Рабочее колесо насоса и центробежный насос для пены

 

Изобретения относятся к рабочему колесу и насосу для пены или вязких сред. Рабочее колесо (10), используемое в центробежном насосе (50), который включает камеру (54) и впускное отверстие (56), установлено в камере (54) с возможностью вращения вокруг оси (Х-Х). Колесо (10) включает часть (12) основного корпуса, которая содержит множество основных подающих лопастей (16) или лопаток, каждая из которых имеет свободную кромку и одну или более лопастей (20) или лопаток для возбуждения потока, которая закреплена или выполнена заодно со свободной кромкой и проходит за свободную кромку подающих лопастей (16) или лопаток в направлении вращения. Каждая лопасть (20) или лопатка для возбуждения потока включает поверхность (21), которая имеет частично спиральную форму и выступает во впускное отверстие (56) насоса, обеспечивая отчерпывание пены. Изобретения направлены на улучшение рабочих характеристик насоса для перекачки пены. 2 с. и 8 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится в основном к насосу для подачи пены и более конкретно к рабочему колесу насоса, который используется с пенистыми жидкостными средствами, например с флотационным концентратом. Пенистая жидкостная среда обычно включает смесь воды, воздуха и минеральных частиц, которые могут быть получены посредством флотации минералов при их обработке в горнодобывающей промышленности. Из последующего описания, однако, будет понятно, что изобретение может быть использовано для других целей. Например, насос может быть использован для вязких шламов (суспензий).

На заводах по обработке минералов часто используется процесс, известный как флотация, используемый для разделения необходимого минерала от пустой породы. Это достигается в флотационном чане или флотационной камере, в которой находится суспензия и в который добавляются мельчайшие пузырьки воздуха и реагенты. Затем содержимое камеры взбалтывается и получаемая пена, которая поднимается в верхнюю часть флотационной камеры, включает мельчайшие частицы нужного минерала, прилипшие к пузырькам пены. Затем посредством сбора пены обеспечивается средство для сбора нужного минерала, выделившегося в этом процессе.

Пена, полученная из флотационного процесса, содержит необходимый минерал и обычно должна подаваться на следующую стадию обработки. Различные виды получающейся пены в значительной степени зависят от размеров полученных от флотации частиц, типа и количества реагентов и количества и размера пузырьков воздуха. Образование пены является непрерывным процессом, но в настоящее время пока нет коммерчески доступного оборудования, которое может снизить содержание воздуха в пене, и не следует его оставлять до тех пор, пока воздух не отделится сам перед закачкой пены.

Для достижения хороших результатов восстановления требуется, чтобы минерал был измельчен до размера очень мелких частиц (в некоторых случаях менее 10 микрон). Также для достижения хороших результатов восстановления минерала необходимо регулировать используемые реагенты, но довольно часто такое регулирование, а также количество пузырьков, необходимых для эффективного процесса, приводит к образованию очень стабильной и липкой пены. Обычно такой пене, которая остается в емкости, требуется от 12 до 24 часов для восстановления только в воду и твердое состояние, т.е. пузырьки будут рассеиваться чрезвычайно медленно.

Насосы, используемые для подачи пены, в настоящее время имеют форму вертикальных или горизонтальных насосов. Вертикальные насосы расположены таким образом, что впускное отверстие насоса расположено по существу вертикально, а горизонтальные насосы имеют впускное отверстие насоса, расположенное по существу горизонтально. Вертикальные насосы для пены обеспечивают закачку очень липкой пены, но часто они имеют большие размеры, поэтому должны реально учитываться в изначальном проекте установки для обработки минерала. Горизонтальные насосы, с другой стороны, использовались для закачки пены, но не всегда успешно осуществляли закачку липкой пены. Горизонтальные насосы, используемые для пены, традиционно имели большие размеры. Насос с большими размерами может оказаться неэффективным в результате плохого прохождения потока и высокого содержания увлекаемого воздуха из-за пены, находящейся в большом насосе. Нестабильная подача может привести к механическим неполадкам. Пена наполнена воздухом, но мельчайшие размеры пузырьков воздуха оказывают меньшее влияние, чем такое же количество воздуха в виде больших пузырьков. Однако существует предел, при котором устойчивость насоса к пене снижается под воздействием воздуха. Устойчивость насоса к воздействию воздуха также имеет отношение к характеристике высоты столбца жидкости под всасывающим патрубком насоса (NPSH); то есть, чем ниже достигаемое давление на входе насоса, тем больше вероятности, что насос будет работать эффективно.

Задачей настоящего изобретения является создание рабочего колеса насоса, которое может быть использовано в насосах для пены, улучшая его рабочие характеристики.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создано рабочее колесо насоса, используемое в центробежном насосе для пены или вязких сред, включающем камеру и впускное отверстие, при этом рабочее колесо насоса, установленное в камере насоса для пены, размещено с возможностью вращения вокруг оси вращения (Х-Х) и включает часть основного корпуса, которая содержит множество подающих лопастей или лопаток, каждая из которых имеет свободную кромку и одну или более лопастей или лопаток для возбуждения потока, которая закреплена или выполнена заодно со свободной кромкой и проходит за свободную кромку подающих лопастей или лопаток в направлении вращения, при этом каждая лопасть или лопатка для возбуждения потока включает поверхность, которая имеет частично спиральную форму и выступает во впускное отверстие насоса, обеспечивая отчерпывание пены для возбуждения потока.

