EA020630B1

EA020630B1 - Корпус насоса

Info

Publication number: EA020630B1
Application number: EA201071403A
Authority: EA
Inventors: Кевин Эдвард Берджесс; Вэнь-Цзе Лю; Луис Москозо Лаванья; Гарри Брюс Глейвз
Original assignee: Уэйр Минералз Острэйлиа Лтд.
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2014-12-30
Also published as: CL2009001371A1; AR072256A1; EA201071403A1; EP2310691B1; EP2310691A1; CA2896075C; PL2310691T3; PE20100478A1; ES2838849T3; ES2588172T3; WO2009146506A1; MX2010013379A; ZA201008559B; EP2310691A4; IL209685A; US20140271159A1; EA023964B1; US20150337864A1; US9057385B2; CN102057165B

Abstract

Предложен корпус для центробежного насоса, который содержит входное отверстие, выпускной канал и переходную поверхность, проходящую между внутренней периферийной поверхностью основной насосной камеры и внутренней периферийной поверхностью выпускного канала, причем переходная поверхность предназначена при использовании для отделения выходящего потока материала в выпускной канал от потока материала, рециркулирующего при использовании в основной насосной камере. Переходная поверхность имеет водорез, имеющий профилированную секцию, которая содержит выступ, который проходит от закругленной аркообразной или U-образной переходной поверхности и конфигурирован таким образом, что при использовании снижаются скорость и/или турбулентность, возникающие от течения материала, накачиваемого в основной насосной камере.

Description

Настоящее изобретение относится, в целом, к насосам и более конкретно, хотя не исключительно, к центробежным насосам для обработки шламов.

Предпосылки создания изобретения

Центробежные шламовые насосы, в типичном случае, включают корпус с насосной камерой, в которой расположено рабочее колесо, установленное для вращения на валу рабочего колеса. Вал рабочего колеса входит в насосную камеру с задней стороны или приводной стороны корпуса насоса. Выпускной канал проходит тангенциально от периферии корпуса насоса и обеспечивает выпуск жидкости из насосной камеры.

Один вариант обычного корпуса для центробежного насоса показан на фиг. 1-4. На фиг. 1 и 2 показаны виды в перспективе корпуса насоса, показанного спереди под немного различными углами. На фиг. 3 показан вертикальный вид в сечении корпуса, и на фиг. 4 показан вид в сечении вдоль линии Х-Х на фиг. 3.

Корпус 10 насоса включает периферийную стеночную часть 12, имеющую насосную камеру 14 и противоположные стороны 15 и 16 (фиг. 4). Во время использования рабочее колесо установлено для вращения внутри корпуса насоса. Входное отверстие в насосную камеру 14 расположено на одной стороне корпуса, и ведущий вал, на котором установлено рабочее колесо, проходит через другую сторону. Насосная камера 14 в районе периферийной стеночной части 12 имеет спиральную форму, смещенную круглую форму или любую другую пригодную форму. Выпускной канал 13, проходящий от периферийной стеночной части 14, имеет водорез 19, который при использовании, в целом, служит для отделения выходящего в выпускной канал потока от потока, рециркулирующего в насосной камере.

В других формах центробежных насосов может быть применен внешний кожух, который окружает корпус насоса, показанный на фиг. 1-4. Везде в этом описании, когда использован термин корпус насоса, он относится к камере, которая окружает рабочее колесо насоса и в которой рабочее колесо может вращаться при использовании. В необлицованных насосах корпус насоса также является внешним кожухом насоса. В футерованном насосе корпус насоса может быть облицовкой или вкладышем (также известны как спиральная камера), который, в свою очередь, окружен структурой внешнего кожуха. Необлицованные насосы, в типичном случае, находят применение в условиях низкого износа, например при использовании для накачивания жидкостей или неабразивных смесей твердых частиц и жидкостей. В облицованных насосах вкладыш или спиральная камера является изнашиваемой частью, которая подвергается воздействию движения абразивного шлама во время использования и которая, в конечном счете, требует замены, а внешний кожух или оболочка насоса остаются неповрежденными.

Корпус насоса может быть сформирован из твердого сплава, такого как белый чугун, или эластомерного материала, такого как каучук. Корпус насоса может также включать боковые вкладыши, установленные на соответствующих сторонах 15, 16 корпуса 10 насоса.

Как лучше видно на фиг. 4, в обычном корпусе насоса водорез 19 выполнен в форме арки и имеет переходные зоны 17 в форме плавных конических секций, проходящих от концов аркообразного водореза между выпускным каналом 13 и насосной камерой 14 в районе периферийной стеночной части 12. Водорез 19 представляет собой часть корпуса, которая является самой близкой к внешней периферии рабочего колеса и выполняет функцию содействия распространению потока жидкости в выпускной канал 13 и минимизирования рециркуляции вокруг круговой области насосной камеры (то есть района между внутренней поверхностью периферийной стеночной части 12 и внешней окружностью рабочего колеса, когда оно расположено внутри насосной камеры).

