СВЕКЛОНАСОС

Полезная модель относится к насосостроению и может быть использована в сахарной промышленности для подъема и подачи свеклы в моечное отделение сахарного завода.
Известен свеклонасос (см. патент РФ №2200878 МПК F04D 7/04, 29/24. Опубл. 20.03.2003), содержащий корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и консольно установленное на валу рабочее колесо, состоящее из переднего и заднего дисков в виде конусов и укрепленных между ними изогнутых лопастей, при этом на внутренней поверхности корпуса и поверхности рабочего колеса размещены покрытия из эластичного материала, при этом изогнутая лопасть рабочего колеса выполнена из композитного материала, который включает резинотканевую оболочку и сборный каркас, содержащий основной участок, представляющий жесткую конструкцию и хвостовик, представляющий гибкую конструкцию, а резинотканевая оболочка равномерно распределена по всему объему сборного каркаса, причем на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки, покрытой эластичным материалом, выполнены криволинейные канавки, сходящиеся к выходу изогнутой лопасти.
Недостатком данной конструкции является повышенные энергозатраты при длительной эксплуатации, обусловленные необходимостью преодоления увеличивающегося гидравлического сопротивления нагнетательного патрубка из-за налипания на его внутренней поверхности загрязнений, сопутствующих подаче свеклы с тяжелыми и легкими примесями.
Известен свеклонасос (см. патент РФ №2416741 МПК F04D 7/04. Опубл. 20.04.2011), содержащий корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и консольно установленное на валу рабочее колесо, состоящее из переднего и заднего дисков в виде конусов и укрепленных между ними изогнутых лопастей, на внутренней поверхности корпуса и поверхностях рабочего колеса размещены покрытия из эластичного материала, при этом изогнутая лопасть рабочего колеса выполнена из композитного материала, который включает резинотканевую оболочку и сборный каркас, содержащий основной участок, представляющий жесткую конструкцию и хвостовик, представляющий гибкую конструкцию, а резинотканевая оболочка равномерно распределена по всему объему сборного каркаса, причем на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки, покрытой эластичным материалом, выполнены криволинейные канавки, сходящиеся к выходу изогнутой лопасти, на внутренней поверхности нагнетающего патрубка выполнены криволинейные канавки, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а касательная криволинейных канавок на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки имеет направление против хода часовой стрелки.
Недостатком является возрастание энергозатрат на привод электронасоса при длительной эксплуатации, что обусловлено увеличением гидравлического сопротивления нагнетательного патрубка, обусловленного наличием загрязнений в виде грязи и легких примесей, налипающих на его внутреннюю поверхность с криволинейными канавками, а это приводит к уменьшению проходного сечения нагнетательного патрубка.
Технической задачей является поддержание нормированных энергозатрат при длительной эксплуатации путем устранения возрастания гидравлического сопротивления нагнетательного патрубка свеклонасоса за счет постоянного стряхивания налипающих загрязнений с его внутренней поверхности с криволинейными канавками под воздействием термовибрации.
Технический результат достигается тем, что свеклонасос содержит корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и консольно установленное на валу рабочее колесо, состоящее из переднего и заднего дисков в виде конусов и укрепленных между ними изогнутых лопастей, на внутренней поверхности корпуса и поверхностях рабочего колеса размещены покрытия из эластичного материала, при этом изогнутая лопасть рабочего колеса выполнена из композитного материала, который включает резинотканевую оболочку и сборный каркас, содержащий основной участок, представляющий жесткую конструкцию и хвостовик, представляющий гибкую конструкцию, а резинотканевая оболочка равномерно распределена по всему объему сборного каркаса, причем на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки, покрытой эластичным материалом, выполнены криволинейные канавки, сходящиеся к выходу изогнутой лопасти, при этом на внутренней поверхности нагнетающего патрубка выполнены криволинейные канавки, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а касательная криволинейных канавок на хвостовике по поверхности резинотканевой оболочки имеет направление против хода часовой стрелки, при этом нагнетательный патрубок выполнен из биметалла причем материал биметалла внутренней поверхности нагнетательного патрубка имеет коэффициент теплопроводности в 4,0-4,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла с внешней поверхности.
На фиг. 1 схематически изображен свеклонасос; на фиг. 2 - хвостовик изогнутой лопасти рабочего колеса с криволинейными канавками, касательная которых имеет направление против хода часовой стрелки; на фиг. 3 - внутренняя поверхность нагнетающего патрубка с криволинейными канавками, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки; на фиг. 4 - нагнетательный патрубок из биметалла.
