Шагающий поршневой погружной насос

Полезная модель относится к насосной технике и предназначена для удаления с целью дальнейшей утилизации различных шламов и других вязких веществ из емкостей, резервуаров, нефтеловушек, полигонов промышленных отходов, когда растворение или расплавление таких шламов для значительного снижения вязкости практически невозможно или небезопасно, или нецелесообразно экономически. Задача, на решение которой направлена полезная модель - создание устройства, обеспечивающего новые потребительские качества насоса: самопродвижение по поверхности, где расположен слой вязкого шлама, и автоматизированный механический сбор его с некоторой полосы досягаемости, более широкой, чем сам насос, самоочищение отверстий для всасывания, повышение надежности, а в целом - существенное повышение производительности и безопасности труда при снижении трудоемкости и энергозатрат. Для решения этой задачи предложен шагающий поршневой погружной насос, содержащий раму с закрепленными на ней горизонтально цилиндром и приводным механизмом, прикрепленные к цилиндру входной клапан и напорный клапан с патрубком и установленный внутри цилиндра поршень, соединенный штоком с приводным механизмом, причем габаритные размеры насоса в поперечнике не превышают 500 мм. Шагающий поршневой погружной насос дополнительно оснащен:

- каналом всасывания, состоящим из наружной и внутренней частей, причем, внутренняя часть представляет собой сегмент рабочего цилиндра, образованный плоскими стенками - вставками: горизонтальной, проходящей через ось цилиндра или ниже оси, и вертикальными: двумя боковыми и двумя торцевыми, меньшая из которых ограничивает сам сегмент, а большая - цельную часть рабочего цилиндра вблизи от крайнего положения поршня, при этом размеры сегмента минимизируются в зависимости от размеров и компоновки расположенного внутри него входного клапана, а также расположенного снаружи него напорного клапана; наружная часть канала всасывания представляет собой открытую снизу сплюснутую призму, нижней гранью которой служит при работе насоса очищаемая плоская поверхность, две поперечные сплошные и две продольные перфорированные вертикальные грани - вставки - образуют замкнутый четырехугольный контур, прилегающий к очищаемой поверхности, три верхние грани призмы - часть наружной боковой поверхности рабочего цилиндра с всасывающим отверстием и две наклонные вставки по обе стороны от нее; при этом входной клапан своей верхней неподвижной частью - направляющей - закреплен на горизонтальной стенке сегмента, а нижней - седлом - на краю всасывающего отверстия рабочего цилиндра;

- обтекателем, установленным на переднем торце сегмента рабочего цилиндра;

- закрепленным на штоке коромыслом, к которому крепятся шарнирно два рычага, соединенные каждый со скребком и с выступом, причем каждый из выступов установлен с возможностью контакта с соответствующей направляющей, в свою очередь закрепленной на цилиндре;

- двумя изогнутыми рычагами, которые симметрично шарнирно крепятся к раме и одним концом связаны скользящим зацеплением со штоком, а другим - шарнирно - каждый с соответствующей лопаткой;

- магнитной пластиной, закрепленной спереди и с боков с зазором относительно обтекателя и перфорированных вставок и прилегающей к очищаемой поверхности;

- не менее чем двумя поворотными колесами, закрепленными на раме. 1 н.п.ф., 4 фиг.

Приложение 2 к заявке 2012139399/06(063710)

Шагающий поршневой погружной насос

Полезная модель относится к насосной технике и предназначена для удаления с целью дальнейшей утилизации различных шламов и других вязких веществ из емкостей, резервуаров, нефтеловушек, полигонов промышленных отходов, когда растворение или расплавление таких шламов для значительного снижения вязкости практически невозможно или небезопасно, или нецелесообразно экономически.

К таким шламам относятся, например, почти не термопластичные придонные отложения в мазутных резервуарах, к тому же плохо растворяющиеся в соляровом масле, применяемом в некоторых импортных системах гидроразмыва отложений, что взрывоопасно из-за электростатики. Еще более тугоплавки отходы нефтезаводов - накопленные на полигонах сотни тысяч тонн кислых гудронов, содержащих серную кислоту.

Использование в качестве шламовых шестеренных и винтовых насосов, как показал опыт, приводит даже при наличии сеток на всасе к быстрому (в течение 2-5 рабочих смен) абразивному износу (от частиц песка и гравия) и выходу насосов из строя. При этом проблемы возникают с перемещением шлама к насосу и очисткой всасывающей сетки, кроме того, слишком длинный всасывающий рукав для вязкого шлама непреодолим.

