VERTICAL PULP PUMP WITH EXPOSED IMPELLER
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПУЛЬПОВЫЙ НАСОС С РАБОЧИМ КОЛЕСОМ ОТКРЫТОГО ТИПА

Изобретение относится к насосостроению, а именно, к конструкциям пульповых центробежных насосов вертикального типа, предназначенных для перекачивания абразивных жидких сред.
Известен насос, который содержит рабочее колесо открытого типа, снабженное ступицей, основным диском, рабочими лопатками и лопатками импеллерного уплотнения, закрепленное на валу. В основном диске рабочего колеса выполнены прорези, профиль которых соответствует профилю рабочих лопаток, и в которых размещены объединенные лопатки, ширина которых равна сумме ширины рабочей лопатки, ширины лопатки импеллерного уплотнения и толщины основного диска (RU 2097603 С1, опубл. 27.11.1997).
Известен центробежный насос, включающий корпус с всасывающим и напорным патрубками и рабочее колесо открытого типа. Рабочее колесо содержит диск с закрепленными на нем лопатками постоянной ширины, изогнутыми в плоскости вращения и установленными с возможностью изменения геометрических параметров при воздействии температурного фактора рабочей среды. Лопатки рабочего колеса выполнены в форме полосы из материала с эффектом памяти формы (RU 98500 U1, опубл. 20.10.2010).
Известен погружной центробежный насос для перекачивания агрессивных жидкостей, содержащий установленное в корпусе рабочее колесо, закрепленное на приводном валу электродвигателя винтовым соединением с защитным колпачком. Проточная часть насоса, включая рабочее колесо, выполнена из материала, стойкого в агрессивных средах. Рабочее колесо выполнено в виде диска с радиальными отверстиями и пазами импеллеров на нижней и верхней поверхности диска (RU 98498 U1, опубл. 20.10.2010).
Недостатками известных решений являются повышенные сложность конструкции, материалоемкость и относительно невысокая эффективность работы насоса вследствие повышенных энергозатрат, снижающих КПД перекачивания жидкой среды и требующей дополнительной отработки диффузорности межлопаточных каналов рабочего колеса и отвода.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке вертикального пульпового центробежного насоса, наделенного повышенными ресурсом, надежностью и эффективностью перекачивания абразивных жидких сред и агрессивным динамическим воздействием последних на конструкции и материалы проточной части насоса.
Поставленная задача решается тем, что пульповый насос вертикального типа, согласно изобретению, выполнен центробежным, консольным, полупогружным, содержит ротор с валом, рабочим колесом открытого типа, которое содержит основной диск, оснащенный системой жестко фиксировано прикрепленных к диску криволинейных лопаток, разделенных межлопаточными каналами, и ступицу с замкнутой по образующей боковой поверхностью; а также корпус, который состоит из корпуса ходовой части и корпуса проточной части с проточной полостью, причем, по меньшей мере, внутренняя поверхность проточной полости и поверхности рабочего колеса, включая основной диск, систему соединенных с диском криволинейных лопаток и внешнюю боковую поверхность ступицы, покрыты защитным слоем полимерного износостойкого материала, предпочтительно, типа резины, при этом диск и лопатки рабочего колеса выполнены комбинированной конструкции, состоящей, из формообразующего, преимущественно, пластинчатого силового каркаса и указанного защитного слоя, который нанесен с двух сторон на упомянутые элементы каркаса с возможностью взаимной попарной самоанкеровки оппозитных участков каркаса диска и лопаток, которые для этого снабжены перфорацией с отношением суммарных площадей поперечного сечения перфорации, и заполняющих ее полимерных перемычек, взаимно анкерующих защитные слои, к неперфорированной площади каркаса составляющем 0,12÷0,55 от величины последней, причем силовой каркас, образующий конструктивную основу диска, выполнен в виде размещенного между защитными слоями осесимметричного конструктивного элемента, предпочтительно, в виде снабженной перфорацией круглой пластины, диаметром менее проектного диаметра рабочего колеса минимум на две исходных контурных толщины защитного слоя, а каркас лопаток выполнен, предпочтительно, в виде прикрепленных к каркасу диска криволинейных перфорированных пластин с кривизной, повторяющей проектную кривизну лопаток и высотой менее проектной высоты лопатки, по меньшей мере, на исходную контурную толщину защитного слоя.
