ПОГРУЖНОЙ НАСОС Российский патент 1994 года по МПК F04D7/04 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к конструкциям погружных насосных агрегатов, предназначенных для размыва и перекачивания грунта, и может быть использовано для откачивания песка и грунта со дна водоемов при строительстве котлованов, заготовке сыпучих материалов, намыве грунта, а также при углублении и очистке водоемов и водных акваторий, добыче полезных ископаемых.

Известен погружной насос [1], содержащий корпус с напорным патрубком и перфорированной обечайкой, вал с рабочими колесами насоса и мешалки, насадок, расположенный со стороны входа насоса коаксиально корпусу с гидровихревой мешалкой, снабженной соплами, подключенными к источнику жидкости высокого давления и установленными в центре и по периферии полости насадка.

При вращении мешалки известной конструкции насоса образуется вихрь, который способствует размыву грунта и подъему гидросмеси к отверстиям обечайки. Установленные в центре и по периферии полости насадка сопла, подключенные к источнику жидкости высокого давления, улучшают гидровихревой размыв грунта за счет получения единого (с учетом образования вихря механическим воздействием рабочего колеса мешалки) вихревого шнура в области размыва грунта.

Однако рассматриваемая конструкция погружного насоса обладает повышенными энергозатратами, так как
рабочее колесо мешалки, насаженное на вал насоса, отбирает часть мощности от рабочего колеса насоса;
разрежение, создаваемое насосом в полости насадка, также требует повышения мощности насоса.

Цель изобретения - повышение экономичности насоса за счет снижения энергозатрат на размыв грунта.

Сущность предлагаемого объекта состоит в повышении эффективности использования энергии, подводимой к насосу для размыва и подвода гидросмеси в рабочую камеру свободно-вихревого насоса за счет использования в насадке разнесенных по его высоте каналов, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочего колеса, при этом каналы могут быть выполнены по эвидистантным окружным или винтовым линиям.

Отличительными признаками в заявляемом решении являются
использование в насадке разнесенных по высоте каналов, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочего колеса;
каналы насадка выполнены по эквидистантным окружным или винтовым линиям;
насадок в верхней части соединен с корпусом насоса.

Цель достигается тем, что в пределах внутреннего пространства насадка и рабочей полости насоса свободновихревого типа формируется направленный вверх высокоактивный закрученный поток с явно выраженным процессирующим вихревым ядром [2] , размывающий грунт на дне водоемов и транспортирующий гидросмесь в напорную магистраль.

В результате работы свободновихревого насоса в полости насадка, представляющей фактически высасывающий патрубок насоса, создается разрежение. А так как дно насадка находится на грунте в процессе работы, то давление в полости насадка будет намного меньше давления окружающей вне насадка жидкости. И чем глубже донное основание насадка погружается в размываемый грунт, тем эта разность или градиент давления будет больше. Максимальный перепад давления в этом случае можно определить по известной формуле [3]
Δ P_max≅ρ_г g (H_sдоп+h_g)+ρ_o g h_п , где ρ_o и ρ_г - плотности воды и всасываемой гидросмеси;
H_sдоп- допустимая статическая высота всасывания насоса при перекачивании гидросмеси;
h_д - скоростной напор на входе во всасывающий патрубок насоса;
h_п - глубина погружения насоса под уровень воды.

Частично указанный перепад давления уменьшается, так как гидромешалка с высоконапорной жидкостью в предлагаемой конструкции расположена в полости насадка.

Возникающий таким образом на стенке насадка градиент давления способствует разгону поступающей из области вне насадка жидкости в профилированных каналах. На выходе из профилированных каналов насадка жидкость, обладая вполне определенной кинематической энергией, представляет собой энергетически активную среду.

Как известно [3], максимальная массовая концентрация песчано-гравийной смеси при ее перекачивании не превышает 53%, при объемной концентрации твердых частиц - 30% . В предлагаемой конструкции погружного насоса с целью повышения экономичности путем снижения энергозатрат на размыв грунта в насадке выполнены разнесенные по его высоте каналы, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочего колеса.

В процессе работы насадок и заключенный в нем свободновихревой насос погружаются на дно водоема. Грунт в пределах полости насадка размывается высоконапорной жидкостью гидровихревой мешалки. Относительная величина поступающей для размыва высоконапорной жидкости по объему в сравнении с объемным расходом жидкости без твердых частиц, проходящей через насос, намного меньше 70% . Основную часть жидкости, таким образом, насос получает из области вне насадка. Для уменьшения потери размытого грунта насадок в рабочем состоянии своим донным основанием погружен в размываемый грунт. Таким образом, поступление требуемой жидкости с сохранением объемной концентрации твердых частиц вызывает необходимость использования перфорации в боковой стенке насадка. Такая необходимость воплощена в предлагаемой конструкции в виде эквидистантно расположенных по окружным или винтовым линиям профилированных каналов. При этом жидкость, поступающая через профилированные каналы, не только обеспечивает требуемое ее количество для поддержания заданной концентрации твердых частиц перекачиваемой гидросмеси, но, как показано ранее, она же является энергетически активной и при взаимодействии с восходящим закрученным потоком гидросмеси способствует стабилизации в пределах полости насадка высокоактивного вихревого шнура. Образованный в этом случае высокоактивный вихревой шнур с явно выраженным процессирующим вихревым ядром захватывает гидросмесь с придонного пространства и подымает ее в рабочую полость свободновихревого насоса.

