Гидроэлеватор

Гидроэлеватор предназначен для разработки грунтов любой плотности. Гидроэлеватор содержит подъемную трубу с камерой смешения и эжектором на нижнем конце, активное сопло и кожух. Активное сопло размещено в полости кожуха и установлено соосно камере смешения. Гидроэлеватор снабжен подводом активной среды, гидромонитором и размывающей насадкой. Подвод, гидромонитор, размывающая насадка гидравлически связаны с активным соплом. Кожух выполнен в виде параболоида вращения. Срез активного сопла установлен в фокусе параболоида. Размывающая насадка в виде непрерывной кольцевой канавки образована дополнительным кожухом в виде параболоида вращения. Дополнительный кожух охватывает основной кожух. Фокус дополнительного кожуха совмещен с фокусом основного параболоида. Полость между внешней поверхностью основного кожуха и внутренней поверхностью дополнительного кожуха рукавом сопряжена с гидромонитором. Дополнительный кожух установлен на камере смешения с возможностью осевого смещения в сторону основного кожуха. Поперечное сечение подвода активной среды, рукава дополнительного кожуха и активного сопла относятся как 5:3:1. Гидроэлеватор обеспечит высокую производительность при меньшем расходе активной среды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкциям гидроэлеваторов, и может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем в строительстве, промышленности и сельском хозяйстве.

Известен водоструйный эжектор, содержащий подъемный трубопровод, подвод активной среды, подсоединенный к соплу и гидромонитору, снабженными струйными размывающими насадками, в котором, с целью повышения производительности и упрощения эксплуатации, один из насадков расположен к оси подъемного трубопровода под углом, равным 30°, а остальные равномерно размещены в плоскости, перпендикулярно оси подъема трубопровода (SU, авторское свидетельство №922335. М.Кл.³ F04F 5/10. Водоструйный элеватор. / Н.М.Цымаховский (СССР). - Заявка №2986717/25-06; Заявлено 19.09.1980; Опубл. 23.04.1982, Бюл. №15 // Открытия. Изобретения. - 1982. №15).

К недостаткам водоструйного элеватора применительно к решаемой нами проблеме - повышение эксплуатационной надежности гидроэлеватора при разработке грунта, очистки донных отложений, ила, сапропеля - относятся низкая эффективность воздействия насадка (5) на грунт.

Известен также гидроэлеватор, содержащий подъемную трубу с конусной входной воронкой, соосно установленное ей активное сопло и закрепленный на нижнем конце подъемной трубы конусный кожух с расположенным в ней размывающим соплом, в котором с целью повышения равномерности подачи грунта, внутренняя поверхность кожуха сопряжена с внутренней поверхностью входной воронки и имеет равный с последней угол раскрытия конуса (SU, авторское свидетельство №954639. М.Кл.³ F04F 5/00. Гидроэлеватор. / А.В.Горностай, А.В.Доменикан, А.Е.Островский (СССР). - Заявка №3219328/25-06; Заявлено 06.11 1980; Опубл. 30.08.1982, Бюл. №32 // Открытия. Изобретения. - 1982. - №32).

К недостаткам описанного гидроэлеватора относятся низкая производительность и сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является гидроэлеватор, содержащий подъемную трубу с конусной входной воронкой, соосно установленное ей активное сопло и закрепленный на нижнем конце подъемной трубы конусный кожух, внутренняя поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью входной воронки и имеет равный с последней угол раскрытия конуса и размывающее сопло, расположенное соосно кожуху, который, с целью повышения производительности, снабжен днищем и установлен в кожухе с образованием кольцевого канала для подвода пассивной среды, и активное сопло расположено у вершины насадка, а размывающее - в его днище (SU, авторское свидетельство №1173076. А. М.Кл.⁴ F04F 5/00. Гидроэлеватор. / В.А.Романов, Н.А.Богомолов (СССР) - Заявка №3688731/25-06; Заявлено 06.01. 1984; Опубл. 15.08.1985, Бюл. №30 // Открытия. Изобретения. - 1985. - №30).

К недостаткам описанного гидроэлеватора, принятого нами в качестве наиближайщего аналога, относятся низкая эксплуатационная надежность, вызванная забиванием грунта в кольцевом канале (8) между полым конусным насадком (7) и конусным кожухом (4) за счет торможения пассивной среды.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение производительности, упрощение конструкции и простоты эксплуатации.

