Робоче колесо шламового насоса

Реферат: Робоче колесо шламового насоса містить передній диск і задній диск, що має, кожен, внутрішню основну поверхню із зовнішнім периферійним краєм і центральною віссю, множину насосних лопаток, що проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків і розташовані на відстані одна від одної. Кожна насосна лопатка включає в себе передній край в зоні центральної осі і задній край в зоні зовнішніх периферійних країв дисків, і між суміжними насосними лопатками утворений прохід. Кожен прохід має зв'язану з ним вихідну напрямну лопатку, причому кожна вихідна напрямна лопатка розташована всередині відповідного проходу поруч з однією або іншою з насосних лопаток і виступає від внутрішньої основної поверхні щонайменше одного з дисків або кожного з дисків. UA 99968 C2 (12) UA 99968 C2 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід належить до робочих коліс для відцентрових шламових насосів. Шлам звичайно являє собою суміш рідини і подрібнених твердих частинок і широко використовується при переробці мінеральної сировини, видобуванні піску, гравію і/або драгуванні. Відцентрові шламові насоси загалом включають в себе корпус насоса, що містить насосну камеру, яка може мати спіральну конфігурацію, з робочим колесом, встановленим з можливістю обертання в насосній камері. Привідний вал оперативно з'єднаний з робочим колесом насоса для приведення його у обертання, причому привідний вал входить в корпус насоса з одного боку. Насос додатково включає в себе вхід насоса, який типово співвісний з привідним валом і розташований на боці корпусу насоса, протилежному відносно привідного вала, і вихід, типово розташований на периферії корпусу насоса. Робоче колесо типово включає в себе маточину, з якою оперативно з'єднаний привідний вал, і щонайменше один диск. На одному боці диска виконані насосні лопатки з вихідними проходами між суміжними насосними лопатками. У одній конструкції робочого колеса два диски забезпечені насосними лопатками, які розташовуються між ними. Робоче колесо насоса виконане з можливістю обертання з різними швидкостями для створення необхідного напору. Часто потрібно, щоб шламові насоси мали відносно більші розміри і робочі колеса більшого діаметра і ширини. Ці насоси повинні мати відносно великі вихідні проходи для полегшення проходження великих твердих частинок шламу і зменшення загальної швидкості шламу, коли він проходить через робоче колесо. Шламові насоси піддаються значному зношуванню під дією твердих частинок в шламі. Через це кількість насосних лопаток є невеликою, наприклад, три, чотири або п'ять. Для зменшення зношування шламові насоси типово працюють на відносно низьких швидкостях, наприклад, від 200 об./хв. до 5000 об./хв. для дуже невеликих насосів. Матеріалами, що використовуються для виготовлення частин шламового насоса, є як правило дуже тверді метали або еластомерні матеріали, якими можна пожертвувати і отже замінювати. Зміна робочих характеристик насоса з точки зору потоку і напору у відцентрових насосах може бути досягнута шляхом зміни швидкості насоса. Відцентрові шламові насоси часто повинні бути виконані з можливістю роботи в широкому діапазоні умов потоку і напору. На робочі характеристики відцентрових шламових насосів може значно впливати розмір, щільність і концентрація твердих частинок в шламі, і також на робочі характеристики насоса впливає зношення. Необхідність забезпечення можливості роботи шламового насоса в широкому діапазоні умов означає, що в результаті великих проходів в робочому колесі робочі характеристики насоса будуть змінюватися значною мірою, і буде забезпечуватися менша спрямованість потоку через робоче колесо в порівнянні з менш великим і вужчим водяним насосом, який забезпечує хорошу спрямованість потоку. Частинки і рідина в шламі також мають тенденцію йти різними шляхами через робоче колесо, залежно від розміру конкретної частинки і концентрації в шламі. Це явище буде посилюватися при зношуванні робочого колеса. Відцентрові насоси часто страждають від втрат потоку через прослизання на периферії робочого колеса і рециркуляції на вході і виході робочого колеса. При невеликих потоках на виході робочого колеса може установитися вихрова схема потоку. Це явище звичайно призводить до зменшення робочих характеристик насоса. Додатковим явищем, характерним для відцентрових насосів, є кавітація, яка відбувається в основному на вході насоса і вході робочого колеса, і яка може впливати на робочі характеристики насоса і може навіть привести до пошкодження насоса, якщо кавітація буде сильною і безперервною. Як вже було згадано, відцентровий шламовий насос виготовляється з твердих металів або еластомерних матеріалів, які важко відливати або формувати, і в зв'язку з цим для спрощення процесу виготовлення диски робочого колеса, як правило, розташовуються більш або менш паралельно відносно один одного і на постійній відстані від входу і виходу. Через це на виході шламового насосу також виникають рециркуляція, вихровий потік і вихрові схеми потоку, які призводять до зношування. Існують інші типи гідравлічних машин, які використовують обертові елементи для передачі текучого середовища. Приклади таких машин включають в себе відцентрові компресори, турбіни і високошвидкісні водяні насоси. Вимоги до конструкції пристроїв цих типів достатньо специфічні для таких машин, зрозуміліші та відносно легкі для застосування. Гази мають низьку щільність і загалом не містять твердих частинок, і можуть перекачуватися з набагато більшими швидкостями в гідравлічній машині. Оскільки тертя є другорядним в газовій машині, турбулентність може бути зменшена до мінімуму за рахунок використання багатолопаткових вузлів або розділяючих лопаток. Використовувані в цих типах гідравлічних машин лопатки є відносно тонкими, оскільки вони не піддаються ерозійному зношуванню. Крім того, і саме важливе, розділяючі лопатки функціонують фактично так само, як і основні лопатки, для збільшення або додавання енергії до 1 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 газоподібного потоку. Розділяючі лопатки звичайно трохи коротші, ніж основні лопатки, так що вони не заважають потоку на передньому краю основних лопаток. Допоміжні (або розділяючі) лопатки звичайно мають ту ж конфігурацію, але трохи коротші, як і основні лопатки, і розташовуються приблизно посередині між основними лопатками. Розділяючі лопатки виконують функцію розділення потоку в невеликі проходи і надають більшу спрямованість потоку, тим самим зменшуючи турбулентність. Цей тип газової машини типово працює з дуже високими швидкостями, близько 50000-100000 об./хв. Кількість основних лопаток звичайно достатньо велика, наприклад 20, і між ними можуть розташовуватися розділяючі лопатки, тому лопатки повинні бути тонкими і проходи невеликими. Розділяючі або допоміжні лопатки звичайно мають ту ж висоту, що і основні насосні лопатки, щоб забезпечити максимальну спрямованість і максимальну енергію для введення (або виведення) в текуче середовище, коли вона проходить через обертовий елемент машини. Високопродуктивні водні насоси в якійсь мірі подібні до відцентрових компресорів або турбін, і тут можуть бути використані деякі однакові підходи до конструювання, наприклад, більша кількість лопаток (типово 7 і більше), і розділяючі лопатки між основними лопатками для керування турбулентністю і/або для згладжування імпульсу тиску на виході, за рахунок наявності більшої кількості лопаток. Під час роботи це призводить до більшої кількості невеликих імпульсів тиску від кожної лопатки. Водяні насоси не застосовуються для перекачування твердих частинок і тому не вимагають матеріалів, які мають високу зносостійкість. Типові високопродуктивні водяні насоси також працюють при вищих швидкостях, ніж звичайні водяні насоси, і можуть працювати при швидкостях від 10000 до 30000 об./хв. Чим більша кількість основних насосних лопаток, тим менший імпульс тиску від кожної лопатки. Що стосується зменшення загального імпульсу тиску від гідравлічної машини, відомо, що збільшення кількості лопаток буде згладжувати імпульс. Тому деякі водяні і газові компресори мають більшу кількість лопаток, і тому додаються розділяючі лопатки, щоб подвоїти кількість лопаток. Критерії конструювання для таких машин, як газовий компресор, турбіна або високопродуктивний або високошвидкісний водяний насос, не підходять для шламових насосів. Забезпечення додаткової спрямованості або зменшення турбулентності шляхом додання великої кількості тонких лопаток або зменшення розміру проходу через робоче колесо неефективні в конструкції шламового насоса. Ті рішення, які поліпшують робочі характеристики в машинах описаного вище типу, не підходять для шламового насоса. Відцентрові шламові насоси є достатньо унікальними гідравлічними машинами, оскільки необхідно балансувати конструкцію, зношення і технологічність виготовлення для різних зносостійких матеріалів. Як було указано вище, звичайно потрібно створити шламовий насос, який