При использовании центробежный шламовый насос должен работать в широком диапазоне расходов и высот гидростатического напора в ходе его нормальной работы и может даже приводиться при помощи привода переменной скорости для достижения широкого рабочего диапазона расхода и давления. В зависимости от скорости насоса поток шлама и твердых частиц, который выходит от вращающегося рабочего колеса в спиральный район, будет либо выходить из спиральной камеры в выпускной канал (поток В на фиг. 3), либо поток и твердые частицы будут повторно циркулировать в спиральной камере (поток А на фиг. 3). Точка наилучшей эффективности центробежного шламового насоса определена как поток, который производит самую высокую рабочую эффективность при одной определенной частоте вращения. В точке наибольшей эффективности величина рециркуляции в спиральной камере (поток А) минимальна, когда поток, приближающийся к водорезу, находится под правильным углом потока относительно водореза, таким образом, что водорез разделяет поток более равномерно с плавными линиями потока с обеих сторон от водореза.

Центробежные шламовые насосы, в типичном случае, не используются в добывающей отрасли с потоками выше потока с точкой наибольшей эффективности вследствие ускоренного эрозионного износа компонентов, который может возникать. Вместо этого центробежный шламовый насос выбирают таким образом, что существует поток между 30 и 100% потока с точкой наилучшей эффективности при любой эксплуатационной скорости. В этих рабочих условиях может увеличиться степень рециркуляции (поток А) в спиральной камере, что может также вызывать больше турбулентности в спиральной камере, в частности в районе водореза спиральной камеры. Так как поток, приближающийся к водорезу, более тур- 1 020630 булентный, скорость не будет однородной, и поток не будет равномерным для соответствия углу водореза.

Рециркулирующий поток в спиральной камере подвергается влиянию водореза 19 и также переходных зон 17, показанных на фиг. 3 и 4. С аркообразной переходной областью в ходе работы существует возможность создания двух больших закрученных структур вихревого потока на обеих сторонах спиральной камеры, которые затем взаимодействуют в районе водореза и затем по потоку дальше района водореза, в целом, вокруг центральной линии спиральной камеры. Эти вихревые потоки могут приводить к тому, что твердые частицы шлама будут иметь более высокую энергию и скорость, вызывая износ и эрозию материала в районе водореза и вокруг него, поскольку эта область является самой близкой к рабочему колесу и также является точкой разделения для потоков А и В.

Как указано выше, центробежные шламовые насосы могут в одном варианте содержать внешний корпус с внутренним вкладышем, сформированным из износостойкого эластомерного состава. В этой форме и внешний корпус, и вкладыш традиционно производят из двух частей или половин, которые прикрепляются друг к другу болтами, расположенными на внешней периферии корпуса. Две части соединяются вдоль плоскости, которая, в целом, перпендикулярна оси вращения рабочего колеса насоса.

Две собранные части формируют корпус, имеющий переднюю сторону с входом в него и заднюю сторону, при этом две части образуют насосную камеру, в которой расположено рабочее колесо, установленное для вращения на валу рабочего колеса. В некоторых вариантах осуществления изобретения вал рабочего колеса входит в насосную камеру с задней стороны, и выход расположен на периферийной боковой кромке или стеночной части корпуса.

Как описано выше, водорез отделяет поток, циркулирующий в насосной камере, от потока, выходящего через выпускной канал. Поток может иметь колебания давления, сообщаемые ему в результате действия насосных лопастей рабочего колеса, проходящих мимо водореза, когда рабочее колесо вращается. Водорез имеет неравное распределение давления на его противоположных сторонах вследствие природы потока. Импульсы давления могут вызвать вибрацию каучука, которая приводит к фреттингкоррозии на контактных поверхностях каучуковых вкладышей и/или каучука внутри корпуса насоса. Вибрация в каучуке также вызывает гистерезисные потери в каучуке, что может привести к разрушению каучука и уменьшению его прочности из-за потерь при нарастании температуры.

