Центробежный насос (варианты)
Изобретение относится к области насосостроения, в частности к центробежным насосам. Центробежный насос имеет по меньшей мере одну ступень насоса, которая имеет обладающее возможностью вращения центробежное колесо (5), имеющее всасывающее отверстие (6), которое уплотнено относительно неподвижной части (1) насоса посредством уплотнительной системы, причем эта уплотнительная система имеет уплотнительное кольцо (9) между центробежным колесом (5) и неподвижной частью (1) насоса. Уплотнительная система выполнена так, что она по меньшей мере в режиме нагнетания насоса, если смотреть в окружном направлении уплотнительного кольца (9), имеет поочередно следующие друг за другом, находящиеся на расстоянии от противоположной уплотнительной поверхности и прилегающие к противоположной уплотнительной поверхности участки уплотнения. Уплотнительное кольцо (9а, 9е, 9f) имеет на своем наружном периметре уплотняющие поперечное сечение выемки (10, 16, 16а) находящиеся, предпочтительно, параллельно друг другу. Позволяет лучше уплотнять поверхность между всасывающим отверстием насоса и его неподвижной частью при эксплуатации и при этом снижать потери на трение. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение касается центробежного насоса, имеющего по меньшей мере одну ступень насоса, которая имеет обладающее возможностью вращения центробежное колесо, имеющее всасывающее отверстие, которое уплотнено относительно неподвижной части насоса посредством уплотнительной системы, причем эта уплотнительная система имеет уплотнительное кольцо между центробежным колесом и неподвижной частью насоса.
Такие уплотнительные системы относятся к уровню техники. Из CN 2486751 Y известен центробежный насос, у которого на стороне корпуса в области всасывающего отверстия насоса расположено уплотнительное кольцо, которое имеет уплотнительную кромку, прилегающую к наружной стороне центробежного колеса в области всасывающего отверстия. При этом уплотнительная кромка расположена так, что давление прижима увеличивается с увеличивающейся частотой вращения рабочего колеса, то есть с увеличивающимся разностным давлением между стороной напора и стороной всасывания центробежного колеса. Хотя при этом и может достигаться почти полное уплотнение между стороной напора и стороной всасывания насоса, вследствие чего могут уменьшаться потери от перепуска и вместе с тем потери коэффициента полезного действия вследствие перепуска, однако одновременно с увеличивающимся давлением возрастает трение между уплотнительной кромкой и центробежным колесом, что ведет к потерям на трение, снижающим коэффициент полезного действия, а также к износу уплотнительной кромки.
В этом отношении более оптимальна уплотнительная система, известная из DE 10 2014 116 466 B3, у которой на стороне всасывающего отверстия на наружном периметре центробежного колеса предусмотрена специальная поверхность скольжения, а на стороне корпуса заделано уплотнительное кольцо, которое кромкой своего свободного конца прилегает к этой поверхности скольжения. Хотя с помощью этой системы и могут снижаться потери на трение и вместе с тем также износ, однако эта уплотнительная система конструктивно сложна и вследствие того, что один участок уплотнительного кольца постоянно прилегает к поверхности скольжения центробежного колеса, подвержена износу. Также эта конструкция требует высокой точности изготовления и монтажа для концентричного расположения конструктивных элементов друг относительно друга.
Уплотнение всасывающего отверстия относительно неподвижной части насоса посредством уплотнительной системы хотя и сокращает потери при перепуске, однако повышает потери на трение внутри насоса, так что требования к высокому уплотнительному действию, с одной стороны, и низким потерям на трение, с другой стороны, являются противоречащими друг другу. В этом отношении более оптимальным является только сокращение без уплотнительных средств зазора между всасывающим отверстием и неподвижной частью насоса, что, однако, повышает допуски изготовления и вместе с тем издержки производства.
В связи с этим в основе соответствующего заявке изобретения лежит задача, выполнить родственный центробежный насос так, чтобы возникали, с одной стороны, как можно лучшее уплотнение между всасывающим отверстием и неподвижной частью насоса при эксплуатации насоса, а с другой стороны, как можно более низкие потери на трение.
Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью центробежного насоса, имеющего признаки, указанные в п.1 формулы изобретения и/или в п.2 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения, последующем описании и чертеже.
