Результат интеллектуальной деятельности: ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПУЛЬПОВЫЙ НАСОС С РАБОЧИМ КОЛЕСОМ ОТКРЫТОГО ТИПА

Изобретение относится к насосостроению, а именно, к конструкциям пульповых центробежных насосов вертикального типа, предназначенных для перекачивания абразивных жидких сред.

Известен насос, который содержит рабочее колесо открытого типа, снабженное ступицей, основным диском, рабочими лопатками и лопатками импеллерного уплотнения, закрепленное на валу. В основном диске рабочего колеса выполнены прорези, профиль которых соответствует профилю рабочих лопаток, и в которых размещены объединенные лопатки, ширина которых равна сумме ширины рабочей лопатки, ширины лопатки импеллерного уплотнения и толщины основного диска (RU 2097603 С1, опубл. 27.11.1997).

Известен центробежный насос, включающий корпус с всасывающим и напорным патрубками и рабочее колесо открытого типа. Рабочее колесо содержит диск с закрепленными на нем лопатками постоянной ширины, изогнутыми в плоскости вращения и установленными с возможностью изменения геометрических параметров при воздействии температурного фактора рабочей среды. Лопатки рабочего колеса выполнены в форме полосы из материала с эффектом памяти формы (RU 98500 U1, опубл. 20.10.2010).

Известен погружной центробежный насос для перекачивания агрессивных жидкостей, содержащий установленное в корпусе рабочее колесо, закрепленное на приводном валу электродвигателя винтовым соединением с защитным колпачком. Проточная часть насоса, включая рабочее колесо, выполнена из материала, стойкого в агрессивных средах. Рабочее колесо выполнено в виде диска с радиальными отверстиями и пазами импеллеров на нижней и верхней поверхности диска (RU 98498 U1, опубл. 20.10.2010).

Недостатками известных решений являются повышенные сложность конструкции, материалоемкость и относительно невысокая эффективность работы насоса вследствие повышенных энергозатрат, снижающих КПД перекачивания жидкой среды и требующей дополнительной отработки диффузорности межлопаточных каналов рабочего колеса и отвода.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке вертикального пульпового центробежного насоса, наделенного повышенными ресурсом, надежностью и эффективностью перекачивания абразивных жидких сред и агрессивным динамическим воздействием последних на конструкции и материалы проточной части насоса.

Поставленная задача решается тем, что пульповый насос вертикального типа, согласно изобретению, выполнен центробежным, консольным, полупогружным, содержит ротор с валом, рабочим колесом открытого типа, которое содержит основной диск, оснащенный системой жестко фиксировано прикрепленных к диску криволинейных лопаток, разделенных межлопаточными каналами, и ступицу с замкнутой по образующей боковой поверхностью; а также корпус, который состоит из корпуса ходовой части и корпуса проточной части с проточной полостью, причем, по меньшей мере, внутренняя поверхность проточной полости и поверхности рабочего колеса, включая основной диск, систему соединенных с диском криволинейных лопаток и внешнюю боковую поверхность ступицы, покрыты защитным слоем полимерного износостойкого материала, предпочтительно, типа резины, при этом диск и лопатки рабочего колеса выполнены комбинированной конструкции, состоящей, из формообразующего, преимущественно, пластинчатого силового каркаса и указанного защитного слоя, который нанесен с двух сторон на упомянутые элементы каркаса с возможностью взаимной попарной самоанкеровки оппозитных участков каркаса диска и лопаток, которые для этого снабжены перфорацией с отношением суммарных площадей поперечного сечения перфорации, и заполняющих ее полимерных перемычек, взаимно анкерующих защитные слои, к неперфорированной площади каркаса составляющем 0,12÷0,55 от величины последней, причем силовой каркас, образующий конструктивную основу диска, выполнен в виде размещенного между защитными слоями осесимметричного конструктивного элемента, предпочтительно, в виде снабженной перфорацией круглой пластины, диаметром менее проектного диаметра рабочего колеса минимум на две исходных контурных толщины защитного слоя, а каркас лопаток выполнен, предпочтительно, в виде прикрепленных к каркасу диска криволинейных перфорированных пластин с кривизной, повторяющей проектную кривизну лопаток и высотой менее проектной высоты лопатки, по меньшей мере, на исходную контурную толщину защитного слоя.