Сущность изобретения

Согласно первому объекту создан корпус для центробежного насоса, содержащий основную насосную камеру, имеющую входное отверстие для подачи потока материала в основную насосную камеру во время использования, выпускной канал, проходящий от основной насосной камеры и обеспечивающий выход потока материала из основной насосной камеры во время использования, и переходную поверхность, проходящую между внутренней периферийной поверхностью основной насосной камеры и внутренней периферийной поверхностью выпускного канала, причем переходная поверхность предназначена для отделения, при использовании, выходящего потока материала в выпускной канал от потока материала, рециркулирующего при использовании в основной насосной камере, при этом переходная поверхность имеет водорез, имеющий профилированную секцию, которая содержит выступ, проходящий от закругленной, аркообразной или И-образной переходной поверхности и конфигурированный таким образом, что при использовании снижаются скорость и/или турбулентность, возникающие от течения материала, накачиваемого в основной насосной камере.

Такая конфигурация переходной поверхности может уменьшить падение закрученного потока с вихревой структурой на обе стороны спиральной камеры, что приводит к уменьшению износа и эрозии материала в районе водореза и вокруг него. Уменьшение таких потоков имеет преимущество замедления развития условий, которые могут приводить к ухудшению рабочих характеристик насоса.

Водорез предназначен для распределения потока в выпускной канал и уменьшения рециркуляции потока материала в основную насосную камеру. В некоторых вариантах осуществления изобретения переходная поверхность может также включать по меньшей мере одну плавную или переходную область для обеспечения плавного сужения между водорезом и внутренними периферийными поверхностями основной насосной камеры и выпускного канала.

В некоторых вариантах осуществления изобретения сам выступ может, например, иметь, в целом, закругленные кромки. Выступ может, например, иметь форму выпуклости или углубления или форму языка, хотя возможны другие формы, которые достигают желательного рабочего режима потока. В некоторых вариантах осуществления изобретения выступ может проходить в сам выпускной канал.

В некоторых вариантах осуществления изобретения основная насосная камера может содержать две противоположные стеночные части, и выступ расположен, в целом, в центре между боковыми стеночными частями. В некоторых вариантах осуществления изобретения и в зависимости от обстоятельств конкретного варианта применения выступ может располагаться не в центре, но может быть расположен вне центра или может отступать от одной из боковых стеночных частей.

В некоторых вариантах осуществления изобретения выступ может быть выполнен из эластомерного, металлического или любого другого пригодного материала, который обладает соответствующими характеристиками износостойкости.

- 2 020630

В некоторых вариантах осуществления изобретения выступ может быть приспособлен к переходной поверхности известного корпуса насоса для формирования профилированной секции с использованием любой пригодной техники фиксации или соединения.

В некоторых вариантах осуществления изобретения основная насосная камера может иметь, в целом, спиральную форму. В одном варианте осуществления изобретения корпус насоса может быть в форме вкладыша для насоса, имеющего внешний корпус.

В некоторых вариантах осуществления изобретения корпус насоса содержит две боковые части, которые могут быть соединены друг с другом для формирования корпуса насоса, при этом каждая из боковых частей содержит часть основной насосной камеры, выпускной канал и водорез, и каждая часть водореза имеет связанное с ним усиление.

В некоторых вариантах осуществления изобретения усиление включает выступ на одной из частей водореза и взаимодействующую с ним выемку на другой из частей водореза, при этом выступ вставляется в выемку, когда боковые части соединены друг с другом.

В некоторых вариантах осуществления изобретения водорез включает переднюю кромку, при этом усиление отнесено от передней кромки водореза.

В некоторых вариантах осуществления изобретения выступ проходит в выемку, когда он вставлен достаточно для учета любого износа корпуса при использовании.

В некоторых вариантах осуществления изобретения усиление отнесено от внутренней периферийной поверхности насосной камеры и от внутренней периферийной поверхности выпускного канала.

В некоторых вариантах осуществления изобретения выемка и выступ являются, в целом, прямоугольными при взгляде в сечении и имеют продольную ось, проходящую в направлении водореза.

В некоторых вариантах осуществления изобретения усиление включает выемку в каждой части водореза и вставку, имеющую противоположные концевые части, вставляемые в соответствующие выемки.

В некоторых вариантах осуществления изобретения вставка сформирована из пластмассы, керамического или металлического материала.

Согласно второму объекту создан вкладыш для центробежного насоса, содержащий две боковые части, которые могут быть соединены друг с другом таким образом, что вкладыш насоса содержит основную насосную камеру, входное отверстие в основную насосную камеру и выпускной канал, проходящий от основной насосной камеры, причем основная насосная камера и выпускной канал имеют внутреннюю периферийную поверхность, переходную часть, имеющую переходную поверхность между внутренними периферийными поверхностями указанной насосной камеры и выпускного канала, причем переходная часть включает водорез, каждая из боковых частей содержит часть основной насосной камеры, выпускного канала и переходной части, и каждая часть переходной части имеет связанное с ней усиление.

Усиление уменьшает влияние потока и влияния вибрации и давления на износ каучукового вкладыша, особенно в области водореза. Усиление может также уменьшить опасность разрушения или разрыва части водореза.