Технический результат - повышение эксплуатационной надежности за счет равномерной подачи в камеру смешения грунта, сапропеля, донных отложений, ила, взвесей, растительного и минерального сора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном гидроэлеваторе, содержащем подъемную трубу с камерой смешения и эжектором на нижнем конце, соосно установленное в камере смешения активное сопло, размещенное в полости кожуха, гидравлически связанные подвод активной среды, гидромонитор, сопло и размывающую насадку, согласно изобретению кожух выполнен в виде параболоида вращения, торцевой срез активного сопла установлен в фокусе параболоида, размывающая насадка в виде непрерывной кольцевой канавки образована дополнительным кожухом в виде параболоида вращения, охватывающим основной кожух, фокус дополнительного кожуха совмещен с фокусом основного параболоида, а полость между внешней поверхностью основного кожуха и внутренней поверхностью дополнительного кожуха рукавом сопряжена с гидромонитором; поверхность основного кожуха образованна вращением параболы a²z=x², лежащей в плоскости Х0Z вокруг оси аппликат 0Z, имеющая в прямоугольных координатах уравнение a²z=х²+y²; поверхность дополнительного кожуха образованна вращением параболы a₁ ²z=х², лежащей в плоскости X′0Z, вокруг оси аппликат 0Z, имеющая в прямоугольных декартовых координатах уравнение a₁ ²z=х²+y²; дополнительный кожух установлен на камере смешения в сторону основного кожуха; поперечные сечения подвода активной среды, рукава дополнительного кожуха и активного сопла относятся как 5:3:1.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично представлен диаметральный разрез гидроэлеватора.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Гидроэлеватор содержит подъемную трубу 1, эжектор 2, камеру смешения, активное сопло 4, кожух 5, подвод 6 активной среды, гидромонитор 7 и размывающую насадку 8.

Камера смешения и эжектор 2 размещены соосно на нижнем конце подъемной трубы 1. Активное сопло 4 размещено в полости кожуха 5 и установлено соосно камере 3 смешения. Подвод 6 активной среды смонтирован на подъемной трубе 1 и установлен вдоль него. Нижний конец подвода 6 сопряжен с гидромонитором 7. Активное сопло 4, размывающая насадка 8, гидромонитор 7 гидравлически связаны с подводом 6 активной среды.

Кожух 5 выполнен в виде параболоида вращения. Поверхность 9 основного кожуха 5 образована вращением параболы, описываемой уравнением вида a²z=х². Парабола размещена в плоскости Х0Z. Параболу a²z=x вращают вокруг оси аппликат 0Z. Поверхность 9 в системе декартовых координат X0YZ описана уравнением вида а²z=х²+y². Фокус F параболы а²z=х от оси абсцисс (ОХ) смещен на величину «Р» (см. чертеж), Р - параметр параболы, согласно определению - плоская кривая 2-го порядка, получающаяся при пересечении кругового конуса плоскостью, не проходящей через его вершину и параллельной одной из его образующей. Торцевой срез 10 активного сопла 4 установлен в фокусе F параболоида а²z=х²+y².

Размывающая насадка 8 в виде непрерывной кольцевой канавки образована дополнительным кожухом 11 в виде параболоида вращения, охватывающим основной кожух 5. Фокус дополнительного кожуха 11 совмещен с фокусом F основного параболоида a²z=х²+y². Поверхность 12 дополнительного кожуха 11 образована вращением параболы a₁ ²z=х², лежащей в плоскости X'0'Z, вокруг оси 0^'Z, имеющая в прямоугольной декартовой системе координат уравнение a₁ ²z=х²+y².

Полость 13 между внешней поверхностью 9 основного кожуха 5 и внутренней поверхностью 12 дополнительного кожуха 11 рукавом 14 сопряжена с гидромонитором 7. Дополнительный кожух 11 установлен на камере 3 смешения с возможностью осевого перемещения вдоль оси 0Z в сторону основного кожуха 5 для изменения живого сечения размывающей насадки 8.

Поперечные сечения подвода 6 активной среды, рукава 14 дополнительного кожуха 11 и активного сопла 4 относятся как 5:3:1.

