ГИДРОЭЛЕВАТОР Российский патент 2008 года по МПК F04F5/10 F04F5/24 

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкциям гидроэлеваторов, и может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем в строительстве, промышленности и сельском хозяйстве.

Известен водоструйный эжектор, содержащий подъемный трубопровод, подвод активной среды, подсоединенный к соплу и гидромонитору, снабженными струйными размывающими насадками, в котором, с целью повышения производительности и упрощения эксплуатации, один из насадков расположен к оси подъемного трубопровода под углом, равным 30°, а остальные равномерно размещены в плоскости, перпендикулярно оси подъема трубопровода (SU, авторское свидетельство №922335. М.Кл.³ F04F 5/10. Водоструйный элеватор. / Н.М.Цымаховский (СССР). - Заявка №2986717/25-06; Заявлено 19.09.1980; Опубл. 23.04.1982, Бюл. №15 // Открытия. Изобретения. - 1982. №15).

К недостаткам водоструйного элеватора применительно к решаемой нами проблеме - повышение эксплуатационной надежности гидроэлеватора при разработке грунта, очистки донных отложений, ила, сапропеля - относятся низкая эффективность воздействия насадка (5) на грунт.

Известен также гидроэлеватор, содержащий подъемную трубу с конусной входной воронкой, соосно установленное ей активное сопло и закрепленный на нижнем конце подъемной трубы конусный кожух с расположенным в ней размывающим соплом, в котором с целью повышения равномерности подачи грунта, внутренняя поверхность кожуха сопряжена с внутренней поверхностью входной воронки и имеет равный с последней угол раскрытия конуса (SU, авторское свидетельство №954639. М.Кл.³ F04F 5/00. Гидроэлеватор. / А.В.Горностай, А.В.Доменикан, А.Е.Островский (СССР). - Заявка №3219328/25-06; Заявлено 06.11 1980; Опубл. 30.08.1982, Бюл. №32 // Открытия. Изобретения. - 1982. - №32).

К недостаткам описанного гидроэлеватора относятся низкая производительность и сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является гидроэлеватор, содержащий подъемную трубу с конусной входной воронкой, соосно установленное ей активное сопло и закрепленный на нижнем конце подъемной трубы конусный кожух, внутренняя поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью входной воронки и имеет равный с последней угол раскрытия конуса и размывающее сопло, расположенное соосно кожуху, который, с целью повышения производительности, снабжен днищем и установлен в кожухе с образованием кольцевого канала для подвода пассивной среды, и активное сопло расположено у вершины насадка, а размывающее - в его днище (SU, авторское свидетельство №1173076. А. М.Кл.⁴ F04F 5/00. Гидроэлеватор. / В.А.Романов, Н.А.Богомолов (СССР) - Заявка №3688731/25-06; Заявлено 06.01. 1984; Опубл. 15.08.1985, Бюл. №30 // Открытия. Изобретения. - 1985. - №30).

К недостаткам описанного гидроэлеватора, принятого нами в качестве наиближайщего аналога, относятся низкая эксплуатационная надежность, вызванная забиванием грунта в кольцевом канале (8) между полым конусным насадком (7) и конусным кожухом (4) за счет торможения пассивной среды.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение производительности, упрощение конструкции и простоты эксплуатации.

Технический результат - повышение эксплуатационной надежности за счет равномерной подачи в камеру смешения грунта, сапропеля, донных отложений, ила, взвесей, растительного и минерального сора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном гидроэлеваторе, содержащем подъемную трубу с камерой смешения и эжектором на нижнем конце, соосно установленное в камере смешения активное сопло, размещенное в полости кожуха, гидравлически связанные подвод активной среды, гидромонитор, сопло и размывающую насадку, согласно изобретению кожух выполнен в виде параболоида вращения, торцевой срез активного сопла установлен в фокусе параболоида, размывающая насадка в виде непрерывной кольцевой канавки образована дополнительным кожухом в виде параболоида вращения, охватывающим основной кожух, фокус дополнительного кожуха совмещен с фокусом основного параболоида, а полость между внешней поверхностью основного кожуха и внутренней поверхностью дополнительного кожуха рукавом сопряжена с гидромонитором; поверхность основного кожуха образованна вращением параболы a²z=x², лежащей в плоскости Х0Z вокруг оси аппликат 0Z, имеющая в прямоугольных координатах уравнение a²z=х²+y²; поверхность дополнительного кожуха образованна вращением параболы a₁ ²z=х², лежащей в плоскости X′0Z, вокруг оси аппликат 0Z, имеющая в прямоугольных декартовых координатах уравнение a₁ ²z=х²+y²; дополнительный кожух установлен на камере смешения в сторону основного кожуха; поперечные сечения подвода активной среды, рукава дополнительного кожуха и активного сопла относятся как 5:3:1.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично представлен диаметральный разрез гидроэлеватора.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Гидроэлеватор содержит подъемную трубу 1, эжектор 2, камеру смешения, активное сопло 4, кожух 5, подвод 6 активной среды, гидромонитор 7 и размывающую насадку 8.

