УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ГИДРОФОБНОГО ПОКРЫТИЯ НА РАБОЧИЕ КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Полезная модель относится к области оборудования для нанесения текучей среды на поверхности изделий с целью придания указанным поверхностям особых свойств и может быть использована для формирования гидрофобных покрытий на рабочих колесах насосов, применяемых в частности, в системах теплоснабжения и водоснабжения [Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. Москва, Химия, 1976, 232 с.; Волков А.В., Парыгин А.Г., Чернышев С.А. Особенности гидродинамического взаимодействия рабочего потока с гидрофобизированной поверхностью проточной части центробежных насосов. Энергосбережение и водоподготовка, 2008, №1, с.53-55].
Анализ условий работы насосного оборудования в системах теплоснабжения и водоснабжения показал, что значительное повышение эффективности насосов может быть достигнуто путем модификации поверхности их рабочих колес. Нанесение на поверхности рабочего колеса различного вида покрытий может защитить их от коррозии, накопления отложений или способствовать повышению КПД насоса [Волков А.В., Давыдов А.И., Хованов Г.П. Экспериментальные исследования эффектов гидрофобизации твердых поверхностей и элементов центробежных насосов. Промышленная энергетика. №11, 2010].
Известно решение по патенту RU 2362053 C1, F04D 13/10, 20.07.2009, согласно которому для нанесения полимерного покрытия на рабочее колесо центробежного насоса используют емкость с расплавленным полимером, в которую погружают колесо при одновременном его вращении. Сформированное таким образом покрытие обеспечивает защиту колеса от солеотложений.
В решениях, известных из уровня науки и техники, защита от солеотложений, снижение гидравлического сопротивления и повышение КПД насоса так же достигается при модификации поверхности рабочего колеса путем адсорбции на указанной поверхности алифатического амина с образованием покрытия в виде моно- или полимолекулярной пленки, обладающей свойством гидрофобности [Chang-Hwan Choi, К. Johan A. Westin, and Kenneth S Breuer. Apparent slip flows in hydrophilic and hydrophobic microchannels. Physics of fluids, Vol.15, No. 10, October 2003, pp.2897-2902]. Для формирования такого покрытия рабочее колесо обычно погружают в водную эмульсию алифатического амина, т.е. действуют аналогично приведенному выше способу. Однако в данном случае концентрация ПАВ у покрываемой поверхности, равно как и направление движения молекул ПАВ в покрываемой области неравномерны, что сильно влияет на долговечность покрытия.
Из решений, известных из уровня техники, наиболее близким к полезной модели является установка для нанесения гидрофобного покрытия на рабочие колеса центробежных насосов, содержащая рабочую камеру с входными патрубками для подачи водной эмульсии алифатического амина [Поваров O.A., Куршаков A.B., Рыженков B.A. Физико-химические основы защиты турбоустановок от коррозии с помощью октадецеламина. Вопросы совершенствования эксплуатации и повышения коррозионной надежности паротурбинных установок. Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. совещания. Москва, 1989, с.39-42]. Подача эмульсии осуществляется через патрубок, формирующий поток, направление которого не принималось в расчет с точки зрения качества покрытия. Однако исследования показали, что в таком случае не обеспечивается равномерность покрытия по поверхности рабочего колеса, при этом не достигается достаточного уровня адсорбции амина на некоторых участках поверхности колеса. При эксплуатации обработанного таким образом колеса покрытие с указанных участков быстро уносится, сводя на нет целесообразность модификации рабочего колеса.
Задачей полезной модели является создание установки для нанесения гидрофобного покрытия на рабочие колеса насосов, позволяющей получить на их поверхностях пленку алифатических аминов, обеспечивающую защиту от образования солеотложений, снижение гидравлического сопротивления и повышение КПД насоса в течении длительного времени.
Технический результат достигается тем, что в установке для нанесения гидрофобного покрытия на рабочие колеса центробежных насосов, содержащей рабочую камеру с входными патрубками для подачи водной эмульсии алифатического амина, согласно полезной модели рабочая камера содержит цилиндрический участок, на котором установлены две группы патрубков, причем патрубки одной группы расположены на расстоянии в направлении оси цилиндрического участка от патрубков другой группы, при этом точки пересечения осей патрубков каждой группы с цилиндрическим участком лежат в плоскости, поперечной оси цилиндрического участка, а проекции осей патрубков каждой группы на указанную плоскость направлены по касательной к проекции внешней окружности рабочего колеса, которое размещено между двумя группами патрубков. Патрубки могут быть выполнены с возможностью изменения направления их осей в соответствии с размерами обрабатываемого колеса. В частном случае полезной модели патрубки могут быть установлены при помощи шаровых шарниров.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в обеспечении равномерной толщины покрытия в окружном направлении на каждом радиусе и уменьшении толщины покрытия от периферии к оси колеса в радиальном направлении, что обеспечивает более равномерный износ покрытия на любом радиусе рабочего колеса.
Описание осуществления полезной модели будет пояснено ссылками на фигуры:
фиг.1 - продольный разрез цилиндрического участка рабочей камеры;
фиг.2 - поперечный разрез цилиндрического участка рабочей камеры.
В основе полезной модели лежат результаты исследования вращения жидкости над неподвижным основанием. Вследствие того, что вращение жидкости сопровождается локальным понижением давления, градиент которого направлен к центру вращения, вблизи основания возникает направленное внутрь вращения радиальное течение, которое, свою очередь, вызывает восходящее течение в осевом направлении. Такое течение может быть проиллюстрировано на примере собирающихся в центре чашки чаинок при помешивании чая ложкой [Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Москва, Наука, 1974, 712 с.].
При создании вращательного движения эмульсии алифатического амина скорость ее делится на составляющие: радиальная составляющая скорости относительно поверхности колеса на каждом его радиусе постоянна, а окружная составляющая уменьшается от периферии к центру колеса. Наилучшие условия для адсорбции амина возникают у внешней границы колеса, так как внешние участки контактируют с большим количеством молекул амина, при этом в центре колеса образуется застойная зона, где концентрация амина ниже. Таким образом, сформированное покрытие будет иметь толщину, уменьшающуюся от внешней границы к центру колеса, но равномерную в окружном направлении. Поскольку такое распределение толщины покрытия соответствует распределению скоростей перекачиваемой при работе насоса жидкости, оно будет способствовать равномерному изнашиванию покрытия.
Показанный на фиг.1 и фиг.2 цилиндрический участок 4 рабочей камеры установки для нанесения гидрофобного покрытия на рабочие колеса центробежных насосов содержит патрубки первой группы 1 и патрубки второй группы 2, между которыми установлено рабочее колесо 3. Точки пересечения осей патрубков каждой группы с цилиндрическим участком лежат в плоскостях, поперечных оси цилиндрического участка, а проекции осей патрубков на указанные плоскости, расположены по касательной к проекциям внешней окружности колеса.
Патрубки обеих групп могут быть выполнены поворотными, в этом случае они устанавливаются на цилиндрическом участке, например, при помощи шаровых шарниров. Выполнение патрубков с возможностью поворота позволяет получать требуемое распределение толщины покрытия на колесах с различными осевыми и радиальными размерами. Размещение патрубков в двух разнесенных в осевом направлении группах позволяет одновременно наносить покрытие на противоположные поверхности рабочего колеса.