-5
3
При этом лопатки рабочего колеса могут быть разделены межлопаточными каналами, активный объем динамического заполнения совокупности которых включает вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (25÷210)×10 м/об перекачиваемой жидкой среды.
Корпус ходовой части может быть выполнен с возможностью размещения в нем вала и встроенных корпусов подшипников для образования подшипниковых опор вала, и конструктивно выполнен охватывающим, по меньшей мере, большую часть длины вала ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.
Вариантно корпус ходовой части может состоять из основного блока, выполненного с возможностью размещения в нем вала и встроенных корпусов подшипников для образования подшипниковых опор вала, а также из соединенного с ним корпуса удлиняющей вставки, при этом указанные составляющие корпуса ходовой части выполнены совместно охватывающими, по меньшей мере, большую часть длины вала ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.
Корпус проточной части может включать корпус отвода и объединенную с всасывающим патрубком заходную стенку и содержит объем, достаточный для размещения рабочего колеса и спирального отвода, который, преимущественно, тангенциально сообщен с выходным напорным патрубком, при этом всасывающий патрубок, проточная полость, отвод и выходной напорный патрубок размещены в корпусе проточной части насоса последовательно с образованием единого канала по потоку перекачиваемой среды, в котором всасывающий патрубок, выполненный осевым, симметричным относительно оси вала, содержит заходную горловину с радиусом, частично перекрывающим в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, оконечности лопаток рабочего колеса, обращенные к указанной оси.
Напорный патрубок может быть выполнен в виде диффузора с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,06÷3,5 раза.
2
3
3
Внутренняя поверхность канала проточной части насоса и поверхности рабочего колеса могут быть покрыты слоем износостойкого защитного материала типа резины, преимущественно, с условной прочностью при растяжении не менее 5,5 МПа (55 кгс/см), относительном удлинении при разрыве не менее 250%; твердости по Шору, А, 55÷70 условных единиц и сопротивлением истиранию не менее 7,15 Дж/мм (715 кгс м/см).
Вал ротора насоса может быть выполнен с возможностью опирания, по меньшей мере, на две подшипниковые опоры с образованием при этом роторной части ходовой стойки насоса и снабжен верхней и нижней консолями, выведенными за пределы упомянутых подшипниковых опор, при этом длина нижней консоли вала выполнена превышающей длину верхней консоли не менее чем 2,25 раза в вариантном исполнении корпуса ходовой части насоса, состоящего из основного блока и не менее чем 3,1 раза при наличии в корпусе ходовой части насоса удлиняющей вставки.
Вал ротора насоса может быть оперт на корпус через упомянутые подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, нижняя содержит радиальный подшипник, а другая, предпочтительно, верхняя содержит радиально-упорный подшипник.
Рабочее колесо, выполненное с крыльчаткой открытого типа, предпочтительно, может быть жестко съемно установлено на нижней консоли вала, выходящей в проточную полость, и содержит жестко закрепленную на основном диске многозаходную систему лопаток с межлопаточными каналами с угловой закруткой тех и других, выполненной с постоянным или переменным радиусом кривизны в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, а межлопаточные каналы выполнены диффузорно расширяющимися в направлении от оси вала к периферии, причем высота лопатки на входе выполнена превышающей высоту лопатки на выходе в 1,35÷1,63 раза, а площадь на выходе из межлопаточного канала выполнена превышающей площадь на входе в межлопаточный канал в 1,3÷2,1 раза.
Пульповый насос может быть предназначен для перекачивания абразивных жидкостей - суспензий руд, пульпы, промышленных стоков, загрязненной технической воды, пластовой воды, с песком с плотностью до 2200 кг/м3, с температурой от 3 до 80°С, водородным показателем до 10 рН и твердыми включениями в виде дискретных абразивных частиц до 8 мм, с микротвердостью до 9 ГПа и объемной концентрацией микрочастиц до 50% включительно.
Пульповый насос может быть выполнен с возможностью силового соединения с электродвигателем, преимущественно, асинхронным мощностью от 15 до 75 кВт для использования последнего в качестве привода вала ротора насоса с обеспечением частоты вращения вала, передаваемой рабочему колесу, предпочтительно, 1450 об/мин с возможностью использования электродвигателей с числом оборотов вала до 3000 об/мин.
Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, состоит в разработке вертикального пульпового центробежного насоса, наделенного повышенными ресурсом, надежностью и эффективностью перекачивания абразивных жидких сред и агрессивным динамическим воздействием последних на конструкции и материалы проточной части насоса. Это достигается совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений, в первую очередь, проточной части и рабочего колеса, выполненных с защитной футеровкой из упругого материала типа резины при найденных в изобретении технологических параметрах выполнения футеровки, что снижает материалоемкость элементов рабочего колеса и проточной части насоса и повышает эксплуатационную эффективность и надежность работы насоса.
Кроме того, в изобретении вариантно решена возможность работы насоса при заборе перекачиваемой среды из расширенного диапазона глубин в емкости или шламонакопителе, что достигается за счет выполнения центробежного насоса с базовой или повышенной длиной ходовой стойки путем включения удлиняющей вставки корпуса без изменения параметров остальных частей корпуса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен корпус проточной части центробежного насоса с защитным слоем из полимерного износостойкого материала, продольный разрез;
на фиг. 2 - рабочее колесо открытого типа, в сборе.
Пульповый насос вертикального типа конструктивно предназначен для перекачивания жидких сред с включениями твердых абразивных частиц.
Пульповый насос выполнен центробежным, консольным, полупогружным. Насос содержит корпус, ротор с валом 1, рабочим колесом 2 открытого типа. Рабочее колесо 2 содержит основной диск 3, оснащенный системой жестко фиксировано прикрепленных к диску криволинейных лопаток 4, разделенных межлопаточными каналами 5, и ступицу 6 с замкнутой по образующей боковой поверхностью. Корпус насоса состоит из корпуса 7 ходовой части и корпуса 8 проточной части с проточной полостью 9.
По меньшей мере, внутренняя поверхность проточной полости 9 и поверхности рабочего колеса 2, включая основной диск 3, систему соединенных с диском криволинейных лопаток 4 и внешнюю боковую поверхность ступицы 6, покрыты защитным слоем полимерного износостойкого материала, предпочтительно, типа резины.
Диск 3 и лопатки 4 рабочего колеса 2 выполнены комбинированной конструкции, состоящей, из формообразующего, преимущественно, пластинчатого силового каркаса и указанного защитного слоя. Защитный слой нанесен с двух сторон на упомянутые элементы каркаса с возможностью взаимной попарной самоанкеровки оппозитных участков каркаса диска 3 и лопаток 4. Каркас диска 3 и лопатки 4 снабжены перфорацией с отношением суммарных площадей поперечного сечения перфорации, и заполняющих ее полимерных перемычек, взаимно анкерующих защитные слои, к неперфорированной площади каркаса составляющем 0,12÷0,55 от величины последней.
Силовой каркас, образующий конструктивную основу диска 3, выполнен в виде размещенного между защитными слоями осесимметричного конструктивного элемента, предпочтительно, в виде снабженной перфорацией круглой пластины, диаметром менее проектного диаметра рабочего колеса 2 минимум на две исходных контурных толщины защитного слоя.
Каркас лопаток 4 выполнен, предпочтительно, в виде прикрепленных к каркасу диска криволинейных перфорированных пластин с кривизной, повторяющей проектную кривизну лопаток и высотой менее проектной высоты лопатки 4, по меньшей мере, на исходную контурную толщину защитного слоя.
-5
3
Лопатки 4 рабочего колеса 2 разделены межлопаточными каналами 5, активный объем динамического заполнения совокупности которых включает вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (25÷210)×10 м/об перекачиваемой жидкой среды.
Корпус 7 ходовой части выполнен с возможностью размещения в нем вала 1 и встроенных корпусов подшипников (на чертежах не показано) для образования подшипниковых опор вала 1, и конструктивно выполнен охватывающим, по меньшей мере, большую часть длины вала 1 ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.
Вариантно корпус 7 ходовой части состоит из основного блока, выполненного с возможностью размещения в нем вала 1 и встроенных корпусов подшипников для образования подшипниковых опор вала 1, а также из соединенного с ним корпуса удлиняющей вставки (на чертежах не показано). Указанные составляющие корпуса 7 ходовой части выполнены совместно охватывающими, по меньшей мере, большую часть длины вала 1 ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.
Корпус 8 проточной части включает корпус 10 отвода и объединенную с всасывающим патрубком 11 заходную стенку 12 и содержит объем, достаточный для размещения рабочего колеса 2 и спирального отвода, который, преимущественно, тангенциально сообщен с выходным напорным патрубком 13. Всасывающий патрубок 11, проточная полость 9, отвод и выходной напорный патрубок 13 размещены в корпусе 8 проточной части насоса последовательно с образованием единого канала по потоку перекачиваемой среды. Всасывающий патрубок 11, выполненный осевым, симметричным относительно оси вала 1, содержит заходную горловину 14 с радиусом, частично перекрывающим в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1, оконечности лопаток 4 рабочего колеса 2, обращенные к указанной оси.
