Робоче колесо ґрунтового насоса

Робоче колесо ґрунтового насоса, що являє собою плоске тіло обертання, одна формотвірна сторона якого оснащена посадковою втулкою з осьовим отвором для розміщення привідного вала, а інша формотвірна сторона оснащена радіально розташованими лопатями, які мають вигин у проекції на площину тіла обертання, яке відрізняється тим, що формоутворення вигину лопатей робочого колеса характеризується зовнішнім радіусом окружності лопатей робочого колеса, радіусом початку лопатей робочого колеса, швидкістю води в напірному патрубку насоса, що відповідає його подачі, швидкістю виходу води з колеса, що відповідає напору насоса, кутом виходу лопаті, кутом охвату лопаті, величиною рівних засічок, радіусом рівних засічок, коефіцієнтом зменшення зовнішнього радіуса окружності лопатей робочого колеса, числом розбивок кута о хвату лопаті, порядковим номером кутів, отриманих у результаті розбивок кута охвату лопаті, радіусами засічок, відповідними кутам, отриманим у результаті розбивки кута охвату лопаті, кутами, які відповідають радіусам засічок, що відповідають кутам, отриманим у результаті розбивок кута охвату лопаті, і які визначаються за формулою: 2 3 21124 Корисна модель відноситься до машинобудування, зокрема, до виготовлення ґрунтових насосів. Як конструктивний елемент ґрунтових насосів, робоче колесо, що заявляється, забезпечує створення усмоктувального і нагнітаючого тиску, що забезпечує транспортування рідин, які являються багатокомпонентними за вмістом і мають відносно високу щільність. Ці рідини складаються з основного носія - води і наповнювача, що представляє собою дрібну кристалічну масу, частки якої мають різну міцність, абразивність і гранулометричний склад. У якості рідини можуть бути водонасичені метаморфічні породи, що витягаються шляхом розмиву, або пульпа збагачувальних фабрик використовувана на різних технологічних циклах переробки мінеральних корисних копалин: від первинної переробки вихідної сировини до заключної, в результаті якої одержують товарний концентрат і хвости збагачення. Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є робоче колесо ґрунтового насоса, який призначений для транспортування гідроабразивних сумішей із включенням руди, шлаків, піску. Робоче колесо являє собою плоске тіло обертання, одна формотворна площина якого постачена посадковою втулкою із гніздом для розміщення приводного вала, а інша формотворна площина постачена радіально розташованими лопатками, які мають вигин у проекції на площину тіла обертання [Семидуберский М.С. "Насосы, компрессоры, вентиляторы", М. 1974, С.64-67.] Недоліком відомого робочого колеса є те, що при існуючій формах лопаток неможливо досягнути максимально можливого коефіцієнта корисної дії та зносостійкості, за рахунок неоптимальних кутів нахилу лопаток та їх профилю. Формоутворення лопаток робочого колеса ґрунтового насоса не регламентовано. Крім того, конструкцією робочого колеса передбачена посадка приводного вала у посадкову втулку, де він фіксується. Втулка виконується у вигляді порожнього циліндра. Після виконання отвору в робочому колесі і його попереднього нагрівання посадкова втулка, яка має циліндричну бічну поверхню, фіксується за рахунок зміни температурного градієнта робочого колеса. Тривалість експлуатації робочого колеса визначається максимальним збігом осі обертання із центром маси тіла обертання. Відома конструкція посадкового місця для приводного вала, шляхом відомого розміщення в ньому циліндричної втулки, робить складним рішення цього завдання. При розбіжності осі обертання і центра маси, необхідні додаткові роботи із