Насосный агрегат и насосная система, в которой он используется - RU2435075C2
Код документа: RU2435075C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к насосному агрегату и насосной системе, в которой он используется, в частности к насосному агрегату с усовершенствованным ротором для повышения эффективности перекачки пресной или морской воды в насосной системе.
В основном насосы по типам делятся на турбинные и объемные. Турбонасосы отличаются большой подачей, относительно малыми размерами, имеют малый напор и предназначены для работы с большими объемами жидкости. К ним относятся центробежные насосы. Объемные насосы обеспечивают большой напор и малую подачу, причем подача практически постоянна при любом значении напора. К объемным насосам относятся шестеренчатые насосы, поршневые насосы, винтовые насосы и т.д.
Центробежные насосы включают в себя рабочее колесо и кожух. Они представляют собой устройства, в которых при вращении жидкости с высокой скоростью с помощью рабочего колеса возникает центробежная сила, и жидкость направляется от центра рабочего колеса к его периферии в результате изменения давления, связанного с центробежной силой. В шестеренчатых насосах жидкость направляют от входного отверстия к выходному отверстию при вращении двух находящихся в зацеплении друг с другом шестерен, расположенных внутри кожуха. Шестеренчатые насосы предназначены для работы с малыми объемами жидкости и в основном используются для подачи масел, в частности смазочных.
Что касается винтовых насосов, то в документе на полезную модель КР0167567 описано устройство, в котором винтовая насосная крыльчатка с предотвращающим разбрызгивание покрытием вставлена в кожух, имеющий соединительное отверстие и множество направляющих лопаток.
Из вышеописанного видно, что относящийся к турбонасосам центробежный насос позволяет подавать большие объемы жидкости, но при этом имеет малый напор. Шестеренчатый насос, представляющий собой насос объемного типа, позволяет в случае необходимости увеличить напор, обеспечивая высокую эффективность перекачки, однако в нем невозможно существенно повысить подачу. Винтовой насос может перекачивать большой объем воды, но не позволяет увеличить напор.
При перекачивании пресной или морской воды для снабжения ею какой-либо области посредством винтового или центробежного насоса эффективность подачи воды относительно низка, в результате чего возникают значительные эксплуатационные расходы.
Задачей настоящего изобретения является создание насосного агрегата с повышенной эффективностью перекачки воды за счет использования вращающей и центробежной сил винта, а также создание насосной системы, использующей те же силы.
Насосная система согласно настоящему изобретению является простой в техническом обслуживании и при эксплуатации, и в ней можно легко регулировать напор.
Насосная система согласно настоящему изобретению также позволяет постоянно поддерживать местоположение водозабора ниже поверхности воды и может преобразовывать центробежную силу в энергию подъема воды.
Одним объектом настоящего изобретения является насосный агрегат, содержащий ротор, включающий в себя винтовой насос и расположенный на нем центробежный насос, при этом винтовой насос включает в себя вращающийся корпус, расположенный на вращающемся валу, установленном на раме с возможностью вращения, и винт, установленный между внутренней поверхностью вращающегося корпуса и внешней поверхностью вращающегося вала и образующий насосный канал; а центробежный насос выполнен с возможностью радиального выброса воды, накачанной винтовым насосом, под действием центробежных сил.
Диаметры вращающегося корпуса и винта винтового насоса могут постепенно уменьшаться от нижней части насосного агрегата к центробежному насосу.
Другим объектом настоящего изобретения является насосный агрегат, содержащий ротор, включающий в себя винтовой насос и расположенный на нем центробежный насос, при этом винтовой насос включает в себя внутренний корпус, расположенный на вращающемся валу, установленном на раме с возможностью вращения, внешний корпус, окружающий внутренний корпус и отделенный от него заданным расстоянием, и множество лопастей, установленных между внутренним и внешним корпусами и образующих спиральный насосный канал; а центробежный насос выполнен с возможностью радиального выброса воды, накачанной винтовым насосом, под действием центробежной силы.