Свеклонасос содержит цилиндрический корпус 1, по горизонтальной оси которого расположен всасывающий патрубок 2, а по касательной к корпусу установлен нагнетающий патрубок 3. Внутри корпуса 1 на валу 4, размещенном в опоре 5, консольно установлено рабочее колесо, состоящее из переднего диска 6, заднего диска 7 и изогнутых лопастей 8. Лопасть 8 выполнена из композиционного материала, который включает резинотканевую оболочку 9 и сборный каркас, содержащий основной участок 10, представляющий жесткую конструкцию, и хвостовик 11, представляющий гибкую конструкцию, при этом на хвостовике 11 по резинотканевой оболочке, покрытой эластичным материалом 12, выполнены криволинейные канавки 13, сходящиеся к выходу изогнутой лопатки 8. Задний диск 7 выполнен в виде конуса, а передний диск 6 - в виде усеченного конуса.
Задний диск 7 вершиной своего корпуса обращен к патрубку 2, а передний диск 6 своим большим основанием обращен к заднему диску 7. Диски 6 и 7 жестко связаны между собой изогнутыми лопастями 8. На внутренней поверхности корпуса 1, поверхности заднего диска 7, переднего диска 6 размещены покрытия 12 из эластичного материала, например, полиэтилена. На внутренней поверхности 14 нагнетательного патрубка 3 выполнены криволинейные канавки 15, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а касательная криволинейных канавок 13 на хвостовике 11 по поверхности резинотканевой оболочки 9, покрытой материалом 12, имеет направление против хода часовой стрелки.
Нагнетательный патрубок 3 выполнен из биметалла 16, причем материал 17 биметалла 16 внутренней поверхности 14 нагнетательного патрубка 3 имеет коэффициент теплопроводности (например, алюминий с коэффициентом теплопроводности 204 Вт/(м·гр); см. стр. 312, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980 - 469 с.) в 4,0-4,5 раза выше чем коэффициент теплопроводности материала 18 биметалла 14 с внешней поверхности 19 (например, сталь с коэффициентом теплопроводности 45 Вт/(м·гр) см. там же).
Свеклонасос работает следующим образом.
Из нагнетательного патрубка 3 непрерывно во время работы свеклонасоса поступает свекла с загрязнениями в виде как растворившейся почвы - грязи, так и тяжелых и легких примесей, которые, особенно грязь при длительнйо эксплуатации налипают на внутреннюю поверхность 14, уменьшая прохладное сечение нагнетательного патрубка 3. В результате необходимо увеличивать мощность привода свеклонасоса для преодоления дополнительного гидравлического сопротивления нагнетательного патрубка.
Водопроводная вода с температурой от 5 до 12°C (см. СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий. М.: Стройиздат. 1985), транспортирующая свеклу по нагнетательному патрубку 3 контактирует по внутренней поверхности 14 с материалом 17 биметалла 16, а внешняя поверхность 19 контактирует с воздухом помещения, в котором размещен свеклонасос и имеющий температуру 18-22°C (см., например СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат, 1991). В результате между внутренней поверхностью 14 и внешней поверхностью 19 нагнетательного патрубка 3 образуется разность температур от 6 до 17°C. При выполнении материала 17 биматериала 16 с коэффициентом теплопроводности в 4,0-4,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала 18 градиент температур в биметалле 16 обеспечивают появление термовибрации (см., например, Дмитриев А.Н. Биметаллы. Пермь. 1991). А это практически устраняет вероятность налипания загрязнений на внутреннюю поверхность 14 материала 17 нагнетательного патрубка 3 из биметалла 16, следовательно, поддержание постоянства площади сечения нагнетательного патрубка 3 и, соответственно, его гидравлического сопротивления. А это устраняет необходимость дополнительных энергозатрат на привод свеклонасоса.
Водяной поток, транспортирующий свеклу с тяжелыми и легкими примесями при перемещении по криволинейным канавкам 13 хвостовика 11 закручивается против хода часовой стрелки и отрывается от поверхности резинотканевой оболочки, а при входе в нагнетательный патрубок 3 этот поток начинает перемещаться по криволинейным канавкам 15, расположенным на внутренней поверхности 14 и закручивается по ходу часовой стрелки. При этом в зоне отрыва водяного потока от хвостовика 9 и последующего входа в нагнетательный патрубок 3 образуются микрозавихрения тяжелых и легких примесей с взаимно противоположными направлениями вращения, соприкосновения которых приводит к микровзрывам, препятствующим процессу налипания загрязнений на внутренней поверхности 14 нагнетательного патрубка 3. В результате при эксплуатации свеклонасоса проходное сечение нагнетающего патрубка 3 не уменьшается из-за налипания загрязнений на внутренней поверхности 14, т.е. не увеличивается гидравлическое сопротивление на выходе из нагнетающего патрубка 3 и, соответственно, отсутствует необходимость увеличения мощности привода свеклонасоса в ходе его работы.
