодимовый магнит 16 массой 20 г. Электрическая мощность на валу электродвигателя 8 составляет 0,9 кВт, абсолютная глубина разряжение - 0,3 бар, производительность - 220 норм.л/мин. Испытания показали высокую эффективность насоса в эксплуатации, позволяя с высокой производительностью осуществлять откачку сильно загрязненных бытовых стоков, в том числе при отрицательной температуре, и выдержку при низких температурах окружающей среды до -30°C без потери его работоспособности. Повреждений элементов и узлов насоса за время проведения испытаний не зафиксировано
Жидкостно-кольцевой насос, выполненный в соответствии с полезной моделью, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с известными аналогичными. Его конструкция обеспечивает эффективную работу при откачке сильно загрязненных жидкостей, в том числе при температурах, близких к температуре замерзания откачиваемой жидкой фракции, а также после транспортировки и хранения в условиях значительных низких температур, позволяя предохранить насос от возможных повреждений находящихся внутри его корпуса элементов и узлов.