В некоторых вариантах осуществления изобретения усиление включает выступ на одной из частей переходной части и взаимодействующую с ним выемку на другой из частей переходной части, причем выступ вставляется в выемку, когда боковые части соединены друг с другом.

В некоторых вариантах осуществления изобретения водорез включает переднюю кромку, при этом усиление в переходной части отнесено от передней кромки водореза.

В некоторых вариантах осуществления изобретения выступ проходит в выемку, когда он вставлен достаточно для учета любого износа вкладыша при использовании.

В некоторых вариантах осуществления изобретения усиление отнесено от внутренней периферийной поверхности насосной камеры и выпускного канала.

В некоторых вариантах осуществления изобретения усиление включает выемку в каждой части переходной части и вставку, имеющую противоположные концевые части, вставляемые в соответствующие выемки.

Согласно третьему объекту создан центробежный насос, содержащий корпус насоса, как описано выше в любом из предыдущих вариантов осуществления изобретения, с основной камерой, входным отверстием и выпускным каналом и рабочее колесо, расположенное внутри основной камеры и установленное для вращения на валу рабочего колеса.

В некоторых вариантах осуществления изобретения корпус насоса имеет форму вкладыша, расположенного внутри внешнего корпуса.

Согласно четвертому объекту созданы варианты способа установки вкладыша внутри насоса, описанного выше, в котором вкладыши устанавливаются внутри основной камеры.

- 3 020630

Краткое описание чертежей

Несмотря на любые другие формы, которые могут входить в объем устройства, указанного в кратком описании, ниже описаны конкретные варианты осуществления изобретения в качестве примера и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг. 1 и 2 изображают виды в перспективе обычного корпуса насоса, описанного выше; фиг. 3 - вертикальный вид в сечении корпуса насоса, показанного на фиг. 1 и 2; фиг. 4 - вид в сечении, выполненном по линии Х-Х на фиг. 3;

фиг. 5 - вид в перспективе корпуса центробежного насоса согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг. 6 - вертикальный вид в сечении корпуса насоса, показанного на фиг. 5; фиг. 7 - вид в сечении, выполненном по линии Υ-Υ на фиг. 6;

фиг. 8 - вид в перспективе корпуса насоса согласно другому варианту осуществления изобретения; фиг. 9 - вертикальный вид в сечении корпуса насоса, показанного на фиг. 8; фиг. 10 - вид в сечении, выполненном по линии Ζ-Ζ на фиг. 9;

фиг. 11 - некоторые экспериментальные вычислительные результаты моделирования для потока жидкости в плоскости А-А, показанной в варианте выполнения рабочего колеса на фиг. 9, но где нет выступа водореза на месте;

фиг. 12 - некоторые экспериментальные вычислительные результаты моделирования для потока жидкости в плоскости А-А, показанной в варианте выполнения рабочего колеса на фиг. 9;

фиг. 13 - другой вид в перспективе вкладыша насоса;

фиг. 14 - вид в сечении вкладыша насоса, показанного на фиг. 11;

фиг. 15 - вид в перспективе одной из пары частей вкладыша согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг. 16 - вид в перспективе другой из пары частей вкладыша согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг. 17 - вертикальный вид сбоку части, показанной на фиг. 13; фиг. 18 - вертикальный вид сбоку части, показанной на фиг. 14.

Подробное описание конкретных вариантов осуществления изобретения

На фиг. 5-7 показан вариант выполнения корпуса 30 насоса, имеющего основную насосную камеру 34. Корпус 30 насоса имеет, в целом, спиральную форму, подобную автомобильной шине. В показанном варианте осуществления изобретения корпус 30 насоса имеет форму вкладыша, который при использовании расположен внутри конструкции внешнего кожуха насоса и внутри которого может приводиться во вращение рабочее колесо.

Корпус 30 насоса имеет, в целом, круглые отверстия 31 и 32, находящиеся на его противоположных сторонах, одно из которых образует входное отверстие 32 для подачи потока материала в основную насосную камеру 34. Другое отверстие 31 обеспечивает вставку ведущего вала (не показан), используемого для вращательного привода рабочего колеса (не показано), которое расположено внутри насосной камеры 34. Корпус насоса также включает периферийную стеночную часть 36, имеющую внутреннюю периферийную поверхность 37 и выпускной канал 38, который проходит тангенциально от стеночной части 36 (то есть в направлении линии А-А на фиг. 6), выпускной канал, имеющий внутреннюю периферийную поверхность 39. Основная насосная камера 34 имеет, в целом, спиральную форму и в показанном варианте осуществления изобретения в любой точке вдоль ее окружности имеет, в целом, полукруглое сечение, как показано на фиг. 7. В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 10, основная насосная камера 34 имеет, в целом, спиральную форму и в показанном варианте осуществления изобретения в любой точке вдоль ее окружности имеет, в целом, И-образное сечение.

