RU2022176C1

RU2022176C1 - Submersible pump

Info

Publication number: RU2022176C1
Authority: RU
Inventors: Г.Д. Шекун; А.А. Малыхин
Original assignee: Комсомольский-на-Амуре политехнический институт
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: submersible pumps used for wash-out and handling of ground. SUBSTANCE: housing has vortex chamber, delivery branch pipe and perforated shell. Impeller is arranged inside the vortex chamber. Headpiece is arranged on side of pump inlet coaxially relative to the housing. Hydraulic vortex stirrer with nozzles connected to high-pressure liquid source is arranged in the headpiece. Nozzles are mounted in the center and over periphery of the headpiece chamber. Headpiece is provided with passages which are spread in height; axes of these passages which are spread in height; axes of these passages are oriented in the direction of impeller rotation. Passages are arranged over equidistant circumferential and helical lines. Headpiece is connected with housing in its upper portion. Such construction of headpiece excludes dissipation of energy of vortex into surrounding medium. EFFECT: enhanced economical efficiency of pump through reduction of consumption of energy for wash-out of ground. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к конструкциям погружных насосных агрегатов, предназначенных для размыва и перекачивания грунта, и может быть использовано для откачивания песка и грунта со дна водоемов при строительстве котлованов, заготовке сыпучих материалов, намыве грунта, а также при углублении и очистке водоемов и водных акваторий, добыче полезных ископаемых. The invention relates to hydraulic engineering, in particular to the designs of submersible pumping units designed for erosion and pumping soil, and can be used for pumping sand and soil from the bottom of ponds during the construction of pits, the preparation of bulk materials, washing the soil, as well as deepening and cleaning ponds and water, mining.

Известен погружной насос [1], содержащий корпус с напорным патрубком и перфорированной обечайкой, вал с рабочими колесами насоса и мешалки, насадок, расположенный со стороны входа насоса коаксиально корпусу с гидровихревой мешалкой, снабженной соплами, подключенными к источнику жидкости высокого давления и установленными в центре и по периферии полости насадка. Known submersible pump [1], containing a housing with a pressure pipe and a perforated shell, a shaft with impellers of the pump and mixer, nozzles located on the pump inlet side coaxially to the housing with a hydro-vortex mixer, equipped with nozzles connected to a high pressure liquid source and installed in the center and on the periphery of the cavity nozzle.

При вращении мешалки известной конструкции насоса образуется вихрь, который способствует размыву грунта и подъему гидросмеси к отверстиям обечайки. Установленные в центре и по периферии полости насадка сопла, подключенные к источнику жидкости высокого давления, улучшают гидровихревой размыв грунта за счет получения единого (с учетом образования вихря механическим воздействием рабочего колеса мешалки) вихревого шнура в области размыва грунта. During the rotation of the mixer of the known pump design, a vortex is formed, which contributes to the erosion of the soil and the rise of the hydraulic mixture to the holes of the shell. The nozzle nozzles installed in the center and around the periphery of the cavity, connected to a source of high pressure fluid, improve the hydro-vortex erosion of the soil by obtaining a single vortex cord (taking into account the formation of a vortex by the mechanical action of the impeller of the mixer) in the area of soil erosion.

Однако рассматриваемая конструкция погружного насоса обладает повышенными энергозатратами, так как
рабочее колесо мешалки, насаженное на вал насоса, отбирает часть мощности от рабочего колеса насоса;
разрежение, создаваемое насосом в полости насадка, также требует повышения мощности насоса.However, the design of the submersible pump under consideration has increased energy consumption, since
the impeller of the mixer, mounted on the pump shaft, takes part of the power from the impeller of the pump;
the vacuum created by the pump in the nozzle cavity also requires an increase in pump power.

Цель изобретения - повышение экономичности насоса за счет снижения энергозатрат на размыв грунта. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the pump by reducing energy consumption for erosion of the soil.

Сущность предлагаемого объекта состоит в повышении эффективности использования энергии, подводимой к насосу для размыва и подвода гидросмеси в рабочую камеру свободно-вихревого насоса за счет использования в насадке разнесенных по его высоте каналов, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочего колеса, при этом каналы могут быть выполнены по эвидистантным окружным или винтовым линиям. The essence of the proposed object is to increase the efficiency of use of energy supplied to the pump for washing out and supplying the slurry to the working chamber of the free-vortex pump due to the use of channels with spacers spaced along its height, the axes of which are oriented in the direction of rotation of the impeller, while the channels can be made on evidistant circumferential or helical lines.

