Насос для перекачивания сточных вод
Техническое решение относится к устройствам для перекачивания сточных вод с одновременным их обеззараживанием и может найти применение при очистке хозбытовых сточных вод коммунальных служб на очистных сооружениях городов и районов, а также фекальных вод птицефабрик, ферм сельскохозяйственных животных (коров, свиней, лошадей, овец и т.д.), в значительной степени загрязненных отходами их жизнедеятельности и микроорганизмами. Техническим результатом предлагаемого устройства является уменьшение расхода электроэнергии при длительной эксплуатации насоса и снижение опасности при подаче положительного потенциала на вращающийся вал насоса за счет подачи этого потенциала на вращающийся вал внутри корпуса без применения скользящего электрического контакта. Технический результат достигается тем, что в насосе для перекачивания сточных вод, содержащем привод, вертикальный вал, установленный в подшипниках, выполненных из диэлектрического материала, с закрепленными на нем центробежным колесом и шнеком, установленным в цилиндрическом корпусе, в обечайке которого выполнены всасывающие окна и выходной патрубок, и имеющем заземление, и муфту, соединяющую вал с приводом, выполненную из диэлектрического материала, при этом осесимметрично с валом между колесом и шнеком установлено кольцо из электропроводного материала с зазором 1÷2 мм по отношению к валу и жестко закрепленное на шине, соединенной с положительным полюсом источника постоянного тока.
Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для перекачивания сточных вод с одновременным их обеззараживанием и может найти применение при очистке хозбытовых сточных вод коммунальных служб на очистных сооружениях городов и районов, а также фекальных вод птицефабрик, ферм сельскохозяйственных животных (коров, свиней, лошадей, овец и т.д.), в значительной степени загрязненных отходами их жизнедеятельности и микроорганизмами.
Известны по отдельности канализационные насосы для перекачивания бытовых (фекальных) и производственных сточных вод, содержащие механические примеси и органические включения размером до 20 мм [Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Изд. 2-е. Том 3 - Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2002, с.777] и устройство для обеззараживания воды, включающее корпус с анодом и катодом и дополнительными анодами и катодами, выполненными в виде цилиндрических пружин с противоположными направлениями навивки и установленными одна в другую с зазором [Авт.св. СССР 
1776637, С02F 1/46, 1992 г.].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся узкий диапазон применения агрегата, так как механические примеси не должны превышать 1% по объему, а абразивные частицы должны иметь размер не более 5 мкм. При больших концентрациях и размерах абразивных частиц и органических включений происходит быстрый износ лопаток центробежного колеса насоса или образование пробок твердообразных отходов в цилиндрических пружинах анодов и катодов, и производительность будет резко снижаться.
Известно устройство для обеззараживания, дегельминтизации и перемещения сточных вод, включающее в себя электроды, введенные в эластичную трубу, заполненную водой и установленную соосно с корпусом. При подаче на электроды напряжения порядка 5-50 кВ происходит волнообразное сокращение эластичной трубы, что вызывает возникновение ударной волны в жидкости, находящейся в корпусе аппарата. Это давление на фронте ударной волны достигает 1000 и более атмосфер, разрушающее клетки микроорганизмов и создающее направленное движение жидкости от входа к выходу из корпуса [Авт.св. СССР 673300, В03С 1/02, 1989].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся узкий диапазон устойчивой работы применяемого устройства, ограниченный невысокой концентрацией и размером частиц в обрабатываемой жидкости, так как при высоких концентрациях и размерах включений (агрегатов частиц) корпус будет забиваться ими, а значит резко падать производительность.