Расстояние между внешней поверхностью внутреннего корпуса и внешним корпусом может быть постоянным, а диаметры внутреннего корпуса и внешнего корпуса могут постепенно увеличиваться от нижней части насосного агрегата к его верхней части.
Еще одним объектом настоящего изобретения является насосная система, включающая в себя установленную в месте водозабора башню, содержащую внутреннюю часть и расположенную на ней водосодержащую часть; выпускной трубопровод, соединяющий водосодержащую часть и расположенный на суше резервуар; сообщенный с внутренней частью всасывающий трубопровод, проходящий от нижней части башни до места водозабора и имеющий изогнутый вверх конец, на котором установлен предохранительный кожух; и установленный в башне насосный агрегат для перекачки воды, поступающей во внутреннюю часть через всасывающий трубопровод, в водосодержащую часть, включающий в себя вращающийся вал, установленный вертикально в башне; ротор, содержащий винтовой насос и расположенный на нем центробежный насос, и привод, установленный в башне для привода ротора, причем винтовой насос включает в себя внутренний корпус, установленный с возможностью скольжения вдоль вращающегося вала и имеющий опорный подшипник и полость плавучести, внешний корпус, окружающий внутренний корпус и отделенный от него заданным расстоянием, и множество лопастей, установленных между внутренним и внешним корпусами и образующих спиральный насосный канал, а центробежный насос выполнен с возможностью радиального выброса воды, накачанной винтовым насосом, под действием центробежной силы.
Привод может представлять собой двигатель, ведомый шкив, длина которого по существу равна расстоянию подъема ротора вдоль вращающегося вала, установленного на опорном подшипнике, и ведущий шкив, соединенный ремнем с ведомым шкивом.
Расстояние между внешней поверхностью внутреннего корпуса и внешним корпусом винтового насоса может быть постоянным, а диаметры внутреннего корпуса и внешнего корпуса могут постепенно увеличиваться от нижней части насосного агрегата к его верхней части.
Как описано выше, настоящее изобретение относится к насосному агрегату и насосной системе, в которой он используется. Насосный агрегат, расположенный в установленной на месте водозабора башне, включает в себя винтовой и центробежный насосы, таким образом, одновременно выполняются подъем и всасывание воды с помощью винта, в результате чего повышается мощность перекачки воды.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примеры вариантов его осуществления, для специалистов данной области техники понятно, что в них могут быть внесены различные изменения, не выходя за объем формулы изобретения.
На фиг.1 схематично показана конструкция насосной системы согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 показан в разрезе установленный в башне насосный агрегат согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг.3 показан в разрезе другой вариант выполнения насосного агрегата согласно настоящему изобретению;
на фиг.4 показан в разрезе еще один вариант выполнения насосного агрегата согласно настоящему изобретению;
на фиг.5 показан в разрезе очередной вариант выполнения насосного агрегата согласно настоящему изобретению;
на фиг.6 показан ротор, изображенный на фиг.5, вид в перспективе с частичным разрезом;
на фиг.7 показан другой вариант выполнения установленного в башне привода, изображенного на фиг.5, вид в перспективе;
на фиг.8 показан в разрезе насосный агрегат согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Насосную систему в соответствии с настоящим изобретением устанавливают рядом с рекой, озером или морем для отбора пресной или морской воды и подачи ее в расположенный на суше резервуар. Вариант выполнения насосной системы показан на фиг.1 и 2.
Как показано на фиг.1 и 2, насосная система 10 установлена на берегу реки, озера или моря и включает в себя башню 13, содержащую вертикальную часть 11 и установленную на ней водосодержащую часть 12; расположенный на суше резервуар 100, снабжающий водой питаемую область, систему очистки для получения питьевой воды или промышленную установку. Насосная система также содержит выпускной трубопровод 14, соединяющий водосодержащую часть 12, расположенную наверху башни 13, и резервуар 100; и всасывающий трубопровод 16, который сообщен с вертикальной частью 11 башни и выходит от нижней части башни 13 в более глубокую область реки, озера или моря. Конец всасывающего трубопровода 16 изогнут вверх, и на этом конце установлен предохранительный кожух 15.