Отличительными признаками в заявляемом решении являются
использование в насадке разнесенных по высоте каналов, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочего колеса;
каналы насадка выполнены по эквидистантным окружным или винтовым линиям;
насадок в верхней части соединен с корпусом насоса.Distinctive features in the claimed solution are
the use in the nozzle of channels spaced apart in height, the axes of which are oriented in the direction of rotation of the impeller;
nozzle channels are made along equidistant circumferential or helical lines;
nozzles in the upper part are connected to the pump casing.

Цель достигается тем, что в пределах внутреннего пространства насадка и рабочей полости насоса свободновихревого типа формируется направленный вверх высокоактивный закрученный поток с явно выраженным процессирующим вихревым ядром [2] , размывающий грунт на дне водоемов и транспортирующий гидросмесь в напорную магистраль. The goal is achieved by the fact that within the internal space of the nozzle and the working cavity of the free-vortex type pump, a highly active swirling flow is formed upward with a pronounced processing vortex core [2], which erodes the soil at the bottom of the reservoirs and transports the hydraulic mixture to the pressure line.

В результате работы свободновихревого насоса в полости насадка, представляющей фактически высасывающий патрубок насоса, создается разрежение. А так как дно насадка находится на грунте в процессе работы, то давление в полости насадка будет намного меньше давления окружающей вне насадка жидкости. И чем глубже донное основание насадка погружается в размываемый грунт, тем эта разность или градиент давления будет больше. Максимальный перепад давления в этом случае можно определить по известной формуле [3]
Δ P_max≅ρ_г g (H_sдоп+h_g)+ρ_o g h_п , где ρ_o и ρ_г - плотности воды и всасываемой гидросмеси;
H_sдоп- допустимая статическая высота всасывания насоса при перекачивании гидросмеси;
h_д - скоростной напор на входе во всасывающий патрубок насоса;
h_п - глубина погружения насоса под уровень воды.As a result of the work of the free-vortex pump in the cavity of the nozzle, which is actually a suction nozzle of the pump, a vacuum is created. And since the bottom of the nozzle is on the ground during operation, the pressure in the cavity of the nozzle will be much less than the pressure of the fluid surrounding the nozzle. And the deeper the bottom base the nozzle plunges into the eroded soil, the greater this difference or pressure gradient. The maximum pressure drop in this case can be determined by the well-known formula [3]
Δ P _max ≅ρ _g g (H _sdop + h _g ) + ρ _o gh _p , where ρ _o and ρ _g are the densities of water and the suction mixture;
H _sdop - permissible static suction height of the pump when pumping the hydraulic mixture;
h _d - high-pressure head at the inlet to the suction pipe of the pump;
h _p - the immersion depth of the pump under the water level.

Частично указанный перепад давления уменьшается, так как гидромешалка с высоконапорной жидкостью в предлагаемой конструкции расположена в полости насадка. Partially indicated pressure drop is reduced, since the mixer with high-pressure liquid in the proposed design is located in the cavity of the nozzle.

Возникающий таким образом на стенке насадка градиент давления способствует разгону поступающей из области вне насадка жидкости в профилированных каналах. На выходе из профилированных каналов насадка жидкость, обладая вполне определенной кинематической энергией, представляет собой энергетически активную среду. The pressure gradient arising in this way on the nozzle wall promotes the acceleration of the fluid coming from the area outside the nozzle in the shaped channels. At the exit from the profiled channels, the nozzle fluid, having a well-defined kinematic energy, is an energetically active medium.

Как известно [3], максимальная массовая концентрация песчано-гравийной смеси при ее перекачивании не превышает 53%, при объемной концентрации твердых частиц - 30% . В предлагаемой конструкции погружного насоса с целью повышения экономичности путем снижения энергозатрат на размыв грунта в насадке выполнены разнесенные по его высоте каналы, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочего колеса. As is known [3], the maximum mass concentration of a sand-gravel mixture during its pumping does not exceed 53%, with a volume concentration of solid particles - 30%. In the proposed design of a submersible pump, in order to increase efficiency by reducing energy consumption for soil erosion, nozzles are spaced apart along its height, the axes of which are oriented in the direction of rotation of the impeller.

