Результат интеллектуальной деятельности: СВЕКЛОНАСОС

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в сахарной промышленности для подъема и подачи свеклы в моечное отделение сахарного завода.

Известен свеклонасос (см. патент РФ №2200878 МПК F04D 7/04, 29/24. Опубл. 20.03.2003), содержащий корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и консольно установленное на валу рабочее колесо, состоящее из переднего и заднего дисков в виде конусов и укрепленных между ними изогнутых лопастей, при этом на внутренней поверхности корпуса и поверхности рабочего колеса размещены покрытия из эластичного материала, при этом изогнутая лопасть рабочего колеса выполнена из композитного материала, который включает резинотканевую оболочку и сборный каркас, содержащий основной участок, представляющий жесткую конструкцию и хвостовик, представляющий гибкую конструкцию, а резинотканевая оболочка равномерно распределена по всему объему сборного каркаса, причем на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки, покрытой эластичным материалом, выполнены криволинейные канавки, сходящиеся к выходу изогнутой лопасти.

Недостатками данной конструкции являются повышенные энергозатраты при длительной эксплуатации, обусловленные необходимостью преодоления увеличивающегося гидравлического сопротивления нагнетательного патрубка из-за налипания на его внутренней поверхности загрязнений, сопутствующих подаче свеклы с тяжелыми и легкими примесями.

Известен свеклонасос (см. патент РФ №2416741 МПК F04D 7/04/ Опубл. 20.04.2011. Бюл. №11), содержащий корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и консольно установленное на валу рабочее колесо, состоящее из переднего и заднего дисков в виде конусов и укрепленных между ними изогнутых лопастей, на внутренней поверхности корпуса и поверхностях рабочего колеса размещены покрытия из эластичного материала, при этом изогнутая лопасть рабочего колеса выполнена из композитного материала, который включает резинотканевую оболочку и сборный каркас, содержащий основной участок, представляющий жесткую конструкцию и хвостовик, представляющий гибкую конструкцию, а резинотканевая оболочка равномерно распределена по всему объему сборного каркаса, причем на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки, покрытой эластичным материалом, выполнены криволинейные канавки, сходящиеся к выходу изогнутой лопасти, при этом на внутренней поверхности нагнетающего патрубка выполнены криволинейные канавки, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а касательная криволинейных канавок на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки имеет направление против хода часовой стрелки

Недостатком являются избыточные энергозатраты вращения вала с рабочим колесом, задаваемые как расчетные при максимальном давлении в нагнетательном патрубке по условию нормированного гидравлического сопротивления водяного потока, транспортируемого сверху преимущественно с тяжелыми примесями.

Задачей изобретения является регулирование потребляемой энергии на вращение вала с рабочим колесом в зависимости от давления в нагнетательном патрубке, определяемого гидравлическим сопротивлением водяного потока при транспортировании в процессе эксплуатации как тяжелых мелких, так и преимущественно легких примесей.

Технический результат по снижению энергозатрат в процессе эксплуатации достигается тем, что в свеклонасосе, содержащем корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и консольно установленное на валу рабочее колесо, состоящее из переднего и заднего дисков в виде конусов и укрепленных между ними изогнутых лопастей, на внутренней поверхности корпуса и поверхностях рабочего колеса размещены покрытия из эластичного материала, при этом изогнутая лопасть рабочего колеса выполнена из композитного материала, который включает резинотканевую оболочку и сборный каркас, содержащий основной участок, представляющий жесткую конструкцию, и хвостовик, представляющий гибкую конструкцию, а резинотканевая оболочка равномерно распределена по всему объему сборного каркаса, причем на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки, покрытой эластичным материалом, выполнены криволинейные канавки, сходящиеся к выходу изогнутой лопасти, при этом на внутренней поверхности нагнетающего патрубка выполнены криволинейные канавки, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а касательная криволинейных канавок на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки имеет направление против хода часовой стрелки, согласно изобретению вал рабочего колеса снабжен приводом с регулятором скорости вращения, а регулятор скорости вращения связан с регулятором давления, соединенным с датчиком давления, расположенным в нагнетательном патрубке, при этом регулятор давления содержит взаимосвязанные блоки сравнения и задания, электронный и магнитный усилители и блок нелинейной обратной связи, кроме того, регулятор скорости вращения выполнен в виде блока порошковых электромагнитных муфт.

На фиг.1 схематически изображен свеклонасос с приводом и системой автоматизированного контроля давления; на фиг.2 - хвостовик изогнутой лопасти рабочего колеса с криволинейными канавками, касательная которых имеет направление против хода часовой стрелки; на фиг.3 внутренняя поверхность нагнетающего патрубка с криволинейными канавками, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки.