При этом лопатки рабочего колеса могут быть разделены межлопаточными каналами, активный объем динамического заполнения совокупности которых включает вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (25÷210)×10^-5 м³/об перекачиваемой жидкой среды.

Корпус ходовой части может быть выполнен с возможностью размещения в нем вала и встроенных корпусов подшипников для образования подшипниковых опор вала, и конструктивно выполнен охватывающим, по меньшей мере, большую часть длины вала ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.

Вариантно корпус ходовой части может состоять из основного блока, выполненного с возможностью размещения в нем вала и встроенных корпусов подшипников для образования подшипниковых опор вала, а также из соединенного с ним корпуса удлиняющей вставки, при этом указанные составляющие корпуса ходовой части выполнены совместно охватывающими, по меньшей мере, большую часть длины вала ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.

Корпус проточной части может включать корпус отвода и объединенную с всасывающим патрубком заходную стенку и содержит объем, достаточный для размещения рабочего колеса и спирального отвода, который, преимущественно, тангенциально сообщен с выходным напорным патрубком, при этом всасывающий патрубок, проточная полость, отвод и выходной напорный патрубок размещены в корпусе проточной части насоса последовательно с образованием единого канала по потоку перекачиваемой среды, в котором всасывающий патрубок, выполненный осевым, симметричным относительно оси вала, содержит заходную горловину с радиусом, частично перекрывающим в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, оконечности лопаток рабочего колеса, обращенные к указанной оси.

Напорный патрубок может быть выполнен в виде диффузора с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,06÷3,5 раза.

Внутренняя поверхность канала проточной части насоса и поверхности рабочего колеса могут быть покрыты слоем износостойкого защитного материала типа резины, преимущественно, с условной прочностью при растяжении не менее 5,5 МПа (55 кгс/см²), относительном удлинении при разрыве не менее 250%; твердости по Шору, А, 55÷70 условных единиц и сопротивлением истиранию не менее 7,15 Дж/мм³ (715 кгс м/см³).

Вал ротора насоса может быть выполнен с возможностью опирания, по меньшей мере, на две подшипниковые опоры с образованием при этом роторной части ходовой стойки насоса и снабжен верхней и нижней консолями, выведенными за пределы упомянутых подшипниковых опор, при этом длина нижней консоли вала выполнена превышающей длину верхней консоли не менее чем 2,25 раза в вариантном исполнении корпуса ходовой части насоса, состоящего из основного блока и не менее чем 3,1 раза при наличии в корпусе ходовой части насоса удлиняющей вставки.

Вал ротора насоса может быть оперт на корпус через упомянутые подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, нижняя содержит радиальный подшипник, а другая, предпочтительно, верхняя содержит радиально-упорный подшипник.

Рабочее колесо, выполненное с крыльчаткой открытого типа, предпочтительно, может быть жестко съемно установлено на нижней консоли вала, выходящей в проточную полость, и содержит жестко закрепленную на основном диске многозаходную систему лопаток с межлопаточными каналами с угловой закруткой тех и других, выполненной с постоянным или переменным радиусом кривизны в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, а межлопаточные каналы выполнены диффузорно расширяющимися в направлении от оси вала к периферии, причем высота лопатки на входе выполнена превышающей высоту лопатки на выходе в 1,35÷1,63 раза, а площадь на выходе из межлопаточного канала выполнена превышающей площадь на входе в межлопаточный канал в 1,3÷2,1 раза.

Пульповый насос может быть предназначен для перекачивания абразивных жидкостей - суспензий руд, пульпы, промышленных стоков, загрязненной технической воды, пластовой воды, с песком с плотностью до 2200 кг/м3, с температурой от 3 до 80°С, водородным показателем до 10 рН и твердыми включениями в виде дискретных абразивных частиц до 8 мм, с микротвердостью до 9 ГПа и объемной концентрацией микрочастиц до 50% включительно.

Пульповый насос может быть выполнен с возможностью силового соединения с электродвигателем, преимущественно, асинхронным мощностью от 15 до 75 кВт для использования последнего в качестве привода вала ротора насоса с обеспечением частоты вращения вала, передаваемой рабочему колесу, предпочтительно, 1450 об/мин с возможностью использования электродвигателей с числом оборотов вала до 3000 об/мин.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, состоит в разработке вертикального пульпового центробежного насоса, наделенного повышенными ресурсом, надежностью и эффективностью перекачивания абразивных жидких сред и агрессивным динамическим воздействием последних на конструкции и материалы проточной части насоса. Это достигается совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений, в первую очередь, проточной части и рабочего колеса, выполненных с защитной футеровкой из упругого материала типа резины при найденных в изобретении технологических параметрах выполнения футеровки, что снижает материалоемкость элементов рабочего колеса и проточной части насоса и повышает эксплуатационную эффективность и надежность работы насоса.