Гидроэлеватор работает следующим образом.

Разместив нижние срезы основного кожуха 5 и дополнительного кожуха 11 над забираемой пассивной средой, в подвод 6 под рабочим давлением подают активную среду. Гидромонитором 7 активная среда в соответствии с установленными сечениями поступает в рукав 14 и активное сопло 4.

Активная среда из рукава 14 направляется в полость 13 между внутренней поверхностью 12 дополнительного кожуха 11 и внешней поверхностью 9 основного кожуха 5. За счет выполнения поверхностей 12 и 9 в виде разновеликих параболоидов вращений нисходящий поток активной среды сужается и с нарастающей скоростью вырывается из размывающей насадки 8 в виде тонкого кольцевого лезвия. Этим лезвием разрезается слой грунта (ила, сапропеля, донных отложений, сора и др.).

Одновременно с этим из торцевого среза 10 активного сопла 4 в камеру 3 смешения направляется восходящий поток активной среды. Этим потоком в основном кожухе 5 создается разрежение. Создавшимся разрежением нисходящий поток пассивной среды вместе с грунтом увлекается и направляется вверх вдоль оси 0Z. Каждый элементарный поток пассивной среды, соприкасаясь с внутренней поверхностью кожуха 5 в виде параболоида вращения, направляется в фокус F, создавая на этом участке уплотненное ядро. Вода или пассивная среда является практически не сжимаемой средой, и в этой точке F локально возрастет давление. Сжатый поток пассивной среды из полости основного кожуха 5 активной среды из торцевого среза 10 активного сопла 4 продавливается в камеру 3 смешения. В камере 3 смешения происходит взаимное перемешивание активной и пассивной сред. Эта среда поступает в диффузор 2, где турбулентному потоку придается большая скорость истечения, и подается в подъемную трубу 1.

Для разрушения грунта с плотностью сложения от 1,5 до 3,0 т/м³ дополнительный кожух 11 смещают в сторону основного кожуха 5, уменьшая живое сечение размывающей насадки 8.

Описанная конструкция гидроэлеватора за счет выполнения размывающей насадки 8 в виде кольца позволяет вести разработку грунтов любой плотности слоя и при смещении гидроэлеватора разрабатывать (разрушать) донные отложения не точечно, а полосой, обеспечивая этим высокую производительность.

Выполнение полости основного кожуха 5 в виде параболоида вращения обеспечивает подъем пассивной среды вместе с грунтом с нарастающей скоростью. Этим обеспечивается высокая эксплуатационная надежность гидроэлеватора.

Таким образом, описанная совокупность существенных отличительных признаков обеспечивает достижение указанного технического результата.

1. Гидроэлеватор, содержащий подъемную трубу с камерой смешения и эжектором на нижнем конце, соосно установленное камере смешения активное сопло, размещенное в полости кожуха, гидравлически связанные подвод активной среды, гидромонитор, сопло и размывающую насадку, отличающийся тем, что кожух выполнен в виде параболоида вращения, торцевой срез активного сопла установлен в фокусе параболоида, размывающая насадка в виде непрерывной кольцевой канавки образована дополнительным кожухом в виде параболоида вращения, охватывающим основной кожух, фокус дополнительного кожуха совмещен фокусом основного параболоида, а полость между внешней поверхностью основного кожуха и внутренней поверхностью дополнительного кожуха рукавом сопряжена с гидромонитором.

2. Гидроэлеватор по п.1, отличающийся тем, что поверхность основного кожуха образована вращением параболы a²z=x², лежащей в плоскости XOZ, вокруг оси аппликат OZ, имеющая в прямоугольных декартовых координатах уравнение a²z=x²+y².

3. Гидроэлеватор по п.1, отличающийся тем, что поверхность дополнительного кожуха образована вращением параболы a₁ ²z=x², лежащей в плоскости X'0'Z, вокруг оси аппликат 0'Z, имеющая в прямоугольных декартовых координатах уравнение a₁ ²z=x²+y².

4. Гидроэлеватор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный кожух установлен на камере смешения с возможностью осевого смещения в сторону основного кожуха.

5. Гидроэлеватор по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение подвода активной среды, рукава дополнительного кожуха и активного сопла относятся как 5:3:1.