ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПУЛЬПОВЫЙ НАСОС С РАБОЧИМ КОЛЕСОМ ОТКРЫТОГО ТИПА (ВАРИАНТЫ)
VERTICAL PULP PUMP WITH EXPOSED IMPELLER (VERSIONS)

Изобретение относится к насосостроению, а именно, к конструкциям пульповых электронасосных агрегатов вертикального типа, предназначенных для перекачивания различных абразивных жидкостей с твердыми включениями размером до 8 мм.
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 неоптимальной диффузорности межлопаточных каналов рабочего колеса и отвода.
Задача настоящего изобретения заключается в вариантной разработке пульпового насоса вертикального типа, наделенного повышенными ресурсом, простотой конструкции и сборки, долговечностью, надежностью и эффективностью перекачивания жидких сред с высоким процентным содержанием твердых абразивных частиц и агрессивным динамическим воздействием последних на конструкции и материалы проточной части насоса.
-5
3
Поставленная задача в части пульпового насоса по первому варианту решается тем, что пульповый насос вертикального типа, согласно изобретению, выполнен центробежным, консольным, полупогружным, содержит ротор с валом и рабочим колесом открытого типа, а также корпус, который состоит из корпуса ходовой части и корпуса проточной части насоса, причем корпус ходовой части состоит из основного блока, предназначенного для 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, а корпус проточной части содержит корпус отвода, тыльную стенку и проточную полость, выполненную с возможностью размещения в ней рабочего колеса, охваченного по контуру спиральным отводом, и снабжен всасывающим осевым, а также выходным напорным, предпочтительно, тангенциальным патрубками, при этом напорный патрубок выполнен в виде диффузора с различной площадью входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,07÷3,2 раза, причем вал ротора насоса выполнен с возможностью опирания, по меньшей мере, на две подшипниковые опорыс образованием 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 не менее чем в 3,1 раза длину верхней консоли; рабочее колесо открытого типа содержит основной диск и оснащено системой жестко фиксировано прикрепленных к диску лопаток, криволинейных, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, при этом лопатки 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.
При этом корпус проточной части может быть соединен с нижним торцом корпуса удлиняющей вставки, а вал ротора насоса выполнен удлиненным не менее чем на величину высоты корпуса указанной удлиняющей вставки.
Рабочее колесо может быть выполнено в виде крыльчатки открытого типа, содержит ступицу, посредством которой жестко съемно установлено на нижней консоли вала, выходящей в проточную полость и содержит жестко закрепленную на основном диске многозаходную систему лопаток с угловой закруткой, выполненной с постоянным или переменным радиусом кривизны, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, при этом межлопаточные каналы выполнены диффузорно расширяющимися в направлении от оси вала к периферии, а конфигурация угловой закрутки лопаток и медиальных осей расположенных между ними межлопаточных каналов рабочего колеса в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, определена градиентом угловой закрутки оси лопатки, и совпадающим с ним градиентом угловой закрутки медиальной оси межлопаточного канала, причем указанный градиент выражен отношением разности величин угла между радиусом, проведенным через точку касания к вершине заходного конца лопатки или медиальной оси канала, и касательной к любой точке любой из указанных осей лопатки, канала, отнесенной к разности радиальных расстояний рассматриваемых точек от оси рабочего колеса, при этом среднее значение градиента угловой закрутки соответственно лопатки и межлопаточного канала указанного рабочего колеса составляет 5÷50 рад/м.
Корпус отвода может быть выполнен объединенным с всасывающим патрубком, а спиральный отвод, преимущественно, тангенциально сообщен с напорным патрубком, причем тыльная стенка выполнена в виде бронедиска, отделяющего объем проточной части от ходовой стойки и конструктивно объединяющего корпуса проточной и ходовой частей насоса, 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, обращенные к указанной оси.
Бронедиск может быть выполнен в форме круговой пластины, применяемой в качестве бронированного участка тыльной стенки корпуса проточной полости, при этом пластина бронедиска выполнена с проемом в центральной части, обеспечивающем возможность пропуска через него ступицы рабочего колеса, а по контуру ограничена радиусом, обеспечивающем возможность конгруэнтного заведения в ответный проем корпуса проточной части, и дополнена не менее чем двумя внешними, последовательно превышающими указанный радиус ступенчато смещенными в направлении проходной части корпуса насоса кольцевыми выступами, по форме обеспечивающими конгруэнтное совмещение с кольцевым уступом и наложение на торец стенки проточной полости корпуса проточной части насоса.