працює в широкому діапазоні потоків і швидкостей і може використовуватися в широкому діапазоні галузей застосування, але це робить оптимізацію його конструкції важчою. Типові конструкції є надійними, але, будучи гідравлічною машиною, такі насос" все ще страждають від втрати робочих характеристик і зношування через внутрішню турбулентність. В результаті індивідуальних конструктивних обмежень, різні підходи використовувалися для поліпшення робочих характеристик, але вони мали швидше помірний ефект. Конструктивні способи зменшення турбулентності є достатньо складними через мінімальну спрямованість шламу, яка може бути забезпечена диском робочого колеса, основними лопатками і корпусом, оскільки всі ці компоненти повинні мати хороший термін служби до зношування. Додатковою складністю, пов'язаною з шламовими насосами, є те, що тверді частинки шламу не слідують напрямкам течії текучого середовища. Чим більша і важча частинка, тим сильніше вона відхиляється від напрямку протікання текучого середовища. Відповідно, додавання більшої кількості лопаток (або розділяючих лопаток), призначених спрямовувати текуче середовище вздовж напрямів течії, не допомагає спрямовувати частинки, оскільки ці частинки будуть просто викликати збільшену турбулентність і зношення на будь-яких тонких лопатках, і ці лопатки будуть швидко зношуватися і втрачати свою ефективність для напрямку текучого середовища. Робочі характеристики неминуче будуть швидко падати за короткий час, і споживання енергії також буде збільшуватися швидко, так що машина не зможе підтримувати свої робочі характеристики. Згідно з першим аспектом винаходу створене робоче колесо шламового насоса, який містить в собі передній диск і задній диск, що має кожен внутрішню основну поверхню із зовнішнім периферійним краєм і центральною віссю, множину насосних лопаток, які проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків, причому насосні лопатки розташовуються на відстані одна від одної, і кожна насосна лопатка включає в себе протилежні основні бічні поверхні, одна з яких є насосною або нагнітальною бічною поверхнею, передній край в зоні центральної осі та задній край в зоні зовнішніх периферійних країв дисків, причому між 2 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 суміжними насосними лопатками є прохід, кожен прохід має пов'язану з ним вихідну напрямну лопатку або невелику лопатку, розміщену, кожну, всередині відповідного проходу, що розташована поруч з однією або іншою з насосних лопаток і виступаючу від внутрішньої основної поверхні щонайменше одного диска або кожного диска. У деяких варіантах здійснення кожна вихідна напрямна лопатка може розташовуватися поруч з насосною або нагнітальною бічною поверхнею найближчої суміжної насосної лопатки. Розміщення вихідної напрямної лопатки поруч з однією з суміжних насосних лопаток може збільшити робочі характеристики насоса, що є перевагою. У стандартній ситуації, коли вихідна напрямна лопатка відсутня, спереду нагнітальної поверхні насосних лопаток є зона завихрень, що проходить на щонайменше половину відстані до середини проходу для виходу текучого середовища. В результаті цього завихрення збільшують турбулентність потоку матеріалу, що проходить через прохід робочого колеса під час роботи, і в свою чергу ця турбулентність поширюється в зону спіральної камери, оточуючої робоче колесо. Збільшена турбулентність може призвести до збільшення зношування робочого колеса і поверхонь спіральної камери і збільшенню втрат енергії, що в кінцевому результаті зажадає від оператора подачі більшої кількості енергії в насос для досягнення необхідних робочих характеристик. Хоча винахідники даного винаходу передбачають, що розміщення вихідної напрямної лопатки всередині загалом центральної зони вихідного проходу буде перешкоджати утворенню або обмежувати зону турбулентності спереду нагнітальної поверхні насосних лопаток робочого колеса, було виявлено, що розміщення вихідних напрямних лопаток в середині ширини проходу буде мати дуже невеликий вплив на обмеження зони турбулентності, і додаткові експерименти показали, що розміщення вихідних напрямних лопаток поруч з насосною лопаткою буде здатне забезпечити значне зменшення зони завихрень на відстані від нагнітальної поверхні насосної лопатки. У результаті інтенсивність (або сила) завихрень зменшується, оскільки їм не дозволяють рости необмеженим чином. Іншим відомим явищем, характерним для шламових насосів, є рециркуляція на виході, коли шламові матеріали, що виходять з вихідних проходів під час обертання робочого колеса при невеликих потоках, повертаються назад в безпосередньо прилеглий вихідний прохід робочого колеса під дією загального робочого тиску в спіральній камері насоса. Коли це відбувається, в стандартному випадку рециркулюючий шлам змішується з турбулентним потоком зони завихрень, утворюючи навіть ще більшу або більш проблематичну вихрову зону. Наявність вихідних напрямних лопаток у відповідній позиції для обмеження зони турбулентності безпосередньо спереду насосної лопатки (лопаток) означає, що буде забезпечуватися менша взаємодія з рециркулюючим вихідним потоком, тим самим зменшує імовірність об'єднання двох вихрових зон, що в іншому випадку призвело б до додаткового зменшення ефективності насоса. За рахунок цього також зменшує імовірність того, що тверді частинки піддадуть зношуванню передній або задній диски, тим самим утворюючи порожнини, в яких можуть виникнути і додатково розвинутися потоки вихрового типу. Крім того, перевагою розміщення вихідної напрямної лопатки поруч з однією з суміжних насосних лопаток є можливість поліпшення робочих характеристик насоса таким чином, що вихідна напрямна лопатка під час роботи не перешкоджає вільному протіканню матеріалу через прохід, що може статися у випадку потоку дисперсного шламу, коли вихідні напрямні лопатки розташовуються на половині відстані в середину проходу для виходу потоку. У деяких варіантах здійснення кожна вихідна напрямна лопатка може мати зовнішній кінець поруч з периферійним краєм одного з дисків, причому вихідна напрямна лопатка проходить всередину і закінчується внутрішнім кінцем, який розташовується між центральною віссю і периферійним краєм диска, з яким вона пов'язана. За рахунок того, що вихідна напрямна лопатка проходить до периферійного краю диска (дисків), вона може спрямовувати потік у вихідному проході (проходах) робочого колеса і також може зменшити змішування розділених зон потоку безпосередньо на виході з робочого колеса в схему потоку, що вже обертається в спіральній камері насоса. У деяких варіантах здійснення кожна вихідна напрямна лопатка може мати меншу довжину, ніж суміжна насосна лопатка, так що вихідна напрямна лопатка при використанні не перешкоджає вільному протіканню матеріалу через прохід. У деяких варіантах здійснення довжина кожної вихідної напрямної лопатки становить одну третю або менше від довжини суміжної насосної лопатки. Вихідна напрямна лопатка (лопатки) загалом має подовжену форму, щоб перешкоджати утворенню щільного потоку текучого середовища і твердих частинок, що виходить з робочого колеса під час роботи. У деяких варіантах здійснення кожна вихідна напрямна лопатка може виступати від внутрішньої основної поверхні заднього диска. Причиною цього є те, що для стандартного 3 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 випадку потоку шламу, що входить в робоче колесо, зона завихрень зосереджена швидше поруч із заднім диском, а не з переднім диском. У деяких варіантах здійснення кожна вказана вихідна напрямна лопатка може мати висоту, що становить від 5 до 50 відсотків від ширини насосної лопатки, при цьому ширина насосної лопатки визначається як відстань між переднім і заднім дисками робочого колеса. Товщина вихідної напрямної лопатки може вибиратися залежно від вимог до напору і швидкості насоса і залежно від перекачуваного матеріалу, а також з урахуванням того, який розмір потрібен для зменшення турбулентності в основному потоці і додатково для зменшення об'єму рециркуляції. У деяких варіантах здійснення кожна вказана вихідна напрямна лопатка може мати висоту, яка становить від 20 до 40 відсотків від ширини насосної лопатки. У деяких варіантах здійснення кожна вказана вихідна напрямна лопатка може мати висоту, що становить від 30 до 35 відсотків від ширини насосної лопатки. Якщо висота вихідної напрямної лопатки буде дуже маленькою, ефективність обмеження нею зони турбулентності буде неоптимальною, і якщо висота вихідної напрямної лопатки буде дуже великою, вона може перешкодити проходженню основного потоку і/або блокувати його, що також є неоптимальним. У деяких варіантах здійснення кожна вказана вихідна напрямна лопатка може розташовуватися на відстані відносно відповідної, найближчої до неї, насосної лопатки таким чином, щоб змінити потік матеріалу через прохід і тим самим зменшити турбулентність і запобігти зміщенню або відділенню завихрень, що утворюються потоком, від поверхні вказаної насосної лопатки. У деяких