Предлагаемый изобретением центробежный насос имеет по меньшей мере одну ступень насоса, которая имеет обладающее возможностью вращения центробежное колесо, образующее всасывающее отверстие, которое уплотнено относительно неподвижной части насоса посредством уплотнительной системы, причем эта уплотнительная система имеет уплотнительное кольцо между центробежным колесом и неподвижной частью насоса. В соответствии с изобретением уплотнительная система выполнена так, что она по меньшей мере в режиме нагнетания насоса, если смотреть в окружном направлении уплотнительного кольца, имеет поочередно следующие друг за другом находящиеся на расстоянии от противоположной уплотнительной поверхности и прилегающие к противоположной уплотнительной поверхности участки уплотнения.
Основной мыслью этого предлагаемого изобретением решения является, заставить уплотнительное кольцо работать подобно подшипнику скольжения, так чтобы по меньшей мере в режиме нагнетания насоса, то есть когда центробежное колесо вращается относительно неподвижной части насоса, между уплотнительным кольцом и поверхностью, к которой оно прилегает, создавалась жидкостная пленка, и при этом между уплотнительным кольцом и противоположной уплотнительной поверхностью возникало жидкостное трение, а не сухое трение. Такое жидкостное трение минимизирует потери на трение внутри уплотнения, однако, с другой стороны, позволяет получать чрезвычайно низкие потери при перепуске в уплотнительной системе. При жидкостном трении заметно уменьшается не только трение внутри уплотнительной системы, уменьшается до минимума также износ самого уплотнения.
При этом в соответствии с изобретением не обязательно должно быть обеспечено полное жидкостное трение, как это происходит у подшипника скольжения. При предлагаемом изобретением решении могут быть также предусмотрены промежуточные ступени между жидкостным трением и сухим трением, то есть находящиеся на расстоянии друг от друга поверхности уплотнительной системы, хотя и предусмотрены для ввода уменьшающей трение жидкости в зазор уплотнения между уплотнительной поверхностью и противоположной уплотнительной поверхностью, однако может возникать не обязательно полное жидкостное трение, а при необходимости также смешанное трение, и, в зависимости от рабочего состояния, при необходимости также сухое трение. Так, например, может быть предусмотрен точечный контакт в области между находящимися на расстоянии друг от друга уплотнительными поверхностями.
При этом в соответствии с изобретением предусмотрено, что прилегающие участки уплотнения образованы самим уплотнительным кольцом. Что касается находящихся на расстоянии участков, которые лежат между прилегающими участками уплотнения, они могут образовываться или самим уплотнительным кольцом, но также всасывающим отверстием центробежного колеса, при этом там, например, предусмотрены выемки в поверхности или другие сравнимые меры.
Предлагаемое изобретением решение может находить применение как у одноступенчатых, так и у многоступенчатых центробежных насосов, у одноступенчатых центробежных насосов уплотнительная система обычно будет находиться между всасывающим отверстием центробежного колеса и корпусом, у многоступенчатых систем между всасывающим отверстием и неподвижной частью насоса. При этом одна или несколько ступеней могут быть снабжены предлагаемой изобретением уплотнительной системой. При этом центробежное колесо представляет собой предпочтительно радиальное или полуосевое колесо, то есть центробежное колесо, у которого всасывающее отверстие направлено в осевом направлении колеса, а выходная сторона радиально или аксиально/радиально. Однако изобретение принципиально не ограничивается этим видом конструкции.
Основная мысль настоящего изобретения, а именно, наличие следующих друг за другом прилегающих и не прилегающих участков уплотнения, чтобы гарантировать создание жидкостной пленки между уплотнением и противоположной уплотнительной поверхностью, в соответствии с изобретением может осуществляться не только за счет соответствующего исполнения уплотнительной поверхности и/или противоположной уплотнительной поверхности, но и, альтернативно или дополнительно, также за счет исполнения в соответствии с п.2 формулы изобретения, при котором уплотнительное кольцо по меньшей мере на отдельных участках выполнено упругим, и поверхность прилегания уплотнительного кольца или участков уплотнительного кольца к противоположной поверхности регулируется гидравлическими силами на стороне напора центробежного колеса.