В одном варианте выполнения часть основного корпуса рабочего колеса насоса включает кожух с одной стороны основных подающих лопастей, при этом кожух удален от входного отверстия насоса. В этом конкретном варианте подающие лопасти отходят от кожуха и имеют свободную кромку, прилегающую к стороне впускного отверстия камеры насоса. Предпочтительно каждая подающая лопасть имеет связанную с ней лопасть для возбуждения потока.

В другом варианте выполнения часть основного корпуса включает два установленных на расстоянии один от другого кожуха с расположенными между ними подающими лопастями. В этом варианте лопасти для возбуждения потока или каждая лопасть для возбуждения потока отходят от кожуха вблизи стороны впускного отверстия камеры насоса и выступают во впускное отверстие.

Предпочтительно лопасти или лопатки или каждая лопасть или лопатка для возбуждения потока имеют кромку, которая прикреплена или выполнена заодно с частью свободной кромки одной лопасти или лопатки.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения создан центробежный насос для пены или вязких сред, включающий камеру и впускное отверстие и рабочее колесо насоса, установленное в камере насоса для пены, которое размещено с возможностью вращения вокруг оси вращения (Х-Х) и включает часть основного корпуса, которая содержит множество подающих лопастей или лопаток, каждая из которых имеет свободную кромку и одну или более лопастей или лопаток для возбуждения потока, которая закреплена или выполнена заодно со свободной кромкой и проходит за•свободную кромку подающих лопастей или лопаток в направлении вращения, при этом каждая лопасть или лопатка для возбуждения потока включает поверхность, которая имеет частично спиральную форму и выступает во впускное отверстие насоса, обеспечивая отчерпывание пены для возбуждения потока.

Форма лопастей, возбуждающих поток и их положение в установленном виде, обеспечивает дополнительное вращение пены, прежде чем она входит в насос, и в то же время улучшает и делает более равномерным вход пены в основной канал рабочего колеса насоса. Действие лопастей для возбуждения потока также снижает требование к ограничению высоты столба всасываемой жидкости, которое необходимо для нормальной работы насоса, например, с липкой пеной.

Липкая пена обычно имеет высокое содержание воздуха, поэтому на нее трудно оказывать какое-либо давление или усилие, так как они не передаются через массу пены. Поэтому пена не будет легко входить в зону всасывания насоса или рабочего колеса насоса. Поскольку рабочее колесо насоса придает энергию нагнетаемой жидкости или пене, понятно, что необходимым требованием является максимальное облегчение входа пены в рабочее колесо насоса. Настоящее изобретение, а также снижение требований, связанных с характеристикой NPSH (высотой столба жидкости под всасывающим патрубком насоса), обеспечивает вхождение лопастей или лопаток в зону всасывания насоса и значительно улучшает вход в рабочее колесо насоса, то есть, уменьшает преграды и потерю на входе рабочего колеса насоса. Когда рабочее колесо насоса вращается, лопасти практически "отслаивают" или "отчерпывают" липкую пену. Под воздействием этого пена гораздо легче увлекается в рабочее колесо насоса для подачи.

Изобретение может успешно применяться в любых существующих конструкциях насосов, но особенно оно подходит для горизонтальных шламовых насосов и шламовых насосов с впускным отверстием, превышающим обычные необходимые размеры. Оно может легко использоваться с рабочими колесами насоса открытого типа. Имеются в виду рабочие колеса, которые не имеют переднего кожуха, однако, как было описано, нет препятствий для использования изобретения в стандартных насосах или с закрытыми рабочими колесами.

Кроме того, рабочее колесо насоса согласно изобретению может быть использовано для нагнетания любого сложного шлама или жидкой среды, как, например, густого шлама высокой плотности, и поэтому не ограничивается исключительно пеной.

Предпочтительные примеры реализации изобретения будут описаны ниже со ссылкой на чертежи, на которых фиг.1 является схематическим изображением в перспективе одного варианта выполнения рабочего колеса насоса согласно настоящему изобретению; фиг.2 является схематическим изображением в перспективе рабочего колеса насоса и впускной секции насоса; фиг.3 является схематическим изображением боковой проекции, показывающей рабочее колесо насоса на фиг.1 и 2, установленное внутри камеры насоса; фиг.4 является фронтальной проекцией рабочего колеса насоса, показанного на фиг.1-3.

На фиг.3, показана частичная боковая проекция в разрезе части центробежного насоса, обозначенного цифровой позицией 50, включающей кожух 51 насоса, который может иметь, а может не иметь прокладку, рабочую камеру 54 насоса и впускное отверстие 56 насоса. Также показано рабочее колесо 10, которое установлено внутри рабочей камеры 54 для вращения вокруг оси вращения Х-Х.

