ШНЕКОВЫЙ НАСОС ДЛЯ ЗАЧИСТКИ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ И ИЛОВО-ПЕСЧАНЫХ МАСС (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК F04D7/00 F04D3/02 

Изобретение относится к технике зачистки и перекачки различных вязкопластичных и илово-песчаных масс и может быть использовано для зачистки аэротенков водоочистных сооружений, для откачки студнеобразных масс в пищевой промышленности, например отстоя растительного масла из накопительных емкостей, а также в нефтехимической промышленности, например для зачистки мазута из цистерн, в сельскохозяйственном производстве, например для зачистки навозных скоплений на птицефермах, а также как ручной инструмент водолаза или спасателя службы МЧС при расчистке иловых и селевых заносов.

Известны шнековые насосы для вязкопластичных сред, имеющие цилиндрический корпус, в котором установлен шнек, часть которого выступает из корпуса и охвачена лопастным питателем, имеющим со шнеком встречное направление вращения и различную частоту вращения [1], [2].

Недостатком таких насосов является то, что от встречного перемещения массы лопастным питателем и шнеком возникает высокая относительная окружная скорость, которая в квадратичной зависимости формирует силу лобового сопротивления лопаток питателя, увеличивая потребляемую мощность насоса.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа [3], является шнековый насос для вязкопластичных масс, выполненного из цилиндрического корпуса, в котором установлен подвижно шнек, имеющий на входе массы однозаходную, а на выходе массы многозаходную часть винтовых лопастей, при этом однозаходная часть охвачена лопастным питателем, имеющим со шнеком коаксиально размещенные валы со встречным направлением и различной частотой вращения, соединенные с коаксиальным выходным валом редуктора, входной вал которого соединен с приводом.

Недостатком известного насоса является невозможность получения высокой производительности при перекачке вязкопластичных и особенно илово-песчаных масс ввиду того, что при большой частоте вращения шнека на той его части, которая выступает из корпуса и охвачена питателем, возникают значительные инерционные силы, которые сбрасывают большую часть подаваемой питателем массы с однозаходной лопасти шнека, тем самым снижая количество поступающей массы в корпус. Кроме того, от встречного перемещения массы питателем и шнеком возникает высокая относительная окружная скорость, которая в квадратичной зависимости формирует силу лобового сопротивления лопаток питателя, увеличивая потребляемую мощность насоса.

Задача, на решение которой направленно изобретение, состоит в достижении высокопроизводительной перекачки как вязкопластичных, так и илово-песчаных масс, а также в снижении энергозатрат и металлоемкости насоса.

Это достигается тем, что шнековый насос для зачистки вязкопластичных и илово-песчаных масс, выполненный из корпуса, в цилиндрической полости которого установлен подвижно шнек, имеющий на входе однозаходную, а на выходе многозаходную часть винтовых лопастей, при этом однозаходная часть охвачена лопастным питателем, имеющим со шнеком коаксиально размещенные валы и различные частоты вращения, последние соединены с коаксиальным выходным валом редуктора, входной вал которого соединен с приводом, а питатель охвачен неподвижным решетчатым кожухом, и лопасть однозаходной части шнека по наружному периметру со стороны корпуса снабжена прикрепленным к ее подъемной поверхности бортом под углом 90^o - 140^o с возможностью изменения его высоты с 10 до 60% от величины шага однозаходной части, при этом направление вращения питателя совмещено с направлением вращения шнека, и отношение частоты вращения шнека к частоте вращения питателя составляет 1,5 - 40,0. Кроме того, многозаходная часть шнека выполнена двухзаходной, а борт прикреплен к подъемной поверхности однозаходной лопасти шнека, например сваркой и снабжен резьбовыми отверстиями для установки сменных по высоте бортовых насадок. В качестве привода установлен бензодвигатель, и между корпусом и питателем установлен подшипник скольжения, а лопастной питатель содержит две симметрично расположенные боковые и торцевые лопасти. Кроме того, отношение частоты вращения шнека к частоте вращения питателя составляет 16,5.