Известны близкие по назначению к предлагаемой полезной модели современные шнековые насосы (RU2010763, 15.04.1994., tdu-katav.ru/price, softstroy.ru/betononasos.htm)

Их недостатки состоят в том что они имеют большие габариты, массу, потребляемую мощность, нельзя перекачивать крупные твердые включения (>1 мм и >5 мм tdu-katav.ru/price) в шламе; нельзя подать не текучий шлам к всасывающему отверстию с достаточным расходом (наименьшие из серийных насосов RU78881, tdu-katav.ru/price перекачивают 27-30 куб.м/час).

Известны серийные поршневые бетононасосы, которые приспособлены перекачивать смесь цементного раствора со щебнем с размерами кусков до 40% от диаметра бетонопровода (например, Ду70 мм или Ду100 мм www.softstroy.ru/betononasos.htm). Их недостатки состоят в том, что они требуют наличия наполненного бункера перед всасывающим отверстием; имеют большие габариты, массу, потребляемую мощность.

Известны также применяемые для откачки шлама небольшой вязкости и низкой загрязненности компактные мембранные насосы с пневмоприводом от удаленного компрессора [ampika.ru/opisanie/Tapflo_metal.pdf]. Если рассмотреть наибольший образец из предлагаемого ряда, например TX420-ANS, многие параметры соответствуют поставленной задаче: габариты, масса, диаметр напорного шланга, взрывобезопасность. Применив кривые напора и расхода для воды указанные на стр.22 [ampika.ru/opisanie/Tapflo_metal.pdf ], можно рассчитывать на 12,6 куб.м/ч. при напоре на выходе 5 бар, но если учесть вязкость шлама по приведенной диаграмме, то получим производительность не более 2,5 куб.м/ч. Нигде в рекламе не упоминается максимальный размер твердых включений, но при рассмотрении разреза клапана насоса на стр.19 [ampika.ru/opisanie/Tapflo_metal.pdf ], становится ясно, что небольшой камень 5 мм в поперечнике может остановить работу клапана и самого насоса, т.е. нужна сетка на всасывающем отверстии с ячейками 4х4 мм. Недостатки этой конструкции состоит в том, что имеется малый допустимый размер твердых включений; - необходимость периодической очистки сетки на всасе; неспособность к самостоятельному передвижению; незначительный расход вязкого шлама при весьма высокой мощности привода компрессора - около 30 кВт.

Широко применяются в нефтепроме паровые поршневые насосы [www.oso-pump.ru/nasosi-parovie-prshnevie-pdv-], предназначенные для перекачки чистых жидкостей без абразивных частиц. По основным рабочим характеристикам подходит насос ПДГ-6/20Б, но его длина и масса в 2 раза больше желательных значений.

Недостатки данной конструкции - неприспособленность клапанов и поршней к загрязняющим твердым включениям в перекачиваемом шламе; повышенные размеры и масса; неспособность к самостоятельному передвижению; проблема подачи слоя шлама к насосу.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства может служить разработанный для самых вязких шламов и проверенный на практике насос поршневой электроприводный горизонтальный [Список узлов и деталей «Насоса поршневого электроприводного горизонтального - НПЭГ-7-2000.00СБ», ООО «Нижегородский институт прикладных технологий» НПЭГ-7-20 с расходом 3-7 куб.м/ч., напором 20 м в.ст., мощностью привода 2 кВт и допустимым размером округлых твердых включений до 25 мм. Насос содержит раму с закрепленными на ней горизонтальным цилиндром для откачки шлама и приводным механизмом, включающим стандартные электродвигатель и редуктор. К цилиндру снаружи крепятся быстроразъемные (для экстренной очистки) входной и напорный клапаны одинаковой конструкции, внутри цилиндра установлен поршень, соединенный штоком с приводным механизмом. К клапанам подсоединены входной и напорный патрубки.

Недостатки этой известной по открытому применению в промышленности конструкции - повышенные габариты и масса, т.е. невозможность размещения самого насоса непосредственно в резервуаре; наличие всасывающего рукава при вынужденной работе насоса снаружи резервуара, сравнительно большой объем полости всасывания, т.е. снижение полезного расхода из-за упругости пузырьков воздуха и пара при разрежении, проблема подачи шлама к месту всасывания; наличие электропривода, т.е. пожароопасность; неспособность насоса к самопередвижению и перемещению шлама к всасывающему зазору при сборе шлама с поверхности; неспособность к самоочищению всасывающего зазора от мусора; незащищенность от всасывания со шламом кусков электродов и проволоки, гвоздей и пр., приводящих к заклиниванию клапанов.

