Рабочее колесо насоса центробежного или полуаксиального типа

1 Настоящее изобретение относится к рабочему колесу насоса, а более конкретно к рабочему колесу насоса, предназначенному для применения в центробежных или полуаксиальных насосах, используемых для перекачки различных жидкостей, в основном сточных вод. В технической литературе описывается большое количество насосов и рабочих колес насоса, имеющих такое назначение, однако все они имеют определенные недостатки. Прежде всего это относится к проблемам, связанным с их засорением и низким коэффициентом полезного действия. Сточные воды содержат большое количество различных типов загрязняющих материалов, количество и структура которых зависят от времени года и областей, откуда эти сточные воды поступают. В городах такими материалами обычно являются пластические материалы,предметы личной гигиены, текстильные изделия и т.д., в то время как в промышленных зонах в сточные воды могут попадать повреждающие частицы веществ. Практический опыт показывает, что к наихудшим проблемам приводит наличие в сточных водах текстиля и тому подобных материалов, которые прилипают к входящим кромкам лопастей и наматываются на ступицу рабочего колеса. Такие случаи приводят к необходимости часто проводить техническое обслуживание с небольшими интервалами и к снижению коэффициента полезного действия. В сельскохозяйственном производстве и в целлюлозно-бумажной промышленности применяются различные виды специальных насосов, которые должны справляться с соломой,травой, листьями и другими типами органических материалов. С этой целью входящие кромки лопастей выполняются со скосом назад с таким расчетом, чтобы вызвать смещение по ним загрязняющих материалов наружу в направлении к периферии вместо того, чтобы дать им прилипнуть к этим кромкам. Часто для разрезания таких материалов и обеспечения прохождения потока с большей эффективностью применяются различные типы измельчающих средств. Примеры таких технических решений представлены в описаниях к патентам Швеции 435 952 и 375 831, а также в описании к патенту США 4 347 035. Поскольку загрязняющие материалы, находящиеся в сточных водах, относятся к другим их типам, работать с которыми гораздо труднее,и поскольку сроки эксплуатации насосов для перекачки сточных вод обычно значительно более продолжительны, вышеупомянутые специальные насосы не удовлетворяют требованиям, предъявляемым при перекачке сточных вод,ни с точки зрения надежности, ни с точки зрения их коэффициента полезного действия. Насос для перекачки сточных вод довольно часто находится в работе до 12 ч в сутки, а 2 это означает, что потребление им энергии в значительной мере зависит от общего коэффициента полезного действия насоса. Испытания показали, что для насоса согласно настоящему изобретению, предназначенного для перекачки сточных вод, возможно получение коэффициента полезного действия до 50% по сравнению с известными насосами для перекачки сточных вод. Поскольку затраты на эксплуатацию насоса, имеющего электрический привод, в течение всего срока его службы обычно складываются почти целиком из расходов на электроэнергию (примерно на 80%), то совершенно очевидно, что такое существенное увеличение коэффициента полезного действия будет иметь исключительно важное значение. В технической литературе описание рабочих колес насоса приводится лишь в общем виде, особенно это относится к скосу входящих кромок. Для этого скоса пока не существует однозначного определения. Испытания показали, что правильный расчет распределения угла скоса по входящим кромкам имеет очень важное значение для обеспечения необходимой способности рабочего колеса насоса к самоочистке. По самой природе загрязняющих материалов также требуются для обеспечения необходимого функционирования насоса разные углы скоса. В технической литературе не дается никакой информации относительно того, что нужно для обеспечения соскальзывания, перемещения загрязняющих материалов наружу в радиальном направлении вдоль входящих кромок лопастей. Упоминается лишь в общем, что кромки следует располагать под тупым углом со скосом назад(см. описание к патенту Швеции 435 952). При наличии в перекачиваемом продукте загрязняющих материалов, имеющих небольшие размеры, таких как трава и другие органические материалы, достаточными для обеспечения их перемещения по кромкам лопастей в радиальном направлении, а также для измельчения загрязняющих материалов в щели между рабочим колесом насоса и корпусом, внутри которого оно находится, могут быть сравнительно малые углы скоса. На практике измельчение обеспечивается тем, что загрязняющие материалы разрезаются при вхождении их в контакт с рабочим колесом и корпусом насоса,когда первое вращается с окружной скоростью 10-25 м/с. Этот процесс их разрезания становится более эффективным, когда поверхности этих деталей снабжаются режущими приспособлениями, канавками и тому подобными элементами (см. описание к патенту Швеции 435 952). Такие насосы применяются для перекачки целлюлозной массы, навоза и т.