варіантах здійснення на щонайменше частині їх довжини кожна напрямна лопатка може бути зміщена відносно відповідної, найближчої до неї, насосної лопатки на відстань, яка в його найближчій точці приблизно дорівнює максимальній товщині вихідної напрямної лопатки. Якщо відстань між вихідною напрямною лопаткою і нагнітальною поверхнею насосної лопатки буде дуже малою, швидкість будь-якого наскрізного потоку дисперсного шламу між ними може бути високою, і це призводить до збільшення ерозійного зношування суміжних поверхонь, що є неоптимальним. В інших варіантах здійснення відстань між вихідною напрямною лопаткою і суміжною насосною лопаткою може змінюватися по її довжині від, як мінімум, 75 % від максимальної товщини вихідної напрямної лопатки, до, як максимум, величини в два або три рази більше максимальної товщини вихідної напрямної лопатки. У деяких варіантах здійснення робочого колеса кут, що утворюється між дотичною до периферії диска і лінією, дотичної до передньої нагнітальної поверхні насосної лопатки робочого колеса, по суті такий же, як і кут, що утворюється між дотичною до периферії диска і лінією, дотичної до передньої поверхні суміжної вихідної напрямної лопатки. При такій конструкції вихідна напрямна лопатка може спрямовувати потік у вихідному проході (проходах) робочого колеса і може також зменшити змішування розділених зон потоку безпосередньо на виході робочого колеса в схему потоку, що вже обертається в спіральній камері насоса. У деяких варіантах здійснення кожна вихідна напрямна лопатка може мати, загалом, ту ж форму і ширину поперечного перерізу, що і основні насосні лопатки. У деяких варіантах здійснення кожна вихідна напрямна лопатка може звужуватися на конус по висоті, залежно від вимог до насоса. Це сприяє вийманню робочого колеса з його ливарної форми під час виготовлення. У деяких варіантах здійснення кожна вихідна напрямна лопатка може звужуватися на конус по ширині залежно від вимог до насоса. Кінці вихідних напрямних лопаток, що звужуються, можуть сприяти одержанню плавного вихідного потоку шламового матеріалу з проходів. У деяких варіантах здійснення один або більше проходів можуть мати зв'язані з ними одну або більше вхідних напрямних лопаток, причому вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка проходить вздовж бічної поверхні насосної лопатки і закінчується протилежним кінцем, який розташований між переднім і заднім краями насосної лопатки, з яким вона зв'язана. У деяких варіантах здійснення вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка може бути виконана в формі виступу від основної поверхні насосної лопатки, з якою вона зв'язана, що проходить у відповідний прохід. У деяких варіантах здійснення вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка може мати подовжену форму, щоб перешкоджати утворенню щільного потоку текучого середовища і твердих частинок через робоче колесо під час роботи. У деяких варіантах здійснення робоче колесо шламового насоса може додатково включати в себе допоміжні або виштовхуючі лопатки, розташовані на зовнішній поверхні одного або більше з дисків. У деяких варіантах здійснення вказані допоміжні лопатки можуть мати скошені краї. 4 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У деяких варіантах здійснення робоче колесо може мати не більше п'яти насосних лопаток. У одному варіанті робоче колесо може мати чотири насосні лопатки. У одному варіанті робоче колесо може мати три насосні лопатки. У альтернативному варіанті здійснення робоче колесо може містити три диски, причому кожен диск може мати вихідну напрямну лопатку, виступаючу від нього. У одному варіанті здійснення вихідні напрямні лопатки є тільки на внутрішній основній поверхні заднього диска. Згідно з другим аспектом винаходу створене робоче колесо шламового насоса, який містить передній диск і задній диск, що має кожен внутрішню основну поверхню із зовнішнім периферійним краєм і центральною віссю, множина насосних лопаток, що проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків, причому насосні лопатки розташовуються на відстані одна від одної, і кожна насосна лопатка включає в себе протилежні основні бічні поверхні, одна з яких є насосною або нагнітальною бічною поверхнею, передній край в зоні центральної осі і задній край в зоні зовнішніх периферійних країв дисків, причому між суміжними насосними лопатками є прохід, кожен прохід має зв'язану з ним вихідну напрямну лопатку, розміщену всередині відповідного проходу і розташовану поруч з однією або іншою з насосних лопаток і виступаючу від внутрішньої основної поверхні заднього диска, причому довжина кожної вихідної напрямної лопатки становить одну третю або менше від довжини суміжної насосної лопатки, і вказана вихідна напрямна лопатка має висоту, що становить від 30 до 35 відсотків ширини насосної лопатки. Згідно з третім аспектом винаходу створений відцентровий шламовий насос спірального типу, який містить корпус насоса, що має вхідну зону і вихідну зону, робоче колесо згідно з першим і другим аспектами, розміщене всередині корпусу насоса, і привідний вал, з'єднаний по осі з вказаним робочим колесом. Згідно з четвертим аспектом винаходу створений спосіб виготовлення відливка робочого колеса згідно з першим і другим аспектами, який включає в себе наступні етапи: залиття розплавленого матеріалу в ливарну форму для формування відливка; отвердження розплавленого матеріалу; і зняття ливарної форми щонайменше часткове з одержаного отвердженого відливка. Згідно з п'ятим аспектом створений спосіб заміни вихідної напрямної лопатки в робочому колесі згідно з першим або другим аспектами, яка розташовується на основній поверхні диска, з яким вона зв'язана, і проходить у відповідний вихідний прохід, що включає в себе наступні етапи: зняття напрямної лопатки, коли вона стає зношеною; і подальше встановлення незношеної змінної напрямної лопатки на робоче колесо. Згідно з шостим аспектом винаходу створений спосіб заміни робочого колеса у відцентровому насосі, що включає в себе наступні етапи: зняття встановленого робочого колеса, коли воно стає зношеним; і подальше встановлення в насос незношеного змінного робочого колеса типу згідно з першим і другим аспектами. Згідно з сьомим аспектом винаходу створене робоче колесо для існуючого відцентрового насоса, виконане з можливістю встановлення в корпусі існуючого насоса як змінної деталі для заміни існуючого робочого колеса, при цьому робоче колесо має конфігурацію згідно з першим і другим аспектами. Згідно з восьмим аспектом винаходу створене робоче колесо, яке включає в себе щонайменше один диск, що має основну поверхню із зовнішнім периферійним краєм і центральною віссю, множину насосних лопаток, виступаючих від основної поверхні диска, причому насосні лопатки розташовуються на відстані одна від одної на основній поверхні, утворюючи вихідний прохід між суміжними насосними лопатками, кожна насосна лопатка включає в себе передній край в зоні центральної осі і задній край в зоні периферійного краю, кожна насосна лопатка містить протилежні бічні боки, що проходять між переднім і заднім краями лопатки, і одні або більше насосних лопаток має одну або більше вхідних напрямних лопаток, зв'язаних з ними. Перевагою застосування вхідних напрямних лопаток є зменшення утворення рециркулюючих схем потоку текучого середовища на вході робочого колеса і будь-яких вихрових схем потоку всередині робочого колеса, які звичайно призводять до погіршення робочих характеристик насоса, наприклад в результаті кавітації. Вхідні напрямні лопатки забезпечують спрямованість потоку всередині вихідного проходу (проходів) робочого колеса. Вхідні напрямні лопатки можуть також забезпечити деякі інші переваги, описані раніше для вихідних напрямних лопаток. 