Основной мыслью этого решения является, выполнить уплотнительное кольцо по его периметру с различной жесткостью и расположить так, чтобы при эксплуатации насоса, то есть при вращении центробежного колеса относительно неподвижной части насоса, за счет перепада давлений между стороной напора и стороной всасывания гидравлические силы прижимали уплотнительное кольцо к противоположной уплотнительной поверхности по его периметру с различной силой. При этом предпочтительно в соответствии с изобретением предусмотрено, что уплотнительное кольцо выполнено и расположено так, что оно в состоянии покоя насоса, то есть, когда центробежное колесо остановлено, расположено на расстоянии от противоположной уплотнительной поверхности, в частности от всасывающего отверстия. У такой системы, у которой уплотнительное кольцо прилегает к противоположной уплотнительной поверхности только вследствие разностного давления между стороной всасывания и напора центробежного колеса и по своей структуре выполнено так, что имеются участки, которые прилегают к противоположной уплотнительной поверхности, и, поочередно, такие, которые не прилегают или, соответственно, прилегают с заметно более низкой силой, тоже может осуществляться предлагаемый изобретением принцип, при котором уплотнительное кольцо при эксплуатации, как подшипник скольжения, смазано жидкостной пленкой. Последняя система, помимо этого, имеет то преимущество, что уплотнение, то есть прилегание участков уплотнительного кольца к противоположной уплотнительной поверхности, осуществляется только при эксплуатации, а в остальное время между уплотнительным кольцом и противоположной уплотнительной поверхностью имеется заметное расстояние, благодаря чему, с одной стороны, наступает определенный эффект самоочищения, а с другой стороны, например, оказывается противодействие отложению извести на уплотнительных поверхностях, так как они находятся в движении. Помимо этого, существенное преимущество получается благодаря тому, что допуски в области уплотнительной системы таковы, что упрощаются изготовление и монтаж, и вместе с тем уменьшаются издержки производства.
Гидравлическое управление в том отношении, что одни участки уплотнения прилегают к противоположной уплотнительной поверхности, а другие находятся на расстоянии, и это происходит поочередно, может предпочтительно осуществляться таким образом, что уплотнительное кольцо имеет распределенную по его периметру различную жесткость, предпочтительно поочередно жесткие и менее жесткие участки, так что при приложении гидравлических сил уплотнительное кольцо целенаправленно деформируется, чтобы образовать прилегающие участки и не прилегающие участки.
Этот принцип может достигаться и дополнительно поддерживаться тем, что уплотнительное кольцо имеет на своем наружном периметре утоняющие поперечное сечение выемки, которые распространяются предпочтительно параллельно друг другу. Эти выемки, в которых сокращена толщина материала, могут быть расположены параллельно продольной средней оси уплотнительного кольца или же предпочтительно наискосок к ней, так что поочередно следующие друг за другом участки, на которых уплотнительная поверхность прилегает к противоположной уплотнительной поверхности и на которых она не прилегает, если смотреть в осевом направлении, расположены, перекрываясь.
Целенаправленное утонение материала может осуществляться не только за счет выемок на наружном периметре уплотнительного кольца, но и за счет выемок и/или на внутреннем периметре. Для расположения выемок следует учитывать расположение уплотнительного кольца относительно всасывающего отверстия. Обычно уплотнительное кольцо выполнено так, что оно прилегает к наружному периметру всасывающего отверстия, тогда уплотнительное кольцо на своем наружном периметре может выполняться свободно, в отличие от чего выемки на внутреннем периметре должны выполняться с такими размерами, чтобы не возникало недопустимо высоких потерь при перепуске. При этом, в частности, выемки на внутреннем периметре могут быть выполнены так, чтобы они выходили в направлении стороны всасывания, так чтобы там образовалось узкое окружное кольцо, которое препятствует перепуску.
В частности, когда уплотнительное кольцо своим наружным периметром, уплотняя, прилегает к всасывающему отверстию, то может быть предпочтительно предусмотреть выемки на внутреннем периметре уплотнительного кольца, при этом они целесообразным образом располагаются параллельно друг другу, например, параллельно оси или наискосок к ней.
По одному из предпочтительных усовершенствований изобретения выемки, если смотреть в окружном направлении, выполнены клиновидно. Такое исполнение, в частности на стороне уплотнительного кольца, которое предназначено для прилегания к противоположной уплотнительной поверхности, имеет то преимущество, что благодаря лежащим в направлении вращения клиновидным выемкам, которые при эксплуатации наполняются нагнетаемой жидкостью, надежно создается жидкостная пленка, которая гарантирует скольжение с малым трением уплотнительного кольца по противоположной уплотнительной поверхности.
На обращенной от противоположной уплотнительной поверхности стороне уплотнительного кольца клиновидные выемки вызывают целенаправленные утонения материала, при этом, вследствие клиновидной формы, это утонение материала осуществляется не резко в двух окружных направлениях, а только в одном направлении резко, а в другом направлении, нарастая, благодаря чему при подаче давления гарантируется деформация уплотнительного кольца желаемым образом только в желаемых местах.