Камера смешения и эжектор 2 размещены соосно на нижнем конце подъемной трубы 1. Активное сопло 4 размещено в полости кожуха 5 и установлено соосно камере 3 смешения. Подвод 6 активной среды смонтирован на подъемной трубе 1 и установлен вдоль него. Нижний конец подвода 6 сопряжен с гидромонитором 7. Активное сопло 4, размывающая насадка 8, гидромонитор 7 гидравлически связаны с подводом 6 активной среды.

Кожух 5 выполнен в виде параболоида вращения. Поверхность 9 основного кожуха 5 образована вращением параболы, описываемой уравнением вида a²z=х². Парабола размещена в плоскости Х0Z. Параболу a²z=x вращают вокруг оси аппликат 0Z. Поверхность 9 в системе декартовых координат X0YZ описана уравнением вида а²z=х²+y². Фокус F параболы а²z=х от оси абсцисс (ОХ) смещен на величину «Р» (см. чертеж), Р - параметр параболы, согласно определению - плоская кривая 2-го порядка, получающаяся при пересечении кругового конуса плоскостью, не проходящей через его вершину и параллельной одной из его образующей. Торцевой срез 10 активного сопла 4 установлен в фокусе F параболоида а²z=х²+y².

Размывающая насадка 8 в виде непрерывной кольцевой канавки образована дополнительным кожухом 11 в виде параболоида вращения, охватывающим основной кожух 5. Фокус дополнительного кожуха 11 совмещен с фокусом F основного параболоида a²z=х²+y². Поверхность 12 дополнительного кожуха 11 образована вращением параболы a₁ ²z=х², лежащей в плоскости X'0'Z, вокруг оси 0^'Z, имеющая в прямоугольной декартовой системе координат уравнение a₁ ²z=х²+y².

Полость 13 между внешней поверхностью 9 основного кожуха 5 и внутренней поверхностью 12 дополнительного кожуха 11 рукавом 14 сопряжена с гидромонитором 7. Дополнительный кожух 11 установлен на камере 3 смешения с возможностью осевого перемещения вдоль оси 0Z в сторону основного кожуха 5 для изменения живого сечения размывающей насадки 8.

Поперечные сечения подвода 6 активной среды, рукава 14 дополнительного кожуха 11 и активного сопла 4 относятся как 5:3:1.

Гидроэлеватор работает следующим образом.

Разместив нижние срезы основного кожуха 5 и дополнительного кожуха 11 над забираемой пассивной средой, в подвод 6 под рабочим давлением подают активную среду. Гидромонитором 7 активная среда в соответствии с установленными сечениями поступает в рукав 14 и активное сопло 4.

Активная среда из рукава 14 направляется в полость 13 между внутренней поверхностью 12 дополнительного кожуха 11 и внешней поверхностью 9 основного кожуха 5. За счет выполнения поверхностей 12 и 9 в виде разновеликих параболоидов вращений нисходящий поток активной среды сужается и с нарастающей скоростью вырывается из размывающей насадки 8 в виде тонкого кольцевого лезвия. Этим лезвием разрезается слой грунта (ила, сапропеля, донных отложений, сора и др.).