5 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У деяких варіантах здійснення вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка може бути виконана в формі виступу від бічної поверхні насосної лопатки, з якою вона зв'язана, що проходить у відповідний вихідний прохід. У іншому варіанті здійснення вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка може бути виконана в формі виїмки, що проходить в бічну поверхню насосної лопатки, тим самим утворюючи канал або канавку, через який може протікати текуче середовище під час роботи. В інших додаткових варіантах здійснення робоче колесо може мати будь-яку комбінацію вхідних напрямних лопаток в формі виїмок і виступів, розташованих на різних бічних поверхнях насосних лопаток. У деяких варіантах здійснення вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка можуть мати подовжену форму, щоб перешкоджати утворенню щільного потоку текучого середовища і твердих частинок через робоче колесо під час роботи. В одному варіанті, вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка можуть мати один кінець, який розташований поруч з переднім краєм насосної лопатки, причому напрямна лопатка проходить вздовж бічної поверхні насосної лопатки і закінчується протилежним кінцем, який розташований переднім і заднім краями насосної лопатки, з якою вона пов'язана. У деяких варіантах здійснення робоче колесо може включати в себе два вказаних диски, причому вказані насосні лопатки проходять між ними від їх відповідних основних поверхонь. В одному варіанті здійснення два диски розташовані на відстані відносно один одного, причому основні поверхні дисків розташовуються загалом паралельно відносно один одного. В інших додаткових варіантах здійснення робоче колесо може мати більше двох дисків, наприклад, три диски. У деяких варіантах здійснення одна або більше з насосних лопаток може мати зв'язані з нею дві вхідні напрямні лопатки, причому одна розташовується на кожній з відповідних бічних поверхонь насосної лопатки. В інших додаткових варіантах здійснення залежно від зони застосування насоса може використовуватися декілька вхідних напрямних лопаток, розташованих на відповідній бічній поверхні кожної насосної лопатки. У ще одному додатковому варіанті здійснення кожна насосна лопатка може мати зв'язану з нею одну або більше вхідних напрямних лопаток на одній бічній поверхні, і не мати вхідних напрямних лопаток на протилежному бічному боці насосної лопатки. У деяких варіантах здійснення кожна вхідна напрямна лопатка може розташовуватися на бічній поверхні насосної лопатки, з якою вона зв'язана, загалом, по центру, з точки зору її позиції відносно суміжного диска. У деяких варіантах здійснення кожна вхідна напрямна лопатка може мати довжину, яка дорівнює половині довжини між переднім і заднім краями насосної лопатки, з якою вона зв'язана, хоча в інших додаткових варіантах здійснення вхідна напрямна лопатка може мати меншу або більшу довжину, залежно від вимог до насоса. У деяких варіантах здійснення кожна вхідна напрямна лопатка може мати висоту від 50 до 100 процентів від товщини насосної лопатки, і переважно товщина вибирається з цього діапазону залежно від вимог по напору і швидкості насоса, а також перекачуваного матеріалу. У деяких варіантах здійснення кожна вхідна напрямна лопатка може мати постійну висоту вздовж її довжини, хоча передбачається, що в інших варіантах здійснення висота лопатки може бути змінною, залежно від вимог до насоса. У деяких варіантах здійснення один або більше вихідних каналів можуть мати зв'язані з ними одну або більше вихідні напрямні лопатки, причому вихідна напрямна лопатка або кожна вихідна напрямна лопатка розташовується на основній поверхні щонайменше одного диска або кожного диска і має зовнішній край в зоні периферійного краю диска, і напрямна лопатка проходить всередину і закінчується внутрішнім краєм, який розташовується між центральною віссю і периферійним краєм диска. У деяких варіантах здійснення вихідна напрямна лопатка або кожна вихідна напрямна лопатка можуть мати подовжену форму, щоб перешкоджати утворенню щільного потоку текучого середовища і твердих частинок, що виходить з робочого колеса під час роботи. У деяких варіантах здійснення вихідна напрямна лопатка може мати загалом ту ж форму і ширину, що і основні насосні лопатки, якщо дивитися в горизонтальному розрізі. Згідно з дев'ятим аспектом винаходу створений спосіб заміни вхідної напрямної лопатки в робочому колесі згідно з першим або другим аспектами, причому напрямна лопатка виконана в формі виступу від бічної поверхні насосної лопатки, з якою вона зв'язана, що проходить у відповідний вихідний прохід, при цьому спосіб включає в себе наступні етапи: зняття напрямної лопатки, коли вона стає зношеною; і подальше встановлення незношеної змінної напрямної лопатки на робоче колесо. 6 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно з десятим аспектом винаходу створене робоче колесо, що містить щонайменше один диск, який має основну поверхню із зовнішнім периферійним краєм і центральною віссю, множину насосних лопаток, виступаючих від основної поверхні диска, причому насосні лопатки розташовуються на відстані відносно одна одної на основній поверхні, утворюючи вихідний прохід між суміжними насосними лопатками, кожна насосна лопатка включає в себе передній край в зоні центральної осі та задній край в зоні периферійного краю диска, з проходом між суміжними насосними лопатками, кожна насосна лопатка містить протилежні бічні поверхні, що проходять між переднім і заднім краями лопатки, одні або декілька насосних лопаток мають одну або декілька вхідних напрямних лопаток, пов'язаних з ними, і один або декілька проходів, що мають одну або декілька вихідних напрямних лопаток, зв'язаних з ними, причому вихідна напрямна лопатка або кожна вихідна напрямна лопатка розташовуються на основній поверхні щонайменше одного диска або кожного диска. Нижче описані як приклад конкретні варіанти здійснення способу і пристрою згідно з даним винаходом за допомогою прикладених креслень, без урахування будь-яких інших варіантів здійснення, які можуть входити в описаний вище об'єм даного винаходу. Фіг. 1 зображує зразковий схематичний ізометричний вигляд робочого колеса насоса згідно з одним варіантом здійснення. Фіг. 2 - додатковий ізометричний вигляд робочого колеса на фіг. 1, що показує більш детально його нижній бік. Фіг. 3 - вигляд збоку робочого колеса на фіг. 1 і фіг. 2. Фіг. 4 - вигляд в розрізі робочого колеса на фіг. 1-3, виконаного по тілу робочого колеса посередині між дисками. Фіг. 5 - зразковий схематичний ізометричний вигляд робочого колеса згідно з іншим варіантом здійснення. Фіг. 6 - вигляд збоку робочого колеса на фіг. 5. Фіг. 7 - вигляд в розрізі робочого колеса на фіг. 5-6, виконаного по тілу робочого колеса посередині між дисками. Фіг. 8 - зразковий схематичний ізометричний вигляд робочого колеса згідно з іншим варіантом здійснення. Фіг. 9 - зразковий вигляд з частковим розрізом робочого колеса згідно з іншим варіантом здійснення, разом з варіантом здійснення вхідного компонента насоса. Фіг. 10 - додатковий вигляд в розрізі робочого колеса і вхідного компонента насоса на фіг. 9. Фіг. 11 - вигляд в перспективі робочого колеса на фіг. 9 і фіг. 10 з боку входу. Фіг. 12 - вигляд в перспективі робочого колеса на фіг. 9-11 із заднього боку. Фіг. 13 - вигляд спереду робочого колеса на фіг. 9-12. Фіг. 14 - вигляд позаду робочого колеса на фіг. 9-13. Фіг. 15 - вигляд збоку робочого колеса на фіг. 9-14. Фіг. 16 - вигляд в розрізі робочого колеса на фіг. 9-15, виконаного по тілу робочого колеса і що перетинає насосні лопатки і вихідні напрямні лопатки. Фіг. 17 - зразковий схематичний ізометричний вигляд робочого колеса згідно з іншим варіантом здійснення. Фіг. 18 - вигляд збоку робочого колеса на фіг. 17. Фіг. 19а і фіг. 19b ілюструють деякі результати експериментального комп'ютерного моделювання потоку текучого середовища для. варіанта здійснення робочого колеса, показаного на цьому кресленні. Фіг. 20а і фіг. 20b ілюструють деякі результати експериментального комп'ютерного моделювання потоку текучого середовища для варіанта здійснення робочого колеса, показаного на цьому кресленні. Фіг. 21а і фіг. 21b ілюструють деякі результати експериментального комп'ютерного моделювання потоку текучого середовища для варіанта здійснення робочого колеса, показаного на цьому кресленні. Фіг. 22а і фіг. 22b ілюструють деякі результати експериментального комп'ютерного моделювання потоку текучого середовища для варіанта здійснення робочого колеса, показаного на цьому кресленні. Фіг. 23а і фіг. 23b ілюструють деякі результати експериментального комп'ютерного моделювання потоку текучого середовища для варіанта здійснення робочого колеса, показаного на цьому кресленні. Докладний опис конкретних варіантів здійснення На фіг. 1-4 показаний один варіант здійснення робочого колеса 10, в якому робоче колесо містить передній диск 12 і задній диск 14, кожен виконаний в формі загалом плоского диска, 7 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 причому кожен диск має відповідну основну внутрішню поверхню 13, 15, відповідну зовнішню поверхню 21, 22 і відповідний зовнішній периферійний край 16, 17. Маточина 11 проходить від зовнішньої поверхні 22 заднього диска 14, причому маточина 11 виконана з можливістю оперативного з'єднання з привідним валом (не показаний) для приведення робочого колеса у обертання навколо його центральної осі Х-Х (фіг. 3). У передньому диску 12 виконаний вхід 18 робочого колеса, який співвісний центральній осі Х-Х, що є віссю обертання робочого колеса 10 під час роботи. Чотири насосні лопатки 30 проходять між протилежними основними внутрішніми поверхнями 13, 15 дисків 12, 14, і розташовуються на однакових відстанях одна відносно одної по окружності основних поверхонь 13, 15 вказаних дисків 12, 14. Як показано, на фіг. 4, кожна насосна лопатка 30 має загалом дугоподібну форму в поперечному перерізі та включає в себе внутрішній передній край 32 і зовнішній задній край 34 і протилежні бічні поверхні 35 і 36, причому бічна поверхня 35 є насосним або нагнітальним боком. Вказані лопатки звичайно називають зігнутими назад лопатками, якщо дивитися в напрямку