Таким образом, при вращении вала свободновихревого насоса и подводе высоконапорной жидкости к соплам
в околодонной области формируется вихрь, который энергетически развивается и поддерживается в полости насадка дифференцированным подводом высоконапорной жидкости из сопл мешалки и энергией жидкости, поступающей из профилированных каналов, расположенных в теле насадка;
в полости насадка в результате разрежения, создаваемого насосом, вихрь, сформированный в околодонном пространстве, приобретает поступательно-вращательное движение вверх и под воздействием жидкости, вытекающей из профилированных каналов насадка, приобретает форму высокоактивного вихревого шнура с явно выраженным процессирующим вихревым ядром, увлекающего и локализующего в пределах вихревого шнура перекачиваемую гидросмесь;
в рабочей камере свободновихревого насоса перекачиваемая гидросмесь энергетически насыщается за счет принудительного вращательного движения, создаваемого рабочим колесом.

На фиг.1 изображен схематично продольный разрез предлагаемого погружного насоса; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Вращение вала отсутствует.

Погружной насос состоит из свободновихревого насоса 1, гидровихревой мешалки 2 и насадка 3. В состав насоса 1 входит корпус 6, рабочее колесо 4, насаженное на вал 7, перфорированная обечайка 8 с отверстиями 9 и напорный патрубок 5. Мешалка 2 снабжена гидравлическими соплами 10 и 11, установленными в державке 12 и в нижней части насадка 3. Державка 12, расположенная по оси полости 13 насадка 3, крепится к обечайке 8 насоса 1. Гидравлические сопла 10 и 11 соединены с высоконапорной магистралью 15. В теле насадка 3 расположены профилированные каналы 14.

Насос работает следующим образом.

При установке погружного насоса на дно водоема и подаче высоконапорной жидкости по подводящей магистрали 15 к гидравлическим соплам 10 и 11 в полости 13 насадка 3 в околодонном пространстве образуется гидравлический вихрь. В результате разрежения, создаваемого при вращении рабочего колеса 4, насаженного на вал 7, свободновихревым насосом, в полость 13 насадка 3 через профилированные каналы 14 поступает энергетически активная жидкость. В результате ее взаимодействия с восходящим закрученным потоком в полости 13 насадка 3, ограниченной державкой 12 и обечайкой 8, возникает высокоактивный вихревой шнур с явно выраженным процессирующим вихревым ядром [2]. Образованный таким образом высокоактивный вихревой шнур захватывает гидросмесь с придонного пространства и подымает ее вверх, где через отверстия 9 перфорированной обечайки 8 смесь попадает в рабочую камеру свободновихревого насоса 1 и, получив дополнительную энергию, нагнетается в канал напорного патрубка 5 и удаляется за пределы погружного насоса. Размеры твердых включений перекачиваемых сыпучих материалов ограничены размерами отверстий 9 перфорированной обечайки 8 свободновихревого насоса 1.

Интенсивность процессирующего вихревого ядра при заданной частоте вращения рабочего колеса 4 насоса 1, регулируется напором и расходом высоконапорной жидкости с ориентацией сопл 10 и 11 и скоростью течения активного потока жидкости через профилированные каналы 14, расположенные по окружным или винтовым линиям в теле насадка 3. Эффективность размыва грунта в придонном пространстве определяется энергетическими характеристиками вихря и повышается за счет исключения диссипации энергии вихря в окружающую среду, вследствие ограничения области размыва полостью насадка 3.

Изобретение может быть использовано в погружных насосах, предназначенных для размыва и перекачивания грунта. Цель изобретения - повышение экономичности насоса путем снижения энергозатрат на размыв грунта. Корпус имеет вихревую камеру, нагнетательный патрубок и перфорированную обечайку. В вихревой камере размещено рабочее колесо. Насадок расположен со стороны входа насоса коаксиально корпусу. В насадке размещена гидровихревая мешалка с соплами, подключенными к источнику жидкости высокого давления и установленными в центре и по периферии полости насадка. В насадке выполнены разнесенные по его высоте каналы, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочего колеса. Каналы размещены по эквидистантным окружным или винтовым линиям. Насадок в верхней части соединен с корпусом. Такое выполнение насадка исключает диссипацию энергии вихря в окружающую среду. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПОГРУЖНОЙ НАСОС, содержащий корпус с вихревой камерой, нагнетательным патрубком и перфорированной обечайкой, размещенные в вихревой камере рабочее колесо, насадок, расположенный со стороны входа насоса коаксиально корпусу, и расположенную в насадке гидровихревую мешалку с соплами, подключенными к источнику жидкости высокого давления и установленными в центре и по периферии полости насадка, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем снижения энергозатрат на размыв грунта, в насадке выполнены разнесенные по его высоте каналы, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочего колеса. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что каналы выполнены по эквидистантным окружным или винтовым линиям. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что насадок в верхней части соединен с корпусом.