Задача, на решение которой направлена полезная модель - создание устройства, обеспечивающего новые потребительские качества насоса: самопродвижение по поверхности, где расположен слой вязкого шлама, и автоматизированный механический сбор его с некоторой полосы досягаемости, более широкой, чем сам насос, самоочищение отверстий для всасывания, повышение надежности, а в целом - существенное повышение производительности и безопасности труда при снижении трудоемкости и энергозатрат.

Для решения этой задачи предложен шагающий поршневой погружной насос, содержащий раму с закрепленными на ней горизонтально цилиндром и приводным механизмом, прикрепленные к цилиндру входной клапан и напорный клапан с патрубком и установленный внутри цилиндра поршень, соединенный штоком с приводным механизмом, причем габаритные размеры насоса в поперечнике не превышают 500 мм. Шагающий поршневой погружной насос дополнительно оснащен:

- каналом всасывания, состоящим из наружной и внутренней частей, причем, внутренняя часть представляет собой сегмент рабочего цилиндра, образованный плоскими стенками - вставками: горизонтальной, проходящей через ось цилиндра или ниже оси, и вертикальными: двумя боковыми и двумя торцевыми, меньшая из которых ограничивает сам сегмент, а большая - цельную часть рабочего цилиндра вблизи от крайнего положения поршня, при этом размеры сегмента минимизируются в зависимости от размеров и компоновки расположенного внутри него входного клапана, а также расположенного снаружи него напорного клапана; наружная часть канала всасывания представляет собой открытую снизу сплюснутую призму, нижней гранью которой служит при работе насоса очищаемая плоская поверхность, две поперечные сплошные и две продольные перфорированные вертикальные грани - вставки - образуют замкнутый четырехугольный контур, прилегающий к очищаемой поверхности, три верхние грани призмы - часть наружной боковой поверхности рабочего цилиндра с всасывающим отверстием и две наклонные вставки по обе стороны от нее; при этом входной клапан своей верхней неподвижной частью - направляющей - закреплен на горизонтальной стенке сегмента, а нижней - седлом - на краю всасывающего отверстия рабочего цилиндра;

- обтекателем, установленным на переднем торце сегмента рабочего цилиндра;

- закрепленным на штоке коромыслом, к которому крепятся шарнирно два рычага, соединенные каждый со скребком и с выступом, причем каждый из выступов установлен с возможностью контакта с соответствующей направляющей, в свою очередь закрепленной на цилиндре;

- двумя изогнутыми рычагами, которые симметрично шарнирно крепятся к раме и одним концом связаны скользящим зацеплением со штоком, а другим - шарнирно - каждый с соответствующей лопаткой;

- магнитной пластиной, закрепленной спереди и с боков с зазором относительно обтекателя и перфорированных вставок и прилегающей к очищаемой поверхности;

- не менее чем двумя поворотными колесами, закрепленными на раме.

Технический результат полезной модели заключается в том, что:

- уменьшены габариты и масса насоса при тех же размерах рабочего объема цилиндра, чтобы насос проходил в люк 500 мм и в зазор 400 мм между днищем и греющими паровыми регистрами резервуара, в т.ч. за счет поршневого (прямого) привода;

- исключен всасывающий рукав, сведен к минимуму объем полости всасывания в насосе, тем самым увеличена производительность и маневренность;

- исключен электропривод на самом насосе, т.е. повышена безопасность работ;

- насос снабжен колесами и обеспечено самостоятельное ритмичное продвижение насоса вперед в процессе откачки, т.е. снижены трудозатраты на его передвижение;

- с той же целью обеспечено автоматическое подталкивание шлама с боковых сторон к всасывающему зазору;

- обеспечено очищение от мусора всасывающего зазора при каждом очередном ходе насоса, т.е. повышена надежность, производительность труда;

- не допускается проникновение во всасывающие прорези стальных удлиненных предметов, способных заклинить клапаны насоса благодаря установке магнитной пластины.

На фиг.1 показан вид сбоку и частичный продольный разрез шагающего поршневого погружного насоса; на фиг.2 - вид сверху, при этом шток и поршень находятся в крайнем положении начала хода нагнетания; на фиг.3 - вид спереди в том же положении; на фиг.4 - вид сверху, но в противоположном крайнем положении - начала обратного хода поршня - хода всасывания.