Шнековый насос для зачистки вязкопластичных и илово-песчаных масс выполнен в виде устройства из цилиндрического корпуса, в котором размещена двухзаходная часть шнека, а его однозаходная часть с бортом размещена вне корпуса, при этом борт прикреплен к подъемной поверхности однозаходной лопасти шнека по меньшему диаметру, чем наружный диаметр лопасти, и под углом больше 90^o и с возможностью изменения высоты борта с 10 до 60% от величины шага однозаходной части шнека, а приводной вал шнека соединен с выходным валом редуктора, входной вал которого соединен с приводом. Борт может быть прикреплен к подъемной поверхности лопасти по радиусу, меньшему, чем радиус наружного периметра лопасти, и под углом более 90^o, а вал шнека выполнен полым из трубы, снабженной на торце однозаходной части подшипником, соединенным вдоль оси с днищем решетчатого кожуха.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид насоса по первому варианту, выполненного в виде ручного инструмента с приводом от бензодвигателя; на фиг.2 изображена часть шнека, выступающего из корпуса с однозаходной винтовой лопастью, к которой прикреплен крепежный и нарощенный борт (эта часть шнека охвачена двухлопастным питателем, имеющим со шнеком одно направление вращения); на фиг.3 изображено сечение шнека А-А и его однозаходной лопасти; на фиг.4 изображено сечение Б-Б вырыва однозаходной лопасти с крепежным и нарощенным бортом; на фиг.5 изображен общий вид насоса, выполненного по второму варианту; на фиг.6 изображена однозаходная часть шнека, охваченного защитным кожухом, и часть корпуса; на фиг.7 изображено сечение В-В однозаходной части шнека; на фиг.8 изображено сечение Г-Г вырыва однозаходной лопасти с крепежным бортом и привинченным к нему съемным бортом большей высоты; на фиг.9 изображен торец шнека с подшипником и осью.

Устройство шнекового насоса по фиг.1 конструктивно состоит из корпуса 1, в цилиндрической полости которого установлен подвижно шнек, имеющий однозаходную часть 2 и многозаходную часть 3. Однозаходная часть 2 охвачена лопастным питателем 4, имеющим со шнеком коаксиально размещенные валы: вал шнека 5 и вал лопастного питателя 6, которые соединены с выходным валом редуктора 7, входной вал которого соединен с приводом 8. Питатель 4 охвачен решетчатым кожухом 9. Лопасть 10 однозаходной части 2 по наружному периметру со стороны корпуса 1 снабжена прикрепленным к подъемной поверхности 11 бортом 12. С помощью резьбовых элементов 13 к борту 12 прикреплена сменная бортовая насадка 14. Между корпусом 1 и питателем 4 установлен подшипник скольжения 15. Питатель 4 выполнен из двух боковых лопастей 16 и двух торцевых лопастей 17. Привод 8 (бензодвигатель) снабжен бачком 18 для горючего, а корпус 1 снабжен рукоятками 19 для удержания и управления насосом.

Устройство шнекового насоса по фиг.5 конструктивно состоит из корпуса 20, в цилиндрической полости которого установлен подвижно шнек, имеющий однозаходную часть 21 и многозаходную часть 22. Приводной вал 23 шнека соединен с редуктором 24, входной вал которого соединен с приводом 25. Многозаходная часть 22 шнека размещена в корпусе 20, а однозаходная часть 21 охвачена решетчатым кожухом 26. Лопасть 27 однозаходной части 21 со стороны корпуса 20 снабжена прикрепленной к ее подъемной поверхности 28 бортом 29. Борт 29 прикреплен к подъемной поверхности 28 по радиусу R₂, который меньше R₁, радиуса лопасти 27, причем борт 29 по отношению к поверхности 28 прикреплен под углом α₂= 130^o. К борту 29 с помощью резьбовых элементов 30 прикреплен нарощенный борт 31. Вал 23 шнека выполнен полым, на торце которого установлен подшипник 32, который через ось 33 соединен с днищем 34 кожуха 26. Привод 25 (бензодвигатель) снабжен бачком 35 для горючего, а корпус 20 снабжен рукоятками 36.

Нарощенный борт 31 дает увеличение диаметра однозаходной части 21 шнека до величины радиуса R₃, что обеспечивает большую площадь лобового контактирования входной части 21 с зачищаемой массой и таким образом обеспечивает увеличение производительности насоса.