Корпус отвода может образовать спиральный отвод, который за пределами контура рабочего колеса имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и выпукло изогнутую в условной плоскости, нормальной к упомянутой, и проведенной через ось вала ротора насоса, при этом указанная оболочка снабжена на выходе проемом, сообщенным по потоку с тангенциально примыкающем к ней напорным патрубком проточной части насоса.
Вал ротора насоса может быть выполнен состоящим из участков с различными диаметрами, при этом участок с наибольшим диаметром имеет, по меньшей мере, в зонах примыкания к подшипниковыми опорам диаметр, превышающий диаметры остальных участков вала, которые выполнены с диаметрами, ступенчато последовательно убывающими в направлении к консолям вала.
Вал ротора насоса может быть оперт на корпус через подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, нижняя содержит радиальный подшипник, а другая, предпочтительно, верхняя содержит радиально-упорный подшипник, кроме того подшипниковые опоры снабжены системой смазки верхнего и нижнего подшипников, включающей, по меньшей мере, трубку подвода консистентной смазки к нижнему подшипнику.
Насос в зоне проточной части может содержать гидродинамическое уплотнение, выполненное в виде образующей импеллер системы лучевых отбойных лопаток на обращенной к бронедиску тыльной стороне основного диска рабочего колеса.
Нижняя консоль вала в зоне, примыкающей к ступице рабочего колеса, может быть снабжена охватывающей вал упорной втулкой, и примыкающем к ней с внешней стороны кольцевым отбойником, выполненным в виде, по меньшей мере, одного кольцевого диска с возможность сообщения с перекачиваемой жидкой средой посредством дополнительно не менее одного проема, выполненного, по меньшей мере, в нижней части корпуса ходовой части.
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°C, водородным показателем до 10 pH 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.
-5
3
Поставленная задача в части пульпового насоса по первому варианту решается тем, что пульповый насос вертикального типа, согласно изобретению, выполнен центробежным, консольным, полупогружным, содержит ротор с валом и рабочим колесом открытого типа, а также корпус, который состоит из корпуса ходовой части и корпуса проточной части насоса, при этом корпус ходовой части 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, а корпус проточной части содержит корпус отвода, тыльную стенку и проточную полость, выполненную с возможностью размещения в ней рабочего колеса, охваченного по контуру спиральным отводом, и снабжен всасывающим осевым, а также выходным напорным, предпочтительно, тангенциальным патрубками, при этом напорный патрубок выполнен в виде диффузора с различной площадью входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,07÷3,2 раза, причем вал ротора насоса выполнен с возможностью опирания, по меньшей мере, на две подшипниковые опорыс образованием 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 не менее чем в 2,2 раза длину верхней консоли; рабочее колесо открытого типа содержит основной диск и оснащено системой жестко фиксировано прикрепленных к диску лопаток, криволинейных, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, при этом лопатки 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.
При этом рабочее колесо может быть выполнено в виде крыльчатки открытого типа, содержит ступицу, посредством которой жестко съемно установлено на нижней консоли вала, выходящей в проточную полость и содержит жестко закрепленную на основном диске многозаходную систему лопаток с угловой закруткой, выполненной с постоянным или переменным радиусом кривизны, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, при этом межлопаточные каналы выполнены диффузорно расширяющимися в направлении от оси вала к периферии, а конфигурация угловой закрутки лопаток и медиальных осей расположенных между ними межлопаточных каналов рабочего колеса в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, определена градиентом угловой закрутки оси лопатки, и совпадающим с ним градиентом угловой закрутки медиальной оси межлопаточного канала, причем указанный градиент выражен отношением разности величин угла между радиусом, проведенным через точку касания к вершине заходного конца лопатки или медиальной оси канала, и касательной к любой точке любой из указанных осей лопатки, канала, отнесенной к разности радиальных расстояний рассматриваемых точек от оси рабочего колеса, при этом среднее значение градиента угловой закрутки соответственно лопатки и межлопаточного канала указанного рабочего колеса составляет 5÷50 рад/м.
Корпус отвода может быть выполнен объединенным с всасывающим патрубком, а спиральный отвод, преимущественно, тангенциально сообщен с напорным патрубком, причем тыльная стенка выполнена в виде бронедиска, отделяющего объем проточной части от ходовой стойки и конструктивно объединяющего корпуса проточной и ходовой частей насоса, 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, обращенные к указанной оси.