обертання. Забезпечені вихідні проходи 19 між суміжними насосними лопатками 30, через які матеріал проходить від входу 18 робочого колеса. Кожен прохід 19 має вхідну зону 24 і вихідну зону 25, розташовану на зовнішньому периферійному краю 16, 17 дисків 12, 14, з якої шлам надходить на вихід насоса. Вихідна зона 25 має більшу ширину, ніж вхідна зона 24, так що прохід 19 загалом має V-подібну форму. Номери позицій, вказуючі описані вище різні ознаки, вказані тільки для однієї з лопаток 30, для спрощення. Кожна насосна лопатка 30 має зв'язані з нею два смугових виступи, що виконують функцію вхідних напрямних лопаток 41, 42 для шламу. Кожна з вхідних напрямних лопаток 41, 42 виступає від відповідної бічної поверхні 35, 36 насосної лопатки 30. Кожна вхідна напрямна лопатка 41 і 42 розташовується по центру на відповідних бічних поверхнях 35 і 36 насосної лопатки 30, з якими вона зв'язана, і виконана в формі подовженого виступу, який має внутрішній кінець 43, який розташований поруч з внутрішнім переднім краєм 32 насосної лопатки 30, і зовнішній кінець 44, розташований посередині вздовж, відповідної бічної поверхні 35, 36. В інших варіантах здійснення напрямна лопатка (лопатки) можуть бути довшими або коротшими, ніж показано на кресленнях, що розглядаються. Кожна вхідна напрямна лопатка 41, 42 в поперечному перерізі має висоту приблизно 57 % від товщини насосної лопатки 30, хоча в інших варіантах здійснення висота напрямної лопатки може становити від 50 % до 100 % від вказаної товщини насосної лопатки. Кожна напрямна лопатка 41, 42 має загалом постійну висоту по її довжині, хоча в інших варіантах здійснення напрямна лопатка може мати звужувану на конус форму. Показані на кресленнях напрямні лопатки 41, 42 мають товщину, що становить близько 55 % від середньої товщини насосної лопатки 30, хоча в інших варіантах здійснення вона може бути іншою. Напрямні лопатки забезпечують зміну рециркулюючого потоку і характеристик насоса за рахунок того, що проходи в зоні лопаток є невеликими, тим самим зменшуючи імовірність змішування потоків текучого середовища і рециркуляції назад на вхід робочого колеса. В інших варіантах здійснення вхідні напрямні лопатки можуть бути виконані в формі канавки або виїмки, що проходить в матеріал насосної лопатки. Такі канавки можуть також діяти як проходи для напрямку текучого середовища таким же чином, що і вхідні напрямні лопатки, які виступають від бічної поверхні насосної лопатки. В інших варіантах здійснення може використовуватися будь-яка комбінація вхідних напрямних лопаток в формі канавок або виступів, розташованих на насосних лопатках на ділянки вхідної зони вихідних проходів. В інших варіантах здійснення вхідні напрямні лопатки не обов'язково повинні розташовуватися загалом по центру на поверхні насосної лопатки, але можуть розташовуватися поруч з одним або іншим з дисків, залежно від ситуації. В інших варіантах здійснення вхідні напрямні лопатки не обов'язково повинні йти до середини вздовж відповідної бічної поверхні насосної лопатки, але можуть йти на меншу або більшу відстань, залежно від перекачуваних текучого середовища або шламу. В інших варіантах здійснення може бути забезпечено декілька напрямних вхідних лопаток на кожну бічну поверхню насосної лопатки, або в деяких випадках бути відсутнім вхідна напрямна лопатка на одній з протилежних бічних поверхонь будь-яких двох насосних лопаток, утворюючих вихідний прохід. На фіг. 5-7 ілюструється варіант робочого колеса 10А згідно з іншим варіантом здійснення. Для спрощення використовуються однакові номери позицій для позначення однакових частин, описаних для фіг. 1-4. У даному варіанті робоче колесо 10А не має вхідних напрямних лопаток, але має множину вихідних напрямних лопаток (або невеликих лопаток 50, 51). 8 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вихідні напрямні лопатки 50, 51 виконані в формі подовжених виступів з плоским верхом, які мають загалом форму "сосиски" в поперечному перерізі. Вихідні лопатки 50, 51 проходять відповідно від основних поверхонь 13, 15 відповідних дисків 12, 14, і розташовуються між двома суміжними насосними лопатками 30. Вихідні напрямні лопатки 50, 51 мають відповідний зовнішній кінець 53, 54, який розташований поруч із зовнішнім периферійним краєм 16, 17 відповідних дисків 12, 14. Вихідні напрямні лопатки 50, 51 також мають внутрішній кінець 55, 56, розташований приблизно посередині відповідного проходу 19. Як показано на фіг. 7, внутрішні кінці 55, 56 вихідних напрямних лопаток 50, 51 розташовуються на деякій відстані від центральної осі Х-Х робочого колеса 10А. Вихідні напрямні лопатки 50, 51, пов'язані з кожним проходом 19, повернуті одна до одної, в той час як їх зовнішні поверхні рознесені відносно одна одної. Кожна показана вихідна напрямна лопатка 50, 51 має висоту, що становить 33 % від ширини насосної лопатки 30, хоча в додаткових варіантах здійснення висота напрямної лопатки може становити від 5 % до 50 % від ширини насосної лопатки (відстань між дисками 12, 14). Кожна напрямна лопатка 50, 51 має загалом постійну висоту по її довжині, хоча в інших варіантах здійснення напрямна лопатка 50, 51 може звужуватися на конус по висоті і також звужуватися на конус по ширині. В інших варіантах здійснення вихідні напрямні лопатки не обов'язково повинні розташовуватися загалом по центру між відповідними насосними лопатками на основній внутрішній поверхні диска, але можуть розташовуватися поруч з однією або іншою з насосних лопаток 30, залежно від ситуації. В інших варіантах здійснення вихідні напрямні лопатки можуть пройти на меншу або більшу відстань у вихідний прохід, ніж показано на фіг. 4-8, залежно від перекачуваного текучого середовища або шламу. В інших варіантах здійснення може бути більше однієї вихідної напрямної лопатки на кожну внутрішню основну поверхню диска, або в деяких випадках бути відсутнім вихідна напрямна лопатка на одній з протилежних внутрішніх основних поверхонь будь-яких двох дисків, утворюючих вихідний прохід. В інших варіантах здійснення вихідні напрямні лопатки можуть мати ширину в поперечному перерізі, яка відрізняється від основних насосних лопаток, і навіть можуть не завжди бути обов'язково подовженими, за умови, що забезпечується необхідний вплив на потік шламу на виході робочого колеса. Передбачається, що вихідні напрямні лопатки будуть зменшувати імовірність утворення вихрових потоків, які мають високу швидкість при невеликих потоках. Це зменшує імовірність зношування твердими частинками переднього або заднього дисків, ведучого до утворення порожнин, в яких можуть виникнути і розвинутися вихрові потоки. Напрямні лопатки будуть також зменшувати змішування розділених зон потоку безпосередньо на виході з робочого колеса в схему потоку, що вже обертається в спіральній камері. Передбачається, що вихідні напрямні лопатки будуть згладжувати і зменшувати турбулентність потоку від робочого колеса в корпус насоса або спіральну камеру. На фіг. 8 показаний зразковий варіант здійснення робочого колеса 10В, яке містить комбінацію як вхідних напрямних лопаток 41 і 42, так і вихідних напрямних лопаток 50 і 52. На фіг. 9-16 показаний інший зразковий варіант здійснення робочого колеса 10С, яке містить передній диск 12 і задній диск 14, виконаний кожен в формі загалом плоского диска, причому кожен диск має відповідну основну внутрішню поверхню 13, 15, відповідну зовнішню поверхню 21, 22 і відповідний зовнішній периферійний край 16, 17. Маточина 11 проходить від зовнішньої поверхні заднього диска 14, причому маточина 11 виконана з можливістю оперативного з'єднання з привідним валом (не показаний) для приведення у обертання робочого колеса навколо центральної осі Х-Х. Фіг. 9 і фіг. 10 ілюструють положення робочого колеса з деталлю 60 входу насоса. У передньому диску 12 виконаний вхід 18 робочого колеса, співвісний центральній осі Х-Х, що є віссю обертання робочого колеса під час роботи. Чотири насосні лопатки 30 проходять між протилежними основними внутрішніми поверхнями 13, 15 дисків 12, 14, і розташовуються на однакових відстанях між ними по окружності основних поверхонь вказаних дисків 12, 14. Як показано на фіг. 16, кожна насосна лопатка 30 має загалом дугоподібну форму в поперечному перерізі та включає в себе внутрішній передній край 32 і зовнішній задній край 34 і протилежні бічні поверхні 35 і 36. Забезпечені вихідні проходи 19 між суміжними насосними лопатками 30, через які матеріал проходить від входу 18 робочого колеса. Як і в описаних раніше варіантах здійснення, кожен прохід 19 має вхідну зону 24 і вихідну зону 25, розташовану на зовнішньому периферійному краю 16, 17 дисків 12, 14, з якої шлам надходить на вихід насоса. Вихідна зона 9 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 25 має більшу ширину, ніж вхідна зона 24, так що прохід 19 загалом має V-подібну форму. Номери позицій, вказуючі описані вище різні ознаки, вказані тільки для однієї з лопаток 30 для спрощення. У даному конкретному зразковому варіанті здійснення