Кроме того, в изобретении вариантно решена возможность работы насоса при заборе перекачиваемой среды из расширенного диапазона глубин в емкости или шламонакопителе, что достигается за счет выполнения центробежного насоса с базовой или повышенной длиной ходовой стойки путем включения удлиняющей вставки корпуса без изменения параметров остальных частей корпуса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен корпус проточной части центробежного насоса с защитным слоем из полимерного износостойкого материала, продольный разрез;

на фиг. 2 - рабочее колесо открытого типа, в сборе.

Пульповый насос вертикального типа конструктивно предназначен для перекачивания жидких сред с включениями твердых абразивных частиц.

Пульповый насос выполнен центробежным, консольным, полупогружным. Насос содержит корпус, ротор с валом 1, рабочим колесом 2 открытого типа. Рабочее колесо 2 содержит основной диск 3, оснащенный системой жестко фиксировано прикрепленных к диску криволинейных лопаток 4, разделенных межлопаточными каналами 5, и ступицу 6 с замкнутой по образующей боковой поверхностью. Корпус насоса состоит из корпуса 7 ходовой части и корпуса 8 проточной части с проточной полостью 9.

По меньшей мере, внутренняя поверхность проточной полости 9 и поверхности рабочего колеса 2, включая основной диск 3, систему соединенных с диском криволинейных лопаток 4 и внешнюю боковую поверхность ступицы 6, покрыты защитным слоем полимерного износостойкого материала, предпочтительно, типа резины.

Диск 3 и лопатки 4 рабочего колеса 2 выполнены комбинированной конструкции, состоящей, из формообразующего, преимущественно, пластинчатого силового каркаса и указанного защитного слоя. Защитный слой нанесен с двух сторон на упомянутые элементы каркаса с возможностью взаимной попарной самоанкеровки оппозитных участков каркаса диска 3 и лопаток 4. Каркас диска 3 и лопатки 4 снабжены перфорацией с отношением суммарных площадей поперечного сечения перфорации, и заполняющих ее полимерных перемычек, взаимно анкерующих защитные слои, к неперфорированной площади каркаса составляющем 0,12÷0,55 от величины последней.

Силовой каркас, образующий конструктивную основу диска 3, выполнен в виде размещенного между защитными слоями осесимметричного конструктивного элемента, предпочтительно, в виде снабженной перфорацией круглой пластины, диаметром менее проектного диаметра рабочего колеса 2 минимум на две исходных контурных толщины защитного слоя.

Каркас лопаток 4 выполнен, предпочтительно, в виде прикрепленных к каркасу диска криволинейных перфорированных пластин с кривизной, повторяющей проектную кривизну лопаток и высотой менее проектной высоты лопатки 4, по меньшей мере, на исходную контурную толщину защитного слоя.

Лопатки 4 рабочего колеса 2 разделены межлопаточными каналами 5, активный объем динамического заполнения совокупности которых включает вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (25÷210)×10^-5 м³/об перекачиваемой жидкой среды.

Корпус 7 ходовой части выполнен с возможностью размещения в нем вала 1 и встроенных корпусов подшипников (на чертежах не показано) для образования подшипниковых опор вала 1, и конструктивно выполнен охватывающим, по меньшей мере, большую часть длины вала 1 ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.

Вариантно корпус 7 ходовой части состоит из основного блока, выполненного с возможностью размещения в нем вала 1 и встроенных корпусов подшипников для образования подшипниковых опор вала 1, а также из соединенного с ним корпуса удлиняющей вставки (на чертежах не показано). Указанные составляющие корпуса 7 ходовой части выполнены совместно охватывающими, по меньшей мере, большую часть длины вала 1 ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.

Корпус 8 проточной части включает корпус 10 отвода и объединенную с всасывающим патрубком 11 заходную стенку 12 и содержит объем, достаточный для размещения рабочего колеса 2 и спирального отвода, который, преимущественно, тангенциально сообщен с выходным напорным патрубком 13. Всасывающий патрубок 11, проточная полость 9, отвод и выходной напорный патрубок 13 размещены в корпусе 8 проточной части насоса последовательно с образованием единого канала по потоку перекачиваемой среды. Всасывающий патрубок 11, выполненный осевым, симметричным относительно оси вала 1, содержит заходную горловину 14 с радиусом, частично перекрывающим в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1, оконечности лопаток 4 рабочего колеса 2, обращенные к указанной оси.