Особенно предпочтительным на практике оказалось наличие таких клиновидных выемок с обеих сторон уплотнительного кольца. Когда, что является предпочтительным, выемки выполнены в окружном направлении клиновидно, то предпочтительно расположить клиновидные выемки на наружном периметре в противоположном направлении к клиновидным выемкам на внутреннем периметре. Тогда особенно предпочтительно расположить их также со сдвигом друг относительно друга. Путем варьирования угла сдвига, глубины и нарастания выемок уплотнительное кольцо может проектироваться точно так, как это особенно предпочтительно для определенного случая применения. Разумеется, что уплотнительная система, предлагаемая изобретением, хотя и является эффективной и действенной для широкого диапазона частоты вращения, однако обычно эффективность выше всего в некотором определенном диапазоне частоты вращения. Этот диапазон целесообразным образом проектируется так, чтобы он представлял собой тот диапазон частоты вращения, в котором центробежный насос предположительно эксплуатируется чаще всего. Однако в соответствии с изобретением может быть также предусмотрено такое проектирование уплотнительной системы, чтобы она была наиболее эффективна в диапазоне наивысшего давления насоса. Это имеет смысл потому, что обычно у центробежных насосов по уровню техники потери при перепуске являются наибольшими в диапазоне наивысшего давления.
Особенно предпочтительно, когда уплотнительное кольцо установлено на неподвижной части насоса и предусмотрено для уплотнения относительно наружной поверхности центробежного колеса вблизи всасывающего отверстия. Благодаря этому область всасывания насоса не затрагивается, к тому же по меньшей мере тогда, когда уплотнительное кольцо расположено на расстоянии от центробежного колеса, при его разгоне устанавливается своего рода эффект Вентури, вследствие чего давление на наружной стороне увеличивается, и ускоряется процесс прилегания уплотнительного кольца на отдельных участках к противоположной уплотнительной поверхности на наружном периметре центробежного колеса. Причем эта система такова, что на наружный периметр уплотнительного кольца при эксплуатации подается давление стороны напора центробежного колеса, которым в итоге регулируется прилегание уплотнительного кольца к центробежному колесу. Как показано ниже в подробностях, для расположения уплотнительного кольца есть большое количество вариантов, при этом у всех систем одинаково то, что на наружную поверхность уплотнительного кольца подается давление на стороне напора центробежного колеса, в отличие от чего другая сторона предусмотрена для прилегания к противоположной поверхности скольжения, которая предусмотрена на стороне центробежного колеса.
Следует указать, что для функционирования уплотнительной системы, которая уже была описана, принципиально не играет роли, расположено ли уплотнение на стороне корпуса или на стороне рабочего колеса, однако, как правило, расположение на корпусе, то есть расположение на неподвижной части насоса будет более оптимальным, так как тогда не играют роли возможные дисбалансы уплотнительного кольца, и уплотнительным кольцом не повышается момент инерции массы центробежного колеса.
Так, при расположении уплотнительного кольца на центробежном колесе оно может быть предпочтительно расположено на находящемся на стороне всасывания конце центробежного колеса, а противоположная уплотнительная поверхность образовываться погружающимся в уплотнительное кольцо кольцевым участком неподвижной части насоса, когда уплотнение осуществляется радиально, или осевой кольцевой поверхностью неподвижной части насоса, когда уплотнение осуществляется в осевом направлении. При осевом уплотнении кольцевая поверхность лежит в плоскости поперек оси вращения рабочего колеса, в отличие от чего при радиальном уплотнении кольцевой участок образуется цилиндрической поверхностью, расположенной параллельно оси вращения.
При таком расположении предпочтительно, когда уплотнительное кольцо расположено, продолжая всасывающее отверстие центробежного колеса, то есть, когда уплотнительное кольцо как бы образует всасывающее отверстие, которое, однако, вследствие погружающейся неподвижной части насоса по функции смещено внутрь центробежного колеса. Для уплотнительного кольца, в частности тогда, когда должна осуществляться уже описанная деформация гидравлическими силами нагнетаемой жидкости, существенно, чтобы, в частности на наружную сторону, по возможности на всю, подавалось давление стороны напора центробежного колеса.
Центральной мыслью предлагаемого изобретением решения является, выполнить уплотнительное кольцо так, чтобы при эксплуатации между движущимися друг относительно друга поверхностями уплотнительной системы образовывалась гидродинамическая или гидростатическая жидкостная пленка. Гидродинамически это может осуществляться путем придания уплотнительному кольцу и/или его выемкам соответствующей формы, например, клиновидной; гидростатически, например, с помощью предусмотренных в уплотнительном кольце, ведущих к стороне напора каналов, которые впадают в уплотнительную поверхность. Может быть также предусмотрена комбинация гидродинамически и гидростатически созданной жидкостной пленки.