Свеклонасос содержит цилиндрический корпус 1, по горизонтальной оси которого расположен всасывающий патрубок 2, а по касательной к корпусу установлен нагнетающий патрубок 3. Внутри корпуса 1 на валу 4, размещенном в опоре 5, консольно установлено рабочее колесо, состоящее из переднего диска 6, заднего диска 7 и изогнутых лопастей 8. Лопасть 8 выполнена из композиционного материала, который включает резинотканевую оболочку 9 и сборный каркас, содержащий основной участок 10, представляющий жесткую конструкцию, и хвостовик 11, представляющий гибкую конструкцию, при этом на хвостовике 11 по резинотканевой оболочке 9, покрытой эластичным материалом 12, выполнены криволинейные канавки 13, сходящиеся к выходу изогнутой лопатки 8. Задний диск 7 выполнен в виде конуса, а передний диск 6 - в виде усеченного конуса.

Задний диск 7 вершиной своего корпуса обращен к патрубку 2, а передний диск 6 своим большим основанием обращен к заднему диску 7. Диски 6 и 7 жестко связаны между собой изогнутыми лопастями 8. На внутренней поверхности корпуса 1, поверхности заднего диска 7, переднего диска 6 размещены покрытия 12 из эластичного материала, например, полиэтилена. На внутренней поверхности 14 нагнетательного патрубка 3 выполнены криволинейные канавки 15, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а касательная криволинейных канавок 13 на хвостовике 11 по поверхности резинотканевой оболочки 9, покрытой материалом 12, имеет направление против хода часовой стрелки.

Свеклонасос работает следующим образом.

Вал 4 посредством регулятора скорости вращения 16 соединен с приводом 17. Регулятор скорости вращения 16 связан с регулятором давления 18, соединенным с датчиком давления 19, расположенным в нагнетательном патрубке 3. При этом регулятор давления 18 содержит блок сравнения 20 и блок задания 21, причем блок сравнения 20 соединен с входом электронного усилителя 22, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 23, а выход электронного усилителя 22 соединен с входом магнитного усилителя 23 с выпрямителем, на выходе подключенным к регулятору скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода 17 свеклонасоса.

Мощность привода 17 для вращения вала 4 рабочего колеса выбирается номинальной для случая максимального давления в нагнетательном патрубке 3, что фиксируется датчиком давления 19 водяного потока, транспортирующего свеклу. Однако во время работы свеклонасоса в водяном потоке наряду со свеклой и тяжелыми примесями в значительном количестве появляются легкие примеси, требующие меньшего усилия при транспортировке со свеклой, в то же время мощность привода 17 остается постоянной, т.е. налицо необоснованный перерасход энергии. В предлагаемом техническом решении осуществляется регулирование скорости вращения вала 4 рабочего колеса, что позволяет оптимизировать энергозатраты на привод 17 путем их сокращения в зависимости от соотношения в водяном потоке, транспортирующем свеклу тяжелых и легких примесей. Так, при появлении значительного количества легких примесей в водяном потоке, усилие, необходимое на транспортирование свеклы, уменьшает, со снижением давления в нагнетательном патрубке 3, что фиксируется датчиком давления 19 и сигнал, поступающий с него на регулятор давления 18, становится большим, чем сигнал блока задания 21 и на выходе блока сравнения 20 появится сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22, одновременно с сигналом отрицательной нелинейной связи блока 23. За счет этого в электронном усилителе 22 компенсируется нелинейность характеристики привода 17 свеклонасоса. Сигнал с выхода электронного усилителя 22 поступает на вход магнитного усилителя 23, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 23. В результате снижается отбираемая мощность от привода 17, т.е. осуществляется экономия энергии при нормированной подаче водяным потоком транспортируемой свеклы. Возрастание в водяном потоке, транспортирующем свеклу тяжелых примесей, приводит к увеличению усилий для перемещения свеклы с возросшим количеством тяжелых примесей и давление в нагнетательном патрубке 3 увеличивается, что фиксируется датчиком давления 19 и сигнал, поступающий с него на регулятор давления 18, становится меньшим, чем сигнал блока задания 21, и на выходе блока сравнения 20 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22, одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи блока 23. Сигнал с выхода электронного усилителя 22 поступает на вход магнитного усилителя 23, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 23. В результате увеличивается отбираемая мощность, приближаясь к номинальной для случая максимального давления в нагнетательном патрубке 3, следовательно, свеклонасос, работая в режиме плавного изменения мощности на приводе 17 посредством регулятора скорости вращения 16 по условию различного количественного поступления тяжелых и легких примесей в водяной поток, транспортирующий свеклу, обеспечивает экономию энергии.

Для каждого из режимов работы свеклонасоса (преимущественное наличие тяжелых и легких примесей, а так же любое из их соотношений) в корпусе 1 осуществляется следующее. Водяной поток, транспортирующий свеклу, с тяжелыми и легкими примесями при перемещении по криволинейным канавкам 13 хвостовика 11 закручивается против хода часовой стрелки и отрывается от поверхности резинотканевой оболочки, а при входе в нагнетательный патрубок 3 этот поток начинает перемещаться по криволинейным канавкам 15, расположенным на внутренней поверхности 14, и закручивается по ходу часовой стрелки. При этом в зоне отрыва водяного потока от хвостовика 9 и последующего входа в нагнетательный патрубок 3 образуются микрозавихрения тяжелых и легких примесей с взаимно противоположными направлениями вращения, соприкосновение которых приводит к микровзрывам, препятствующим процессу налипания загрязнений на внутренней поверхности 14 нагнетательного патрубка 3. В результате при эксплуатации свеклонасоса проходное сечение нагнетающего патрубка 3 не уменьшается из-за налипания загрязнений на внутренней поверхности 14, т.е. не увеличивается гидравлическое сопротивление на выходе из нагнетающего патрубка 3 и, соответственно, отсутствует необходимость увеличения мощности привода свеклонасоса в ходе его работы.