Известен насос для жидкого навоза, содержащий привод, вертикальный вал с закрепленным на нем центробежным колесом и шнеком, закрепленным в цилиндрическом корпусе, в обечайке которого выполнены всасывающие окна в виде прямоугольных трапеций. [Авт.св. СССР 1121503, F04D 3/02, F04D 7/04 1984 г.].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся невозможность обеззараживания перекачиваемой воды внутри насоса, что требует дополнительной установки за ним устройств для обеззараживания жидкости, которые, как показано в аналогах для сильно загрязненных сточных вод, быстро забиваются частицами и их агрегатами и производительность резко падает.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и принятому за прототип относится насос для перекачивания сточных вод, содержащий привод, вертикальный вал, установленный в подшипниках, выполненных из диэлектрического материала, с закрепленными на нем центробежным колесом и шнеком, установленным в цилиндрическом корпусе, в обечайке которого выполнены всасывающие окна и выходной патрубок, муфту, соединяющую вал с приводом и выполненную из диэлектрического материала, при этом на валу ниже муфты установлен скользящий электрический контакт, присоединенный к положительному полюсу источника постоянного тока, а цилиндрический корпус имеет заземление. [Патент РФ 78277, F04D 3/02, F04D 7/04, 2008 г.]
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится повышенный расход электроэнергии из-за увеличения электрического сопротивления в скользящем электрическом контакте при длительной эксплуатации насоса и необходимости, специальных мер безопасности для такого скользящего электрического контакта, установленного вне корпуса.
Техническим результатом предлагаемого устройства является уменьшение расхода электроэнергии при длительной эксплуатации насоса и снижения опасности при подаче положительного потенциала на вращающийся вал насоса за счет подачи этого потенциала на вращающийся вал внутри корпуса без применения скользящего электрического контакта.
Поставленный технический результат достигается тем, что в насосе для перекачивания сточных вод, содержащем привод, вертикальный вал, установленный в подшипниках, выполненных из диэлектрического материала, с закрепленными на нем центробежным колесом и шнеком, установленным в цилиндрическом корпусе, в обечайке которого выполнены всасывающие окна и выходной патрубок, и имеющем заземление, и муфту, соединяющую вал с приводом, выполненную из диэлектрического материала, при этом осесимметрично с валом между колесом и шнеком установлено кольцо из электропроводного материала с зазором 1÷2 мм по отношению к валу и жестко закрепленное на шине, соединенной с положительным полюсом источника постоянного тока.
Осесимметричная установка кольца из электропроводного материала с валом с зазором 1÷2 мм предотвращает трение и истирание материалов кольца и вала друг о друга, а жесткое закрепление кольца на шине, соединенной с положительным источником постоянного тока, предотвращает изменение этого зазора при динамическом воздействии на кольцо потока перекачиваемой жидкости. Так как перекачиваемая жидкость электропроводна, то через этот зазор от кольца, выполненного из электропроводного материала, равномерно передается положительный потенциал на вал, колесо и шнек. Большое количество ионов обоих зарядов в сточной воде делает ее хорошим проводником II рода. Поэтому электрическое сопротивление этой воды в зазоре между валом и кольцом мало, а значит затраты электроэнергии будут небольшими в течение длительного времени эксплуатации насоса.
Увеличение этого зазора ниже указанного предела в 1 мм может привести к заклиниванию минеральными частицами вала в кольце, особенно при перекачивании суспензий с частицами крупных фракций.
Таким образом, при перекачивании гомогенных жидкостей, растворов и эмульсий зазор между кольцом и валом может уменьшаться до 1 мм, при перекачивании грубодисперсных суспензий зазор необходимо увеличивать до 2 мм.
Увеличение зазора сверх заявленных 2 мм нецелесообразно из-за возрастания электрического сопротивления и энергозатрат.
Под действием разности потенциалов между заземленными корпусом и валом, колесом и шнеком, заряженных положительно, через перекачиваемую жидкость идет ток, который убивает микроорганизмы.
На фиг. изображен предлагаемый насос для перекачивания сточных вод.
Насос содержит привод 1, вертикальный вал 2 с закрепленными на нем центробежным рабочим колесом 3 и шнеком 4, закрепленным в цилиндрическом корпусе 5, в обечайке 6 которого выполнены всасывающие окна 7.