Корпус 30 насоса, показанный на фиг. 5-7, также включает переходную поверхность или зону 40, которая проходит между внутренней периферийной поверхностью 37 основной насосной камеры 34 и внутренней периферийной поверхностью 39 выпускного канала 38. Переходная поверхность или зона образует переход между путем потока по спиральной или круговой длине насосной камеры 30 и выпуском жидкости через выпускной канал 38. Переходная поверхность или зона 40 включает водорез 41 и две плавных или переходных области (или две сходящихся области) 45, которые устроены так, что они проходят между водорезом 41 и соответствующими внутренними периферийными поверхностями 37, 39 основной насосной камеры 34 и выпускного канала 38. Водорез 41 имеет, в целом, закругленную форму поверхности, имеющей отступающий от нее выступ. Как показано на фиг. 5 и 7, выступ имеет форму выпуклости 42 или выпуклости с углублением, расположенной в центре между боковыми стенками основной насосной камеры при взгляде на торцевое сечение. Выпуклость 42 или выпуклость с углублением проходят нерегулярно, как часть в остальном аркообразного или гладкого водореза 41, но имеет, в целом, закругленные кромки. В других формах выступ может иметь форму языка или даже заостренную форму.

Переходная поверхность или зона 40 (включающая водорез 41 с выпуклостью 42 и переходные районы 45) приспособлена для отделения в ходе использования потока шламового материала, движущегося через выпускной канал 38, от потока материала, рециркулирующего внутри основной насосной камеры 34. Водорез 41 предназначен для распределения потока в выпускной канал 38 и уменьшения ре- 4 020630 циркуляции потока материала в основной насосной камере 34. Представляется, что выступ водореза и плавные или переходные районы могут уменьшать величину вихревого потока, создаваемого на обеих сторонах спиральной камеры, и понижать уровень вихревого потока, совместно уменьшая величину турбулентности в районе водореза. Более низкая скорость и меньший изгиб могут приводить к меньшему эрозионному износу компонентов насоса, которые находятся в контакте с движущимся минеральным шламом.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 5-7, и с конкретными ссылками на фиг. 6, водорез 41 проходит частично в выпускной канал 38, что, как было обнаружено, является предпочтительной конфигурацией.

Представляется, что выступ водореза также уменьшает вероятность одновременного развития двух вихревых структур на обеих сторонах спиральной камеры во время использования при накачивании смеси жидкости и твердых частиц. Более ровный и менее турбулентный поток в районе водореза имеет тенденцию содействовать развитию только одной доминирующей вихревой структуры, но имеющей белее низкую интенсивность. Износ и эрозия из-за одного более слабого завихрения будут меньше и, следовательно, будет достигнут более продолжительный срок службы. Сниженные уровни завихрения и турбулентности в районе водореза спиральной камеры могут также улучшить рабочие характеристики насоса и эффективность в широком диапазоне рабочих условий потока.

На фиг. 8-10 показан другой вариант выполнения корпуса 30А насоса, имеющего основную насосную камеру 34. Корпус 30А насоса имеет, в целом, спиральную форму, подобную автомобильной шине. В показанном варианте осуществления изобретения корпус 30А насоса имеет форму вкладыша, который при использовании расположен внутри конструкции внешнего кожуха насоса и внутри которого может приводиться во вращение рабочее колесо. Как упомянуто ранее, основная насосная камера 34 имеет, в целом, спиральную форму и в показанном варианте осуществления изобретения в любой точке вдоль ее окружности имеет, в целом, И-образное сечение. Для удобства использовались одинаковые ссылочные позиции для обозначения одинаковых признаков на фиг. 5-7 и 8-10.

Водорез и/или выступ, проходящий от водореза, могут быть выполнены из любого материала, пригодного для конфигурирования, формования или установки, как описано, такого как эластомерный материал, или твердых сплавов, которые имеют высокое содержание хрома, или металлов, которые были обработаны (например, отпущены) таким образом, чтобы они включали микроструктуру закаленного металла, или износостойкого керамического материала, который может обеспечивать пригодные характеристики износостойкости, когда он подвергается воздействию потока материалов с твердыми частицами.

В некоторых вариантах осуществления изобретения выступ может быть приспособлен к переходной поверхности 40 корпуса насоса предшествующего уровня техники для формирования профилированной секции при помощи любой пригодной техники крепления или соединения, например штифтового соединения, сварки и адгезионного связывания. При некоторых обстоятельствах можно удалить изношенный выступ из его положения на водорезе после периода использования или, например, если часть выступа разрушена при использовании. В зависимости от материала изготовления выступ может быть восстановлен такими же способами формования, как описано выше.