Свекловодяная смесь поступает через всасывающий патрубок 2 по оси свеклонасоса в пространство между задним 7 и передним 6 дисками вращающегося рабочего колеса. Благодаря конической форме заднего и переднего дисков свекловодяная смесь плавно изменяет направление перемещения с осевого на радиальное, захватывается изогнутыми лопастями 8, выполненными из композиционного материала, и поступает по цилиндрической поверхности корпуса 1 к нагнетающему патрубку 3. Находящиеся в свекловодяной смеси, тяжелые и легкие примеси соударяются с основным участком 10, имеющим каркас, например, из жесткой металлической конструкции, изогнутых лопастей 8 и под действием центробежных сил перемещаются к периферии рабочего колеса. Энергия соударения передается через полимерное эластичное покрытие резинотканевой оболочке 9 и далее к жесткой конструкции основного участка 10. Выполнение изогнутых лопастей 8 из композиционного материала при ударе как тяжелых, так и легких примесей обеспечивает деформацию сборного каркаса с резинотканевой оболочкой 9, предотвращая интенсивное повреждение свеклы. В результате часть энергии соударения тяжелых и легких примесей свекловодяной смеси поглощается износостойкими элементами изогнутых лопастей 8, а остальная возвращается ударившимся примесям и потоку жидкости, обеспечивая заданный напор свеклонасоса.

Переместившиеся к периферии рабочего колеса тяжелые и легкие примеси воздействуют на хвостовик 11, который имеет гибкую конструкцию каркаса, например, выполненную из металлической сетки, находящуюся в резинотканевой оболочке 9 и покрытую эластичным материалом. В результате наблюдается упругое отклонение хвостовика 11, обеспечиваемое при любом направлении удара тяжелых и легких примесей, что практически устраняет заклинивание гибких лопастей 8.

При случайно-вероятностном характере попадания тяжелых и легких примесей в процессе вращения рабочего колеса между корпусом 1 и хвостовиком 11 последний упруго отклоняется, как бы перекатывается по примеси, и сбрасывает ее в объем свекловодяной смеси, определяемый лопастью 8, следующей по ходу вращения рабочего колеса, дисками 6 и 7, а также корпусом 1. В результате устраняются условия заклинивания свеклонасоса, которые наблюдались при выполнении изогнутых лопастей 8 на сплошной жесткой основе.

Вследствие воздействия на изогнутую лопасть 8 тяжелых и легких примесей, находящихся в свекловодяной смеси, эпюры давлений на рабочей и тыльной сторонах лопасти несколько отличаются друг от друга. Для устранения данного явления на хвостовике 11 по поверхности резинотканевой оболочки 9, покрытой эластичным материалом, выполнены криволинейные канавки 13, сходящиеся к выходу изогнутых лопастей 8. В результате из-за разности давлений на рабочей и тыльной поверхностях каждой лопасти 8 свекловодяная смесь по винтообразным продольно расположенным канавкам 13 перетекает от поверхности с большим давлением к поверхности с меньшим давлением. При этом эпюры давлений вдоль лопастей 8 выравниваются между собой, вследствие чего результирующая сила давления, действующая на рабочее колесо, уменьшается, снижая и вибрации колеса. Геометрия кривизны винтообразных канавок 13 подстраивается под кривизну лопасти так, что вместе они образуют непрерывно суживающийся к выходу криволинейный серповидный профиль хвостовика 11. Благодаря этому ликвидируются или существенно снижаются срывные кромочные явления за полостями 8 рабочего колеса с уменьшением не только потерь напора в свеклонасосе, но и пульсаций статического давления при ударном воздействии тяжелых и легких примесей на поверхности лопастей.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение криволинейных канавок, как на хвостовике изогнутой лопасти рабочего колеса, так и на внутренней поверхности нагнетательного патрубка с взаимно противоположным направлением движения перемещающегося потока воды с тяжелыми и легкими примесями при транспортировке свеклы обеспечивает устранение загрязнений и соответствующее увеличение гидравлического сопротивления при работе свеклонасоса, что в конечном итоге поддерживает нормированный режим его длительной эксплуатации.

Снабжение свеклонасоса приводом с регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и системой автоматизированного контроля давления в нагнетательном патрубке обеспечивает гибкое потребление энергии на вращение вала рабочего колеса, что в конечном итоге с изменяющимся наличием в потоке воды тяжелых и легких примесей.