центрування робочого колеса шляхом часткового фрезерування його поверхні. При тривалій експлуатації втулка втрачає надійне зчеплення з робочим колесом і виникаюче при цьому його осьове і радіальне биття робить непридатним використання ґрунтового насоса для перекачування псевдорідини високої щільності. Завданням корисної моделі є вдосконалення конструкції робочого колеса ґрунтового насоса за рахунок регламентованого формоутворення лопа 4 ток. Крім того, конструкцією передбачена фіксація посадкової втулки в тілі робочого колеса за рахунок наявності плоских граней у кільцевому зовнішньому пазу. Це дозволяє максимально збільшити продуктивність ґрунтового насоса, підвищити експлуатаційний ресурс, знизити собівартість за рахунок зменшення кількості технологічних циклів виготовлення і надійної фіксації посадкової втулки. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що робоче колесо ґрунтового насоса являє собою плоске тіло обертання, одна формотворна сторона якого постачена посадковою втулкою з осьовим отвором для розміщення приводного вала, а інша формотворна сторона постачена радіально розташованими лопатками, які мають вигин у проекції на площину тіла обертання. Відповідно до корисної моделі, формоутворення вигину лопаток робочого колеса характеризуються: зовнішнім радіусом окружності лопаток робочого колеса; радіусом початку лопаток робочого колеса; швидкістю води в напірному патрубку насоса, що відповідає його подачі; швидкістю виходу води з колеса, що відповідає напору насоса; кутом виходу лопаті; кутом охвату лопаті; величиною рівних засічок; радіусом рівних засічок; коефіцієнтом зменшення зовнішнього радіуса окружності лопаток робочого колеса; числом розбивок кута охвату лопаті; порядковим номером кутів, отриманих в результаті розбивок кута охвату лопаті; радіусами засічок відповідним кутам отриманих у результаті розбивки кута охвату лопаті; кутами, які відповідають радіусам засічок, що відповідають кутам отриманих у результаті розбивок кута охвату лопаті і які визначаються за формулою & nx = g g & nx де g - кут охвату лопаті, град; & nx - порядковий номер кута; при цьому кут ви ходу лопаті дорівнює a = arcsin & Vs Va де V's - швидкість води в напірному патрубку насоса, що відповідає його подачі, м/с; Va - швидкість виходу води з колеса, що відповідає напору насоса, м/с; а кут о хвату лопаті дорівнює æ R 2 + Rx 2 - Hx2 R g = ç arccos a + arccos e ç 2R aR x Rx è ö ÷ , град, ÷ ø де Ra - зовнішній радіус окружності лопаток робочого колеса, мм; Re - радіус початку лопаток робочого колеса, мм; Hx - значення рівних засічок, мм Hx = Rx2 - Re2 Rx - радіус рівних засічок Н х, мм; Rx = 1+ 2æ R a2 cos2 a - Ra sin a ö ± 1+ 4æ R a 2 cos2 a - R a sina - R e 2 ö ç ÷ ç ÷ è ø è ø 2 де a - кут ви ходу лопаті, град; 5 21124 6 при чому формоутворення лопаті відповідає лютна швидкість руху рідини на вході в колесо 1 і коефіцієнту зменшення зовнішнього радіуса окруна виході з нього. жності лопаток робочого колеса Ефективність роботи ґрунтового насоса перебуває у прямої залежності від параметрів лопаток Ra & m = (n-1) 2 на робочому колесі 1, яке являє собою плоске Re тіло обертання, одна формотворна сторона якого & де n - число розбивок кута охвату лопаті; постачена посадковою втулкою 3 з осьовим отвоі радіусам засічок відповідним кутам, отримаром для розміщення приводного вала, а інша них у результаті розбивки кута охвату лопаті формотворна сторона постачена радіально розR ташованими лопатками 2, які мають вигин у проеRnx = &a & кції на площину тіла обертання. Оптимальні параmnx метри лопаток 2 визначаються за допомогою & де nx - порядковий номер