Бронедиск может быть выполнен в форме круговой пластины, применяемой в качестве бронированного участка тыльной стенки корпуса проточной полости, при этом пластина бронедиска выполнена с проемом в центральной части, обеспечивающем возможность пропуска через него ступицы рабочего колеса, а по контуру ограничена радиусом, обеспечивающем возможность конгруэнтного заведения в ответный проем корпуса проточной части, и дополнена не менее чем двумя внешними, последовательно превышающими указанный радиус ступенчато смещенными в направлении проходной части корпуса насоса кольцевыми выступами, по форме обеспечивающими конгруэнтное совмещение с кольцевым уступом и наложение на торец стенки проточной полости корпуса проточной части насоса.
Корпус отвода может образовать спиральный отвод, который за пределами контура рабочего колеса имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и выпукло изогнутую в условной плоскости, нормальной к упомянутой, и проведенной через ось вала ротора насоса, при этом указанная оболочка снабжена на выходе проемом, сообщенным по потоку с тангенциально примыкающем к ней напорным патрубком проточной части насоса.
Вал ротора насоса может быть выполнен состоящим из участков с различными диаметрами, при этом участок с наибольшим диаметром имеет, по меньшей мере, в зонах примыкания к подшипниковыми опорам диаметр, превышающий диаметры остальных участков вала, которые выполнены с диаметрами, ступенчато последовательно убывающими в направлении к консолям вала.
Вал ротора насоса может быть оперт на корпус через подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, нижняя содержит радиальный подшипник, а другая, предпочтительно, верхняя содержит радиально-упорный подшипник, кроме того подшипниковые опоры снабжены системой смазки верхнего и нижнего подшипников, включающей, по меньшей мере, трубку подвода консистентной смазки к нижнему подшипнику.
Насос в зоне проточной части может содержать гидродинамическое уплотнение, выполненное в виде образующей импеллер системы лучевых отбойных лопаток на обращенной к бронедиску тыльной стороне основного диска рабочего колеса.
Нижняя консоль вала в зоне, примыкающей к ступице рабочего колеса, может быть снабжена охватывающей вал упорной втулкой, и примыкающем к ней с внешней стороны кольцевым отбойником, выполненным в виде, по меньшей мере, одного кольцевого диска с возможность сообщения с перекачиваемой жидкой средой посредством дополнительно не менее одного проема, выполненного, по меньшей мере, в нижней части корпуса ходовой части.
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°C, 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 вариантной разработке пульпового насоса, наделенного повышенными ресурсом, надежностью и эффективностью перекачивания абразивных жидких сред. Это достигается совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и технологических параметров основных узлов и элементов насоса, в том числе конструкции рабочего колеса закрытого типа с системой лопаток и межлопаточных каналов, конструктивного решения и формы спирального отвода и напорного патрубка, обеспечивающих в совокупности достигаемые в изобретении повышенную производительность и КПД насоса, а также найденного в изобретения геометрического соотношения параметров ступенчато изменяемых диаметров вала и соотношения длин основного участка и консольных оконечностей, что обеспечивает повышение устойчивости и долговечности работы вала и насоса в целом.
Технический результат выражается также в повышенной износостойкости наиболее изнашиваемых частей проточной части предлагаемой конструкции насоса, в частности, за счет выполнения тыльной стенки корпуса проточной части в виде бронедиска разработанной в изобретении полифункциональной конструкции, обеспечивающей кроме того силовое сопряжение примыкающих к нему конструктивных частей корпуса насоса. Кроме того, в изобретении вариантно решена возможность работы насоса с погружением на различную глубину в емкость с перекачиваемой средой, что достигается за счет выполнения 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 изображена пульповый насос, продольный разрез;
на фиг.2 - конструктивная схема верхней подшипниковой опоры, частичный разрез;
на фиг.3 - конструктивная схема нижней подшипниковой опоры, частичный разрез;
на фиг.4 - рабочее колесо пульпового насоса, в сборе;
на фиг.5 - конструкция рабочего колеса, поперечный разрез.
Пульповый насос вертикального типа выполнен центробежным, консольным, полупогружным, содержит ротор с валом 1 и рабочим колесом 2 открытого типа, а также корпус, который состоит из корпуса 3 ходовой части и корпуса 4 проточной части насоса.