Насос по фиг.1 работает следующим образом.

Насос берется оператором за рукоятки 19 и заглубляется решетчатым кожухом 9 в пластичную или илово-песчаную массу. При этом, если зачищаемая масса имеет невысокую вязкость, например нефть или взвешенный ил, то такая масса самотеком заполнит все пространство вокруг однозаходной части 2 шнека. После включения бензодвигателя 8 момент вращения с его вала передается на входной вал редуктора 7, который имеет два коаксиально размещенных выходных вала. Охватывающий трубчатый вал 5 обеспечивает вращение шнека с окружной скоростью V₁, а охватываемый вал 6 обеспечивает вращение лопастного питателя 4 с окружной скоростью V₂. Боковые лопатки 16 питателя 4 захватывают, направляют и поджимают массу к входной части 2 шнека. При этом масса, попадая на подъемную поверхность 11 лопасти 10, имеющую угол подъема β, оказывается в поле действия центробежной силы от быстровращающегося вала 5 шнека. Действие центробежной силы отжимает массу к периферии лопасти 10, а поскольку по периферии лопасти 10 размещен крепежный борт 12 и нарощенный к нему борт 14, имеющий определенную высоту h по отношению к шагу S однозаходной части шнека, то вся масса, ограниченная высотой h нарощенного борта 14, остается на подъемной поверхности 11 лопасти 10 и начинает двигаться по ней вверх под углом β в сторону корпуса 1 за счет инерционного отставания вращающейся перекачиваемой массы от более плотной массы шнека. Далее масса поступает в выходную часть 3 шнека, ограниченную корпусом 1, где создается повышенное гидравлическое давление, и масса выдавливается по патрубку в транспортирующий напорный шланг.

Насос по фиг.5 работает следующим образом.

Насос берется оператором за рукоятки 36 и заглубляется решетчатым кожухом 26 в жидкую или пластичную массу, которая самотеком или путем наезда насосом заполнит все пространство вокруг однозаходной части 21 шнека. После включения бензодвигателя 25 момент вращения с его вала усиливается редуктором 24 и обеспечивает вращение шнека. Зачищаемая масса в зоне вращения входной части 21 шнека претерпевает 1) воздействие подъемной поверхности 28, которая перемещает эту массу по винтовому каналу в сторону корпуса 20, и также 2) воздействие центробежной силы, которая отжимает массу к борту 31, который сохраняет массу в винтовом канале однозаходной части 21 до поступления ее в зону многозаходной части 22 шнека и далее в патрубок и транспортирующий напорный шланг.

Устройство шнекового насоса по фиг.1 наиболее приемлимо для зачистки и перекачки таких пластичных масс, как, например, солидол, литол, животные жиры, густой ил и других неньютоновских жидкостей со слабой самостоятельной текучестью. Для высокопроизводительной работы с такими массами насос необходимо постоянно перемещать так, чтобы однозаходная часть 2 постоянно наполнялась массой, то есть необходимо постоянно наезжать на зачищаемую массу. В таких случаях насос целесообразнее крепить к специальной тележке, передвигаемой и управляемой оператором, зачищая перед собой, например определенный сектор площади, либо перемещать насос вручную, если он выполнен в виде ручного инструмента.

Устройство шнекового насоса по фиг. 5 целесообразно использовать для перекачки таких ньютоновских масс, которые обладают самостоятельной текучестью, - это и вода, и молоко, и растительное масло, а также нефть, взвешенный ил и другие жидкости.

Кроме того, насос по фиг.5 конструктивно более прост, чем насос по фиг.1 и, как следствие, является менее металлоемким и энергоемким, поэтому его предпочтительно изготовлять в виде ручного инструмента.

Источники информации принятые во внимание
1. Авторское свидетельство СССР "Шнековый насос для вязкопластичных сред" 513169, F 04 D 3/02.

2. Авторское свидетельство СССР "Шнековый насос для вязкопластичных сред" 1132061, F 04 D 3/02.

