Насос шариковой очистки

Полезная модель относится к конструкциям центробежных насосов, используемых в оборудовании, предназначенном для шариковой очистки трубок теплообменных аппаратов путем подачи шариков резиновых пористых очищающих, находящихся в охлаждающей воде.
В оборудовании для шариковой очистки шарики резиновые пористые очищающие являются средством очистки трубок теплообменных аппаратов. Размер шариков резиновых пористых очищающих подбирают таким образом, чтобы их диаметр превышал на величину от 1 до 2 мм внутренний диаметр трубок теплообменных аппаратов. При уменьшении размера шариков резиновых пористых очищающих, происходящем вследствие их износа, до размера внутреннего диаметра трубок теплообменных аппаратов снижается результативность работы оборудования шариковой очистки и требуется замена шариков резиновых пористых очищающих.
s
o
o
o
Известна конструкция центробежного насоса по патенту РФ №2182263, МПК F04D 7/04, опубл. 10.05.2002, который содержит рабочее колесо и спиральный отвод. Рабочее открытое колесо рассчитано на параметры по коэффициенту быстроходности n = 100–150 и выполнено в виде конусного диска с центральным углом 70–120 с 2–4 спиральными лопатками, с нулевым углом атаки на расчетном режиме, углом выхода 12–24 и густотой лопастной системы 1,3–1,7, причем соотношение указанных параметров выполнено из условия обеспечения диффузорности проходного межлопаточного канала, не превышающей 4–10. Лопатки выполнены с минимальной высотой и расстоянием между передней кромкой лопатки на входе колеса и соседней лопаткой по нормали к ней, превышающими диаметр шариков системы очистки на величину гарантированного зазора. Рабочие поверхности лопаток имеют наклон в сторону вращения рабочего колеса. Использование изобретения, как следует из патента РФ№2182263, МПК F04D 7/04, опубл. 10.05.2002, позволяет достичь существенного уменьшения износа шариков, происходящего за счет их деформации и трения о стенки рабочих органов насоса, а также кавитационного разрушения в рабочих каналах колеса при одновременном обеспечении проходимости шариков при залповой загрузке системы шариками.
При этом в известном насосе происходит интенсивный износ шариков резиновых пористых очищающих, приводящий к необходимости их частой замены по следующим причинам: шарики резиновые пористые очищающие двигаются вдоль лопаток рабочего колеса вместе с потоком жидкости прижимаясь к их рабочей поверхности, что является основной причиной их износа. Указанная причина, в совокупности со скоростью движения шариков резиновых пористых очищающих, скорости потока жидкости и скоростью вращения рабочего колеса обуславливает высокое значение показателя износа шариков резиновых пористых очищающих, что подтверждено практикой применения указанного насоса в оборудовании шариковой очистки.
Также известна конструкция насоса серии «Иртыш» типа НФ производства ОДО «Предприятие «Взлет», опубликованная в сети Интернет по ссылкам: https://ufk-techno.ru/2574.htm; https://www.vzlet-omsk.ru/files/pasporta-vzryv/pasport-nasosov-irtysh-nf-nfs-ekh.pdf.
Известный насос включает спиральный корпус, установленный на корпусе фланец, центробежное закрытое колесо установленное на валу, проходящем через фланец и предназначен для перекачки промышленных загрязненных жидкостей плотностью до 1100 кг/м³, температурой от 1 до 75°С, с содержанием различных неабразивных взвешенных частиц максимальным размером до 40 мм.
Недостатком известной конструкции насоса является то, что между рабочим колесом и корпусом насоса имеются большие щелевые зазоры, размеры которых сопоставимы с размерами применяемых шариков резиновых пористых очищающих. Поскольку во время работы насоса возникают перетоки жидкости из области напора в область всасывания, то шарики резиновые пористые очищающие затягиваются в зазоры, в которых происходит их интенсивный износ, обусловленный их трением о корпус насоса и ведомый диск рабочего колеса.
Технической проблемой, решаемой с помощью заявляемой полезной модели, являетсяинтенсивный износ шариков резиновых пористых очищающих, используемых в известных конструкциях насосов шариковой очистки.
Техническим результатом, достигаемым при помощи заявляемой полезной модели, является увеличение срока службы шариков резиновых пористых очищающих.