В процессе работы насадок и заключенный в нем свободновихревой насос погружаются на дно водоема. Грунт в пределах полости насадка размывается высоконапорной жидкостью гидровихревой мешалки. Относительная величина поступающей для размыва высоконапорной жидкости по объему в сравнении с объемным расходом жидкости без твердых частиц, проходящей через насос, намного меньше 70% . Основную часть жидкости, таким образом, насос получает из области вне насадка. Для уменьшения потери размытого грунта насадок в рабочем состоянии своим донным основанием погружен в размываемый грунт. Таким образом, поступление требуемой жидкости с сохранением объемной концентрации твердых частиц вызывает необходимость использования перфорации в боковой стенке насадка. Такая необходимость воплощена в предлагаемой конструкции в виде эквидистантно расположенных по окружным или винтовым линиям профилированных каналов. При этом жидкость, поступающая через профилированные каналы, не только обеспечивает требуемое ее количество для поддержания заданной концентрации твердых частиц перекачиваемой гидросмеси, но, как показано ранее, она же является энергетически активной и при взаимодействии с восходящим закрученным потоком гидросмеси способствует стабилизации в пределах полости насадка высокоактивного вихревого шнура. Образованный в этом случае высокоактивный вихревой шнур с явно выраженным процессирующим вихревым ядром захватывает гидросмесь с придонного пространства и подымает ее в рабочую полость свободновихревого насоса. During the operation of the nozzles and the free-vortex pump enclosed in it, they sink to the bottom of the reservoir. Soil within the cavity of the nozzle is eroded by the high-pressure fluid of the vortex mixer. The relative amount of high-pressure fluid entering for erosion in volume compared to the volumetric flow rate of liquid without solid particles passing through the pump is much less than 70%. The main part of the liquid, thus, the pump receives from the area outside the nozzle. To reduce the loss of eroded soil, the nozzles are in working condition with their bottom base immersed in eroded soil. Thus, the flow of the desired fluid while maintaining the volume concentration of solid particles necessitates the use of perforation in the side wall of the nozzle. Such a need is embodied in the proposed design in the form of profiled channels equidistantly located along circumferential or helical lines. Moreover, the fluid entering through the profiled channels not only provides the required amount to maintain a given concentration of solid particles of the pumped hydraulic mixture, but, as shown earlier, it is also energetically active and, when interacting with an upward swirling flow of the hydraulic mixture, helps to stabilize the highly active nozzle within the cavity swirl cord. The highly active vortex cord formed in this case with a pronounced process vortex core captures the hydraulic mixture from the bottom space and lifts it into the working cavity of the free-vortex pump.

Таким образом, при вращении вала свободновихревого насоса и подводе высоконапорной жидкости к соплам
в околодонной области формируется вихрь, который энергетически развивается и поддерживается в полости насадка дифференцированным подводом высоконапорной жидкости из сопл мешалки и энергией жидкости, поступающей из профилированных каналов, расположенных в теле насадка;
в полости насадка в результате разрежения, создаваемого насосом, вихрь, сформированный в околодонном пространстве, приобретает поступательно-вращательное движение вверх и под воздействием жидкости, вытекающей из профилированных каналов насадка, приобретает форму высокоактивного вихревого шнура с явно выраженным процессирующим вихревым ядром, увлекающего и локализующего в пределах вихревого шнура перекачиваемую гидросмесь;
в рабочей камере свободновихревого насоса перекачиваемая гидросмесь энергетически насыщается за счет принудительного вращательного движения, создаваемого рабочим колесом.Thus, when rotating the shaft of a free-vortex pump and supplying a high-pressure fluid to the nozzles
a vortex is formed in the near-bottom region, which vigorously develops and is maintained in the nozzle cavity by a differentiated supply of high-pressure fluid from the nozzle of the mixer and the energy of the fluid coming from the profiled channels located in the nozzle body;
in the nozzle cavity, as a result of the rarefaction created by the pump, the vortex formed in the near-bottom space acquires a translational-rotational upward movement and, under the action of the fluid flowing from the shaped channels, the nozzle acquires the form of a highly active vortex cord with a pronounced processing vortex core, enthralling and localizing in within the vortex cord pumped hydraulic mixture;
In the working chamber of a free-vortex pump, the pumped-over hydraulic mixture is energetically saturated due to the forced rotational movement created by the impeller.

На фиг.1 изображен схематично продольный разрез предлагаемого погружного насоса; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. Figure 1 shows a schematic longitudinal section of the proposed submersible pump; figure 2 is a section aa in figure 1.

Вращение вала отсутствует. No shaft rotation.

Погружной насос состоит из свободновихревого насоса 1, гидровихревой мешалки 2 и насадка 3. В состав насоса 1 входит корпус 6, рабочее колесо 4, насаженное на вал 7, перфорированная обечайка 8 с отверстиями 9 и напорный патрубок 5. Мешалка 2 снабжена гидравлическими соплами 10 и 11, установленными в державке 12 и в нижней части насадка 3. Державка 12, расположенная по оси полости 13 насадка 3, крепится к обечайке 8 насоса 1. Гидравлические сопла 10 и 11 соединены с высоконапорной магистралью 15. В теле насадка 3 расположены профилированные каналы 14. The submersible pump consists of a free-vortex pump 1, a hydro-vortex mixer 2 and a nozzle 3. The pump 1 includes a housing 6, an impeller 4, mounted on a shaft 7, a perforated shell 8 with holes 9 and a pressure pipe 5. The mixer 2 is equipped with hydraulic nozzles 10 and 11 installed in the holder 12 and in the lower part of the nozzle 3. The holder 12, located along the axis of the cavity 13 of the nozzle 3, is attached to the shell 8 of the pump 1. The hydraulic nozzles 10 and 11 are connected to the high-pressure line 15. In the body of the nozzle 3 there are shaped channels 14 .