Материалы, используемые для описанных здесь корпусов насосов, могут быть выбраны из материалов, которые пригодны для конфигурирования, формования или установки, как описано, включая твердые сплавы, которые имеют высокое содержание хрома, или металлы, которые обработаны (например, отпущены) таким образом, чтобы они включали микроструктуру закаленного металла. Оболочки также могут быть изготовлены из других износостойких материалов, таких как керамика, или даже выполнены из эбонита, если корпус выполняет функцию вкладыша спиральной камеры в насосе.

Любой из описанных здесь вариантов выполнения корпусов находит применение в центробежном шламовом насосе спирального типа. Такие насосы обычно включают корпус насоса, имеющий входной район и выпускной район, и рабочее колесо, расположенное внутри корпуса насоса и вращающееся в нем механизированным ведущим валом, который в осевом направлении соединен с рабочим колесом. Так как спиральный вкладыш обычно является изнашиваемой частью, внешнюю структуру корпуса насоса периодически открывают, и изношенный спиральный вкладыш удаляют в отходы и заменяют неизношенным спиральным вкладышем описанного здесь типа. Изношенный спиральный вкладыш может иметь конструкцию, отличающуюся от конструкции нового неизношенного спирального вкладыша при условии, что новый неизношенный спиральный вкладыш является совместимым с пространством внутри внешнего корпуса насоса, допуская его приспосабливание.

В некоторых вариантах осуществления изобретения корпус является литым изделием, выполненным из затвердевшего расплавленного металла. Литейный процесс включает отливку расплавленного металла в форму и охлаждение и затвердевание металла для получения заданной формы. Сложность литейного процесса зависит до некоторой степени от формы и конфигурации литейной формы для корпуса, в некоторых случаях требуя специальных технологий для введения расплавленного металла и для отделения отлитого изделия от формы.

Экспериментальное моделирование

Были выполнены вычислительные эксперименты для моделирования потока в различных конструк- 5 020630 циях описанного здесь корпуса насоса с использованием коммерчески доступного программного обеспечения ΑΝδΥδ СРХ. Это программное обеспечение применяет способы вычислительной гидродинамики для вычисления поля скоростей для накачиваемой жидкости. Программное обеспечение способно вычислять многие другие интересующие переменные, однако скорость является переменной, которая важна для показанных здесь фигур.

Для каждого эксперимента вычислительной гидродинамики результаты затем были обработаны с использованием соответствующего модуля СРХ. На фиг. 11 (эксперимент 1) показаны виды сечения в плоскости А-А, которая пересекает обычный корпус насоса в радиальной плоскости, проходящей на 15° по потоку дальше водореза на корпусе насоса типа, показанного на фиг. 9, но где нет выступа, сформированного на водорезе. На фиг. 12 (эксперимент 2) показаны виды сечения в плоскости А-А, которая пересекает вариант корпуса насоса с выступом водореза в радиальной плоскости, проходящей на 15° по потоку дальше водореза на корпусе насоса, показанного на фиг. 9 и который является примером водореза, который включает выступ. Векторы скорости нанесены на эти плоскости для анализа того, как жидкость и твердые частицы шлама движутся по каналу, сформированному между двумя противоположными (передним и задним) кожухами рабочего колеса, и входят в кольцевое пространство внутри корпуса насоса, где корпус насоса является И-образным в сечении. Величина этих векторов вместе с их плотностью распределения указывает величину скоростного параметра, и искривленные структуры векторов, в целом, указывают присутствие завихрений.

Эксперимент 1.

На виде сбоку потока, показанного на фиг. 11, плотность распределения векторов указывает величину скоростного параметра и присутствие завихрений. Важным районом внимания является район, расположенный на верхнем краю каждого чертежа, который является районом, где жидкость входит в контакт с внутренней поверхностью корпуса насоса. Можно наблюдать плотность стрелок. Соответствующий район обозначен стрелкой с позицией С на каждом графике векторов скорости. Важен также турбулентный поток, выходящий из района между кожухами рабочего колеса, обозначенный стрелкой с позицией Н.

Эксперимент 2.

На виде сбоку потока, показанного на фиг. 12, плотность распределения векторов в районе, расположенном на верхнем краю каждого чертежа, который является районом, где жидкость входит в контакт с внутренней поверхностью корпуса насоса, меньше плотности, показанной на фиг. 11 (эксперимент 1).