робоче колесо 10С не має вхідних напрямних лопаток, але має множину вихідних напрямних лопаток 51. Вихідні напрямні лопатки 51 виконані в формі подовжених виступів з плоским верхом, які мають загалом форму "сосиски" в поперечному перерізі звужуються на конус з обох кінців. Вихідні лопатки 51 проходять відповідно від основної поверхні 15 заднього диска 14 і розташовуються між двома суміжними насосними лопатками 30. Вихідні напрямні лопатки 51 мають відповідний зовнішній кінець 54, який розташований поруч із зовнішнім периферійним краєм диска 14. Вихідні напрямні лопатки 51 також мають внутрішній кінець 56, розташований приблизно посередині відповідного проходу 19. Внутрішні кінці 56 вихідних напрямних лопаток 51 розташовуються на деякій відстані від центральної осі Х-Х робочого колеса 10С. Кожна показана вихідна напрямна лопатка 51 має висоту, що становить 33 % від ширини насосної лопатки 30 робочого колеса, хоча в додаткових варіантах здійснення висота напрямної лопатки може становити від 5 % до 50 % від вказаної ширини насосної лопатки (відстань між дисками). Кожна напрямна лопатка 51 має загалом постійну висоту по її довжині, хоча в інших варіантах здійснення напрямна лопатка 51 може звужуватися на конус по висоті та також звужуватися на конус по ширині. Як видно з креслень, вихідні напрямні лопатки 51 можуть мати скошені периферійні краї. Як показано на фіг. 9, вихідні напрямні лопатки розміщуються всередині кожного відповідного проходу таким чином, що вони зміщені в прохід 19 відносно відповідної поверхні 35 ближньої до них насосної лопатки на відстань, що дорівнює одній товщині D1 вихідної напрямної лопатки. Товщина D1 вихідної напрямної лопатки і відстань D2 зміщення від поверхні 35 насосної лопатки показані на фіг. 9, 10 і 16, де D1 і D2 приблизно рівні по величині. У цьому прикладі лопатки робочого колеса проходять на висоту, що становить 33 % від ширини насосної лопатки робочого колеса. Робоче колесо 10С відповідає варіанту здійснення, проілюстрованому на фіг. 4. Робоче колесо 10С додатково включає в себе виштовхуючі або допоміжні лопатки 57, 58 на відповідних зовнішніх поверхнях 21, 22 дисків 12, 14. Деякі з лопаток 58 на задньому диску мають різну ширину. Як можна побачити з креслень, виштовхуючі лопатки мають скошені краї. На фіг. 17 і фіг. 18 показаний інший зразковий варіант здійснення робочого колеса 10D, що містить передній диск 12 і задній диск 14, виконаний кожен в формі загалом плоского диска, причому кожен диск має відповідну внутрішню основну поверхню 13, 15, відповідну зовнішню поверхню 21, 22 і відповідний зовнішній периферійний край 16, 17. Ці ознаки проілюстровані на фіг. 17. Маточина 11 проходить від зовнішньої поверхні заднього диска 14, причому маточина 11 виконана з можливістю оперативного з'єднання з привідним валом (не показаний) для приведення у обертання робочого колеса навколо центральної осі Х-Х. У всіх відношеннях робоче колесо 10D має таку ж конструкцію, що і робоче колесо 10С, показане на фіг. 9-16, за винятком того, що виштовхуючі лопатки 57 переднього диска мають іншу форму і по іншому скошені краї, і тут на задньому диску відсутні лопатки робочого колеса. Експериментальне моделювання Були проведені комп'ютерні експерименти для моделювання потоку в різних конструкціях робочого колеса, описаних тут, використовуючи комерційне програмне забезпечення ANSYS CFX. Це програмне забезпечення застосовує методику обчислювальної гідродинаміки (CFD) для розрахунку поля швидкостей для перекачуваного текучого середовища. Воно також здатне розраховувати багато які інші представляючі інтерес змінні, однак швидкість є змінною, що розглядається на показаних тут кресленнях. Результати кожного CFD експерименту обробляються, використовуючи відповідний модуль CFX. На кресленнях показані розрізи по чотирьох площинах А, В, С і D робочого колеса конструкції, що розглядається, взяті перпендикулярно його осі обертання на однаковій глибині для кожного експерименту. На цих чотирьох площинах графічно нанесені вектори швидкості для аналізу руху текучого середовища і частинок шламу через канал, утворений між насосними лопатками робочого колеса. Розмір цих векторів разом з щільністю їх розподілу вказує значення параметра швидкості, і зігнуті вектора загалом вказують на наявність завихрень. Вектора швидкості нанесені на ці площини для аналізу руху частинок текучої речовини через канал, утворений між насосними лопатками робочого колеса. Експеримент 1 10 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 19а і фіг. 19b показане стандартне ("базове") робоче колесо, яке має передній диск і, задній диск і чотири насосні лопатки робочого колеса, що проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків. Це робоче колесо не має вихідних напрямних лопаток, розташованих всередині відповідного проходу або виступаючих від основної поверхні одного з дисків. Вигляд збоку робочого колеса, представлений на фіг. 19а і фіг. 19b, показує позицію чотирьох площин А, В, С і D, які ріжуть конструкцію відповідного робочого колеса перпендикулярно його осі обертання. Площина А розташовується на висоті над заднім диском, що становить - менше 35 % від ширини насосної лопатки (де ширина насосної лопатки визначається як відстань між переднім і заднім дисками робочого колеса). Площина В розташовується на висоті над заднім диском, що становить менше 50 % від ширини насосної лопатки. Площина С розташовується на висоті над заднім диском, що становить більше 50 %, але менше 65 % від ширини насосної лопатки (і посередині між переднім і заднім диском). Площина D розташовується на висоті над заднім диском, що становить більше 65 % від ширини насосної лопатки. Результати експерименту 1 можна побачити за допомогою рисунків векторів швидкості на фіг. 19а і фіг. 19b, названих Площина А, Площина В, Площина С і Площина D. Розмір цих векторів разом з щільністю їх розподілу вказує значення параметра швидкості і наявність завихрень. Важливою зоною для розгляду є зона, розташована спереду від нагнітальної поверхні (або насосної поверхні) кожної з насосних лопаток і що проходить в прохід для виходу текучого середовища між насосними лопатками. Відповідна зона позначена на кожному рисунку векторів швидкостей за допомогою невеликої стрілки. Як можна побачити на фіг. 19а і фіг. 19b, якщо ми представимо ядро завихрення у вигляді конічного тіла, його діаметр помітно зменшує, коли ми досягаємо переднього диска (рухаючись від Площини А до Площини D). Це базові умови роботи. Експеримент 2 На фіг. 20а і 20b показане робоче колесо, яке має передній диск, і задній диск і чотири насосні лопатки робочого колеса, що проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків. Основні насосні лопатки в експериментах 2-5 все ідентичні показаним в експерименті 1. Це робоче колесо має вихідні напрямні лопатки, розміщені всередині кожного відповідного проходу, виступаючи від внутрішньої основної поверхні як переднього диска, так і заднього диска, і розташована посередині ширина проходу між двома насосними лопатками. У цьому випадку лопатки робочого колеса проходять на висоту, що становить 33 % від ширини насосної лопатки робочого колеса. Це робоче колесо відповідає варіанту здійснення, показаному на фіг. 5, 6 і 7. Вигляд збоку робочого колеса на фіг. 20а і фіг. 20b показує позицію чотирьох площин А, В, С і D, які розрізають конструкцію відповідного робочого колеса перпендикулярно його осі обертання в тих же позиціях, що були показані в експерименті 1. Результати експерименту 2 можна побачити за допомогою рисунків векторів швидкостей на фіг. 20а і фіг. 20b, які позначені Площина А, Площина В, Площина С і Площина D. Розмір цих векторів разом з щільністю їх розподілу вказує значення параметра швидкості і наявність завихрень. Важливою зоною для розгляду є зона, розташована спереду від нагнітальної поверхні (або насосної поверхні) кожної з насосних лопаток і що проходить в прохід для виходу текучого середовища між насосними лопатками. Відповідна зона позначена на кожному рисунку векторів швидкостей за допомогою невеликої стрілки. Як можна побачити на фіг. 19а і фіг. 19b, якщо представити ядро завихрення у вигляді конічного тіла, то що вихідні напрямні лопатки в показаних позиціях впливають в деякій мірі на ядро завихрення, обмежуючи його відділення від нагнітальної поверхні насосної лопатки, однак малюнок векторів швидкості показує, що вплив даних подвійних вихідних напрямних лопаток є мінімальним. Це можна побачити шляхом порівняння результатів на фіг. 19а і фіг. 19b з результатами на фіг. 20а і фіг. 20b, відповідно. Експеримент 3 На фіг. 21а і фіг. 21b показане робоче колесо, яке має передній диск і, задній диск і чотири насосні лопатки робочого колеса, що проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків. Це робоче колесо має вихідні напрямні лопатки, розміщені в кожному відповідному проході, виступаючи від внутрішньої основної поверхні як переднього диска, так і заднього диска, і зміщені в прохід відносно відповідної насосної лопатки, поруч з якою вони розташовані, на одну товщину вихідної напрямної лопатки. У цьому випадку лопатки робочого колеса проходять на висоту, що становить 33 % від ширини насосної лопатки робочого колеса. 