НАСОС ВОДООТЛИВНЫЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ Российский патент 2018 года по МПК F04F1/06 

Изобретение относится к области насосостроения и касается пневматических насосов замещения, предназначенных для перекачивания загрязненной воды, в частности в шахтах и рудниках любой категории сложности по газу и пыли, и может быть использовано в модернизированных насосах водоотливных пневматических типа «НВП-1 У5».

Из уровня техники известен насос водоотливный пневматический [1], содержащий полый корпус с рабочей камерой, входной всасывающий патрубок с клапаном для забора воды, выходной напорный патрубок с клапаном для отвода воды, поплавок, связанный штоком с клапаном, расположенным в полости пневмопереключателя, снабженного дренажным отверстием, воздухопровод для подачи сжатого воздуха, эжектор с соплом, у которого осевой вход сообщен с воздухопроводом, поперечный вход сообщен с рабочей камерой корпуса, а осевой выход сообщен с полостью пневмопереключателя [«Пневматический насос замещения» SU 1456648 (A1) (Всесоюзный научно-исследовательский институт организации и механизации шахтного строительства) F04F 1/06, 07.02.1989].

Поплавок выполнен пустотелым рычажного типа, шарнирно закреплен на рычаге, к которому прикреплен шток, кинематически связанный с клапаном пневмопереключателя. Входной всасывающий патрубок с клапаном для забора воды установлен в верхней части торца корпуса и расположен горизонтально. Выходной нагнетательный патрубок с клапаном для отвода воды установлен в корпусе вертикально на некотором расстоянии от нижней внутренней поверхности корпуса.

Недостатками известного насоса [1] являются низкая надежность и недостаточная эффективность его работы. Низкая надежность работы насоса вызвана тем, что в конструкции насоса использован поплавок рычажного типа. В результате, при больших перемещениях поплавка на конце рычага, шток клапана совершает значительно меньшие перемещения, то есть имеет незначительный ход. Из-за этого, при таких малых перемещениях штока, невозможно обеспечить точную и эффективную регулировку пневмопереключателя и надежную работу насоса.

Кроме того, недостаточная эффективность работы насоса обусловлена также необходимостью периодического удаления осадка из полости корпуса. Накопление донного осадка вызвано тем, что днище корпуса расположено горизонтально, а выходной нагнетательный патрубок с клапаном для отвода воды установлен в корпусе вертикально на некотором расстоянии от днища корпуса, и не может осуществлять удаление осадка со всей донной поверхности полости корпуса.

При этом накопление осадка существенно снижает эффективность работы насоса и вызывает необходимость его периодической и трудоемкой чистки.

Из уровня техники также известен, принятый за прототип, наиболее близкий к заявляемому техническому решению по назначению, технической сути, количеству общих признаков и достигаемому техническому результату, насос водоотливный пневматический [2], содержащий полый корпус, напорный патрубок с клапаном, всасывающий патрубок с клапаном, гофрированным рукавом и фильтром, крышку, на которой закреплен пневмопереключатель, включающий цилиндрический поплавок, обойму, шток, клапан, крышку с седлом и дренажным отверстием и корпус с камерой, направляющую корзину с днищем для размещения и перемещения поплавка, а также входной патрубок, для подвода сжатого воздуха, эжектор с соплом и камерой, причем эжектор с корпусом сообщен посредством ниппельного соединения, а с пневмопереключателем - соединительной трубкой [«Насос водовiдливний пневматичний НВП-1 У5» UA77464 (U) (Габунiя Ю.Н.) F04F 1/00; F04F 1/06, 11.02.2013].

В известном насосе [2] пневмопереключатель, включающий цилиндрический поплавок, обойму, шток, клапан, крышку с седлом и дренажным отверстием и корпус с камерой, направляющую корзину с днищем для размещения и перемещения поплавка, расположенные по одной вертикальной оси, что существенно повышает эффективность его работы по сравнению с рычажной конструкцией насоса [1].

Недостатком этого насоса [2] является его недостаточная производительность 9-6 м³/час. Вызвано это тем, что процесс заполнения корпуса перекачиваемой водой происходит в недостаточно высоком темпе, что увеличивает продолжительность общего цикла заполнения и опорожнения корпуса водой.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение недостатка прототипа.