Башня 13 содержит также насосный агрегат 20, перекачивающий воду, поступающую в вертикальную часть 11 через всасывающий трубопровод 16, в водосодержащую часть 12 и затем в резервуар 100 через выпускной трубопровод 14.
Башня 13 представляет собой бетонную конструкцию, включающую в себя вертикальную часть 11 и расположенную на ней водосодержащую часть 12, в которую поступает вода, перекачиваемая насосным агрегатом 20. Канал для потока воды расположен вдоль внутренней поверхности водосодержащей части 12 башни 13 так, что перекачиваемую воду направляют в выпускной трубопровод 14 посредством центробежного насоса ротора, как будет описано ниже.
Хотя это не показано на чертежах, на башне 13 может быть расположена платформа наблюдения, а на внешней поверхности башни 13 может быть установлено дополнительное оборудование.
Как показано на фиг.2, насосный агрегат 20 установлен в башне 13 и используется для перекачки воды, поступающей в вертикальную часть 11 через всасывающий трубопровод 16, в водосодержащую часть 12. Насосный агрегат 20 включает в себя ротор 21, содержащий винтовой насос 22 для вертикального подъема воды и центробежный насос 23 для перекачки воды в радиальном направлении от винтового насоса 22; и привод 25 для вращения вала 24 ротора 21.
Винтовой насос 22 ротора 21 включает в себя вращающийся корпус 22а, окружающий вращающийся вал 24 и установленный вертикально с возможностью вращения в вертикальной части 11 на заданном расстоянии в радиальном направлении от вращающегося вала 24; и винт 22с, установленный между внешней поверхностью вращающегося вала 24 и внутренней поверхностью вращающегося корпуса 22а и образующий спиральный насосный канал 22b. Что касается винтового насоса 22, диаметры винта 22с и вращающегося корпуса 22а могут постепенно уменьшаться от нижней части к верхней части для относительного увеличения количества исходного отбора воды, как показано на фиг.3.
Центробежный насос 23 ротора 21 включает в себя нижний пластинчатый элемент 23а, радиально выступающий от верхнего края вращающегося корпуса 22а; верхний пластинчатый элемент 23b, установленный на вращающемся валу 24 на заданном расстоянии от нижнего пластинчатого элемента 23а; и лопатки 23с, расположенные между верхним пластинчатым элементом 23b и нижним пластинчатым элементом 23а и радиально выступающие относительно вращающегося вала 24. Лопатки 23с закручены по спирали на заданный угол. Вращающийся корпус 22а соединен с вращающимся валом 24 через винт 22с, таким образом, винтовой насос 22 и центробежный насос 23 вращаются вместе с вращающимся валом 24.
Вращающийся вал 24 ротора 21 установлен с возможностью вращения так, что оба конца вращающегося вала 24 опираются на башню 13. Для предотвращения вибрации во время вращения по меньшей мере одна сторона внешней поверхности винтового насоса 22 может поддерживаться с помощью опорного подшипника или ролика. Вращающийся вал 24 также может быть установлен с возможностью вращения на отдельной раме.
Привод 25 может представлять собой двигатель 25а, установленный в верхней части башни 13 для вращения вала 24. Приводной вал двигателя 25а может быть соединен с вращающимся валом 24 с помощью элементов силовой передачи, например ремня и ведущего и ведомого шкивов.
На фиг.4 показан насосный агрегат 30 в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, причем те же компоненты, что и в предыдущих вариантах осуществления изобретения, обозначены одинаковыми номерами позиций.
Как показано на фиг.4, насосный агрегат 30 включает в себя вертикальный вращающийся вал 31, установленный в башне 13; ротор 32, установленный на вращающемся валу 31; и привод 35 для вращения вала 31 так же, как в описанных выше вариантах осуществления изобретения.