Вертикальный вал 2 сверху и снизу закреплен в подшипниках 8, выполненных из диэлектрического материала, например фторопласта. Кроме того, вал 2 соединен с приводом 1 муфтой 9, также выполненной из диэлектрического материала. В верхней части цилиндрического корпуса 5 насос имеет выходной патрубок 10. Между колесом 3 и шнеком 4 осесимметричного с валом 2 установлено кольцо 11 из электропроводного материала с зазором 1÷2 мм, по отношению к валу 2 и жестко закрепленное на шине 12, соединенной с положительным полюсом источника постоянного тока 13. Диэлектрическая пробка 14 отделяет корпус 5 от шины 12. Кроме того, корпус 5 вместе с обечайкой 6 присоединен к заземлению 15.
Насос для перекачивания сточных вод работает следующим образом.
Обечайку 6 корпуса 5 заглубляют в перекачиваемую сточную воду и включают привод 1, а на кольцо 11 от источника постоянного тока 13 подают положительный потенциал.
Привод 1 вращает вал 2, вместе с которым вращается центробежное рабочее колесо 3 и шнек 4. Сточная вода через всасывающие окна 7 поступает на шнек 4 и поднимается им на центробежное рабочее колесо 3, которым выбрасывается через выходной патрубок 10. Одновременно при движении сточной воды между шнеком 4 и обечайкой 6 за счет разности потенциалов по сточной воде идет электрический ток, который уничтожает микроорганизмы. То же происходит при движении сточной воды между центробежным рабочим колесом 3 и цилиндрическим корпусом 5. Так как подшипники 8 и муфта 9 выполнены из диэлектрического материала, короткого замыкания между валом 2, корпусом 5, обечайкой 6 и приводом 1 не происходит и весь ток идет через перекачиваемую сточную воду.
Так как зазор между кольцом 11 и валом 2 не превышает 1÷2 мм, электрическое сопротивление перекачиваемой жидкости, находящейся в этом зазоре, мало и потери энергии незначительны. В то же время отсутствие механического контакта поверхности кольца 11 с валом 2 предотвращает их истирание и заклинивание частицами, находящимися в перекачиваемой жидкости.
Предлагаемое выполнение насоса для сточных вод позволяет одновременно с их перекачиванием проводить обеззараживание, так как необходимое время обработки сточной воды электрическим током обеспечивается длиной шнека 4, между телом которого и обечайкой 6 происходит основное обеззараживание сточной воды и ее интенсивное перемешивание, предотвращающее образование застойных зон и зон байпасирования так, что все микроорганизмы находятся в зоне воздействия электрического тока время достаточное для их уничтожения. Содержащиеся в очищаемой сточной воде механические примеси (органические и минеральные) могут иметь значительные концентрации и размеры. Шнек разрушает крупные слипшиеся агрегаты частиц и предотвращает забивание насоса механическими примесями и одновременно является анодом, что приводит к обеззараживанию перекачиваемых сточных вод и электробезопасной работе насоса.
Кроме того, сточные воды содержат большое количество ионов обоих знаков, а значит, являются проводником II рода для электрического тока и имеют небольшое электрическое сопротивление. Поэтому в зазоре 1÷2 мм между валом и кольцом даже при длительной эксплуатации насоса затраты электроэнергии будут незначительны по сравнению со скользящим электрическим контактом из-за истирания щеток и искрообразования.
Насос для перекачивания сточных вод, содержащий привод, вертикальный вал, установленный в подшипниках, выполненных из диэлектрического материала, с закрепленным на нем центробежным колесом и шнеком, установленным в цилиндрическом корпусе, в обечайке которого выполнены всасывающие окна и выходной патрубок, и имеющим заземление, и муфту, соединяющую вал с приводом, выполненную из диэлектрического материала, отличающийся тем, что осесимметрично с валом между центробежным колесом и шнеком установлено кольцо из электропроводного материала с зазором 1÷2 мм по отношению к валу, жестко закрепленное на шине, соединенной с положительным полюсом источника постоянного тока.