Насос работает следующим образом. The pump operates as follows.

При установке погружного насоса на дно водоема и подаче высоконапорной жидкости по подводящей магистрали 15 к гидравлическим соплам 10 и 11 в полости 13 насадка 3 в околодонном пространстве образуется гидравлический вихрь. В результате разрежения, создаваемого при вращении рабочего колеса 4, насаженного на вал 7, свободновихревым насосом, в полость 13 насадка 3 через профилированные каналы 14 поступает энергетически активная жидкость. В результате ее взаимодействия с восходящим закрученным потоком в полости 13 насадка 3, ограниченной державкой 12 и обечайкой 8, возникает высокоактивный вихревой шнур с явно выраженным процессирующим вихревым ядром [2]. Образованный таким образом высокоактивный вихревой шнур захватывает гидросмесь с придонного пространства и подымает ее вверх, где через отверстия 9 перфорированной обечайки 8 смесь попадает в рабочую камеру свободновихревого насоса 1 и, получив дополнительную энергию, нагнетается в канал напорного патрубка 5 и удаляется за пределы погружного насоса. Размеры твердых включений перекачиваемых сыпучих материалов ограничены размерами отверстий 9 перфорированной обечайки 8 свободновихревого насоса 1. When installing a submersible pump at the bottom of the reservoir and supplying high-pressure fluid through the supply line 15 to the hydraulic nozzles 10 and 11 in the cavity 13 of the nozzle 3, a hydraulic vortex is formed in the near-bottom space. As a result of the rarefaction created during the rotation of the impeller 4, mounted on the shaft 7, by a free-vortex pump, an energetically active liquid enters the cavity 13 of the nozzle 3 through the profiled channels 14. As a result of its interaction with the upward swirling flow in the cavity 13 of the nozzle 3, limited by the holder 12 and the shell 8, a highly active vortex cord with a pronounced processing vortex core appears [2]. The highly active vortex cord formed in this way captures the hydraulic mixture from the bottom space and lifts it up, where through the holes 9 of the perforated shell 8, the mixture enters the working chamber of the free-vortex pump 1 and, after receiving additional energy, is pumped into the channel of the discharge pipe 5 and is removed outside the submersible pump. The dimensions of the solids of the pumped bulk materials are limited by the size of the holes 9 of the perforated shell 8 of the free-vortex pump 1.

Интенсивность процессирующего вихревого ядра при заданной частоте вращения рабочего колеса 4 насоса 1, регулируется напором и расходом высоконапорной жидкости с ориентацией сопл 10 и 11 и скоростью течения активного потока жидкости через профилированные каналы 14, расположенные по окружным или винтовым линиям в теле насадка 3. Эффективность размыва грунта в придонном пространстве определяется энергетическими характеристиками вихря и повышается за счет исключения диссипации энергии вихря в окружающую среду, вследствие ограничения области размыва полостью насадка 3. The intensity of the processing vortex core at a given rotational speed of the impeller 4 of the pump 1, is regulated by the pressure and flow rate of the high-pressure fluid with the nozzles 10 and 11 oriented and the flow rate of the active fluid flow through the profiled channels 14 located along circumferential or helical lines in the nozzle body 3. Erosion efficiency soil in the near-bottom space is determined by the energy characteristics of the vortex and increases due to the exclusion of the dissipation of vortex energy into the environment, due to the limitation of the region and erosion of the nozzle cavity 3.

Claims

1. SUBMERSIBLE PUMP, comprising a casing with a vortex chamber, a discharge pipe and a perforated shell, an impeller located in the vortex chamber, nozzles located coaxially to the casing from the pump inlet side, and a vortex mixer located in the nozzle with nozzles connected to a high-pressure liquid source and installed in the center and on the periphery of the cavity of the nozzle, characterized in that, in order to increase efficiency by reducing energy consumption for erosion of the soil, the nozzles are spaced apart in height e channels whose axes are oriented in the direction of rotation of the impeller.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the channels are made along equidistant circumferential or helical lines.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the nozzle in the upper part is connected to the housing.