Корпус 3 ходовой части состоит из основного блока 5, предназначенного для размещения в нем вала 1 и встроенных корпусов 6 подшипников для образования подшипниковых опор вала 1, а также из соединенного с ним корпуса 7 удлиняющей вставки. Указанные составляющие 5, 7 корпуса 3 ходовой части выполнены совместно охватывающими, по меньшей мере, большую часть длины вала 1 ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.
Корпус 4 проточной части содержит корпус отвода 8, тыльную стенку 9 и проточную полость 10, выполненную с возможностью размещения в ней рабочего колеса 2, охваченного по контуру спиральным отводом, и снабжен всасывающим осевым патрубком 11, а также выходным напорным, предпочтительно, тангенциальным патрубком 12. Напорный патрубок выполнен в виде диффузора с различной площадью входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,07÷3,2 раза.
Вал ротора насоса выполнен с возможностью опирания, по меньшей мере, на две подшипниковые опоры с образованием роторной части ходовой стойки насоса и снабжен верхней и нижней консолями 13 и 14 соответственно, выведенными за пределы упомянутых подшипниковых опор. Длина нижней консоли 14 вала выполнена превышающей не менее чем в 3,1 раза длину верхней консоли 13.
-5
3
Рабочее колесо открытого типа содержит основной диск 15 и оснащено системой жестко фиксировано прикрепленных к диску лопаток 16, криволинейных, по меньше мере, в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1. Лопатки разделены межлопаточными каналами 17. Активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов 17 включает вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (25÷210)×10 м/об перекачиваемой жидкой среды.
Корпус 4 проточной части соединен с нижним торцом корпуса 7 удлиняющей вставки, а вал 1 ротора насоса выполнен удлиненным не менее чем на величину высоты корпуса 7 удлиняющей вставки.
Рабочее колесо 2 выполнено в виде крыльчатки открытого типа, содержит ступицу 18, посредством которой жестко съемно установлено на нижней консоли 14 вала 1, выходящей в проточную полость 8 и содержит жестко закрепленную на основном диске многозаходную систему лопаток 16 с угловой закруткой, выполненной с постоянным или переменным радиусом кривизны, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1. Межлопаточные каналы 17 выполнены диффузорно расширяющимися в направлении от оси вала 1 к периферии. Конфигурация угловой закрутки лопаток 16 и медиальных осей расположенных между ними межлопаточных каналов 17 рабочего колеса 2 в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1, определена градиентом угловой закрутки оси лопатки 16, и совпадающим с ним градиентом угловой закрутки медиальной оси межлопаточного канала 17. Указанный градиент выражен отношением разности величин угла между радиусом, проведенным через точку касания к вершине заходного конца лопатки или медиальной оси канала, и касательной к любой точке любой из указанных осей лопатки, канала, отнесенной к разности радиальных расстояний рассматриваемых точек от оси рабочего колеса. Среднее значение градиента угловой закрутки соответственно лопатки 16 и межлопаточного канала 17 указанного рабочего колеса составляет 5÷50 рад/м.
Корпус 8 отвода выполнен объединенным с всасывающим патрубком 11, а спиральный отвод, преимущественно, тангенциально сообщен с напорным патрубком 12. Тыльная стенка 9 выполнена в виде бронедиска, отделяющего объем проточной части от ходовой стойки и конструктивно объединяющего корпуса 3 и 4 соответственно ходовой и проточной насоса. Всасывающий патрубок 11, проточная полость 10, отвод и выходной напорный патрубок 12 размещены в корпусе 4 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 19 с радиусом, частично перекрывающим в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1, оконечности лопаток 16, обращенные к указанной оси.
Бронедиск выполнен в форме круговой пластины, применяемой в качестве бронированного участка тыльной стенки 9 корпуса 4 проточной полости. Пластина бронедиска выполнена с проемом в центральной части, обеспечивающем возможность пропуска через него ступицы 18 рабочего колеса. По контуру пластина бронедиска ограничена радиусом, обеспечивающем возможность конгруэнтного заведения в ответный проем корпуса 4 проточной части, и дополнена не менее чем двумя внешними, последовательно превышающими указанный радиус ступенчато смещенными в направлении проходной части корпуса насоса кольцевыми выступами 20, по форме обеспечивающими конгруэнтное совмещение с кольцевым уступом и наложение на торец стенки проточной полости 8 корпуса 4 проточной части насоса.
Корпус 8 отвода образует спиральный отвод, который за пределами контура рабочего колеса имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и выпукло изогнутую в условной плоскости, нормальной к упомянутой, и проведенной через ось вала 1 ротора насоса. Указанная оболочка снабжена на выходе проемом, сообщенным по потоку с тангенциально примыкающем к ней напорным патрубком 12 корпуса 4 проточной части насоса.
