многоступенчатый эрлифт

Формула изобретения

Многоступенчатый эрлифт, содержащий последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенное в приемнике жидкости вертикальное всасывающее устройство, смеситель, расположенный рядом с подъемной трубой, воздуховод и воздухоотделитель со сливной трубой, присоединенной к приемнику последующей ступени, причем подъемная труба у каждой ступени расположена к оси всасывающего устройства под углом, не превышающим 60°, а сливная труба имеет уклон 10...20%, на конце подъемной трубы установлена расширяющаяся к низу насадка с криволинейными винтообразными направляющими и внутри нее предусмотрен биметаллический многогранник, поперечное сечение которого представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны параллельны, а две другие перпендикулярны друг другу, на конце сливной трубы установлено гибкое перфорированное кольцо, уложенное на дно приемника жидкости, отличающийся тем, что смеситель выполнен в виде элемента перфорированной полуцилиндрической формы, а всасывающее устройство размещено соосно внутри суживающегося сопла, при этом к внутренней поверхности элемента перфорированной полуцилиндрической формы присоединены ярусно расположенные вертикально в пределах высоты суживающегося сопла суживающиеся насадки с внутренними криволинейными спиралевидными кондукторами, направленные в зазор между суживающимся соплом и всасывающим устройством.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидроподъемным устройствам, предназначенным для откачки и транспортирования гидросмеси по горизонтальным выработкам, в частности к конструкции многоступенчатого эрлифта, и может быть использовано в горной, горнорудной, энергетической промышленности, мелиорации, в системах водоснабжения и других отраслях промышленности.

Известен многоступенчатый эрлифт (см. а.с. 885633, МКИ F 04 F 1/18, Бюл. 44, 1981), содержащий последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенное в приемнике жидкости вертикальное всасывающее устройство, смеситель, подъемную трубу, воздуховод и воздухоотделитель со сливной трубой, присоединенный к приемнику последующей ступени, причем подъемная труба каждой ступени расположена к оси всасывающего устройства под углом, не превышающим 60^o, а сливная труба каждой ступени имеет уклон 10..20%.

Недостатком данного многоступенчатого эрлифта является низкая эффективность его работы из-за невозможности полного смешения подаваемого воздуха с транспортируемой средой.

Известен многоступенчатый эрлифт (см. патент РФ 2161719, МПК F 04 F 1/18, Бюл. 1, 2001), содержащий последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенное в приемнике жидкости вертикальное всасывающее устройство, смеситель, подъемную трубу, воздуховод и воздухоотделитель со сливной трубой, присоединенной к приемнику последующей ступени, причем подъемная труба каждой ступени расположена к оси всасывающего устройства под углом, не превышающим 60^o, а сливная труба имеет уклон 10...20%, на конце подъемной трубы установлена расширяющаяся книзу насадка с криволинейными винтообразными направляющими и внутри нее предусмотрен биметаллический многогранник, поперечное сечение которого представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны параллельны, а две другие перпендикулярны друг другу, суживающееся сопло с внутренними криволинейными винтообразными канавками, на конце сливной трубы установлено гибкое перфорированное кольцо, уложенное на дно приемника жидкости.

Недостатком данного многоступенчатого эрлифта является недостаточно высокая эффективность работы из-за неполного использования эффекта смешения и подсоса транспортируемой гидросмеси.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности работы многоступенчатого эрлифта путем применения смесителя, выполненного в виде элемента перфорированной полуцилиндрической формы, расположенной рядом с подъемной трубой, всасывающее устройство размещено соосно внутри суживающегося сопла.

К внутренней поверхности подъемной трубы присоединены ярусно расположенные по высоте в пределах высоты суживающегося сопла суживающиеся насадки с внутренними криволинейными спиралевидными кондукторами, причем нижний ряд суживающихся насадок направлен в зазор между суживающимся соплом и всасывающим устройством.