Напорный патрубок 13 выполнен в виде диффузора с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,06÷3,5 раза.
2
3
3
Внутренняя поверхность канала проточной части 9 насоса и поверхности рабочего колеса 2 покрыты слоем износостойкого защитного материала типа резины, преимущественно, с условной прочностью при растяжении не менее 5,5 МПа (55 кгс/см), относительном удлинении при разрыве не менее 250%; твердости по Шору, А, 55÷70 условных единиц и сопротивлением истиранию не менее 7,15 Дж/мм (715 кгс м/см).
Вал 1 ротора насоса выполнен с возможностью опирания, по меньшей мере, на две подшипниковые опоры с образованием при этом роторной части ходовой стойки насоса и снабжен верхней и нижней консолями, выведенными за пределы упомянутых подшипниковых опор. Длина нижней консоли 15 вала 1 выполнена превышающей длину верхней консоли не менее чем 2,25 раза в вариантном исполнении корпуса 7 ходовой части насоса, состоящего из основного блока и не менее чем 3,1 раза при наличии в корпусе 7 ходовой части насоса удлиняющей вставки.
Вал 1 ротора насоса оперт на корпус через упомянутые подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, нижняя содержит радиальный подшипник, а другая, предпочтительно, верхняя содержит радиально-упорный подшипник.
Рабочее колесо 2, выполненное с крыльчаткой открытого типа, предпочтительно, жестко съемно установлено на нижней консоли 15 вала 1, выходящей в проточную полость 9, и содержит жестко закрепленную на основном диске 3 многозаходную систему лопаток 4 с межлопаточными каналами 5 с угловой закруткой тех и других, выполненной с постоянным или переменным радиусом кривизны в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1. Межлопаточные каналы 5 выполнены диффузорно расширяющимися в направлении от оси вала 1 к периферии. Высота лопатки 4 на входе выполнена превышающей высоту лопатки на выходе в 1,35÷1,63 раза, а площадь на выходе из межлопаточного канала 5 выполнена превышающей площадь на входе в межлопаточный канал в 1,3÷2,1 раза.
Пульповый насос предназначен для перекачивания абразивных жидкостей - суспензий руд, пульпы, промышленных стоков, загрязненной технической воды, пластовой воды, с песком с плотностью до 2200 кг/м3, с температурой от 3 до 80°С, водородным показателем до 10 рН и твердыми включениями в виде дискретных абразивных частиц до 8 мм, с микротвердостью до 9 ГПа и объемной концентрацией микрочастиц до 50% включительно.
Пульповый насос выполнен с возможностью силового соединения с электродвигателем, преимущественно, асинхронным мощностью от 15 до 75 кВт для использования последнего в качестве привода вала ротора насоса с обеспечением частоты вращения вала, передаваемой рабочему колесу, предпочтительно, 1450 об/мин с возможностью использования электродвигателей с числом оборотов вала до 3000 об/мин.
Работа предлагаемого насоса осуществляется следующим образом.
Перекачиваемая жидкая среда через всасывающий патрубок 11, попадая на вход во вращающееся центробежное рабочее колесо 2, перемещается от центра к периферии под действием центробежных сил и диффузного расширения в межлопаточных каналах 5 рабочего колеса 2, приобретая при этом кинетическую энергию и получая закрутку в направлении вращения рабочего колеса 2.
После выхода из рабочего колеса 2 поток переходит в диффузорный спиральный отвод, расширяющийся к напорному патрубку 13 в режиме соблюдения равенства скоростей потока на протяжении отвода. Из отвода перекачиваемая жидкая среда попадает в напорный патрубок 13, выполненный диффузорным со снижением скорости при прохождении в патрубке в 2,1 раза и одновременным переходом части кинетической энергии потока в потенциальную и поступает в трубопровод для транспортирования к следующему объекту.
Таким образом, наличие стойкой к абразивной агрессии упругой футеровки проточной полости и рабочего колеса увеличивает продолжительность межремонтной работы на 18-20%, сохраняя от изнашивания металлические элементы проточной части и рабочего колеса.