11 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вигляд збоку робочого колеса на фіг. 21а і фіг. 21b показує позицію чотирьох площин А, В, С і D, які розрізають конструкцію відповідного робочого колеса перпендикулярно його осі обертання в тих же позиціях, що були показані в експерименті 1. Результати експерименту 3 можна побачити за допомогою рисунків векторів швидкостей на фіг. 21а і фіг. 21b, які позначені Площина А, Площина В, Площина С і Площина D. Розмір цих векторів разом з щільністю їх розподілу вказує значення параметра швидкості і наявність завихрень. Важливою зоною для розгляду є зона, розташована спереду від нагнітальної поверхні (або насосної поверхні) кожної з насосних лопаток і що проходить в прохід для виходу текучого середовища між насосними лопатками. Відповідна зона позначена на кожному рисунку векторів швидкостей за допомогою невеликої стрілки. Як можна побачити на фіг. 21а і фіг. 21b, вихідна напрямна лопатка (або невелика лопатка), яка розташовується поруч з насосною лопаткою, показує поліпшений вплив на ядро завихрення. У зоні заднього диска завихрення обмежуються за рахунок наявності вихідної напрямної лопатки. Однак, як можна побачити шляхом порівняння з малюнком "Площину D" на фіг. 20b, є дуже невелика різниця між станом завихрень спереду насосних лопаток в експерименті 3 в порівнянні з експериментом 2. Це означає, що вихідна напрямна лопатка, яка розташовується на передньому диску поруч з насосною лопаткою, має тільки невелику ефективність обмеження завихрень. Винахідники вважають, що це відбувається ймовірно через невеликий діаметр ядра завихрення в цьому місці переднього диска. Експеримент 4 На фіг. 22а і фіг. 22b показане робоче колесо, яке має передній диск, і задній диск і чотири насосні лопатки робочого колеса, що проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків. Це робоче колесо має вихідні напрямні лопатки, розміщені в кожному відповідному проході, виступаючі від внутрішньої основної поверхні заднього диска і зміщені в прохід відносно відповідної насосної лопатки, поруч з якою вони розташовані, на одну товщину вихідної напрямної лопатки. У цьому випадку лопатки робочого колеса проходять на висоту, що становить 33 % від ширини насосної лопатки робочого колеса. Це робоче колесо відповідає варіанту здійснення, показаному на фіг. 9-16. Вигляд збоку робочого колеса на фіг. 22а і фіг. 22b показує позицію чотирьох площин А, В, С і D, які розрізають конструкцію відповідного робочого колеса перпендикулярно його осі обертання в тих же позиціях, що були показані в експерименті 1. Результати експерименту 4 можна проілюструвати за допомогою рисунків векторів швидкостей на фіг. 22а і фіг. 22b, які позначені Площина А, Площина В, Площина С і Площина D. Розмір цих векторів разом з щільністю їх розподілу вказує значення параметра швидкості і наявність завихрень. Важливою зоною для розгляду є зона, розташована спереду від нагнітальної поверхні (або насосної поверхні) кожної з насосних лопаток і що проходить в прохід для виходу текучого середовища між насосними лопатками. Відповідна зона позначена на кожному малюнку векторів швидкостей за допомогою невеликої стрілки. Як можна побачити на фіг. 22а і фіг. 22b, є дуже невелика різниця між станом завихрень спереду насосних лопаток в експерименті 4 в порівнянні з експериментом 3. Це означає, що вихідні напрямні лопатки на передньому диску в експерименті 3 має невелику ефективність або взагалі неефективні для обмеження завихрень. Тому експеримент 4 мабуть є оптимальним конструктивним рішенням, яке мінімізує складність конструкції робочого колеса, при цьому все ще забезпечуючи максимальну ефективність для обмеження завихрень. Експеримент 5 На фіг. 23а і фіг. 23b показане робоче колесо, яке має передній диск, задній диск і чотири насосні лопатки робочого колеса, що проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків. Це робоче колесо має вихідні напрямні лопатки, розміщені в кожному відповідному проході, виступаючи від внутрішньої основної поверхні тільки заднього диска, і зміщені в прохід відносно відповідної насосної лопатки, поруч з якою вони розташовані, на одну товщину вихідної напрямної лопатки. У цьому випадку лопатки робочого колеса проходять на висоту, що становить 50 % від ширини насосної лопатки робочого колеса. Вигляд збоку робочого колеса на фіг. 23а і фіг. 23b показує позицію чотирьох площин А, В, С і D, які розрізають конструкцію відповідного робочого колеса перпендикулярно його осі обертання в тих же позиціях, що були показані в експерименті 1. Результати експерименту 5 можна проілюструвати за допомогою рисунків векторів швидкостей на фіг. 23а і фіг. 23b, які позначені Площина А, Площина В, Площина С і Площина D. Розмір цих векторів разом з щільністю їх розподілу вказує значення параметра швидкості і наявність завихрень. Важливою зоною для розгляду є зона, розташована спереду від нагнітальної поверхні (або насосної поверхні) кожної з насосних лопаток і що проходить в прохід 12 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 для виходу текучого середовища між насосними лопатками. Відповідна зона позначена на кожному рисунку векторів швидкостей за допомогою невеликої стрілки. Як можна побачити на фіг. 23а і фіг. 23b, що мають збільшену висоту напрямні лопатки заднього диска впливають на завихрення, як показано на рисунках "Площина А" і "Площина В", і, як очікувалося, обмежують відділення завихрення від нагнітальної поверхні насосної лопатки. Однак рисунки векторів швидкості показують, що вплив напрямних лопаток із збільшеному висотою на ядро завихрення є мінімальним, якщо порівнювати з результатами, показаними в еквівалентній позиції в експерименті 4. Це можна побачити шляхом порівняння з фіг. 22а і фіг. 22b. При цьому винахідниками було виявлено, що наявність напрямної лопатки більшого розміру насправді зменшує ефективність роботи комбінації робоче колесо/насос, а це означає, що ця конструкція є недостатньо оптимальною. Винахідники вважають, що як вхідні, так і вихідні напрямні лопатки будуть поліпшувати робочі характеристики шляхом зменшення турбулентності в основному потоку, а також сприяти зменшенню об'єму рециркуляції, особливо коли вихідна напрямна лопатка розташовується поруч з нагнітальною бічною поверхнею ближньої суміжної насосної лопатки. Завдяки цьому будуть зменшувати втрати енергії всередині робочого колеса насоса і тим самим поліпшуватися загальні робочі характеристики насоса з точки зору напору і ефективності шламового насоса в широкому діапазоні потоків від невеликих до великих потоків. Поліпшені робочі характеристики в широкому діапазоні потоків буде також забезпечувати менше загальне зношення всередині насоса, тим самим підвищуючи технічний ресурс шламового насоса. Матеріали, що використовуються для розкритих в даному документі робочих коліс, можуть бути вибрані з матеріалів, придатних для одержання описаних форм і забезпечення описаної установки, включаючи тверді метали з високим вмістом хрому, або метали, піддаванні спеціальній обробці (наприклад, відпустка) таким чином, щоб містити мікроскопічну схему твердого металу. Робочі колеса можуть бути також виготовлені з інших зносостійких матеріалів, наприклад керамічні матеріали, або навіть виготовлені з ебоніту. Будь-який з варіантів здійснення робочого колеса, розкриті в даному документі, може застосовуватися у відцентровий шламовому насосі спірального типу. Такі насоси звичайно містять корпус насоса, що має вхідну зону і вихідну зону, і робоче колесо, розміщене всередині корпусу насоса і що приводиться у обертання через привідний вал, з'єднаний по осі з робочим колесом, за допомогою механізованого приводу. Оскільки робоче колесо звичайно є зношуваною частиною, корпус насоса періодично відкривають, зношене робоче колесо знімають і відбраковують, і замінюють незношеним робочим колесом, яке може мати конструкцію розкритого тут типу. Зношене робоче колесо може мати конструкцію, відмінну від нової, незношене робоче колесо має нову конструкцію, причому вона виконана з можливістю розміщення в просторі всередині корпусу насоса і з'єднання по осі з привідним валом. У деяких варіантах здійснення робоче колесо являє собою відливок, виготовлений з стверджуючого розплавленого металу. Процес лиття включає в себе заливання розплавленого металу в ливарну форму, охолоджування металу і його отвердження, для формування необхідної форми робочого колеса. Складність процесу лиття залежить в деякій мірі від форми і конфігурації ливарної форми для робочого колеса, в деяких випадках вимагаючи спеціальних технологій для введення розплавленого металу і для виїмки готового відливка з ливарної форми. У деяких варіантах здійснення робочого колеса можливе видалення і заміна зношеної вхідної або вихідної напрямної