Рабочее колесо центробежного насоса для перекачки химических и абразивных смесей

 

Сущность изобретения: рабочие лопатки установлены на ведущем диске, выполненном из неметаллического материала, армированного многоэлементной системой из высокопрочных волокон в виде каркаса из круговых и радиальных волокон. Ведущий диск выполнен из матричного композита неорганических окислов. Тыльная поверхность каждой лопатки расположена под углом 103 - 105^o к поверхности диска. Толщина лопатки на выходе превышает ее высоту в 2 - 2,5 раза. 2 ил.

Изобретение относится к насосостроению.

Известен центробежный насос для перекачивания химических жидкостей, включающий консольно посаженное на вал рабочее колесо открытого типа с рабочими и импеллерными лопатками (Михайлов А.К. Малюшенко В.В. Лопастные насосы. М. Машиностроение, 1977, с.258, рис.141).

Также известен центробежный насос для перекачивания агрессивных жидкостей, содержащий рабочее колесо со ступицей и лопатками, закрепленное на валу посредством шпонки, причем для повышения износостойкости рабочий диск колеса целиком выполнен из фторопласта (авт.св. СССР N 1190086, кл. F 04 D 7/06, 1984).

Недостатками данного технического решения являются низкая надежность и невысокий ресурс работы насоса при перекачивании высокоагрессивных абразивных смесей, щелочей и кислот различной концентрации. Особенно низкой надежностью отличаются рабочие лопатки, поскольку они подвержены действию гидродинамических и центробежных сил, изгибающих и растягивающих лопасти, причем самым слабым местом лопаток по износостойкости является их выход.

Наиболее близким техническим решением к описываемому является рабочее колесо центробежного насоса для перекачки химических и абразивных смесей, содержащее металлическую ступицу и рабочие лопатки, установленные на ведущем диске, выполненном из неметаллического материала, армированного многоэлементной системой из высокопрочных волокон в виде каркаса из круговых и радиальных волокон (авт.св. СССР N 1485719, кл. F 04 D 7/04, 1987).

Однако известное колесо не надежно для перекачки высокоагрессивных рабочих жидкостей, кислот и щелочей ввиду того, что составные диски и лопатки создают щелевые зазоры, через которые возможно проникновение внутрь агрессивных жидкостей, а также применяемые компоненты полиуретан, синтетический каучук при концентрации свыше 60% выше 20^оС настойки и не рекомендуются для работы в условиях кислот. Кроме того, такая конструкция трудоемка в изготовлении и требует дорогостоящего оборудования.

Изобретение направлено на повышение ресурса работы и надежности в условиях эксплуатации, связанных с перекачиванием высокоагрессивных смесей, кислот и щелочей.

Технический результат достигается за счет того, что в рабочем колесе центробежного насоса для перекачки химических и абразивных смесей, содержащем металлическую ступицу и рабочие лопатки, установленные на ведущем диске, выполненном из неметаллического материала, армированного многоэлементной системой из высокопрочных волокон в виде каркаса из круговых и радиальных волокон, ведущий диск выполнен из матричного композита неорганических окислов, тыльная поверхность каждой лопатки расположена под углом 103-105^о к поверхности диска, а толщина лопатки на выходе превышает ее высоту в 2-2,5 раза.

На фиг.1 изображено рабочее колесо центробежного насоса, продольный разрез; на фиг.2 оно же, поперечное сечение.

Рабочее колесо центробежного насоса содержит ведущий диск 1, выполненный из матричного композита неорганических окислов, армированного многоэлементной системой 2 из высокопрочных волокон. В качестве волокон можно использовать металлические нити, проволоку, борные волокна. Система 2 армирования жестко соединена с помощью металлического кольца 3 со ступицей 4 и через шпонку (не показана) с валом привода насоса (не показан). На ведущем диске 1 установлены рабочие лопатки 5. Тыльная поверхность каждой лопатки расположена под углом 103-105^о к поверхности диска 1. Толщина лопатки 5 на выходе превышает высоту h в 2-2,5 раза. Угол прилегания лопатки и указанное соотношение ее толщины и высоты определены в результате испытаний, которые показали, что при указанных соотношениях наблюдается минимальный износ при перекачке химических жидкостей с абразивными частицами.

П р и м е р. Для центробежного насоса для перекачивания концентрированной соляной кислоты плотностью 1120 кг/м³ с твердыми включениями размером до 0,2 мм диск рабочего колеса толщиной 16 мм выполняется в виде отливки из матричного композита следующего состава, мас. SiO₂ 48-51; Al₂O₃ 12-15,9; FeO 8-12; Fe₂O₃ 2-2,85; TiO₂ 1-2,9; CaO 7-8,9; MgO 6-8,9; MnO 0,1-0,5; NaO₂ 2,3-3; Cr₂O₃ 0,5-1,6.

Зазоры между композитным диском и металлической ступицей уплотнены коррозионностойким герметиком. Материал армирования металлическая проволока.

Толщина лопатки на выходе 30 мм, высота 13 мм, угол прилегания тыльной стороны лопатки к диску составляет 105^о.

Испытания, проведенные в заводских условиях, показали, что коэффициент запаса прочности рабочего колеса с армированием в виде каркаса из круговых и радиальных волокон, жестко соединенного через металлическое кольцо со ступицей, возрастает (по сравнению с известными конструкциями) с 24 до 112, т. е. в 5 раз. Исследования также выявили, что предложенное соотношение размеров лопаток является оптимальным, так как при нем обеспечиваются наилучшие характеристики устойчивости лопаток к действию гидродинамических и центробежных сил.

Формула изобретения

РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ХИМИЧЕСКИХ И АБРАЗИВНЫХ СМЕСЕЙ, содержащее металлическую ступицу и рабочие лопатки, установленные на ведущем диске, выполненном из неметаллического материала, армированного многоэлементной системой из высокопрочных волокон в виде каркаса из круговых и радиальных волокон, отличающееся тем, что ведущий диск выполнен из матричного композита неорганических окислов, тыльная поверхность каждой лопатки расположена под углом 103-105^o к поверхности диска, а толщина лопатки на выходе превышает ее высоту в 2-2,5 раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2