ПОГРУЖНОЙ ПЕСКОВЫЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04D7/04 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к конструкциям погружных насосных агрегатов, предназначенных для размыва и перекачивания песка и/или сыпучих материалов со дна рек или морских течений.

Известен погружной насос, содержащий корпус с вихревой камерой, напорным патрубком и перфорированной обечайкой, вал с рабочим колесом, расположенные в вихревой камере, установленный со стороны входа насоса коаксиально корпусу насадок, полость которого сообщена с окружающей средой, и размещенную в насадке гидровихревую мешалку с соплами, подключенными к источнику жидкости высокого давления и расположенными в центре и по периферии полости насадка.

Установленные в центре и по периферии полости насадка сопла, подключенные к источнику жидкости высокого давления, в пределах внутреннего пространства насадка и рабочей полости насоса свободновихревого типа образуют направленный вверх высокоактивный закрученный поток, размывающий песок и/или сыпучие материалы на дне водоемов и транспортирующий воднопесчаную смесь в напорную магистраль. Под воздействием жидкости, вытекающей из профилированных каналов насадка за счет разряжения, создаваемого насосом, закрученный поток в полости насадка приобретает форму высокоактивного вихревого шнура с поступательно-вращательным движением вверх водно-песчаной смеси.

Однако рассматриваемая конструкция погружного насоса не рассчитана на использование энергии внешнего потока жидкости, набегающего на перфорированный насадок. Поддержание высокоактивного вихря в полости насадка, а также поступательное вверх движение водно-песчаной смеси требует повышения мощности насоса.

Цель изобретения повышение экономичности насоса за счет снижения затрат на перекачивание размытого грунта при установке насоса в потоке жидкости.

Сущность предлагаемого насоса состоит в эффективном использовании энергии водного потока, например течения реки и энергии, подводимой к гидровихревой мешалке и свободно-вихревому насосу, путем организации вихревого гидравлического размыва песка, подачи водно-песчаной смеси за счет образования в полости насадка развитого вихревого шнура, который подает водно-песчаную смесь к всасывающему патрубку насоса с последующим перекачиванием гидросмеси с минимальным абразивным износом рабочего колеса насоса.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения являются:
использование тангенциального проема, размещенного со стороны набегания внешнего потока жидкости;
применение дополнительных тангенциальных проемов, разнесенных по высоте насадка со стороны набегания внешнего потока жидкости;
использование экрана, установленного с внешней стороны насадка в зоне выполнения проема.

Анализ научно-технических и патентных источников позволяет сделать вывод о том, что не известно техническое решение, применяемое в погружных насосах с указанными отличительными признаками, что говорит о соответствии предлагаемого изобретения критерию "существенные отличия".

Цель предлагаемого изобретения достигается тем, что в пределах внутреннего пространства насадка за счет энергии высоконапорной жидкости гидромешалки и энергии внешнего потока жидкости (речного или морского течения) формируется гидравлический вихревой шнур, транспортирующий воднопесчаную смесь в полость свободновихревого насоса. Интенсивность и устойчивость гидровихревого шнура повышается по мере продвижения гидросмеси к полости вихревой камеры насоса, т.е. снизу вверх во внутреннем пространстве насадка. В этом случае благодаря дополнительной подпитке вихреобразования энергией со стороны тангенциально расположенного проема или проемов, вращение гидровихревого шнура по всей его протяженности осуществляется по закону постоянства циркуляции. Принцип постоянства циркуляции в сочетании, например, с конической формой насадка позволяет увеличить скорость закрученного потока гидросмеси пропорционально уменьшению радиуса вихря и, следовательно, увеличить градиент давления по высоте насадка, а также повысить устойчивость и интенсивность вихревого поля, что способствует с минимальными затратами энергии размывать донный грунт и транспортировать воднопесчаную смесь в напорную магистраль.

Таким образом, в пределах внутреннего пространства насадка формируется направленный вверх высокоактивный закрученный поток гидросмеси, размывающий грунт на дне водоема и транспортирующий гидросмесь в напорную магистраль с использованием энергии внешнего набегающего потока, например, естественного течения реки.

В процессе работы погружной насос опускается на дно, например реки и разворачивается таким образом, чтобы ориентация тангенциально расположенного проема или проемов насадка была соосна с направлением течения внешнего потока (например реки). 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% В то же время максимальная объемная концентрация твердых частиц при перекачивании не превышает 30% Таким образом, основную часть жидкости насос получает из области вне насадка за счет набегания внешнего потока на насадок. Проходя через тангенциальный проем или проемы, кинетическая энергия внешнего потока жидкости способствует интенсификации вращения гидровихревого шнура в полости насадка. Жидкость, попавшая в полость насадка из внешнего потока, увеличивает объем гидросмеси, поступающей в полость насоса и затем в напорную магистраль.

Таким образом, поступление требуемой жидкости с сохранением объемной концентрации твердых частиц вызывает необходимость использования тангенциального проема или проемов в боковой стенке насадка. Применение тангенциальных проемов разнесенных по высоте насадка позволяет регулировать использование энергии набегающего внешнего потока для интенсификации вихревого шнура по высоте насадка. Образованный в этом случае высокоактивный вихревой шнур размывает и захватывает гидросмесь с придонного пространства и подымает ее вверх в рабочую полость свободновихревого насоса. Эффективность подъема гидросмеси возрастает за счет увеличения скорости вращения вихревого потока по мере приближения его к полости насоса. В этом случае градиент давления увеличивается и создает подпор перед вихревой камерой насоса, что способствует уменьшению подводимой энергии к насосу и увеличивает экономичность насоса при перекачивании гидросмеси.