Указанный технический результат достигается за счет конструкции насоса шариковой очистки, включающего корпус со спиральным отводом, имеющим внутренний выступ, крышку, установленную на корпусе, радиальное рабочее колесо закрытого типа, установленное в корпусе на валу, соединенным через муфту с электродвигателем и проходящему через крышку, а также защитную втулку, установленную в корпусе с противоположной от крышки стороны. Защитная втулка предохраняет рабочее колесо от соприкосновения с корпусом насоса, препятствует перетоку жидкости при работе насоса, а также исключает попадание шариков резиновых пористых очищающих в зазор между рабочим колесом и корпусом насоса на входе в насос. Применение втулки позволяет уменьшить значение щелевого зазора между рабочим колесом и корпусом насоса δ до минимально возможных значений от 1 до 2 мм.
1
2
1
2
Рабочее колесо имеет односторонний вход и две лопасти, которые совместно с ведущим и ведомым дисками образуют два канала, при этом геометрические параметры рабочего колеса, профиль канала рабочего колеса и его ширина рассчитаны из условий свободного прохождения шариков резиновых пористых очищающих, при которых обеспечивается минимальная возможность их соприкосновения с рабочим колесом, а также исключается закупоривание проходных каналов шариками резиновыми пористыми очищающими. С этой целью профиль канала выполнен расширяющимся и имеет форму трапеции с углом входа α, находящимся в диапазоне значений от 55 до 65 градусов и углом выхода α, находящимся в диапазоне значений от 25 до 35 градусов, при этом их ширина на входе b находится в диапазоне значений от 62 до 83 мм, а ширина на выходе b находится в диапазоне значений от 75 до 95 мм, а значение угла лопасти рабочего колеса на выходе β находится в диапазоне значений от 8 до 10 градусов.
Выбор значений в указанных диапазонах произведен расчетным путем для обеспечения беспрепятственного прохождения шариков резиновых пористых очищающих по каналам рабочего колеса насоса. Применение других параметров рабочего колеса, находящихся вне указанных диапазонов, приводит к повышенному износу шариков резиновых пористых очищающих в результате их соприкосновения с поверхностями рабочего колеса, а также к ухудшению рабочих характеристик насоса.
Указанный технический результат также достигается за счет того, что внутренний выступ спирального радиального отвода L выполнен минимально возможной длины, которая составляет от 5 до 7 мм, а также он выполнен скругленной формы с радиусом скругления R от 4 до 8 мм. При этом значение зазора между рабочим колесом и выступом спирального отвода h находится в диапазоне значений от 20 до 37 мм.
Выбор значения длины выступа спирального отвода, на котором происходит деление водяного потока, а также значения зазора между рабочим колесом и выступом спирального отвода определяется из условия возможности свободного прохождения шариков резиновых пористых очищающих, находящихся в водном потоке, не попавших в напорный патрубок, что позволяет сохранять целостность шариков резиновых пористых очищающих в случае их попадания в этот зазор с ускоряющимся потоком и минимизировать их трение о поверхности корпуса насоса во время их движения с потоком воды по кругу при условии сохранения рабочих напорно-расходных характеристик насоса.
Кроме того, указанный технический результат также достигается за счет того, что внутренняя поверхность корпуса насоса в зоне возможного соприкосновения на выходе из рабочего колеса - поверхность спирального отвода от горизонтальной линии, проходящей через ось вращения рабочего колеса на угол γ, значение которого составляет от 60 до 80 градусов, и внутренний выступ спирального отвода подвергается дополнительной механической обработке (шлифовки) до получения значения шероховатости Ra от 3,2 до 6,3 мкм. Значение угла γ определяется из расчета движения потока жидкости, содержащей обводненные шарики резиновые пористые очищающие при выходе из каналов рабочего колеса во время его вращения.
Все размеры, геометрические параметры рабочего колеса и корпуса насоса выбраны с учетом 3D моделирования и гидродинамического расчета в виртуальной среде различных вариантов насоса. Выбор значений вне указанных диапазонов приводит к снижению рабочих характеристик насоса и уменьшению срока службы шариков резиновых пористых очищающих за счет их износа.
