Центробежный грунтовой насос Советский патент 1990 года по МПК F04D7/04 

Изобретение относится к конструк- циям грунтовых насосов и может быть использовано при добыче нерудных строительных материалов.

Цель изобретения - повышение ресурса работы насоса путем уменьшения ин- тенсивности изнашивания входных кромок рабочих лопаток при перекачивании гидросмеси с содержанием твердой фазы от 10 до 20% и состоящей на из частиц крупнее м.

На фиг. 1 изображен предлагаемый центробежный грунтовой насос, разрез; на фиг, 2 - расположение крупных твердых частиц внутри входной горловины колеса „

Насос содержит рабочее колесо 1 с лопатками 2 и горловиной 3 и дополнительные закручивающие лопатки А, установленные в горловине 3. Дополнительные лопатки k имеют высоту h (0,05-0,13)ПГ , причем количество дополнительных лопаток 4 равно ближайшему целому числу, определяемому по зависимости

7 -

Vh

где Dr - внутренний диаметр горловины 3; Z - количество рабочих лопаток.

Насос работает следующим обра- . зом.

Крупные твердые частицы перемещаются в нижней части горловины 3 колеса 2, Поэтому они вступают в контакт с дополнительными лопатками Ц и приобретают окружную скорость. Под крупными частицами, перемещающимися в нижней части входной горловины 35 следует понимать частицы крупностью свыше 2 мм, поскольку характерной особенностью движения грунта в горизонтальных трубопроводах является перемещение частиц крупностью менее 0,15-0,20 мм во взвешенном состоянии, частиц до 2-3 мм прерывным взвешиванием по всей толще потока и частиц (кусков) крупностью более 2-3 мм

5

0

5

0

в пристеночной области, включая волочение по нижней стенке. Если крупные твердые частицы, входящие в рабочее

колесо 1, не имёют окружной скорости, то они движутся в меридианальной плоскости. Не обладая достаточным запасом энергии для движения из зоны низкого давления в зону высокого давления, эти твердые частицы затормаживаются и сталкиваются с входной кромкой лопатки 2, набегающей на твердые частицы, и затем движутся по поверхности лопатки 2, чем вызывается повышенный износ лопаток 2.

При наличии окружной составляющей скорости многие крупные твердые частицы проходят в межлопастной канал. Благодаря этому уменьшается число соударений твердых частиц с входными кромками лопаток 2 рабочего колеса 1 и уменьшается изнашивание лопастей. Таким образом, установка дополнительных лопаток k внутри входной горловины 3 повышает ресурс рабочего колеса 1 .

Передача энергии твердым частицам при контакте с дополнительными лопатками Ц и уменьшение контакта твердых частиц с поверхностью лопаток 2 рабочего колеса 1 повышает КПД насоса. Дополнительные лопатки 4 увеличивают также энергию потока перекачиваемой среды на входе в рабочее колесо 1, благодаря чему улучшаются кавитацион- ные свойства насоса.

Высота дополнительных лопаток 4 должна быть равна высоте слоя крупных частиц, перемещающихся в нижней части входной горловины. Если высота лопаток 4 будет меньше высоты слоя, то положительный эффект не будет достигнут, так как часть крупных твердых частиц не приобретает окружную скорость. Если высота лопаток 4 будет больше высоты слоя, то положительный эффект существенно уменьшается, так как лопатки k будут загромождать проходное сечение, препятствуя движению гидросмеси со взвешенными частицами.

Высота слоя крупных частиц согласно фиг. 2 определяется по формуле

h 0,5Dr(1 - cos ),

i

где tt - центральный угол (см. фиг.2),

рад. Угол Ј можно определить, исходя из

площади, занимаемой слоем частиц

г2 S

Рг. (- EiiLpS 4 4ir 2 if Площадь поперечного сечения горловины:

- - DI 4 S об- sinot

бх

Отсюда

вх

27Отношение площадей --- равно доле

е,х

g

крупных частиц в гидросмеси --

ьек

где Р - расчетная концентрация гидросмеси ;

Рк - расчетная доля крупных частиц (размером более 2 мм) в грунте.

Таким образом, угол об (в радианах) может быть определен из уравнения оЈ - sin d ),. Концентрация гидросмеси, перекачиваемой земленасосами, находится, как правило, в пределах: Р 0,1-0,2, а содержание крупных частиц в песчано-гра- вийной смеси: Рк 0,2-0,4. При этих значениях центральный угол (в радианах) находится в пределах 0,923 - 1,500 рад 52,9 - 86,0°.

Этим значениям угла соответствуют значения высоты -дополнительных лопаток 4

Ьми 0,5ПГ (1 - cos ) 0,40523Dr;

W ° 5Dr(1 - c°s -|°) 0,134Dr.

Таким образом, округляя полученные значения,высота дополнительных лопаток должна находиться в пределах h (0,05-0,13)1)г.

Наибольший положительный эффект достигается при таком числе дополнительных лопаток 4, когда интенсив

10

ность изнашивания дополнительных лопаток 4 и рабочих лопаток 2 одинакова . В этом случае рабочее колесо изнашивается равномерно, что позво- ляет в наибольшей степени уменьшить интенсивность изнашивания рабочего колеса в целом. Интенсивность изнашивания обратно пропорциональна суммарной длине изнашиваемых кромок. Таким образом, суммарная длина изнашиваемых кромок рабочих лопаток 2 должна быть равна суммарной длине изнашиваемых кромок дополнительных лопаток 4.

В рабочих колесах грунтовых насосов входная кромка лопасти интенсивно изнашивается на участке, составляющем примерно 50% длины кромки. Длина входной кромки (ширина рабочего колеса) в среднем равна 0,4 диаметра входной горловины колеса. Таким образом, общая длина изнашиваемых участков кромок лопастей равна

5

0

Lz 0,2DrZ.

Длина изнашиваемой кромки дополнительной лопатки равна высоте этой лопатки 1 h.

Суммарная длина кромок дополнительных лопаток равна

V

З.и

1

Vh

где Z

7

число дополнительных лопа- гок.

Отсюда

1

bs Oj.2.:

DЈlZ h

40

Формула изобретени

5

Центробежный грунтовой насос, содержащий рабочее колесо с лопатками и горловиной и дополнительные закручивающие лопатки, установленные в горловине, отличающий- с я тем, что, с целью повышения ресурса работы насоса путем уменьшения интенсивности изнашивания входных кромок рабочих лопаток при перекачивании гидросмеси с содержанием твердой фазы от 10 до 20% и состоящей на 20-40% из частиц крупнее м, дополнительные лопатки имеют высоту h (0,05-0,13)Dr, причем количество дополнительных лопаток равно ближайшему целому числу, определяемому по зависимости

0

1557359

7 - Oz2DtZ

Zirt h

Dr Z

8

внутренний диаметр горловины;количество рабочих лопаток

Изобретение позволяет повысить ресурс работы насоса путем снижения интенсивности изнашивания входных кромок рабочих лопаток. Дополнительные лопатки 4 закручивают твердые частицы гидросмеси и уменьшают скорость их соударения при входе на рабочие лопатки 2. Как показывают расчеты, при концентрации гидросмеси 10 - 20%, состоящей на 20 - 40% из частиц крупнее 2^.10^-3 м, наименьшая интенсивность изнашивания достигается при высоте лопаток 4 H = (0,05 - 0,13)D_г и их количестве Z_д.л. = 0,2 D_гZ/H, где D_г - внутренний диаметр горловины 3

Z - количество рабочих лопаток 2. 2 ил.

фиг. 2