В показанном варианте выполнения рабочее колесо 10 насоса включает часть основного корпуса 12, имеющую задний защитный кожух 14, содержащий на задней поверхности выводящие лопасти 18, и ряд подающих лопастей 16, отходящих от него в направлении впускного отверстия 56 насоса. Рабочее колесо 10 насоса включает несколько лопастей 20 для возбуждения потока, каждое из которых проходит от соответствующей подающей лопасти 16 во впускное отверстие 56 насоса. Как показано на фиг.2, среда входит в рабочее колесо насоса в направлении стрелки D и выходит из него в направлении стрелки Е.

Как показано на фиг.3, когда рабочее колесо 10 установлено в насосе 50, часть основного корпуса 12 рабочего колеса расположена внутри камеры 54 насоса и лопасти 20 для возбуждения потока проходят во впускное отверстие 56 насоса. Впускное отверстие 56 насоса расположено в зоне оси вращения X-Х при этом создаются такие условия, что жидкостная среда входит в камеру насоса, имея как осевую, так и радиальную составляющие потока. Жидкостная среда затем нагнетается подающими лопастями и выходит у периферии рабочего колеса насоса.

Подающие лопасти 16 имеют обычную форму и имеют свободную кромку 17 с лопастями 20 для возбуждения потока, отходящими от ее части. Каждая лопасть 20 для возбуждения потока включает поверхность 21, которая отходит от подающих лопастей по существу частично по спирали. Каждая лопасть 20 для возбуждения потока закреплена или выполнена заодно со свободной боковой кромкой 17 соответствующей подающей лопасти 16. Как показано, имеется четыре подающих лопасти и четыре связанных с ними лопасти для возбуждения потока.

Следует понимать, что могут быть включены различные изменения, модификации и/или добавления в различные конструкции и устройства частей, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения.

Формула изобретения

1. Рабочее колесо насоса (10), используемое в центробежном насосе (50) для пены или вязких сред, включающем камеру (54) и впускное отверстие (56), при этом рабочее колесо насоса, установленное в камере насоса для пены, размещено с возможностью вращения вокруг оси вращения (Х-Х) и включает часть (12) основного корпуса, которая содержит множество подающих лопастей или лопаток (16), каждая из которых имеет свободную кромку (17) и одну или более лопастей или лопаток (20) для возбуждения потока, которая закреплена или выполнена заодно со свободной кромкой и проходит за свободную кромку подающих лопастей или лопаток в направлении вращения, при этом каждая лопасть или лопатка для возбуждения потока включает поверхность (21), которая имеет частично спиральную форму и выступает во впускное отверстие насоса, обеспечивая отчерпывание пены для возбуждения потока.

2. Рабочее колесо насоса по п.1, в котором часть основного корпуса рабочего колеса насоса включает кожух с одной стороны основных подающих лопастей, при этом кожух удален от входного отверстия насоса.

3. Рабочее колесо насоса по п.2, в котором подающие лопасти отходят от кожуха, свободная кромка которых прилегает к стороне впускного отверстия камеры насоса.

4. Рабочее колесо насоса по п.1, в котором каждая подающая лопасть имеет связанную с ней лопасть для возбуждения потока.

5. Рабочее колесо насоса по п.1, в котором часть основного корпуса включает два установленных на расстоянии один от другого кожуха с расположенными между ними подающими лопастями.

6. Рабочее колесо насоса по п.5, в котором лопасти для возбуждения потока или каждая лопасть для возбуждения потока отходят от кожуха вблизи стороны впускного отверстия камеры насоса и выступают во впускное отверстие.

7. Рабочее колесо насоса по любому из предшествующих пунктов, в котором лопасти, или лопатки, или каждая лопасть, или лопатка для возбуждения потока имеют кромку, которая прикреплена или выполнена заодно с частью свободной кромки одной лопасти или лопатки.

8. Центробежный насос (50) для пены или вязких сред, который включает рабочее колесо (10) по любому из пп.1-7, камеру (54) насоса и впускное отверстие (56), при этом рабочее колесо насоса размещено с возможностью вращения в камере насоса вокруг оси вращения (Х-Х).

9. Насос по п.8, в котором рабочее колесо включает кожух с одной стороны основных подающих лопастей, при этом кожух удален от впускного отверстия насоса, причем подающие лопасти отходят от кожуха и имеют свободную кромку, прилегающую к стороне впускного отверстия камеры насоса, при этом лопасть для возбуждения и создания потока закреплена на свободной кромке одной или более подающих лопастей и выступает во впускное отверстие.

10. Насос по п.8, в котором основной корпус включает два установленных на расстоянии один от другого кожуха с расположенными между ними подающими лопастями, при этом лопасти для возбуждения потока или каждая лопасть для возбуждения потока отходят от кожуха вблизи стороны впускного отверстия камеры насоса и выступают во впускное отверстие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4