д. При проектировании рабочего колеса насоса с входящими кромками лопастей, выполненными со скосом назад для обеспечения самоочистки рабочего колеса, возникают проти 3 воречия между различными требованиями, связанные с необходимостью обеспечения соответствующего распределения угла скоса, а также заданных эксплуатационных показателей и других конструктивных параметров. В общем, следует отметить, что с увеличением угла скоса действительно уменьшается опасность засорения, но в то же самое время происходит снижение коэффициента полезного действия. Настоящее изобретение предоставляет возможность осуществить проектирование входящей кромки лопасти таким образом, чтобы добиться оптимальных результатов в отношении обеспечения выполнения различных функций и получения соответствующих характеристик, необходимых для надежной и экономичной перекачки сточных вод, содержащих такие загрязняющие материалы, как текстиль, волокна и т.д. Более подробное описание настоящего изобретения приводится ниже со ссылками на прилагаемые чертежи. На фиг. 1 показан вид рабочего колеса насоса согласно настоящему изобретению, представленный в перспективе; на фиг. 2 - вид насоса согласно настоящему изобретению, представленный схематически в разрезе по радиусу; на фиг. 3 - вид рабочего колеса со стороны входа в насос, представленный схематически, если смотреть в осевом направлении; на фиг. 4 - график, показывающий распределение угла скоса входящей кромки лопасти в функции от стандартизированного радиуса. На прилагаемых чертежах позицией 1 обозначен корпус центробежного насоса, имеющий цилиндрический вход 2. Позицией 3 обозначено рабочее колесо насоса с цилиндрической ступицей 4 и лопастью 5. Позицией 6 обозначена входящая кромка лопасти, имеющая соединение 7 со ступицей и периферию 8. Позицией 9 обозначена щель между лопастью и корпусом насоса, а позицией 10 - выходящая кромка лопасти. Позицией 11 обозначена стрелка, указывающая направление вращения, а позицией 12 - торец ступицы. И, наконец, символомобозначен угол сектора между соединением 7 входящей кромки со ступицей и периферией 8 входящей кромки. Как упоминалось выше, преимущество получают при выполнении входящих кромок 6 лопастей со скосом назад с таким расчетом,чтобы обеспечить соскальзывание по ним загрязняющих материалов в направлении к периферии вместо того, чтобы дать им прилипнуть к этим кромкам или намотаться на ступицу 4. Однако, в то же самое время коэффициент полезного действия при увеличении угла скоса зачастую снижается. Согласно настоящему изобретению, лопасть 6 выполнена таким образом, чтобы ее входящая кромка была сильно скошена назад. 4 Этот параметр определяется как разностьпо углу в цилиндрической системе координат между соединением входящей кромки со ступицей 4 и периферией 8. Согласно настоящему изобретению, эта разность находится в пределах между 125 и 195 градусами, предпочтительно от 140 до 180 градусов, что дает возможность получить сравнительно высокий коэффициент полезного действия, благодаря тому, что входящая кромка 6 расположена внутри цилиндрической части 2 корпуса насоса. Для того, чтобы такое расположение входящей кромки 6 стало возможным, ступица 4 рабочего колеса выполнена достаточно узкой. При этом соотношение диаметров в соединении 7 входящей кромки со ступицей и по периферии 8 составляет всего лишь 0,1-0,4, предпочтительно 0,15-0,35. Такая незначительная величина этого соотношения обеспечивает также и то преимущество, что рабочее колесо имеет при этом более широкое проходное сечение, что делает возможным прохождение через насос более крупных частей загрязняющего материала. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, соединение 7 входящей кромки 6 со ступицей 4 расположено впритык с торцом 12 ступицы, т.е. ступица не имеет выступающего конца, что уменьшает опасность наматывания загрязняющих материалов вокруг центральной части рабочего колеса. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, входящая кромка 6 расположена в плоскости, перпендикулярной к валу рабочего колеса, т.е. так, чтобы координата z была постоянной. Это означает,что угол скоса будет иметь, по существу, постоянное значение, независимо от величины потока. Поскольку насосы для перекачки сточных вод эксплуатируются в очень широкой области применения, это означает, что рабочее колесо насоса может быть выполнено в расчете на обеспечение оптимальных показателей, независимо от предполагаемых условий эксплуатации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Рабочее колесо насоса центробежного или полуаксиального типа, предназначенное для применения в насосе, используемом для перекачки сточных вод, и содержащее ступицу (4) и одну или несколько прикрепленных к ней лопастей (5), причем рабочее колесо выполнено с возможностью вращения в корпусе (1) насоса преимущественно спиралевидной формы,имеющем цилиндрический вход (2), отличающееся тем, что лопасть или лопасти (5) выполнены со скошенными назад входящими кромками (6), а уголсектора в системе координат,имеющей начало отсчета в центре вала рабочего колеса, между периферией (8) входящей кромки(6) и соединением (7) входящей кромки со ступицей (4), составляет 125-195, предпочтительно 140-180. 2. Рабочее колесо насоса по п.1, отличающееся тем, что входящая кромка (6) лопасти (5) расположена в плоскости, перпендикулярной к валу рабочего колеса, и в пределах зоны расположения имеющего цилиндрическую форму входа (2) насоса, где абсолютная скорость перекачиваемой среды имеет, по существу, осевое направление. 6 3. Рабочее колесо насоса по п.1, отличающееся тем, что соединение (7) входящей кромки(6) со ступицей (4) примыкает к торцу (12) ступицы. 4. Рабочее колесо насоса по п.1, отличающееся тем, что соотношение диаметров в соединении (7) входящей кромки (6) со ступицей (4) и по периферии (8) входящей кромки находится в пределах от 0,1 до 0,4, предпочтительно от 0,15 до 0,35.