Устройство содержит раму 1, закрепленные на ней цилиндр 2 и приводной механизм 3, входной клапан 4 и напорный клапан 5 с патрубком 6 для присоединения напорного рукава (на рисунке не показан). В цилиндре 2 размещен поршень 7, соединенный штоком 8 с приводным механизмом 3.

Минимизированный по объему канал всасывания состоит из наружной (до входного клапана 4) и внутренней (совмещенной с входным клапаном 4) частей. Последняя представляет собой сегмент цилиндра 2, который сверху образован плоскими стенками - вставками: горизонтальной 9, проходящей через ось цилиндра 2 или ниже оси и вертикальными 10: двумя боковыми и двумя торцевыми, меньшая из которых ограничивает сам сегмент, а большая - цельную часть рабочего цилиндра 2 вблизи от крайнего положения поршня 7, при этом размеры сегмента минимизируются в зависимости от размеров и компоновки расположенного внутри него входного клапана 4, а также расположенного снаружи него напорного клапана 5. Осевой и поперечный размеры внутренней части канала всасывания определяются размерами размещенного внутри нее входного клапана 4. Наружная часть канала всасывания представляет собой открытую снизу сплюснутую призму, нижней гранью которой служит очищаемая насосом поверхность, боковыми гранями - образующие замкнутый четырехугольный контур вертикальные вставки: две поперечные сплошные вставки 11 и две продольные перфорированные вертикальные грани - вставки 12, снабженные прорезями 13. Верхние грани призмы: две наклонные вставки 14 и часть наружной боковой поверхности цилиндра 2. Входной клапан 4 верхней неподвижной частью закреплен на плоской вставке 9, а нижней неподвижной частью присоединен соосно к всасывающему отверстию 15 в стенке цилиндра 2.

Спереди на цилиндре 2 установлен обтекатель 16.

На штоке 8 закреплено коромысло 17, к которому крепятся шарнирно два рычага 18, соединенные каждый со скребком 19 и с выступом 20, при этом каждый из выступов установлен напротив соответствующей направляющей 21, закрепленной на цилиндре 2. К раме 1 шарнирно крепятся справа и слева симметрично два изогнутых рычага 22, одним концом связанные скользящим (например, телескопическим) зацеплением со штоком 8, а другим - шарнирно - каждый с соответствующей лопаткой 23.

Спереди и с боков с зазором относительно обтекателя 16 и вставок 12 закреплена магнитная пластина 24, в рабочем положении плоскостью прилегающая ко дну емкости. К раме 1 крепятся не менее двух поворотных колес 25, причем, при необходимости подобные пары колес могут быть закреплены на напорном рукаве (на чертеже не показано).

Устройство работает следующим образом.

В положении, изображенном на фиг.1, 2, 3, насос размещается в рабочей зоне в заданном направлении перемещения, к нему присоединяются шланги для работы приводного механизма 3, а также напорный рукав к патрубку 6 для перекачиваемого шлама или другого вязкого материала, который сам не течет к всасывающим прорезям 13. В данном исполнении на патрубке 6 сделана резьба для установки пожарной гайки ГМ-65 и быстрого подсоединения, например, пожарного рукава с условным диаметром Ду65 с наконечником ГР-65.

При включении приводного механизма 3 начинается ход нагнетания, шток 8 идет вместе с поршнем 7 и коромыслом 17 вперед (на чертеже влево). Входной клапан 4 запирается, напорный клапан 5 открывается, жидкость перетекает из цилиндра 2 в напорный патрубок 6. При этом выступы 20, которые в исходном положении своей верхней плоскостью на несколько миллиметров выше нижней плоскости направляющих 21, надвигаются на наклонную, а затем на верхнюю плоскость каждой направляющей 21, тем самым поднимают рычаги 18, связанные шарнирно с коромыслом 17, и скребки 19 совершают холостой ход в переднем направлении. Одновременно изогнутые рычаги 22, также шарнирно связанные с центром коромысла 17, поворачиваются так, что лопатки 23 удаляются от передней части насоса в обе стороны. Если при этом лопатки 23 встречают скопление шлама, они свободно поворачиваются на шарнирах, на которых подвешены к рычагам 22, и оставляют шлам на месте (холостой ход лопаток). Все это время сам насос остается на месте. Конец хода нагнетания и начало обратного хода всасывания показаны на фиг.4 на виде сверху.