Технический результат, который достигается при решении поставленной технической задачи и использовании усовершенствованного насоса, состоит в сокращении продолжительности общего цикла заполнения и опорожнения корпуса водой за счет повышения скорости движения сжатого воздуха после эжектора через соединительную трубку, а также через камеру и дренажное отверстие крышки пневмопереключателя и возможности регулирования давления скорости сжатого воздуха на входе в эжектор, что существенно повышает производительность самого насоса.

Поставленная техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в насос водоотливный пневматический, содержащий полый корпус, напорный патрубок с клапаном, всасывающий патрубок с клапаном, гофрированным рукавом и фильтром, крышку, на которой закреплен пневмопереключатель, включающий цилиндрический поплавок, обойму, шток, клапан, крышку с седлом и дренажным отверстием и корпус с камерой, направляющую корзину с днищем для размещения и перемещения поплавка, которые расположены по одной вертикальной оси, а также входной патрубок, для подвода сжатого воздуха, эжектор с соплом и камерой, причем эжектор с корпусом сообщен посредством ниппельного соединения, а с пневмопереключателем - соединительной трубкой, согласно заявленному изобретению внесены следующие новые признаки:

- входной патрубок для подачи сжатого воздуха в эжектор снабжен регулировочным устройством, соединенным с эжектором переходником;

- соединительная трубка, соединяющая эжектор с пневмопереключателем, установлена по касательной к камере корпуса пневмопереключателя и выполнена в средней части с коническим сужающимся каналом - конфузором, сопряженным с расширяющимся коническим каналом - диффузором, посредством промежуточного перепускного цилиндрического канала - критического сечения, которые совместно образуют сопло Лаваля;

- в камере корпуса пневмопереключателя установлен стабилизатор потока, выполненный в виде вертикальной пластины закрепленной перед входом упомянутой соединительной трубки в камеру корпуса пневмопереключателя по ходу движения потока воздуха внутри камеры;

- пневмопереключатель дополнительно включает втулку, установленную внутри обоймы, причем упомянутая втулка и пропущенный через нее шток пневмопереключателя выполнены из высокопрочной бронзы.

Применение регулировочного устройства, например, в виде задвижки с краном или в виде редуктора, понижающего сжатого воздуха, позволяет регулировать давление и скорость подаваемого сжатого воздуха на вход в эжектор. Это обеспечивает выбор параметров сжатого воздуха, необходимых для создания наиболее оптимального режима работы эжектора, при котором происходит эффективный отсос воздуха из корпуса, при заполнении его водой, или нагнетание воздуха в корпус при его опорожнении, а также для подачи скоростной струи воздуха в соединительную трубку, связывающую эжектор с пневмопереключателем.

Выполнение соединительной трубки, связывающей эжектор с пневмопереключателем, в виде сопла Лаваля обеспечивает повышение скорости течения сжатого воздуха на выходе из него и на входе по касательной (тангенциально) в камеру корпуса пневмопереключателя.

При этом стабилизатор потока, выполненный в виде вертикальной пластины закрепленной перед входом упомянутой соединительной трубки в камеру корпуса пневмопереключателя по ходу движения потока воздуха внутри камеры, обеспечивает направленное движение упомянутого потока воздуха к дренажному отверстию крышки корпуса пневмопереключателя без существенной потери скорости его истечения.

Введение в пневмопереключатель дополнительной втулки, установленной внутри обоймы, и выполненной как и пропущенный через нее шток пневмопереключателя из высокопрочной бронзы позволяет существенно снизить трение скольжения между подвижным штоком и втулкой пневмопереключателя, что повышает надежность и сокращает время задержки срабатывания пневмопереключателя насоса. Например, три полных цикла срабатывания насоса происходит за 53 секунды, в то время как у прототипа два полных цикл срабатывания происходит за 1 минуту 25 секунд.

За счет таких особенностей конструкции насоса обеспечивается сокращение продолжительности общего цикла заполнения и опорожнения его корпуса водой, что существенно повышает производительность самого насоса практически в 1,5-2 раза до 12-9 м³/ч, а вакуумметрическая высота всасывания возрастает с 4 до 8 м.