3. Патент России "Шнековый насос для вязкопластичных масс" 2143591, F 04 D 3/02 от 27.12.1999 г.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для зачистки аэротенков водоочистных сооружений, емкостей с отстоем растительного масла, цистерн с мазутом, навозных скоплений и т.п., а также как ручной инструмент водолаза или спасателя службы МЧС при расчистке иловых и селевых заносов. Шнековый насос выполнен из корпуса, в цилиндрической полости которого установлен подвижно шнек, имеющий на входе однозаходную, а на выходе многозаходную часть винтовых лопастей. Однозаходная часть охвачена лопастным питателем, имеющим со шнеком коаксиально размещенные валы и различные частоты вращения, последние соединены с коаксиальным выходным валом редуктора. Входной вал редуктора соединен с приводом. Питатель охвачен неподвижным решетчатым корпусом. Лопасть однозаходной части шнека по наружному периметру со стороны корпуса снабжена прикрепленным к ее подъемной поверхности бортом под углом от 90 - 140^o с возможностью изменения его высоты с 10 до 60% от величины шага однозаходной части. Направление вращения питателя совмещено с направлением вращения шнека. Отношение частоты вращения шнека к частоте вращения питателя составляет 1,5 - 40^o. Изобретение направлено на обеспечение высокопроизводительной перекачки как вязкопластичных, так и илово-песчаных масс, снижение энергозатрат и металлоемкости насоса. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Шнековый насос для зачистки вязкопластичных и илово-песчаных масс, выполненный из корпуса, в цилиндрической полости которого установлен подвижно шнек, имеющий на входе однозаходную, а на выходе многозаходную часть винтовых лопастей, при этом однозаходная часть охвачена лопастным питателем, имеющим со шнеком коаксиально размещенные валы и различные частоты вращения, последние соединены с коаксиальным выходным валом редуктора, входной вал которого соединен с приводом, а питатель охвачен неподвижным решетчатым кожухом, отличающийся тем, что лопасть однозаходной части шнека по наружному периметру со стороны корпуса снабжена прикрепленным к ее подъемной поверхности бортом под углом 90 - 140^o с возможностью изменения его высоты с 10 до 60% от величины шага однозаходной части, при этом направление вращения питателя совмещено с направлением вращения шнека и отношение частоты вращения шнека к частоте вращения питателя составляет 1,5 - 40,0. 2. Шнековый насос по п. 1, отличающийся тем, что многозаходная часть шнека выполнена двухзаходной. 3. Шнековый насос по п. 1, отличающийся тем, что борт прикреплен к подъемной поверхности однозаходной лопасти шнека, например, сваркой и снабжен резьбовыми отверстиями для установки сменных по высоте бортовых насадок. 4. Шнековый насос по п. 1, отличающийся тем, что в качестве привода установлен бензодвигатель. 5. Шнековый насос по п. 1, отличающийся тем, что между корпусом и питателем установлен подшипник скольжения. 6. Шнековый насос по п. 1, отличающийся тем, что лопастной питатель содержит две симметрично расположенные боковые и торцевые лопасти. 7. Шнековый насос по п. 1, отличающийся тем, что отношение частоты вращения шнека к частоте вращения питателя составляет 16,5. 8. Шнековый насос для зачистки вязкопластичных и илово-песчаных масс, выполненный в виде устройства из цилиндрического корпуса, в котором размещена двухзаходная часть шнека, а его однозаходная часть с бортом размещена вне корпуса, отличающийся тем, что борт прикреплен к подъемной поверхности однозаходной лопасти шнека по меньшему диаметру, чем наружный диаметр лопасти, и под углом больше 90^o и с возможностью изменения высоты борта с 10 до 60% от величины шага однозаходной части шнека, а приводной вал шнека соединен с выходным валом редуктора, входной вал которого соединен с приводом. 9. Шнековый насос по п. 8, отличающийся тем, что борт может быть прикреплен к подъемной поверхности лопасти по радиусу, меньшему, чем радиус наружного периметра лопасти, и под углом больше 90^o. 10. Шнековый насос по п. 8, отличающийся тем, что вал шнека выполнен полым из трубы, снабженной на торце однозаходной части подшипником, соединенным вдоль оси с днищем решетчатого кожуха.