Соответствующий район на фиг. 12 обозначен на графике векторов скорости небольшой стрелкой с позицией 1. Это означает, что будет меньше завихрений (и, таким образом, меньше износа) на внутренней поверхности корпуса насоса, показанного на фиг. 9, по сравнению с обычным типом, показанным на фиг. 3, который не имеет выступа водореза. Существует также намного меньше турбулентных потоков, выходящих из района между кожухами рабочего колеса, как обозначено стрелкой с позицией К, по сравнению с районом, обозначенным стрелкой Н на фиг. 11 для обычного корпуса.

На фиг. 13 и 14 показан вкладыш 30В насоса, который включает две противоположные части 26 и 28, которые могут соединяться друг с другом периферийными кромками 27 и 29. Вкладыш 30В насоса сформирован из эластомерного материала и приспособлен для помещения внутрь внешнего твердого корпуса насоса. Для удобства использовались одинаковые ссылочные позиции для обозначения одинаковых признаков на фиг. 13-18, как и выше на фиг. 5-10.

Вкладыш 30В насоса имеет основную насосную камеру 34 и имеет отверстия 31 и 32 на его противоположных сторонах, одно из которых является входным отверстием 31 для подачи потока материала в основную насосную камеру 34. Другое отверстие 32 обеспечивает вставку ведущего вала (не показан), используемого для вращательного привода рабочего колеса (не показано), которое расположено внутри насосной камеры 34. Вкладыш насоса также включает периферийную стеночную часть 36, имеющую внутреннюю периферийную поверхность 37, и выпускной канал 38, имеющий внутреннюю периферийную поверхность 39. Основная насосная камера 34 имеет, в целом, спиральную форму.

Вкладыш 30В насоса также включает переходную поверхность или зону 40, которая проходит между внутренней периферийной поверхностью 37 основной насосной камеры 34 и внутренней периферийной поверхностью 39 выпускного канала 38. Переходная поверхность или зона 40 включает водорез 41 и два плавных перехода (или сливающихся района) 45, которые устроены так, что они проходят между водорезом 41 и соответствующими внутренними периферийными поверхностями 37, 39 основной насосной камеры 34 и выпускного канала 38. Водорез 41 имеет, в целом, закругленную форму поверхности с передней или свободной кромкой 44, имеющей отступающий от нее выступ. Свободная или передняя кромка находится вблизи проходящего рабочего колеса, когда рабочее колесо вращается внутри насосной камеры. Как показано на фиг. 13 и 14, выступ имеет форму выдающейся вперед выпуклости 42, утолщения или выступа с углублением и расположен в центре между боковыми стенками основной насосной камеры при взгляде на торцевое сечение. Выпуклость, утолщение или углубление 42 проходит нерегулярно, как часть в остальном аркообразного или гладкого водореза 41, но имеет, в целом, закругленные кромки.

- 6 020630

Переходная поверхность или зона 40 приспособлена для отделения в ходе использования потока шламового материала, движущегося через выпускной канал 38, от потока материала, рециркулирующего внутри основной насосной камеры 34. Водорез 41 предназначен для распределения потока в выпускной канал 38 и уменьшения рециркуляции потока материала в основной насосной камере 34.

Как показано на фиг. 15-18, в районе водореза 41 расположено усиление 50, и, как показано, оно включает выступ 52 на поверхности 56 на одной из частей переходной части и взаимодействующую выемку 54 на поверхности 58 другой из частей переходной части, причем выступ вставляется в выемку, когда боковые части соединены друг с другом. В другой форме на каждой из частей переходной части расположена выемка, и в каждую выемку вставляется вставка (такая как шпонка или подобное средство), когда боковые части соединяют друг с другом. Усиление в переходной части отнесено от передней кромки водореза 41. Вставка может быть сформирована из пластмассы, керамического или металлического материала. Выступ проходит в выемку, когда он вставлен, таким образом, что его свободный конец отнесен от внешней поверхности переходной части. Во всех формах усиление отнесено от внутренних периферийных поверхностей 37, 39 насосной камеры 34 и выпускного канала 38. Выемка и указанный выступ имеют, в целом, прямоугольную форму при взгляде в сечении и имеют продольную ось, проходящую в направлении водореза.

В предшествующем описании определенных типичных вариантов осуществления изобретения для ясности применена специальная терминология. Однако изобретение не ограничено избранными специальными терминами, и следует понимать, что каждый специальный термин включает все технические эквиваленты, которые работают подобным образом для достижения подобной технической цели. Такие термины, как передний и задний, выше и ниже и т.п. использованы как слова для удобства определения опорных точек и не должны рассматриваться как ограничивающие термины.