Предлагаемый насос имеет и другие отличия, которые создают дополнительный технический результат. Например, возможность работы насоса на наклонной опорной плоскости с креном корпуса от 0 до 25°. Так, благодаря тому, что полый поплавок переключателя закреплен к штоку при помощи болта свободно, а выполнение из высокопрочной бронзы штока и втулки переключателя позволяет снизить трение скольжения, даже на наклонной плоскости обеспечивается свободное скольжение вверх/вниз всей цепочки пневмопереключателя.

Кроме того, в предложенном насосе, согласно изобретению, крышка пневмопереключателя выполнена из нержавеющей стали. Это существенно повышает срок службы насоса в обводненном пространстве.

В дальнейшем предлагаемый насос водоотливный пневматический поясняется примером его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 изображен насос водоотливный пневматический, общий вид.

На фиг. 2 изображен насос водоотливный пневматический, фрагмент.

На фиг. 3 изображен разрез А-А на фиг. 2.

Насос водоотливный пневматический (фиг. 1-3) содержит полый корпус 1, напорный патрубок 2 с клапаном 3, всасывающий патрубок 4 с клапаном 5, гофрированным рукавом 6 и фильтром 7, крышку 8, на которой закреплен пневмопереключатель 9.

Пневмопереключатель 9 включает цилиндрический поплавок 10, обойму 11, шток 12, клапан 13, крышку 14 с седлом 15 и дренажным отверстием 16 и корпус 17 с камерой 18, направляющую корзину 19 с днищем 20 для размещения и перемещения поплавка 10.

Насос также включает входной патрубок 21 для подвода сжатого воздуха, эжектор 22 с соплом 23 и камерой 24, причем эжектор 22 с корпусом 1 сообщен посредством ниппельного соединения 25, а с пневмопереключателем 9 - соединительной трубкой 26.

Главными особенностями предлагаемого насоса являются следующие усовершенствования его конструкции.

Входной патрубок 21 для подачи сжатого воздуха в эжектор 22 снабжен регулировочным устройством, на фигуре представленным в виде регулировочного крана 27, соединенным с эжектором 22 переходником 28.

Соединительная трубка 26, соединяющая эжектор 22 с пневмопереключателем 9, установлена по касательной к камере 18 корпуса 17 пневмопереключателя 9 и выполнена в средней части с коническим сужающимся каналом - конфузором 29, сопряженным с расширяющимся коническим каналом - диффузором 30, посредством промежуточного перепускного цилиндрического канала - критического сечения 31, которые совместно образуют сопло Лаваля 32.

В камере 18 корпуса 17 пневмопереключателя 9 установлен стабилизатор 33 потока воздуха, выполненный в виде вертикальной пластины закрепленной перед входом упомянутой соединительной трубки 26 в камеру 18 корпуса 17 пневмопереключателя 9 по ходу движения потока воздуха внутри камеры 18. Пневмопереключатель 9 дополнительно включает втулку 34, установленную внутри обоймы 11, причем упомянутая втулка 34 и пропущенный через обойму 11 шток 12 пневмопереключателя 9 выполнены из высокопрочной бронзы, например марки БрАЖ 9-4.

Полый корпус 1 выполнен в виде горизонтально расположенной цилиндрической оболочки с закругленными торцовыми стенками и установлен на опорные салазки 35 с наклоном в сторону выходного напорного патрубка 2 под углом α=1-50.

За счет таких усовершенствований конструкции насоса обеспечивается сокращение продолжительности общего цикла заполнения и опорожнения корпуса водой, а также возможность работы на наклонной опорной плоскости с креном корпуса от 0° до 25°.

Кроме того, крышка 14 пневмопереключателя 9 выполнена из нержавеющей стали, например марки 07Х16Н6, что существенно повышает срок службы насоса в обводненном пространстве.

При непредвиденных ситуациях, таких как внезапное затопление выработок в шахтах, рудниках и карьерах, этот насос можно использовать в качестве погружного насоса. При этом глубина погружения насоса, например, в стволе может составлять до 110 м.

Работает насос следующим образом.