кута, отриманого в залежностей, отриманих у результаті проведених результаті розбивок кута охвату лопаті; теоретичних і експериментальних досліджень. В при чому формотворна крива вигину профілю отримані залежності входять основні параметри, лопаті відповідає точкам перетинання радіусів які визначають формотворний вигин лопаток 2: засічок відповідним кутам, отриманих у результаті зовнішній радіус окружності лопаток 2 робочого розбивки кута о хвату лопаті, і променів з кутами, колеса 1; радіус початку лопаток 2 робочого колеякі відповідають радіусам засічок, що відповідають са 1; швидкість води в напірному патрубку насоса, кутам, отриманих у результаті розбивок кута охващо відповідає його подачі; швидкість виходу води ту лопаті, а в тілі робочого колеса розміщена і заз колеса 1, що відповідає напору насоса; кут ви хофіксована порожня посадкова втулка циліндричної ду лопаті 2; кут о хвату лопаті 2; величина рівних форми, постачена зовнішнім бічним багатогранзасічок; радіус рівних засічок; коефіцієнт зменшенним пазом. ня зовнішнього радіуса окружності лопаток 2 робоЗаявлена корисна модель ілюструється схечого колеса 1; число розбивок кута охвату лопаті мами, де 2; порядковий номер кутів отриманих у результаті на Фіг.1 показана вертикальна проекція роборозбивок кута охвату лопаті 2; радіуси засічок відчого колеса ґрунтового насоса, повідним кутам отриманих у результаті розбивки на Фіг.2 - вид колеса з боку лопаток; кута охва ту лопаті 2; кути, які відповідають радіуна Фіг.3 - розріз А-А Фіг.1; сам засічок, що відповідають кутам отриманих у на Фіг.4 - розрахункова схема лопаток робочорезультаті розбивок кута охвату лопаті 2 і які виго колеса ґрунтового насоса. значаються за формулою Робоче колесо 1 ґрунтового насоса включає g лопаті 2 і посадкову втулку 3. & nx = g & Заявлене робоче колесо 2 є конструктивним nx елементом ґрунтового насоса. Ґрунтовий насос де g - кут охвату лопаті, град; являє собою відцентровий насос консольного ти& nx - порядковий номер кута; пу. Усередині рознімного по вертикалі корпуса при цьому кут ви ходу лопаті дорівнює розташований ротор, що складається з вала, з'єд& наного за допомогою посадкової втулки 3 з робоV a = arcsin s чим колесом 1, постаченим лопатками 2. Va Робоче колесо працює в такий спосіб. де V's - швидкість води в напірному патрубку При обертанні робочого колеса 1 частка рідинасоса, що відповідає його подачі, м/с; ни під дією відцентрової сили і сили Кориоліса Va - швидкість виходу води з колеса, що відпорухаються уздовж лопаток 2, тобто беруть участь відає напору насоса, м/с; у двох руха х: обертальному разом у колесом 1, а кут о хвату лопаті дорівнює здобуваючи окружну швидкість, і уздовж лопаток, æ здобуваючи відносну швидкість. У відцентровому R 2 + Rx 2 - Hx2 R ö g = ç arccos a + arccos e ÷ , град, насосі рідина підводиться по усмоктувальній трубі ç 2R aR x Rx ÷ è ø до робочого колеса 1 в осьовому напрямку з абсоде Ra - зовнішній радіус окружності лопаток лютною швидкістю. При вході в колесо 1 рідина робочого колеса, мм; відхиляється від осьового напрямку і рухається Re - радіус початку лопаток робочого колеса, радіально з абсолютною швидкістю. мм; При проходженні рідини по каналах між лопатHx - значення рівних засічок, мм ками швидкість її руху зростає на виході з колеса 1. За час повороту лопаті 2 разом з колесом 1 часHx = Rx2 - Re2 тка рідини, рухаючись уздовж лопаті і обертаюRx - радіус рівних засічок Н х, мм; чись разом з нею, описує задану абсолютну траєкторію, так що на ви ході з колеса 1 абсолютна æ ö æ ö 1+ 2ç R a2 cos2 a - Ra sin a ÷ ± 1+ 4ç R a 2 cos2 a - R a sina - R e 2 ÷ è ø è