Ротор 32 включает в себя винтовой насос 33 и центробежный насос 34. Винтовой насос 33 содержит внутренний корпус 33а, установленный соосно с вращающимся валом 31; внешний корпус 33b, расположенный на заданном расстоянии от внутреннего корпуса 33а и имеющий больший диаметр, чем внутренний корпус 33а; и лопасти 33d, расположенные между внутренним корпусом 33а и внешним корпусом 33b и образующие насосный канал 33с.
Центробежный насос 34 имеет по существу такую же конструкцию, как и в предыдущих вариантах осуществления изобретения, и включает в себя нижний пластинчатый элемент 34а, радиально выступающий от верхнего края внешнего корпуса 33b; верхний пластинчатый элемент 34b, установленный на вращающемся валу 31 на заданном расстоянии от нижнего пластинчатого элемента 34а; и лопатки 34с, расположенные между верхним пластинчатым элементом 34b и нижним пластинчатым элементом 34а и радиально выступающие относительно вращающегося вала 31. Количество лопаток 34с может быть таким же, как и количество лопастей 33d, и они могут выступать в радиальном направлении относительно лопастей 33d.
Привод 35 имеет такую же конструкцию, как и в предыдущих вариантах осуществления изобретения, и его описание здесь не приведено.
На фиг.5 и 6 показан насосный агрегат 40 в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг.5 и 6, насосный агрегат 40 включает в себя вертикальный вращающийся вал 41, установленный в башне 13; ротор 42, установленный с возможностью перемещения вверх и вниз вдоль вращающегося вала 41 под действием выталкивающей силы воды, поступившей в башню 13; и привод 46, установленный в башне 13, для вращения ротора 42.
Ротор 42 имеет полость, в которой возникает выталкивающая сила, и включает в себя винтовой насос 43 и центробежный насос 44. Винтовой насос 43 включает в себя внутренний корпус 43b, имеющий полость 43а плавучести и установленный с возможностью скольжения вдоль вращающегося вала 41; внешний корпус 43с, окружающий внутренний корпус 43b и отделенный от него на заданное расстояние; и лопасти 43е, расположенные между внутренним корпусом 43b и внешним корпусом 43с и образующие насосный канал 43d.
Для того чтобы внутренний корпус 43b можно было установить с возможностью скольжения вдоль вращающегося вала 41, в отверстии, проходящем через полость 43а плавучести внутреннего корпуса 43b, расположен опорный подшипник 43f, на котором с возможностью скольжения установлен вращающийся вал 41. Между опорным подшипником 43f и вращающимся валом 41 может быть установлен подшипник 43g.
Центробежный насос 44 имеет по существу такую же конструкцию, как и в предыдущих вариантах осуществления изобретения, и его описание здесь не приведено.
Привод 46 включает в себя ведомый шкив 46а, который выступает из верхней части ротора 42 вдоль вращающегося вала 41 и имеет заданный диаметр; ведущий шкив 46с, установленный на вращающемся валу двигателя 46b, который установлен в башне 13; и ремень 46d, соединяющий ведомый шкив 46а и ведущий шкив 46с. Ведомый шкив 46а привода 46 имеет длину, равную расстоянию подъема ротора 42.
Привод 46 также может представлять собой двигатель 53, установленный на раме 52, выполненной с возможностью перемещения вверх и вниз вдоль направляющей 51, расположенной на внутренней поверхности башни 13; и вращающийся вал 54, соединенный с приводным валом двигателя 53, как показано на фиг.7. В данном случае ротор 42 должен быть установлен с возможностью свободного перемещения с помощью полости 43а плавучести вверх и вниз и может быть установлен с возможностью вращения на множестве направляющих роликов, расположенных на внутренней поверхности башни 13.
Винтовой насос 43 может иметь такую конструкцию, что диаметры внутреннего корпуса 43b и внешнего корпуса 43с постепенно увеличиваются от нижней части к верхней части при постоянной ширине насосной полости, то есть расстоянии между внутренним корпусом 43b и внешним корпусом 43с, как показано на фиг.8.