Одновременно с этим из торцевого среза 10 активного сопла 4 в камеру 3 смешения направляется восходящий поток активной среды. Этим потоком в основном кожухе 5 создается разрежение. Создавшимся разрежением нисходящий поток пассивной среды вместе с грунтом увлекается и направляется вверх вдоль оси 0Z. Каждый элементарный поток пассивной среды, соприкасаясь с внутренней поверхностью кожуха 5 в виде параболоида вращения, направляется в фокус F, создавая на этом участке уплотненное ядро. Вода или пассивная среда является практически не сжимаемой средой, и в этой точке F локально возрастет давление. Сжатый поток пассивной среды из полости основного кожуха 5 активной среды из торцевого среза 10 активного сопла 4 продавливается в камеру 3 смешения. В камере 3 смешения происходит взаимное перемешивание активной и пассивной сред. Эта среда поступает в диффузор 2, где турбулентному потоку придается большая скорость истечения, и подается в подъемную трубу 1.

Для разрушения грунта с плотностью сложения от 1,5 до 3,0 т/м³ дополнительный кожух 11 смещают в сторону основного кожуха 5, уменьшая живое сечение размывающей насадки 8.

Описанная конструкция гидроэлеватора за счет выполнения размывающей насадки 8 в виде кольца позволяет вести разработку грунтов любой плотности слоя и при смещении гидроэлеватора разрабатывать (разрушать) донные отложения не точечно, а полосой, обеспечивая этим высокую производительность.

Выполнение полости основного кожуха 5 в виде параболоида вращения обеспечивает подъем пассивной среды вместе с грунтом с нарастающей скоростью. Этим обеспечивается высокая эксплуатационная надежность гидроэлеватора.

Таким образом, описанная совокупность существенных отличительных признаков обеспечивает достижение указанного технического результата.

Гидроэлеватор предназначен для разработки грунтов любой плотности. Гидроэлеватор содержит подъемную трубу с камерой смешения и эжектором на нижнем конце, активное сопло и кожух. Активное сопло размещено в полости кожуха и установлено соосно камере смешения. Гидроэлеватор снабжен подводом активной среды, гидромонитором и размывающей насадкой. Подвод, гидромонитор, размывающая насадка гидравлически связаны с активным соплом. Кожух выполнен в виде параболоида вращения. Срез активного сопла установлен в фокусе параболоида. Размывающая насадка в виде непрерывной кольцевой канавки образована дополнительным кожухом в виде параболоида вращения. Дополнительный кожух охватывает основной кожух. Фокус дополнительного кожуха совмещен с фокусом основного параболоида. Полость между внешней поверхностью основного кожуха и внутренней поверхностью дополнительного кожуха рукавом сопряжена с гидромонитором. Дополнительный кожух установлен на камере смешения с возможностью осевого смещения в сторону основного кожуха. Поперечное сечение подвода активной среды, рукава дополнительного кожуха и активного сопла относятся как 5:3:1. Гидроэлеватор обеспечит высокую производительность при меньшем расходе активной среды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидроэлеватор, содержащий подъемную трубу с камерой смешения и эжектором на нижнем конце, соосно установленное камере смешения активное сопло, размещенное в полости кожуха, гидравлически связанные подвод активной среды, гидромонитор, сопло и размывающую насадку, отличающийся тем, что кожух выполнен в виде параболоида вращения, торцевой срез активного сопла установлен в фокусе параболоида, размывающая насадка в виде непрерывной кольцевой канавки образована дополнительным кожухом в виде параболоида вращения, охватывающим основной кожух, фокус дополнительного кожуха совмещен фокусом основного параболоида, а полость между внешней поверхностью основного кожуха и внутренней поверхностью дополнительного кожуха рукавом сопряжена с гидромонитором.2. Гидроэлеватор по п.1, отличающийся тем, что поверхность основного кожуха образована вращением параболы a²z=x², лежащей в плоскости XOZ, вокруг оси аппликат OZ, имеющая в прямоугольных декартовых координатах уравнение a²z=x²+y².3. Гидроэлеватор по п.1, отличающийся тем, что поверхность дополнительного кожуха образована вращением параболы a₁ ²z=x², лежащей в плоскости X'0'Z, вокруг оси аппликат 0'Z, имеющая в прямоугольных декартовых координатах уравнение a₁ ²z=x²+y².4. Гидроэлеватор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный кожух установлен на камере смешения с возможностью осевого смещения в сторону основного кожуха.5. Гидроэлеватор по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение подвода активной среды, рукава дополнительного кожуха и активного сопла относятся как 5:3:1.