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

Вращение вала отсутствует.

Погружной насос содержит свободновихревой насос 1, гидровихревую мешалку 2 и насадку 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, установленными в полой державке 12 и в нижней части насадка 3. Державка 12, расположенная по оси насадка 3, крепится к обечайке 8 насоса 1. Гидравлические сопла 10 посредством коллектора 14 соединены с высоконапорной магистралью 11. В стенке насадка 3 предусмотрен тангенциально расположенный проем 13 или проемы, разнесенные по высоте насадка со стороны набегания внешнего потока жидкости (речного или морского течений), которые снабжены с наружной стороны экраном 15.

Насос работает следующим образом.

При вращении вала 7 и подаче высоконапорной жидкости по подводящей магистрали 11 к соплам 10 гидровихревой мешалки 2 в полости насадка 3 в околодонном пространстве образуется гидравлический вихрь, размывающий донный грунт. Струйное течение с закруткой относительно вертикальной оси приводит к появлению поперечных и продольных градиентов давления, а при отсутствии насадка к образованию более широкой струи с меньшей скоростью, чем без закрутки. Наличие же насадка между мешалкой и свободновихревым насосом в силу законов сплошности потока и постоянства циркуляции позволяет сохранить или увеличить скорость закрученного потока и уменьшить радиус вихря и, как следствие, увеличить скорость вихревого поля, которая способствует стабилизации вихревого шнура и повышению эффективности подъема с околодонного пространства размытого грунта, так как с увеличением скорости давление во вращающемся потоке падает и возникающий градиент давления способствует подъему твердых частиц в полость насоса.

Для уменьшения энергозатрат, а также для поддержания необходимой концентрации перекачиваемой гидросмеси к закрученному в полости насадка 3 потоку через тангенциальный проем или разнесенные по высоте проемы 13 подводится энергонасыщенная жидкость из внешнего потока (речного или морского течений). Несмотря на то, что осевая и тангенциальная составляющие скорости в создаваемом мешалкой вихре превышают проекции скорости набегающего через тангенциальный проем жидкости, абсолютная скорость течения в вихре как векторная сумма названных скоростей возрастает.

Насадок с тангенциальным проемом или проемами представляет, таким образом, энергоаккумулятор, позволяющий для предварительно закрученного потока гидросмеси концентрировать энергию внешнего потока (речного или морского течений) с малой плотностью кинетической энергии на большей площади в поток меньшей площади, занимаемой вихрем в полости насадка, но с большей плотностью кинетической энергии.

В результате взаимодействия гидравлического вихря мешалки 2 в полости насадка 3, внешнего потока жидкости (речного или морского течений), поступающего через тангенциальный проем 13, и восходящего потока гидросмеси во внутренней полости насадка 3 возникает вихревое ядро. Образующийся высокоактивный вихревой шнур захватывает водно-песчаную смесь из придонного пространства и подымает ее, где через перфорированную обечайку 9 смесь поступает в рабочую камеру свободновихревого насоса 1 и, получив там 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 вихревого ядра при заданной частоте вращения рабочего колеса насоса 1 регулируется напором и расходом высоконапорной жидкости с ориентацией сопел 10 и скоростью течения внешнего потока жидкости через тангенциальный проем 13 насадка 3. Эффективность размыва сыпучих материалов и/или песка 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.

Сущность изобретения: вал с рабочим колесом расположен в вихревой камере корпуса. Со стороны входа насоса коаксильно корпусу установлен насадок, полость которого сообщена с окружающей средой. В насадке размещена гидровихревая мешалка с соплами, подключенными к источнику жидкости высокого давления и расположенными в центре и по периферии полости насадка. Полость насадка сообщена с окружающей средой выполненным в насадке тенгенциальным проемом, размещенным со стороны набегания внешнего потока жидкости. В насадке выполнены дополнительные тангенциальные проемы, разнесенные по высоте со стороны набегания внешнего потока. Насадок в зоне выполнения проема снабжен экраном. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПОГРУЖНОЙ ПЕСКОВЫЙ НАСОС, содержащий корпус с вихревой камерой, напорным патрубком и перфорированной обечайкой, вал с рабочим колесом, расположенные в вихревой камере, установленный со стороны входа насоса коаксиально корпусу насадок, полость которого сообщена с окружающей средой, и размещенную в насадке гидровихревую мешалку с соплами, подключенными к источнику жидкости высокого давления и расположенными в центре и по периферии полости насадка, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем снижения затрат на перекачивание размытого грунта при установке насоса в потоке жидкости, полость насадка сообщена с окружающей средой посредством выполненного в насадке тангенциального проема, размещенного со стороны набегания внешнего потока жидкости. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что в насадке выполнены дополнительные тангенциальные проемы, разнесенные по высоте насадка со стороны набегания внешнего потока жидкости. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что насадок с внешней стороны в зоне выполнения проема снабжен экраном.