ø швидкість дотична до траєкторії абсолютного руху. Rx = 2 При обертанні робочого колеса 1 окружна де a - кут ви ходу лопаті, град; швидкість частки рідини при вході в робоче колесо при чому формоутворення лопаті 2 відповідає 1 і на виході з колеса 1 різні. коефіцієнту зменшення зовнішнього радіуса окруЧастка рідини рухається уздовж лопаток 2 з жності лопаток 2 робочого колеса 1 відносною швидкістю на вході в колесо і на виході з нього. У результаті геометричного додавання окружної і відносної швидкостей отримана абсо 7 21124 R & m = (n -1) a Re & де n - число розбивок кута охвату лопаті; і радіусам засічок відповідним кутам, отриманих у результаті розбивки кута охвату лопаті 2 Rnx = & Ra & mnx & де nx - порядковий номер кута, отриманого в результаті розбивок кута охвату лопаті; Формотворна крива вигину профілю лопаті 2 відповідає точкам перетинання радіусів засічок відповідним кутам, отриманих у результаті розбивки кута охвату лопаті 2 і променів з кутами, які відповідають радіусам засічок, що відповідають кутам, отриманих у результаті розбивок кута охвату лопаті 2. Для надійної фіксації приводного вала з робочим колесом 1 у тілі робочого колеса розміщають і фіксують порожню посадкову втулку 3. У втулці 3 виконують зовнішній бічний паз, одна з поверхонь якого паралельна осі втулки і має багатогранну форму. Це підвищує надійність фіксації втулки і попереджає виникнення бічних і осьових зсувів робочого колеса 1 щодо приводного вала в процесі експлуатації ґрунтового насоса. 8 Як приклад визначення оптимальних параметрів лопаток робочого колеса прийняті наступні вихідні дані: - зовнішній радіус окружності лопаток робочого колеса, Ra=350мм; - радіус початку лопаток робочого колеса, Re=120мм; - швидкість води в напірному патрубку насоса, що відповідає його подачі, V's=4м/с; - швидкість виходу води з колеса, що відповідає напору насоса, 30м/с; Визначаємо кут ви ходу лопаті а (див. Фіг.4) Rx2 - Re2 , H= x 2 326,1012 - 120= 303,219 мм Визначаємо профілювання кривої вигину лопаті R & m = (n -1) a , Re 350 m = (6 -1) = 1239 , 120 де n’=6 - прийняте число розбивок кута g б) визначаємо радіуси R’nxвідповідним кутам Ra & gnx Rnx = & , & mnx 350 R1 = = 282,49 mm, 1,2391 R3 = 350 1,2393 4 30 = 21,417 град Визначаємо кут о хвату лопаті g (див. Фіг.4) æ R 2 + Rx 2 - Hx2 R g = ç arccos a + arccos e ç 2R aR x Rx è ö ÷, ÷ ø 2 æ 350 2 + 326,101 - 303,219 2 120 ö ÷ = 121 56 g = ç arccos + arccos , ç 2 ´ 350 ´ 326,101 326,101 ÷ è ø град., град 1+ 2æ R a2 cos2 a - Ra sin a ö ± 1+ 4æ R a 2 cos2 a - R a sina - R e 2 ö ç ÷ ç ÷ è ø è ø 2 1 + 2æ 3502 cos2 21,4170 - 350sin 214170 ö ± 1 + 4æ 3502 cos2 214170 - 350 sin 214170 - 120ö ç , ÷ ç , , ÷ è ø è ø 2 Rxmax=326,101mm Rxmim=325,172mm - радіус рівних засічок Н х З двох значень беремо більше з метою одержання більше пологого профілю лопаті. H= x Va a = arcsin Rx = Rx = & Vs a = arcsin = 184,02 mm , R2 = 350 1,239 2 = 228 mm , R4 = 350 1,239 4 = 158,52 mm, R5 = 350 1,2395 = 120 mm & де nx - порядковий номер кута. & На перетинанні R’nx і лучачи з кутом gnx & nx = g = 121,56 = 24,312 град. g & nx 5 одержуємо точку. По отриманих точках будуємо лекальну криву профілю лопаті. Проведені аналітичні та дослідно - промислові експерименти показали високу ефективність роботи насоса при різних фізико - механічних властивостях рідин, що перекачуються. Конструкція робочого колеса, що заявляється, дозволяє в широкому діапазоні варіювати характеристики ґрунтового насоса залежно від конкретних умов експлуатації. 9 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 21124 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601