Ниже описана работа насосных систем согласно настоящему изобретению с вышеописанными конструктивными особенностями.
Как показано на фиг.1 и 2, чистая вода поступает в вертикальную часть 11 башни 13 через всасывающий трубопровод 16. При этом исключается попадание примесей или посторонних веществ во всасывающий трубопровод 16, поскольку на его изогнутом вверх конце установлен колпак 15.
Когда вода поступает в вертикальную часть 11, как показано на фиг.2, двигатель 25а, представляющий собой привод 25, приводится во вращение, в результате чего начинает вращаться ротор 21. Используя энергию вращения ротора 21, воду перекачивают вверх по спиральному каналу, то есть насосному каналу 22b, образованному спиральным винтом 22с, расположенным между вращающимся корпусом 22а и вращающимся валом 24. Накачанную воду перекачивают в радиальном направлении с помощью центробежной силы, генерируемой центробежным насосом 23. В это время винтовой насос 22 может всасывать воду с помощью центробежного насоса 23, в результате чего повышается эффективность перекачки. В частности, когда нижний участок винтового насоса 22 выполнен увеличенным, как показано на фиг.3, исходное количество отбора воды может быть увеличено, и, таким образом, может быть увеличена подача накачанной воды к центробежному насосу 23, в результате чего повышается эффективность перекачки. То есть линейная скорость винта 22с на нижнем участке винтового насоса 22 выше, в результате чего повышается мощность перекачки.
Перекачанная таким образом вода поступает в резервуар 100 через водосодержащую часть 12 и выходной трубопровод 14.
На фиг.5 и 6 показана полость 43а плавучести, образованная в роторе 42, который поднимается с помощью воды, поступающей во внутреннюю часть башни 13. В это время ремень 46d, соединяющий ведущий шкив 46с и ведомый шкив 46а двигателя 46b, движется вверх и вниз вместе с ведомым шкивом 46а и таким образом передает вращение 46b на ротор 42.
В частности, как показано на фиг.8, в случае, когда ширина винтового насоса 43 постепенно увеличивается снизу вверх, на воду действует центробежная сила, возникшая в результате вращения ротора 42. Поскольку лопасти 43е спирально закручены, вода быстро накачивается под действием центробежной силы.
Таким образом, становится возможным повысить мощность перекачки воды, накачанной с помощью винтового насоса 43. Накачанную воду перекачивают с помощью центробежного насоса 44, увеличивая в результате эффективность перекачки.
Кроме того, насосный агрегат, имеющий полость плавучести, может накачивать воду, поступающую в вертикальную часть башни на заданной глубине от поверхности земли. В частности, перекачка морской воды может осуществляться независимо от уровня поступающей в вертикальную часть воды, который связан с отливом и приливом.
Реферат
Насосная система включает башню, установленную в месте водозабора и содержащую внутреннюю часть и расположенную на ней водосодержащую часть, выпускной трубопровод, соединяющий водосодержащую часть и расположенный на суше резервуар, сообщенный с внутренней частью всасывающий трубопровод, проходящий от нижнего участка башни до места водозабора и имеющий изогнутый вверх конец с предохранительным кожухом, и установленный в башне насосный агрегат. Агрегат перекачивает воду, поступающую во внутреннюю часть через всасывающий трубопровод, в водосодержащую часть. Агрегат содержит вращающийся вал, установленный вертикально в башне; ротор, включающий винтовой насос, расположенный на нем центробежный насос и установленный в башне привод ротора. Винтовой насос имеет внутренний корпус с полостью плавучести, установленный с возможностью скольжения вдоль вала на опорном подшипнике, и внешний корпус, окружающий внутренний корпус и отделенный от него заданным расстоянием, и множество лопастей, установленных между внутренним корпусом и внешним корпусом и образующих спиральный насосный канал. Центробежный насос радиально выбрасывает воду, накачанную винтовым насосом. Изобретение направлено на повышение эффективности перекачки воды. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.