Ниже изобретение поясняется подробнее на примерах осуществления, изображенных на чертеже. Показано:
фиг.1: в сильно упрощенном и схематизированном изображении продольного сечения центробежный насос, имеющий уплотнительную систему в соответствии с изобретением;
фиг.2: первый вариант осуществления уплотнительной системы, имеющей неподвижное уплотнительное кольцо;
фиг.3: уплотнительная система на изображении сечения при останове рабочего колеса;
фиг.4: уплотнительная система в соответствии с фиг.3 при эксплуатации насоса;
фиг.5: другая уплотнительная система на изображении в соответствии с фиг.3;
фиг.6: первый вариант осуществления уплотнительной системы, имеющей вращающееся уплотнительное кольцо, на изображении в соответствии с фиг.3;
фиг.7: одна из альтернативных систем, имеющая уплотнительное кольцо, на изображении в соответствии с фиг.3;
фиг.8: изображение в перспективе уплотнительного кольца в соответствии с изобретением и
фиг.9: один из альтернативных вариантов осуществления уплотнительного кольца.
Сильно упрощенно изображенный на фиг.1 центробежный насос имеет неподвижный корпус 1 насоса, который имеет всасывающий патрубок 2, а также напорный патрубок 3, в котором с возможностью вращения оперт вал 4, осуществляющий привод сидящего на нем центробежного колеса 5, осевое всасывающее отверстие 6 которого гидравлически соединено со всасывающим патрубком 2, и выходная сторона 7 которого расположена радиально и гидравлически соединена с напорным патрубком 3.
Корпус 1 насоса представляет собой здесь любой неподвижный конструктивный элемент насоса, например, у многоступенчатого насоса неподвижную часть ступени насоса, то есть, представленное с помощью фиг.1 принципиальное изображение может быть также перенесено на одно или несколько любых рабочих колес, имеющих соответствующие неподвижные части насоса.
Между выходной стороной 7, то есть стороной напора насоса, и всасывающим отверстием 6, то есть стороной всасывания насоса, образуется перепускной канал 8, который может запираться уплотнительным кольцом 9 в насосе. Примеры исполнения уплотнительной системы между всасывающим отверстием 6 центробежного насоса, то есть стороной всасывания, и соединенным со стороной напора перепускным каналом 8 в подробностях изображены с помощью фиг.2-7, на которых лишь схематично показана часть этого перепускного канала 8, центробежного колеса 5, корпуса 1 насоса, а также уплотнительного кольца 9.
Изображенное с помощью фиг.2 уплотнительное кольцо 9a, которое расположено таким же образом, как и изображенное с помощью фиг.1 уплотнительное кольцо 9, узкой торцевой стороной, на фиг.2 своей нижней стороной закреплено на неподвижной части 1 насоса. Оно имеет узкую кольцевую цилиндрическую форму, при этом внутренняя сторона уплотнительного кольца 9a предусмотрена для прилегания к наружному периметру, в этом месте по существу цилиндрическому, в области всасывающего отверстия 6 центробежного колеса 5. В ненагруженном состоянии уплотнительное кольцо 9a расположено на небольшом расстоянии от наружной стороны всасывающего отверстия 6 рабочего колеса 5. Оно имеет распределенные по его наружному периметру выемки 10, которые предусмотрены здесь параллельно друг другу и параллельно продольной оси уплотнительного кольца 9a на равном угловом расстоянии на наружном периметре. Этими выемками 10, которые имеют поперечное сечение в виде части круга, утонен материал уплотнительного кольца 9a, так что уплотнительное кольцо 9a имеет наименьшую толщину материала на дне выемки 10, а наибольшую толщину материала на крае выемки 10. Уплотнительное кольцо 9a состоит из упругого материала и согласовано по материалу и размеру таким образом, что образовавшийся между внутренней стороной уплотнительного кольца 9a и наружной стороной всасывающего отверстия 6 центробежного колеса 5 зазор при эксплуатации насоса закрывается. Это значит, когда валом 4 осуществляется привод центробежного колеса 5, и при этом создается разность давлений между всасывающим отверстием 6 и выходной стороной 7, устанавливающиеся тогда гидравлические силы и силы течения приводят уплотнительное кольцо 9a к прилеганию к центробежному колесу 5 в наружной области всасывающего отверстия 6. При этом сначала за счет завихрения жидкости, выходящей из рабочего колеса 5 на выходной стороне 7, в области уплотнительного кольца 9a на наружной стороне возникает эффект Вентури, который тогда в сочетании с создающимся разностным давлением между выходной стороной 7 и всасывающим отверстием 6 приводит к тому, что уплотнительное кольцо 9a прижимается снаружи внутрь. Однако вследствие различной толщины материала прилегание уплотнительного кольца 9a к наружной стороне всасывающего отверстия 6 осуществляется не по всему периметру, а только на отдельных участках вследствие различной жесткости уплотнительного кольца 9a в окружном направлении. При этом внутренняя сторона уплотнительного кольца 9a не прилегает по периметру всей поверхностью к противоположной уплотнительной поверхности 11, а в окружном направлении за прилегающим участком уплотнительного кольца следует находящийся на расстоянии от нее, и затем снова прилегающий и т.д., поочередно, по всему периметру кольца 9a. В не прилегающих участках уплотнительного кольца 9a в область между уплотнительным кольцом 9a и противоположной уплотнительной поверхностью 11 через перепускной канал 8 попадает нагнетаемая жидкость, которая вследствие чередующихся прилегающих и не прилегающих участков и вращения центробежного колеса распределяется по уплотнительной поверхности, так что в области между уплотнительным кольцом 9a и противоположной уплотнительной поверхностью 11 всегда действует жидкостное трение.