Технический результат достигается тем, что многоступенчатый эрлифт, содержащий последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенное в приемнике жидкости вертикальное всасывающее устройство, смеситель, расположенный рядом с подъемной грубой, переходящей в суживающееся сопло с внутренними криволинейными винтообразными канавками, соединенными между собой при помощи гнутой скобы, воздуховод и воздухоотделитель со сливной трубой, присоединенной к приемнику последующей ступени, причем подъемная труба у каждой ступени расположена к оси всасывающего устройства под углом, не превышающим 60, а сливная труба имеет уклон 10...20%, на конце подъемной трубы установлена расширяющаяся книзу насадка с криволинейными винтообразными направляющими и внутри нее предусмотрен биметаллический многогранник, поперечное сечение которого представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны параллельны, а две другие перпендикулярны друг другу, на конце сливной трубы установлено гибкое перфорированное кольцо, уложенное на дно приемника жидкости. Смеситель выполнен в виде элемента перфорированной полуцилиндрической формы, а всасывающее устройство размещено соосно внутри суживающегося сопла, при этом к внутренней поверхности элемента перфорированной полуцилиндрической формы присоединены ярусно расположенные вертикально в пределах высоты суживающегося сопла суживающиеся насадки с внутренними криволинейными спиралевидными кондукторами, причем и на гибкой скобе присоединены суживающиеся насадки направлением в зазор между суживающимся соплом и всасывающим устройством.

На фиг. 1 приведена схема многоступенчатого эрлифта, на фиг.2 - схема смесителя, на фиг. 3 - разрез А-А фиг.2, а на фиг.4 - развертка внутренней поверхности суживающихся насадок с криволинейными спиралевидными направляющими.

Многоступенчатый эрлифт содержит последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенное в приемнике 1 жидкости вертикальное всасывающее устройство 2, смеситель 3, подъемную трубу 4, воздуховод 5, воздухоотделитель 6 со сливной трубой 7, присоединенной к приемнику 8 последующей ступени, причем подъемная труба 4 каждой ступени расположена к оси всасывающего устройства 2 под углом, не превышающим 60^o, а сливная труба 77 имеет уклон 10-20%. На конце подъемной трубы 4 установлена расширяющаяся книзу насадка 9 с криволинейными винтообразными направляющими 10, а внутри нее предусмотрен биметаллический многогранник 1, поперечное сечение которого представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны 12 параллельны, а две другие 13 перпендикулярны друг другу. Внутри подъемной трубы 4 содержится суживающееся сопло 14 с внутренними криволинейными винтообразными канавками 15. На конце сливной трубы 7 установлено гибкое перфорированное кольцо 16, уложенное на дно 17 приемника жидкости. Смеситель 3 выполнен в виде элемента перфорированной полуцилиндрической формы 18 и расположен рядом с подъемной трубой 4. Всасывающее устройство 2 размещено соосно внутри суживающегося сопла 14. К внутренней поверхности смесителя 3 присоединены ярусно расположенные в пределах высоты суживающегося сопла 14 суживающиеся насадки 19 с внутренними криволинейными спиралевидными кондукторами 20, которые также присоединены гибкой скобой по направлению в зазор 22 между суживающимся соплом 14 и всасывающим устройством 2.

Многоступенчатый эрлифт работает следующим образом.