Используемый, например, в шахте насос своими опорными салазками устанавливают горизонтально или с небольшим креном в зоне обводнения на опорную поверхность, при этом фильтр 7 всасывающего патрубка 4 с помощью гибкого гофрированного рукава 6 заглубляют в откачиваемую воду, а к выходному напорному патрубку 2 присоединяют технологический гибкий рукав для отвода воды в водосборник.

В исходном положении в насосе цилиндрический поплавок 10 и шток 12 под действием собственного веса находятся в нижнем положении, то есть на днище 20 корзины 19, клапан 13 находится в нижней части камеры 18 обоймы 11 пневмопереключателя 9 в положении «открыто», дренажное отверстие 16 в крышке 14 пневмопереключателя 9 также открыто.

Регулировочный кран 27 подачи сжатого воздуха, клапан 5 всасывающего патрубка 4 и клапан 3 напорного патрубка 2 находятся в положении «закрыто».

Перед началом работы регулировочным краном 27 переводят задвижку (на фигурах не показана) из положения «закрыто» в положение «открыто».

При подаче сжатого воздуха во входной патрубок 21 сжатый воздух, например, под давлением, равным 0,18-0,60 мПа, поступает в регулировочное устройство, показанное на фигуре как регулировочный кран 27, которым регулируют необходимый расход и давление потока воздуха, поступающего через переходник 28 в эжектор 22.

В сопле 23 эжектора 22 поток воздуха ускоряется, и на выходе из сопла 23 поступает в соединительную трубку 26.

В соединительной трубке 26, выполненной в средней части с коническим сужающимся каналом - конфузором 29, сопряженным с расширяющимся коническим каналом - диффузором 30, посредством промежуточного перепускного цилиндрического канала-критического сечения 31, которые совместно образуют сопло Лаваля 32, поток воздуха дополнительно ускоряется.

Далее поток воздуха по касательной (тангенциально) поступает в камеру 18 корпуса 17 пневмопереключателя 9, где совершает виток внутри камеры 18 и поступает на стабилизатор 33, который через открытое дренажное отверстие 16 в крышке 14 пневмопереключателя 9 направляет ускоренный поток воздуха наружу в атмосферу.

При этом в поперечном входе камеры 24 эжектора 22 через ниппельное соединение 25 создается разрежение.

В результате воздух из рабочей камеры корпуса 1 отсасывается через ниппельное соединение 25, поступает в камеру 24 эжектора 22 и вместе с основным скоростным потоком через соединительную трубку 26, представляющую собой сопло Лаваля 32, по касательной (тангенциально) поступает в камеру 18 корпуса 17 пневмопереключателя 9.

В пневмопереключателе 9 обобщенный скоростной поток воздуха совершает виток внутри камеры 18 и поступает на стабилизатор 33, который направляет ускоренный поток воздуха наружу в атмосферу через открытое дренажное отверстие 16 в крышке 14 пневмопереключателя 9.

В результате давление в рабочей камере корпуса 1 становится меньше атмосферного, клапан 3 патрубка 2 закрывается и вода через фильтр 7, гибкий гофрированный рукав 6 открывает клапан 5 и через всасывающий патрубок 4 поступает в рабочую камеру корпуса 1, заполняя ее водой, т.е. устанавливается режим работы насоса «всасывание».

При этом полый цилиндрический поплавок 10 всплывает в воде и поднимается внутри направляющей корзины 19 вверх совместно со штоком 12 и клапаном 13.

При полном заполнении рабочей камеры корпуса 1 водой полый цилиндрический поплавок 10, шток 12 и клапан 13 находятся в верхнем положении.

В этом верхнем положении клапан 13 садится на седло 15, перекрывает дренажное отверстие 16 крышки 14 пневмопереключателя 9 и находится в положении «закрыто».

Выход скоростного потока воздуха через осевой выход сопла 23 эжектора 22 прекращается, в результате чего сжатый воздух под давлением больше атмосферного поступает через поперечный выход из камеры 24 эжектора 22 и ниппельное соединение 25 в рабочую полость корпуса 1, полностью заполненную водой.