лопатки в її позиції на відповідній насосній лопатці або диску після закінчення терміну її служби, або, наприклад, якщо одна з лопаток зламалася під час роботи. Залежно від матеріалу, з якого воно виготовлене, ремонт робочого колеса може виконуватися за допомогою зварювання, клеєння або деяких інших способів механічного кріплення змінної напрямної лопатки. Посилання в даному описі на будь-яку попередню публікацію (або інформацію, одержану з неї), або на будь-які відомі відомості, не приймається і не повинне прийматися як підтвердження або визнання або будь-яка форма припущення того, що попередня публікація (або інформація, одержана з неї) або відомі відомості є частиною загального відомого рівня техніки в галузі техніки, до якої належить цей опис. У даному описі і прикладеній формулі винаходу, якщо контекст не вимагає іншого, слово "містить" і його варіанти, такі як "такий, що містить", має на увазі включення заявленого єдиного цілого або етапу або групи єдиного цілого або етапів, але при цьому не виключаючи будь-якого іншого єдиного цілого або етапу або групи єдиного цілого або етапів. У наведеному вище описі переважних варіантів здійснення для повної ясності була використана конкретна термінологія. Однак, винахід не обмежено вибраними конкретними 13 UA 99968 C2 5 термінами, і необхідно розуміти, що кожен конкретний термін включає в себе всі технічні еквіваленти, які працюють аналогічним чином для виконання аналогічних технічних задач. Такі терміни, як "передній", "задній" і т. п., використовуються як зручні слова для забезпечення точок відліку, і не повинні розглядатися як обмежуючі терміни. Нарешті, зрозуміло, що різні зміни, модифікації і/або доповнення можуть бути зроблені в різних конструкціях і взаємному розташуванні частин, не виходячи за межі суті і об'єму винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Робоче колесо шламового насоса, яке містить передній диск і задній диск, що має, кожен, внутрішню основну поверхню із зовнішнім периферійним краєм і центральною віссю, множину насосних лопаток, які проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків і розташовані на відстані одна від одної, при цьому кожна насосна лопатка містить протилежні основні бічні поверхні, одна з яких є насосною або нагнітальною бічною поверхнею, передній край в зоні центральної осі та задній край в зоні зовнішніх периферійних країв дисків, і між суміжними насосними лопатками утворений прохід, який має, кожен, пов'язану з ним вихідну напрямну лопатку, кожна з яких розташована у відповідному проході поруч з однією або іншою з насосних лопаток і виступає від внутрішньої основної поверхні щонайменше одного з дисків або кожного з дисків. 2. Робоче колесо за п. 1, в якому кожна вихідна напрямна лопатка розташована поруч з насосною або нагнітальною бічною поверхнею найближчої суміжної насосної лопатки. 3. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-2, в якому кожна вихідна напрямна лопатка має зовнішній кінець поруч з периферійним краєм одного з дисків, причому вихідна напрямна лопатка проходить всередину і закінчується внутрішнім кінцем, який розташований між центральною віссю і периферійним краєм диска, з яким вона зв'язана. 4. Робоче колесо за п. 3, в якому кожна вихідна напрямна лопатка має меншу довжину, ніж суміжна насосна лопатка, так що вихідна напрямна лопатка при використанні не перешкоджає вільному протіканню матеріалу через прохід. 5. Робоче колесо за п. 4, в якому довжина кожної вихідної напрямної лопатки становить одну третю або менше довжини суміжної насосної лопатки. 6. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-5, в якому кожна вихідна напрямна лопатка виступає від внутрішньої основної поверхні заднього диска. 7. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-6, в якому кожна вихідна напрямна лопатка має висоту, що становить від 5 до 50 процентів ширини насосної лопатки. 8. Робоче колесо за п. 7, в якому кожна напрямна лопатка має висоту, що становить від 20 до 40 процентів ширини насосної лопатки. 9. Робоче колесо за будь-яким з пп. 7 або 8, в якому кожна напрямна лопатка має висоту, що становить від 30 до 35 процентів ширини насосної лопатки. 10. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-9, в якому кожна вихідна напрямна лопатка зміщена відносно відповідної ближньої до неї насосної лопатки для зміни потоку матеріалу через прохід, зменшення турбулентності та запобігання переміщенню або відділенню завихрень, утворених потоком, від поверхні насосної лопатки. 11. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-10, в якому на щонайменше частині їх довжини кожна вихідна напрямна лопатка зміщена від відповідної ближньої насосної лопатки на відстань, яка приблизно дорівнює максимальній товщині вихідної напрямної лопатки. 12. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-11, в якому кожна вихідна напрямна лопатка, загалом, має в поперечному перерізі ту ж форму і ширину, що і основні насосні лопатки. 13. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-12, в якому кожна вихідна напрямна лопатка звужується на конус по висоті. 14. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-13, в якому кожна вихідна напрямна лопатка звужується на конус по ширині. 15. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-14, в якому один або декілька з проходів мають зв'язану з ним одну або декілька вхідних напрямних лопаток, причому вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка проходить вздовж бічної поверхні насосної лопатки і закінчується протилежним кінцем, розташованим між переднім і заднім краями насосної лопатки, з якою вона зв'язана. 16. Робоче колесо за п. 15, в якому кожна вхідна напрямна лопатка виконана в формі виступу, що проходить від основної поверхні насосної лопатки, з якою вона зв'язана, у відповідний прохід. 14 UA 99968 C2 5 10 15 20 25 30 35 17. Робоче колесо за будь-яким з пп. 15-16, в якому вхідна напрямна лопатка або кожна вхідна напрямна лопатка має подовжену форму. 18. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-17, що додатково містить допоміжні лопатки на зовнішній поверхні одного або декількох дисків. 19. Робоче колесо за п. 18, в якому допоміжні лопатки мають скошені краї. 20. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-19, що містить не більше п'яти насосних лопаток. 21. Робоче колесо за будь-яким з пп. 1-20, що містить чотири насосні лопатки. 22. Робоче колесо шламового насоса, яке містить передній диск і задній диск, що має, кожен, внутрішню основну поверхню із зовнішнім периферійним краєм і центральною віссю, множину насосних лопаток, які проходять між внутрішніми основними поверхнями дисків і розташованих на відстані одна від одної, при цьому кожна насосна лопатка включає в себе протилежні основні бічні поверхні, одна з яких є насосною або нагнітальною бічною поверхнею, передній край в зоні центральної осі та задній край в зоні зовнішніх периферійних країв дисків, і між суміжними насосними лопатками утворений прохід, що має, кожен, зв'язану з ним вихідну напрямну лопатку, кожна з яких розташована всередині відповідного проходу поруч з однією або іншою з насосних лопаток і виступає від внутрішньої основної поверхні заднього диска, довжина кожної вихідної напрямної лопатки становить одну третю або менше довжини суміжної насосної лопатки, і напрямна лопатка має висоту, що становить від 30 до 35 процентів ширини насосної лопатки. 23. Відцентровий шламовий насос спірального типу, який містить корпус насоса, що має вхідну зону і вихідну зону, робоче колесо за будь-яким з пп. 1-22, розташоване всередині корпусу насоса, і привідний вал, з'єднаний по осі з робочим колесом. 24. Спосіб виготовлення відливка робочого колеса за будь-яким з пп. 1-22, що включає наступні етапи: заливання розплавленого матеріалу в ливарну форму для формування відливка; отвердження розплавленого матеріалу; зняття ливарної форми з щонайменше частково готового отвердженого відливка. 25. Спосіб заміни вихідної напрямної лопатки в робочому колесі за будь-яким з пп. 1-22, яка розташована на основній поверхні диска, з яким вона зв'язана, і проходить у відповідний вихідний прохід, який включає наступні етапи: зняття напрямної лопатки, коли вона зношується; і подальше встановлення незношеної змінної напрямної лопатки на робоче колесо. 26. Спосіб заміни робочого колеса у відцентровому насосі, що включає наступні етапи: зняття встановленого робочого колеса, коли воно зношується; і подальше встановлення в насос незношеного змінного робочого колеса за будь-яким з пп. 1-22. 27. Робоче колесо для існуючого відцентрового насоса, виконане з можливістю встановлення в корпус існуючого насоса як змінної деталі для заміни існуючого робочого колеса і виконане за будь-яким з пп. 1-22. 15 UA 99968 C2 16 UA 99968 C2 17 UA 99968 C2 18 UA 99968 C2 19 UA 99968 C2 20 UA 99968 C2 21 UA 99968 C2 22 UA 99968 C2 23 UA 99968 C2 24 UA 99968 C2 25 UA 99968 C2 26 UA 99968 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 27