С помощью фиг.3 и 4 схематично изображено, как закрепленное на стороне корпуса уплотнительное кольцо 9 из своего статического положения (фиг.3), в котором центробежное колесо 5 остановлено, при вращении центробежного колеса 5 сначала за счет создающегося на наружной стороне эффекта Вентури и затем за счет разностного давления между стороной напора и стороной всасывания прилегает к противоположной уплотнительной поверхности 11 центробежного колеса 5.
Для создания прочной жидкостной пленки между уплотнительной поверхностью 12 уплотнительного кольца 9 и противоположной уплотнительной поверхностью 11 на центробежном колесе 5 может применяться описанная с помощью центробежного колеса 9a на фиг.2 структура, имеющая выемки 10 на наружном периметре уплотнительного кольца 9a, чтобы создавать между уплотнительной поверхностью 12 и противоположной уплотнительной поверхностью 11 поочередно прилегающие и не прилегающие участки. Дополнительно или в поддержку к этому в уплотнительной поверхности 12 или в противоположной уплотнительной поверхности 11 могут быть предусмотрены выемки, которые поддерживают или вызывают этот эффект. Описанные ниже в подробностях с помощью фиг.8 и 9 уплотнительные кольца поясняют, как может выглядеть такой вариант осуществления.
Прилегание уплотнительного кольца 9 к всасывающему отверстию 6, как это изображено на фиг.4, осуществляется исключительно за счет гидравлических сил, так что при останове центробежного колеса 5 уплотнительное кольцо 9 возвращается в свое изображенное на фиг.3 исходное положение, в котором в перепускном канале 8 образован зазор между уплотнительной поверхностью 12 и противоположной уплотнительной поверхностью 11. Это упругое движение уплотнительного кольца 9 при прилегании или, соответственно, возврате очищает зазор уплотнения и способствует тому, чтобы, в частности, на уплотнительной поверхности 12 не образовывались отложения.
С помощью фиг.5 изображено уплотнительное кольцо 9b, которое имеет L-образный в поперечном сечении профиль, при этом стоящая полка 13 соответствует описанному с помощью фиг.4 и 5 уплотнительному кольцу 9, в отличие от чего лежащая полка 14 предусмотрена для крепления уплотнительного кольца 9b на неподвижной части 1 насоса, то есть, например, корпусе 1 насоса. Крепление уплотнительного кольца 9b может осуществляться посредством материала и/или с силовым замыканием, при этом кольцо 9b запрессовывается в соответствующую выемку корпуса 1 насоса.
В изображенном с помощью фиг.6 варианте осуществления предусмотрено уплотнительное кольцо 9c, которое имеет форму кольцевого диска, и которое на своем внутреннем периметре жестко соединено с наружным периметром центробежного колеса 5 в области всасывающего отверстия 6. При этом уплотнительное кольцо 9c вращается вместе с центробежным колесом 5, его уплотнительная поверхность 12 приходит в соприкосновение с противоположной уплотнительной поверхностью 11 на корпусе насоса, при этом и здесь разностное давление между стороной напора рабочего колеса и стороной всасывания способствует прилеганию на отдельных участках уплотнительной поверхности 12 к противоположной уплотнительной поверхности 11. И в этом варианте осуществления уплотнительное кольцо 9c вследствие не изображенных здесь выемок имеет по своему периметру различную жесткость, так что образуются участки уплотнительной поверхности 12, которые прилегают к противоположной уплотнительной поверхности 11, и участки, которые находятся от нее на расстоянии. Так что и у этой системы возникает вышеописанный «эффект подшипника скольжения», то есть между уплотнительной поверхностью 12 и противоположной уплотнительной поверхностью 11 образуется прочная жидкостная пленка.