Свекловодяная смесь поступает через всасывающий патрубок 2 по оси свеклонасоса в пространство между 7 и передним 6 дисками вращающегося рабочего колеса. Благодаря конической форме заднего и переднего дисков свекловодяная смесь плавно изменяет направления перемещения с осевого на радиальное, захватывается изогнутыми лопастями 8, выполненными из композиционного материала, и поступает по цилиндрической поверхности корпуса 1 к нагнетающему патрубку 3. Находящиеся в свекловодяной смеси тяжелые и легкие примеси соударяются с основным участком 10, имеющим каркас, например, из жесткой металлической конструкции, изогнутых лопастей 8 и под действием центробежных сил перемещаются к периферии рабочего колеса. Энергия соударения передается через полимерное эластичное покрытие резинотканевой оболочке 9 и далее к жесткой конструкции основного участка 10. Выполнение изогнутых лопастей 8 из композиционного материала при ударе как тяжелых, так легких и примесей обеспечивает деформацию сборного каркаса с резинотканевой оболочкой 9, предотвращая интенсивное повреждение свеклы. В результате часть энергии соударения тяжелых и легких примесей свекловодяной смеси поглощается износостойкими элементами изогнутых лопастей 8, а остальная возвращается ударившимися примесями и потоку жидкости, обеспечивая заданный напор свеклонасоса.
Переместившиеся к периферии рабочего колеса тяжелые и легкие примеси воздействуют на хвостовик 11, который имеет гибкую конструкцию каркаса, например, выполненную из металлической сетки, находящуюся в резинотканевой оболочке 9 и покрытую эластичным материалом. В результате наблюдается упругое отклонение хвостовика 11, обеспечиваемое при любом направлении удара тяжелых и легких примесей, что практически устраняет заклинивание гибких лопастей 8.
При случайно-вероятностном характере попадания тяжелых и легких примесей в процессе вращения рабочего колеса между корпусом 1 и хвостовиком 11 последний упруго отклоняется, как бы перекатывается по примеси, и сбрасывает ее в объем свекловодяной смеси, определяемый лопастью 8, следующей по ходу вращения рабочего колеса, дисками 6 и 7, а также корпусом 1. В результате устраняются условия заклинивания свеклонасоса, которые наблюдались при выполнении изогнутых лопастей 8 на сплошной жесткой основе.
Вследствие воздействия на изогнутую лопасть 8 тяжелых и легких примесей, находящихся в свекловодяной смеси, эпюры давлений на рабочей и тыльной сторонах лопасти несколько отличаются друг от друга. Для устранения данного явления на хвостовике 11 по поверхности резинотканевой оболочки 9, покрытой эластичным материалом, выполнены криволинейные канавки 13, сходящиеся к выходу изогнутых лопастей 8. В результате из-за разности давлений на рабочей и тыльной поверхностях каждой лопасти 8 свекловодяная смесь по винтообразным продольно расположенным канавкам 13 пересекает от поверхности с большим давлением к поверхности с меньшим давлением. При этом эпюры давлений вдоль лопастей 8 выравниваются между собой, вследствие чего результирующая сила давления, действующая на рабочее колесо, уменьшается, снижая и вибрации колеса. Геометрия кривизны винтообразных канавок 13 подстраивается под кривизну лопасти так, что вместе они образуют непрерывно суживающийся к выходу криволинейный серповидный профиль хвостовика 11. Благодаря этому ликвидируется или существенно снижаются срывные кромочные явления за полостями 8 рабочего колеса с уменьшением не только потерь напора в свеклонасосе, но и пульсаций статического давления при ударном воздействии тяжелых и легких примесей на поверхности лопастей.
Оригинальность предлагаемой полезной модели заключается в том, что выполнение нагнетательного патрубка из биметалла с материалом на внутренней поверхности с коэффициентом теплопроводности в 4,0-4,5 раза выше, чем материал на его внешней поверхности, обеспечивает при длительной эксплуатации образование термовибрации. Это способствует устранению налипания загрязнений на внутреннюю поверхность нагнетательного патрубка, т.е. предотвращает увеличение его гидравлического сопротивления и, соответственно, нет необходимости увеличения энергозатрат на привод свеклонасоса.