Вал 1 ротора насоса выполнен состоящим из участков с различными диаметрами. Участок с наибольшим диаметром имеет, по меньшей мере, в зонах примыкания к подшипниковыми опорам диаметр, превышающий диаметры остальных участков вала 1, которые выполнены с диаметрами, ступенчато последовательно убывающими в направлении к консолям 13, 14 вала 1.
Вал 1 ротора насоса оперт на корпус через подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, нижняя содержит радиальный подшипник 21, а другая, предпочтительно, верхняя содержит радиально-упорный подшипник 22. Подшипниковые опоры снабжены системой 23 смазки нижнего и верхнего подшипников 21, 22, включающей, по меньшей мере, трубку 24 подвода консистентной смазки к нижнему подшипнику 21.
Насос в зоне проточной части содержит гидродинамическое уплотнение 25, выполненное в виде образующей импеллер системы лучевых отбойных лопаток на обращенной к бронедиску тыльной стороне основного диска 15 рабочего колеса 2.
Нижняя консоль 14 вала в зоне, примыкающей к ступице 18 рабочего колеса 2, снабжена охватывающей вал 1 упорной втулкой 26, и примыкающем к ней с внешней стороны кольцевым отбойником. Отбойник 26 выполнен в виде, по меньшей мере, одного кольцевого диска с возможность сообщения с перекачиваемой жидкой средой посредством дополнительно не менее одного проема 27, выполненного, по меньшей мере, в нижней части корпуса 3 ходовой части.
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.
По второму варианту пульповый насос вертикального типа выполнен центробежным, консольным, полупогружным, содержит ротор с валом 1 и рабочим колесом 2 открытого типа, а также корпус, который состоит из корпуса 3 ходовой части и корпуса 4 проточной части насоса.
Корпус 3 ходовой части выполнен с возможностью размещения в нем вала и встроенных корпусов 6 подшипников для образования подшипниковых опор вала 1 и конструктивно выполнен охватывающим, по меньшей мере, большую часть длины вала ротора, и вместе с последним образуют ходовую стойку насоса.
Корпус 4 проточной части содержит корпус отвода 8, тыльную стенку 9 и проточную полость 10, выполненную с возможностью размещения в ней рабочего колеса 2, охваченного по контуру спиральным отводом, и снабжен всасывающим осевым патрубком 11, а также выходным напорным, предпочтительно, тангенциальным патрубком 12. Напорный патрубок выполнен в виде диффузора с различной площадью входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,07÷3,2 раза.
Вал ротора насоса выполнен с возможностью опирания, по меньшей мере, на две подшипниковые опоры с образованием роторной части ходовой стойки насоса и снабжен верхней и нижней консолями 13 и 14 соответственно, выведенными за пределы упомянутых подшипниковых опор. Длина нижней консоли 14 вала выполнена превышающей не менее чем в 2,2 раза длину верхней консоли 13.
-5
3
Рабочее колесо открытого типа содержит основной диск 15 и оснащено системой жестко фиксировано прикрепленных к диску лопаток 16, криволинейных, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1. Лопатки разделены межлопаточными каналами 17. Активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов 17 включает вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (25÷210)×10 м/об перекачиваемой жидкой среды.
Рабочее колесо 2 выполнено в виде крыльчатки открытого типа, содержит ступицу 18, посредством которой жестко съемно установлено на нижней консоли 14 вала 1, выходящей в проточную полость 8 и содержит жестко закрепленную на основном диске многозаходную систему лопаток 16 с угловой закруткой, выполненной с постоянным или переменным радиусом кривизны, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1. Межлопаточные каналы 17 выполнены диффузорно расширяющимися в направлении от оси вала 1 к периферии. Конфигурация угловой закрутки лопаток 16 и медиальных осей расположенных между ними межлопаточных каналов 17 рабочего колеса 2 в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1, определена градиентом угловой закрутки оси лопатки 16, и совпадающим с ним градиентом угловой закрутки медиальной оси межлопаточного канала 17. Указанный градиент выражен отношением разности величин угла между радиусом, проведенным через точку касания к вершине заходного конца лопатки или медиальной оси канала, и касательной к любой точке любой из указанных осей лопатки, канала, отнесенной к разности радиальных расстояний рассматриваемых точек от оси рабочего колеса. Среднее значение градиента угловой закрутки соответственно лопатки 16 и межлопаточного канала 17 указанного рабочего колеса составляет 5÷50 рад/м.