В изображенном с помощью фиг.7 варианте осуществления уплотнительное кольцо 9d расположено на находящейся на стороне всасывания торцевой стороне центробежного колеса 5 в продолжение всасывающего отверстия 6. На стороне корпуса предусмотрен кольцевой участок 15, который расположен внутри уплотнительного кольца 9d и доходит до всасывающего отверстия 6 рабочего колеса 5. Противоположная уплотнительная поверхность 11 для уплотнительного кольца 9d образуется внутренней стороной этого кольцевого участка 15. Уплотнительное кольцо 9d может быть выполнено таким же образом, как уплотнительное кольцо 9a, описанное с помощью фиг.2, или как уплотнительные кольца, описанные ниже с помощью фиг.8 и 9.
В варианте осуществления в соответствии с фиг.8 предусмотрено уплотнительное кольцо 9e, на фиг.8 в качестве примера показано, как может быть выполнено такое уплотнительное кольцо 9 фиг.3 и 4, которое состоит из упругого материала, например, резины, силикона или тому подобного, чтобы достичь вышеописанных эффектов. Уплотнительное кольцо 9e имеет распределенные по его наружному периметру всего десять клиновидных выемок 16, глубина которых на изображении в соответствии с фиг.8 увеличивается в направлении часовой стрелки, то есть они глубже проникают в основной материал кольца. Эти клиновидные выемки 16 чередуются с участками 17, которые образуют часть цилиндрической поверхности. И на внутренней стороне, то есть на своем внутреннем периметре, уплотнительное кольцо 9e имеет клиновидные выемки 18, которые прерваны цилиндрическими участками 19, тоже лежащими на одной общей цилиндрической поверхности. Выемки 18 на внутренней стороне распространяются примерно только на одну треть периметра выемок 16 на наружной стороне и на меньшую глубину. При этом направление клиновидной формы выемок 18 противоположно направлению выемок 16.
В то время как выемки 16 служат исключительно для целенаправленного утонения материала кольца, чтобы оно целенаправленно выпукло деформировалось на своей внутренней стороне при создании давления снаружи, то есть образовывало участки, которые прилегают к противоположной уплотнительной поверхности 11, и участки, которые находятся на расстоянии от нее, выемки 18 на внутреннем периметре служат в первую очередь для образования прочной смазочной пленки между уплотнительной поверхностью 12, то есть внутренней стороной уплотнительного кольца 9e, и противоположной уплотнительной поверхностью 11. Однако они тоже могут иметь влияние на деформацию уплотнительного кольца.
Один из альтернативных вариантов осуществления такого уплотнительного кольца 9f изображен с помощью фиг.9. Конструкция уплотнительного кольца 9f из упругого материала, у которого клиновидные выемки 16a на наружной стороне чередуются с цилиндрическими участками 17a, и у которого на внутренней стороне клиновидные выемки 18a чередуются с цилиндрическими участками 19a, отличается от вышеописанного, изображенного с помощью фиг.8 варианта осуществления по существу тем, что выемки 16a и 18a, а также участки 17a и 19a расположены не параллельно оси кольца 9f, а наискосок к ней, и причем с одинаковым скосом на наружной стороне и на внутренней стороне, так что при подаче давления снаружи получаются прилегающие и не прилегающие участки уплотнительного кольца 9f, которые перекрываются, если смотреть в направлении оси. За счет этого косого положения клиновидных выемок 18a на внутренней стороне достигается определенный эффект нагнетания, который также при высоких прижимных силах способствует возникновению прочной жидкостной пленки в зазоре уплотнения между уплотнительной поверхностью 12 и противоположной уплотнительной поверхностью 11. Также за счет этих косых положений дополнительно сокращаются потери при перепуске.