В начале хода всасывания, при движении поршня 7 и штока 8 с коромыслом 17 и рычагами 18 назад, выступы 20, соскочившие с направляющих 21 вниз в крайнем переднем положении, приводят скребки 19 к опиранию на очищаемую поверхность - пол, а затем при контакте с направляющими 21 приподнимают на несколько миллиметров переднюю часть насоса. Взаимное смещение скребков 19 и насоса в условиях, когда вес насоса и части напорного рукава прижимает скребки 19 к полу, а сам насос контактирует с полом только через колеса 25, вызывает шаг насоса вперед, попутно оставляя налипший на прорези 13 и пластину 24 мусор позади скребков 19. Одновременно поршень 7 создает в цилиндре 2 разрежение, запорный клапан 5 запирается, а входной клапан 4 открывается и жидкость под атмосферным давлением через прорези 13 поступает в наружную часть канала всасывания, ограниченную полом очищаемой емкости, цилиндром 2 и вставками 11, 12, 14, и далее в отверстие 15 и в полость цилиндра 2. По ходу коромысла 17 назад относительно рамы 1 рычаги 22 поворачиваются так, что лопатки 23 движутся навстречу друг другу и вперед вместе с насосом, захватывая с боков шлам и толкая его к всасывающим прорезям 13. При рабочем ходе поворот лопаток 23 на шарнирах, связывающих их с рычагами 22, дальше вертикального положения невозможен. В конце хода всасывания устройство принимает исходное положение перед следующим циклом, как показано на фиг.1,2.

Таким образом, решена задача изобретения - из надежных известных узлов сконструирован шагающий погружной поршневой насос с новыми существенными признаками, обеспечивающими его автоматическое передвижение и сбор рассредоточенных по поверхности самых вязких и загрязненных жидкостей типа донных отложений, который значительно увеличит производительность и безопасность труда при утилизации в т.ч. и тех отходов, которые до сих пор нерентабельно или опасно было утилизировать с применением ручного труда.

Шагающий поршневой погружной насос, содержащий раму с закрепленными на ней горизонтально цилиндром и приводным механизмом, прикрепленные к цилиндру входной клапан и напорный клапан с патрубком и установленный внутри цилиндра поршень, соединенный штоком с приводным механизмом, отличающийся тем, что габаритные размеры насоса в поперечнике не превышают 500 мм, и он дополнительно оснащен:

- каналом всасывания, состоящим из наружной и внутренней частей, причем внутренняя часть представляет собой сегмент рабочего цилиндра, образованный плоскими стенками - вставками: горизонтальной, проходящей через ось цилиндра или ниже оси, и вертикальными: двумя боковыми и двумя торцевыми, меньшая из которых ограничивает сам сегмент, а большая - цельную часть рабочего цилиндра вблизи от крайнего положения поршня, при этом размеры сегмента минимизируются в зависимости от размеров и компоновки расположенного внутри него входного клапана, а также расположенного снаружи него напорного клапана; наружная часть канала всасывания представляет собой открытую снизу сплюснутую призму, нижней гранью которой служит при работе насоса очищаемая плоская поверхность, две поперечные сплошные и две продольные перфорированные вертикальные грани - вставки - образуют замкнутый четырехугольный контур, прилегающий к очищаемой поверхности, три верхние грани призмы - часть наружной боковой поверхности рабочего цилиндра с всасывающим отверстием и две наклонные вставки по обе стороны от нее; при этом входной клапан своей верхней неподвижной частью - направляющей - закреплен на горизонтальной стенке сегмента, а нижней - седлом - на краю всасывающего отверстия рабочего цилиндра;

- обтекателем, установленным на переднем торце сегмента рабочего цилиндра;

- закрепленным на штоке коромыслом, к которому крепятся шарнирно два рычага, соединенные каждый со скребком и с выступом, причем каждый из выступов установлен с возможностью контакта с соответствующей направляющей, в свою очередь, закрепленной на цилиндре;

- двумя изогнутыми рычагами, которые симметрично шарнирно крепятся к раме и одним концом связаны скользящим зацеплением со штоком, а другим - шарнирно - каждый с соответствующей лопаткой;

- магнитной пластиной, закрепленной спереди и с боков с зазором относительно обтекателя и перфорированных вставок и прилегающей к очищаемой поверхности;

- не менее чем двумя поворотными колесами, закрепленными на раме.