Напорный патрубок 13 выполнен в виде диффузора с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,06÷3,5 раза.

Внутренняя поверхность канала проточной части 9 насоса и поверхности рабочего колеса 2 покрыты слоем износостойкого защитного материала типа резины, преимущественно, с условной прочностью при растяжении не менее 5,5 МПа (55 кгс/см²), относительном удлинении при разрыве не менее 250%; твердости по Шору, А, 55÷70 условных единиц и сопротивлением истиранию не менее 7,15 Дж/мм³ (715 кгс м/см³).

Вал 1 ротора насоса выполнен с возможностью опирания, по меньшей мере, на две подшипниковые опоры с образованием при этом роторной части ходовой стойки насоса и снабжен верхней и нижней консолями, выведенными за пределы упомянутых подшипниковых опор. Длина нижней консоли 15 вала 1 выполнена превышающей длину верхней консоли не менее чем 2,25 раза в вариантном исполнении корпуса 7 ходовой части насоса, состоящего из основного блока и не менее чем 3,1 раза при наличии в корпусе 7 ходовой части насоса удлиняющей вставки.

Вал 1 ротора насоса оперт на корпус через упомянутые подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, нижняя содержит радиальный подшипник, а другая, предпочтительно, верхняя содержит радиально-упорный подшипник.

Рабочее колесо 2, выполненное с крыльчаткой открытого типа, предпочтительно, жестко съемно установлено на нижней консоли 15 вала 1, выходящей в проточную полость 9, и содержит жестко закрепленную на основном диске 3 многозаходную систему лопаток 4 с межлопаточными каналами 5 с угловой закруткой тех и других, выполненной с постоянным или переменным радиусом кривизны в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1. Межлопаточные каналы 5 выполнены диффузорно расширяющимися в направлении от оси вала 1 к периферии. Высота лопатки 4 на входе выполнена превышающей высоту лопатки на выходе в 1,35÷1,63 раза, а площадь на выходе из межлопаточного канала 5 выполнена превышающей площадь на входе в межлопаточный канал в 1,3÷2,1 раза.

Пульповый насос предназначен для перекачивания абразивных жидкостей - суспензий руд, пульпы, промышленных стоков, загрязненной технической воды, пластовой воды, с песком с плотностью до 2200 кг/м3, с температурой от 3 до 80°С, водородным показателем до 10 рН и твердыми включениями в виде дискретных абразивных частиц до 8 мм, с микротвердостью до 9 ГПа и объемной концентрацией микрочастиц до 50% включительно.

Пульповый насос выполнен с возможностью силового соединения с электродвигателем, преимущественно, асинхронным мощностью от 15 до 75 кВт для использования последнего в качестве привода вала ротора насоса с обеспечением частоты вращения вала, передаваемой рабочему колесу, предпочтительно, 1450 об/мин с возможностью использования электродвигателей с числом оборотов вала до 3000 об/мин.

Работа предлагаемого насоса осуществляется следующим образом.

Перекачиваемая жидкая среда через всасывающий патрубок 11, попадая на вход во вращающееся центробежное рабочее колесо 2, перемещается от центра к периферии под действием центробежных сил и диффузного расширения в межлопаточных каналах 5 рабочего колеса 2, приобретая при этом кинетическую энергию и получая закрутку в направлении вращения рабочего колеса 2.

После выхода из рабочего колеса 2 поток переходит в диффузорный спиральный отвод, расширяющийся к напорному патрубку 13 в режиме соблюдения равенства скоростей потока на протяжении отвода. Из отвода перекачиваемая жидкая среда попадает в напорный патрубок 13, выполненный диффузорным со снижением скорости при прохождении в патрубке в 2,1 раза и одновременным переходом части кинетической энергии потока в потенциальную и поступает в трубопровод для транспортирования к следующему объекту.

Таким образом, наличие стойкой к абразивной агрессии упругой футеровки проточной полости и рабочего колеса увеличивает продолжительность межремонтной работы на 18-20%, сохраняя от изнашивания металлические элементы проточной части и рабочего колеса.