Давление в рабочей камере корпуса 1 возрастает, клапан 5 всасывающего патрубка 4 закрывается, а клапан 3 напорного патрубка 2 открывается.

При этом вода из рабочей камеры корпуса 1 под действием давления сжатого воздуха, поступающего по входному патрубку 21 через ниппельное соединение 25, вытесняется через напорный патрубок 2 и в дальнейшем удаляется, например, в водосборник (на чертеже не показан), т.е. устанавливается режим работы насоса «нагнетание».

В связи с тем, что корпус 1 установлен на опорные салазки 35 с наклоном в сторону выходного напорного патрубка 2 под углом α=1-50, обеспечивается эффективный и интенсивный выход воды совместно с взвешенными в ней частицами, в том числе и частицами осадка, по вогнутой донной части наклонной цилиндрической оболочки корпуса 1, как по наклонному желобу.

По мере опорожнения и снижения уровня воды в рабочей камере корпуса 1 насоса, полый цилиндрический поплавок 10 не опускается, а по-прежнему поддерживается в направляющей корзине в верхнем положении давлением воздуха в полости корпуса 1, которое соответствует давлению сжатого воздуха, поступающего во входной патрубок 21 (0,18-0,60 мПа).

Клапан 13 по-прежнему прижат к седлу 15, перекрывает дренажное отверстие 16 крышки 14 пневмопереключателя 9 и находится в положении «закрыто».

Поэтому вода из полости корпуса 1 насоса вытесняется до полного опорожнения под давлением, равным 0,18-0,60 мПа, через напорный патрубок 2 и выбрасывается наружу через присоединенный рукав с производительностью 12-9 м³/час на расстояние, равное 60-180 м.

После полного опорожнения давление в полости корпуса 1 насоса резко падает и полый поплавок 10 резко опускается вниз под действием собственного веса на днище 20 направляющей корзины 19 совместно со штоком 12 и клапаном 13. При этом клапан 13 отходит от седла 15, открывает дренажное отверстие 16 крышки 14 пневмопереключателя 9 и выход сжатого воздуха через осевой выход сопла 23 эжектора 22, соединительную трубку 26 с соплом Лаваля 32 и дренажное отверстие 13 крышки 14 пневмопереключателя 9 возобновляется.

Затем начинается второй цикл работы насоса, аналогичный первому.

При дальнейшей работе насоса процесс автоматического переключения режимов «всасывание» и «нагнетание» повторяется.

Таким образом, предложенные усовершенствования насоса за счет выполнения соединительной трубки 26 с соплом Лаваля 32, соединенной с камерой 18 пневмопереключателя 9 по касательной, наличия в упомянутой камере 18 стабилизатора потока 33, введения в конструкцию входного патрубка 21 регулировочного устройства 27, а также введение в пневмопереключатель 9 дополнительной втулки 34, установленной внутри обоймы 11, и выполненной как и пропущенный через втулку шток 12 пневмопереключателя из высокопрочной бронзы, позволяют в совокупности обеспечить достижение заявленного технического результата - сокращение продолжительности общего цикла заполнения и опорожнения корпуса водой, что существенно повышает производительность самого насоса практически в 1,5-2 раза до 12-9 м³/ч, вакуумметрическая высота всасывания возрастает с 4 до 8 м, а выброс воды (напор) достигает 60-180 м. Кроме того, насос может работать на наклонной опорной поверхности с креном корпуса от 0° до 25°.

Насос также можно использовать в качестве погружного насоса, при этом глубина погружения насоса, например в шахтном стволе, может составлять до 110 м.

Приведенные сведения свидетельствуют о возможности промышленной применимости насоса водоотливного пневматического, который может найти широкое применение при перекачивании загрязненной жидкости, в частности в шахтах и рудниках любой категории сложности по газу и пыли.