Корпус 8 отвода выполнен объединенным с всасывающим патрубком 11, а спиральный отвод, преимущественно, тангенциально сообщен с напорным патрубком 12. Тыльная стенка 9 выполнена в виде бронедиска, отделяющего объем проточной части от ходовой стойки и конструктивно объединяющего корпуса 3 и 4 соответственно ходовой и проточной насоса. Всасывающий патрубок 11, проточная полость 10, отвод и выходной напорный патрубок 12 размещены в корпусе 4 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 19 с радиусом, частично перекрывающим в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1, оконечности лопаток 16, обращенные к указанной оси.
Бронедиск выполнен в форме круговой пластины, применяемой в качестве бронированного участка тыльной стенки 9 корпуса 4 проточной полости. Пластина бронедиска выполнена с проемом в центральной части, обеспечивающем возможность пропуска через него ступицы 18 рабочего колеса. По контуру пластина бронедиска ограничена радиусом, обеспечивающем возможность конгруэнтного заведения в ответный проем корпуса 4 проточной части, и дополнена не менее чем двумя внешними, последовательно превышающими указанный радиус ступенчато смещенными в направлении проходной части корпуса насоса кольцевыми выступами 20, по форме обеспечивающими конгруэнтное совмещение с кольцевым уступом и наложение на торец стенки проточной полости 8 корпуса 4 проточной части насоса.
Корпус 8 отвода образует спиральный отвод, который за пределами контура рабочего колеса имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и выпукло изогнутую в условной плоскости, нормальной к упомянутой, и проведенной через ось вала 1 ротора насоса. Указанная оболочка снабжена на выходе проемом, сообщенным по потоку с тангенциально примыкающем к ней напорным патрубком 12 корпуса 4 проточной части насоса.
Вал 1 ротора насоса выполнен состоящим из участков с различными диаметрами. Участок с наибольшим диаметром имеет, по меньшей мере, в зонах примыкания к подшипниковыми опорам диаметр, превышающий диаметры остальных участков вала 1, которые выполнены с диаметрами, ступенчато последовательно убывающими в направлении к консолям 13, 14 вала 1.
Вал 1 ротора насоса оперт на корпус через подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, нижняя содержит радиальный подшипник 21, а другая, предпочтительно, верхняя содержит радиально-упорный подшипник 22. Подшипниковые опоры снабжены системой 23 смазки нижнего и верхнего подшипников 21, 22, включающей, по меньшей мере, трубку 24 подвода консистентной смазки к нижнему подшипнику 21.
Насос в зоне проточной части содержит гидродинамическое уплотнение 25, выполненное в виде образующей импеллер системы лучевых отбойных лопаток на обращенной к бронедиску тыльной стороне основного диска 15 рабочего колеса 2.
Нижняя консоль 14 вала в зоне, примыкающей к ступице 18 рабочего колеса 2, снабжена охватывающей вал 1 упорной втулкой 26, и примыкающем к ней с внешней стороны кольцевым отбойником. Отбойник 26 выполнен в виде, по меньшей мере, одного кольцевого диска с возможность сообщения с перекачиваемой жидкой средой посредством дополнительно не менее одного проема 27, выполненного, по меньшей мере, в нижней части корпуса 3 ходовой части.
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 вариантно предлагаемого пульпового 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 17 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 12 в режиме соблюдения равенства скоростей потока на протяжении отвода. Из отвода перекачиваемая жидкая среда попадает в напорный патрубок 12, выполненный диффузорным со снижением скорости при прохождении в патрубке в 2,2 раза и одновременным переходом части кинетической энергии потока в потенциальную и поступает в трубопровод для транспортирования к следующему объекту. Дренаж перетечек осуществляется через проемы 28 в нижней части корпуса 3 ходовой части насоса в емкость, из которой происходит откачка жидкой среды.
Таким образом, за счет разработанных в изобретении конструктивных решений и технологических параметров основных узлов и элементов агрегата, в том числе переходника, конструкции корпуса проточной части и рабочего колеса насоса, а также за счет простоты конструкции и сборки, вариантного выполнения центробежного насоса с базовой или повышенной длиной ходовой стойки путем включения удлиняющей вставки корпуса без изменения параметров остальных частей корпуса, достигается повышение долговечности, надежности и эффективности перекачивания абразивных жидких сред.