Ссылка в этом описании на любую предшествующую публикацию (или полученную из нее информацию) или любой известный материал не должна рассматриваться как признание или допущение или какая-либо форма указания, что эта предшествующая публикация (или полученная из нее информация) или известный материал формирует часть общеизвестного знания в области, к которой относится это описание.

Понятно, что различные изменения, модификации и/или добавления могут быть включены в различные конструкции и расположение частей, не отступая от сущности или объема изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Корпус центробежного насоса, содержащий основную насосную камеру (34) и имеющий входное отверстие (31) для подачи при использовании потока материала в основную насосную камеру, выпускной канал (38), проходящий от основной насосной камеры (34) и при использовании предназначенный для выхода потока материала из основной насосной камеры, и переходную поверхность (40), проходящую между внутренней периферийной поверхностью (37) основной насосной камеры (34) и внутренней периферийной поверхностью (39) выпускного канала (38) и при использовании предназначенную для отделения выходящего потока материала в выпускной канал (38) от потока материала, рециркулирующего в основной насосной камере (34), при этом переходная поверхность (40) имеет водорез (41) закругленного аркообразного профиля с выступом (42) в его центральной части, предназначенный для распределения потока материала в выпускной канал (38) и уменьшения рециркуляции потока в основной насосной камере (34).
2. Корпус по п.1, в котором профиль переходной поверхности (40) представляет И-образный профиль.
3. Корпус по п.1, в котором переходная поверхность (40) дополнительно включает в себя по меньшей мере одну плавную или переходную область (45) для обеспечения плавного сужения между водорезом (41) и внутренними периферийными поверхностями (37, 39) основной насосной камеры (34) и выпускного канала (38).
4. Корпус по п.3, в котором сам выступ (42) имеет, по существу, закругленные кромки.
5. Корпус по п.3 или 4, в котором выступ (42) имеет форму с выпуклостью или впадиной.
6. Корпус по любому из пп.3-5, в котором выступ (42) имеет форму языка.
7. Корпус по любому из пп.3-6, в котором выступ (42) проходит в выпускной канал (38).
8. Корпус по любому из пп.3-7, в котором основная насосная камера (34) включает в себя две противоположные стеночные части и выступ (42) расположен, по существу, в центре между боковыми стеночными частями.
9. Корпус по любому из пп.3-8, в котором выступ (42) выполнен из эластомерного или металлического материала.
10. Корпус по любому из пп.3-9, в котором выступ (42) приспособлен к переходной поверхности известного корпуса насоса для формирования профилированной секции.
11. Корпус по любому из предшествующих пунктов, в котором основная насосная камера (34) име- 7 020630 ет, по существу, спиральную форму.
12. Корпус по любому из предшествующих пунктов, в котором корпус насоса выполнен в форме вкладыша для насоса, имеющего внешний корпус.
13. Корпус по любому из пп.1-12, содержащий две боковые части (26, 28), соединенные друг с другом для образования корпуса насоса, при этом каждая из боковых частей содержит часть основной насосной камеры (34), выпускного канала (38) и водореза (41), и каждая часть водореза имеет связанное с ней усиление (50).
14. Корпус по п. 13, в котором усиление (50) включает в себя выступ (52) на одной из частей водореза (41) и взаимодействующую с ним выемку (54) на другой из частей водореза, причем выступ выполнен с возможностью введения в выемку при соединении боковых частей друг с другом.
15. Корпус по п.13 или 14, в котором водорез включает переднюю кромку, а усиление (50) отстоит от передней кромки водореза.
16. Корпус по п.14 или 15, в котором выступ (52) проходит в выемку (54), когда он достаточно введен с учетом любого износа корпуса при использовании.
17. Корпус по любому из пп.14-16, в котором усиление (50) отстоит от внутренней периферийной поверхности (37) насосной камеры (34) и от внутренней периферийной поверхности (39) выпускного канала (38).
18. Корпус по любому из пп.14-17, в котором выемка (54) и выступ (52) имеют, по существу, прямоугольную форму в сечении, имеющем продольную ось, проходящую в направлении водореза.
19. Корпус по п.14, в котором указанное усиление (50) включает в себя выемку (54) в каждой части водореза и вставку, имеющую противоположные концевые части, вводимые в соответствующие выемки.
20. Корпус по любому из предшествующих пунктов, который выполнен в форме вкладыша для насоса, имеющего внешний корпус.
21. Центробежный насос, содержащий корпус насоса по любому из пп.1-20, имеющий основную камеру, входное отверстие и выпускной канал, причем внутри основной камеры корпуса расположено рабочее колесо, установленное с возможностью вращения на валу рабочего колеса.
22. Центробежный насос по п.21, в котором корпус насоса выполнен в форме вкладыша, расположенного внутри внешнего корпуса.