Перечень обозначений

1) корпус

2) напорный патрубок

3) клапан напорного патрубка

4) всасывающий патрубок

5) клапан всасывающего патрубка

6) гофрированный рукав всасывающего патрубка

7) фильтр всасывающего патрубка

8) крышка корпуса

9) пневмопереключатель

10) цилиндрический поплавок пневмопереключателя

11) обойма пневмопереключателя

12) шток пневмопереключателя

13) клапан пневмопереключателя

14) крышка пневмопереключателя

15) седло крышки пневмопереключателя

16) дренажное отверстие крышки пневмопереключателя

17) корпус пневмопереключателя

18) камера пневмопереключателя

19) корзина поплавка пневмопереключателя

20) днище корзины поплавка пневмопереключателя

21) входной патрубок для подачи сжатого воздуха в эжектор

22) эжектор

23) сопло эжектора

24) камера эжектора

25) ниппельное соединение эжектора с корпусом

26) соединительная трубка эжектора с пневмопереключателем

27) регулировочный кран

28) переходник

29) конический сужающийся канал - конфузор соединительной трубки эжектора с пневмопереключателем

30) расширяющийся конический канал - диффузор соединительной трубки эжектора с пневмопереключателем

31) перепускной цилиндрический канал - критическое сечение соединительной трубки эжектора с пневмопереключателем

32) сопло Лаваля соединительной трубки эжектора с пневмопереключателем

33) стабилизатор потока пневмопереключателя

34) втулка корпуса пневмопереключателя

35) опорные салазки.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для перекачивания загрязненной воды. Насос содержит полый корпус, напорный патрубок с клапаном, всасывающий патрубок с клапаном, гофрированный рукав и фильтр, крышку с закрепленным пневмопереключателем, имеющим корпус с камерой. Насос содержит цилиндрический поплавок, обойму, шток, клапан, крышку с седлом и дренажным отверстием, направляющую корзину с днищем для размещения и перемещения поплавка. Также содержит входной патрубок для подвода сжатого воздуха, эжектор с соплом и камерой. Эжектор с корпусом насоса сообщен посредством ниппельного соединения, а с пневмопереключателем - соединительной трубкой. Входной патрубок для подачи сжатого воздуха в эжектор снабжен регулировочным устройством, соединенным с эжектором переходником. Соединительная трубка, соединяющая эжектор с пневмопереключателем, установлена по касательной к камере корпуса пневмопереключателя и выполнена в средней части с соплом Лаваля. В камере корпуса пневмопереключателя установлен стабилизатор потока, выполненный в виде вертикальной пластины закрепленной перед входом соединительной трубки в камеру корпуса пневмопереключателя по ходу движения потока воздуха внутри камеры. Сокращается продолжительность общего цикла заполнения и опорожнения корпуса водой, повышается производительность насоса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Насос водоотливный пневматический, содержащий полый корпус, напорный патрубок с клапаном, всасывающий патрубок с клапаном, гофрированным рукавом и фильтром, крышку, на которой закреплен пневмопереключатель, в корпусе которого расположена камера, соединенная через эжектор с входным патрубком для подвода сжатого воздуха посредством соединительной трубки, пневмопереключатель также включает обойму, шток, клапан, крышку с седлом и дренажным отверстием и расположенные по одной вертикальной оси цилиндрический полый поплавок и направляющую корзину с днищем для его перемещения, причем эжектор с полым корпусом насоса сообщен посредством ниппельного соединения, отличающийся тем, что входной патрубок для подачи сжатого воздуха в эжектор снабжен регулировочным устройством, соединенным с эжектором переходником, причем соединительная трубка, соединяющая эжектор с пневмопереключателем, установлена по касательной к камере корпуса пневмопереключателя и выполнена в средней части с коническим сужающимся каналом – конфузором, сопряженным с расширяющимся коническим каналом – диффузором, посредством промежуточного перепускного цилиндрического канала – критического сечения, которые совместно образуют сопло Лаваля, а перед входом упомянутой соединительной трубки в камеру корпуса пневмопереключателя установлен выполненный в виде вертикальной пластины, закрепленной по ходу движения потока воздуха внутри указанной камеры, стабилизатор потока.

2. Насос водоотливный пневматический по п. 1, отличающийся тем, что пневмопереключатель дополнительно включает втулку, установленную внутри обоймы, причем упомянутая втулка и пропущенный через нее шток пневмопереключателя выполнены из высокопрочной бронзы.

3. Насос водоотливный пневматический по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что крышка пневмопереключателя выполнена из нержавеющей стали.