Вышестоящие примеры осуществления не могут в общих чертах воспроизвести разнообразные возможности вариантов осуществления уплотнительного кольца, которые получаются с помощью настоящего изобретения. В отдельном случае необходимо путем эксперимента и/или расчета определить, как устанавливается прочная жидкостная пленка между уплотнительным кольцом и противоположной уплотнительной поверхностью, и причем в наибольшем возможном диапазоне частоты вращения насоса, чтобы по возможности снизить износ и потери на трение на уплотнении.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Корпус насоса, корпусная неподвижная часть
2 Всасывающий патрубок
3 Напорный патрубок
4 Вал
5 Центробежное колесо
6 Всасывающее отверстие
7 Выходная сторона
8 Перепускной канал
9, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f Уплотнение
10 Выемки
11 Противоположная уплотнительная поверхность
12 Уплотнительная поверхность
13 Стоящая полка
14 Лежащая полка
15 Кольцевой участок
16 Клиновидные выемки снаружи
16a Клиновидные выемки на фиг.9
17 Цилиндрические участки снаружи
17a Цилиндрические участки на фиг.9
18 Клиновидные выемки внутри
18a Клиновидные выемки на фиг.9
19 Цилиндрические участки внутри
19a Цилиндрические участки на фиг.9.
1. Центробежный насос, имеющий по меньшей мере одну ступень насоса, которая имеет обладающее возможностью вращения центробежное колесо (5), имеющее всасывающее отверстие (6), которое уплотнено относительно неподвижной части (1) насоса посредством уплотнительной системы, причем уплотнительная система имеет уплотнительное кольцо (9) между центробежным колесом (5) и неподвижной частью (1) насоса, отличающийся тем, что уплотнительная система выполнена так, что она по меньшей мере в режиме нагнетания насоса, если смотреть в окружном направлении уплотнительного кольца (9), имеет поочередно следующие друг за другом, находящиеся на расстоянии от противоположной уплотнительной поверхности (11) и прилегающие к противоположной уплотнительной поверхности (11) участки уплотнения, при этом уплотнительное кольцо (9a, 9e, 9f) имеет на своем наружном периметре утоняющие поперечное сечение выемки (10, 16, 16a), которые проходят предпочтительно параллельно друг другу.
2. Центробежный насос, имеющий по меньшей мере одну ступень насоса, которая имеет обладающее возможностью вращения центробежное колесо (5), имеющее всасывающее отверстие (6), которое уплотнено относительно неподвижной части (1) насоса посредством уплотнительной системы, причем уплотнительная система имеет уплотнительное кольцо (9) между центробежным колесом (5) и неподвижной частью (1) насоса, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (9) по меньшей мере на отдельных участках выполнено упругим и поверхность (12) прилегания уплотнительного кольца (9) или участков уплотнительного кольца к противоположной поверхности (11) регулируется гидравлическими силами на стороне напора центробежного колеса (5), при этом уплотнительное кольцо (9a, 9e, 9f) имеет на своем наружном периметре утоняющие поперечное сечение выемки (10, 16, 16a), которые проходят предпочтительно параллельно друг другу.
3. Центробежный насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (9a, 9e, 9f) имеет распределенные по его периметру участки различной жесткости.
4. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (9e, 9f) имеет на своем внутреннем периметре утоняющие поперечное сечение выемки (18, 18a), которые проходят предпочтительно параллельно друг другу.
5. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что выемки (10, 16, 16a, 18, 18a) проходят параллельно направлению оси уплотнительного кольца или наискосок к нему.
6. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что выемки (16, 16a, 18, 18a) выполнены клиновидными в окружном направлении.
7. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что выемки открыты как в направлении стороны напора, так и в направлении стороны всасывания.
8. Центробежный насос по п. 7, отличающийся тем, что клиновидные выемки (16, 16a) на наружном периметре и клиновидные выемки (18, 18a) на внутреннем периметре направлены в противоположных направлениях и предпочтительно расположены со сдвигом друг относительно друга.
9. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (9, 9a, 9b) расположено на неподвижной части (1) насоса и для уплотнения относительно наружной поверхности центробежного колеса (5) вблизи всасывающего отверстия (6).
10. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (9d) расположено на центробежном колесе (5), предпочтительно на находящемся на стороне всасывания конце центробежного колеса (5), и противоположная уплотнительная поверхность (11) образована погружающимся в уплотнительное кольцо (9d) кольцевым участком (15) неподвижной части (1) насоса.
11. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (9c) расположено на центробежном колесе (5), предпочтительно на находящемся на стороне всасывания конце центробежного колеса (5), и противоположная уплотнительная поверхность (11) образована кольцевой поверхностью неподвижной части (1) насоса.
12. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (9d) расположено как продолжение всасывающего отверстия (6) центробежного колеса (5).
13. Центробежный насос по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо (9) выполнено так, что при эксплуатации между движущимися друг относительно друга поверхностями (11, 12) уплотнительной системы образуется гидродинамическая или гидростатическая жидкостная пленка.