При подаче сжатого воздуха под давлением от компрессора (на фиг. не показан), который имеет возможность засасывать воздух периодически с разной температурой в шахте, в воздуховод 5 в смесителе 3 образуется многофазная глубокоэмульгированная и диспергированная смесь за счет равномерного распределения воздуха при выходе из отверстий. Причем отверстия на внешней поверхности элемента 18 полуцилиндрической формы расположены с увеличивающимся шагом и диаметром по высоте. Параллельно с этим подаваемый по воздуховоду 5 сжатый воздух выбрасывается из суживающихся насадок 19, присоединенных к внутренней поверхности элемента 18 полуцилиндрической формы ярусно в пределах высоты суживающегося сопла 9, закручивается в их криволинейных спиралевидных кондукторах 20 и обтекает наружную поверхность суживающегося сопла 9 (т.к. в смесителе 3 отсутствуют верхняя и нижняя стенки), что создает эффект дефлектора, то есть образуется повышенное давление на фронтальной стороне (закручивание воздуха в насадках 19 приводит к термодинамическому расслоению на перифирийный повышенного давления поток и осевой пониженного давления (см., например, Меркулов В.П. Вихревой эффект и его применение в промышленности, Куйбышев, 1969-253 с.) и пониженное в тыльной суживающегося сопла 9. Это способствует образованию разрежения и соответственно подсосу гидросмеси во всасывающем устройстве 2. Поступающий сжатый воздух в воздуховод 5 и выбрасываемый через гибкую скобу 21 суживающихся насадок 19 за счет криволинейных спиралевидных кондукторов 20 закручивается и подается в зазор 22 между суживающимся соплом 14 и всасывающим устройством 2. При этом происходит подсос гидросмеси из приемника 78 жидкости. При дальнейшем прохождении эмульсии и гидросмеси в многоступенчатом эрлифте происходит перемешивание их массы в криволинейных винтообразных направляющих 10, установленных на внутренней поверхности расширяющихся книзу насадок 9 и в криволинейных винтообразных канавках 15, установленных на внутренней поверхности суживающегося сопла 14. Подсосу эмульгированной массы способствует также биметаллический многогранник 11, поперечное сечение которого представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны параллельны, а две другие 13 препендикулярны друг другу. Рабочая среда, проходя по внутренней полости многогранника 11 вверх, за счет разности температуры теплого сжатого воздуха от компрессора и холодной шахтной воды и биметаллических свойств начинает пульсировать и создавать подсос эмульгированной гидросмеси, при этом узкая параллельная сторона 12 проявляет свойства каркаса и максимально способствует деформации широкой параллельной стороны 12 в горизонтальном направлении.

Остальная часть воздуха поступает в приемник 1 или 8 и смешивается с рабочей средой, при этом опускающаяся жидкость по сливной трубе 7, выходя из элемента 18 перфорированной полуцилиндрической формы, усиливает перемешивание ее в приемнике 8 и приводит к взвешенному состоянию твердых включений. Образовавшаяся эмульсия под давлением сжатого воздуха поступает в подъемную трубу 4 через расширяющуюся книзу насадку 9 с криволинейными винтообразными направляющими 10, всасывающее устройство 2, суживающееся сопло 14 с внутренними криволинейными винтообразными канавками 15 и биметаллический многогранник 11. При этом эмульсия закручивается сначала в криволинейных винтообразных направляющих 10, расположенных на внутренней поверхности расширяющейся книзу насадки 9. В дальнейшем закрутка потока жидкости продолжается в криволинейных винтообразных канавках 15, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла 14. Закрученный поток эмульсии оказывает воздействие также на биметаллический многогранник 11, пульсируя его относительно средней части по высоте, которая принята достаточной для проявления вибрации.

Периодический забор воздуха компрессором из зон с различной температурой, что всегда имеет место такого распределения воздуха в шахте за счет ее вентиляции и перемещения воздушных масс, а также подача в приемники холодной грунтовой воды, а другой воды в шахте просто не имеется, все это в совокупности исключает возможность выравнивания температуры воздуха и биметаллического многогранника и обеспечивает постоянную его деформацию за счет биметаллических свойств и аэродинамических сил, которые заставляют пульсировать многогранник и создавать эффект подсоса рабочей среды из приемника. Перфорированное гибкое кольцо, кроме взмучивания и перемешивания жидкости, исключает возможность обратного ее тока по спускной трубе в обратном направлении.

Создание в приемнике глубоко эмульгированной, однородной и диспергированной рабочей среды за счет использования смесителя такой конструкции, которая позволяет замещать функцию форсунки, диспергатора, при совместном действии закрутки и пульсации приводит к проявлению ранее отсутствовавших свойств многоступенчатым эрлифтом для повышения эффективности транспортирования и перемещения полезных ископаемых, добываемых закрытым способом и КПД установки за счет снижения гидравлических сопротивлений при транспортировке рабочей среды, имеющей меньшую плотность, чем гидросмесь.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в использовании эффекта закрутки для создания глубоко диспергированной эмульсии и эффекта пульсации и разряжения для подсоса рабочей среды, возникающих при проявлении синергетических свойств при взаимодействии элементов многоступенчатого эрлифта, приводящих к повышению эффективности его работы.