Заявляемая конструкция насоса шариковой очистки поясняется следующими изображениями:
На Фиг. 1 показан насос шариковой очистки в продольном разрезе;
На Фиг. 2 показан насос шариковой очистки в поперечном разрезе;
На Фиг. 3 показан разрез рабочего колеса насоса.
1
2
1
2
Насос шариковой очистки консольного горизонтального исполнения включает (Фиг. 1 и Фиг. 2): корпус (1), имеющий спиральный отвод (2), крышку (3), установленную на корпусе (1), радиальное рабочее колесо закрытого типа (4), установленное на валу (5), проходящем через крышку (3) и соединенный с электродвигателем через муфту (на фигуре не показаны), а также защитную втулку (6), установленную в корпусе с противоположной от крышки (3) стороны, при этом значение щелевого зазора δ (7) между рабочим колесом (4) и корпусом насоса (1) составляет от 1 до 2 мм. Рабочее колесо (4) имеет односторонний вход (8) и две лопасти (9), образующих с ведущим (10) и ведомым (11) дисками два канала (12), при этом профиль каждого канала (12) выполнен расширяющимся и имеет форму трапеции (Фиг. 3) с углом входа α, находящимся в диапазоне значений от 55 до 65 градусов, и углом выхода α, находящимся в диапазоне значений от 25 до 35 градусов, причем ширина канала на входе b находится в диапазоне значений от 62 до 83 мм, а ширина на выходе b находится в диапазоне значений от 75 до 95 мм, при значении угла лопасти рабочего колеса на выходе β (Фиг. 2), находящимся в диапазоне от 8 до 10 градусов.
Спиральный отвод (Фиг. 2) имеет выступ (13), длина которого L составляет от 5 до 7 мм, а радиус его скругления R составляет от 2 до 8 мм.
Также значение зазора h между рабочим колесом (4) и выступом (13) находится в диапазоне значений от 20 до 37 мм.
Внутренняя поверхность корпуса насоса на участках возможного соприкосновения шариков резиновых пористых очищающих при выходе из рабочего колеса, а именно поверхность спирального отвода от горизонтальной линии, проходящей через ось вращения рабочего колеса на угол γ в диапазоне от 60 до 80 градусов и выступ (13) спирального отвода подвергнуты дополнительной механической обработке (шлифовке) до получения значения шероховатости Ra от 3,2 до 6,3 мкм.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 также показан шарик резиновый пористый очищающий (14) и траектория его движения (15) внутри насоса.
Насос шариковой очистки работает следующим образом: вода, содержащая обводненные шарики резиновые пористые очищающие (14) поступает через входной фланец корпуса насоса на входное отверстие (8) рабочего колеса (4) и далее в его внутреннюю полость, в которой, благодаря имеющемуся разряжению шарики резиновые пористые очищающие (14) смещаются к центру рабочего колеса (4), далее они захватывается лопастями (9) и перемещаются по каналам (12). Далее, во время вращения рабочего колеса (4) вода с шариками резиновыми пористыми очищающими (14) под воздействием центробежных сил перемещается по каналам (12) рабочего колеса (4) от входного отверстия (8) к выходному отверстию, при этом направление движения потока воды с шариками резиновыми пористыми очищающими (14) изменяется от осевого до радиального, перпендикулярного оси вращения рабочего колеса (4), и внутри каналов (12) рабочего колеса (4) создается избыточное давление, за счет чего, шарики резиновые пористые очищающие (14) с водой выталкиваются в спиральный отвод (2) корпуса насоса. При этом за счет специальной формы и размеров профиля канала (12) рабочего колеса (4) шарики резиновые пористые очищающие (14) во время их движения внутри насоса практически не соприкасаются со стенками внутренними стенками рабочего колеса (4). При выходе шариков резиновых пористых очищающих из рабочего колеса (4) в спиральный отвод (2) корпуса насоса (1) возможно их соприкосновение с поверхностью корпуса насоса (1), поэтому в местах их возможного прикосновения поверхности спирального отвода (2) корпуса насоса (1) подвергнуты дополнительной механической обработке (шлифовке) до получения значения шероховатости Ra от 3,2 до 6,3 мкм.
Проведенные испытания насоса шариковой очистки с указанными параметрами показали, что за счет такой конструкции значительно от 2 до 3 раз увеличивается срок службы шариков резиновых пористых очищающих, используемых в оборудовании шариковой очистки.