RU2712557C2

RU2712557C2 - Overflow transfer pump from material with improved properties

Info

Publication number: RU2712557C2
Application number: RU2017131438A
Authority: RU
Inventors: Джейсон ТИТКОСКИ; Ричард С. ХЕНДЕРСОН; Питер К. ЕТТЕН; Рене ХАРМС
Original assignee: Пиротек, Инк.
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2020-01-29
Also published as: BR112017018374B1; EP3262302B1; ES2848423T3; CA2977972C; RU2017131438A; JP2018506681A; CN107532606B; ZA201706346B; US20180038373A1; EP3262302A1; JP6953312B2; PL3262302T3; WO2016138359A1; RU2017131438A3; CA2977972A1; BR112017018374A2; MX2017011027A; EP3262302A4; CN107532606A

Abstract

FIELD: pumps.

SUBSTANCE: group of inventions relates to molten metal transfer pumps. Pump for molten metal comprises an elongated tube of fibre reinforced material having a lower end limiting the inlet and an upper end limiting the outlet. Inside the pipe there is a shaft, to which an impeller installed near the lower end is attached. Pump has support ring of reinforced material located in inlet.

EFFECT: inventions are aimed at creation of compact strong pump, having light weight reduced by scale formation, easy access for cleaning, forms equilibrium vortex at low speeds of impeller rotation.

20 cl, 21 dwg, 1 tbl

Description

Приоритет данной заявки испрашивается по предварительной заявке США №62/121805, поданной 27 февраля 2015 года, описание которой включено в данный документ посредством ссылки.The priority of this application is claimed by provisional application US No. 62/121805, filed February 27, 2015, a description of which is incorporated herein by reference.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0001] Приведенный в качестве примера вариант выполнения относится к насосам для перекачки расплавленного металла и будет описан конкретно на их примере. Этот вариант выполнения насоса может найти конкретное применение в области переработки расплавленного алюминия, цинка, свинца и/или магния и их сплавов. Однако, следует понимать, что этот примерный вариант выполнения также применим в других подобных областях.[0001] An exemplary embodiment relates to pumps for transferring molten metal and will be described specifically by their example. This embodiment of the pump may find particular application in the field of processing molten aluminum, zinc, lead and / or magnesium and their alloys. However, it should be understood that this exemplary embodiment is also applicable in other similar areas.

[0002] Насосы для перекачивания расплавленного металла используют в печах при производстве металлических изделий. В настоящее время во многих установках для литья под давлением имеется главная подина, в которой содержится основная часть расплавленного металла. В главной подине могут периодически выплавляться цельные металлические прутки. Перекачивающий насос может быть расположен в отдельном кармане, смежном с главной подиной. Перекачивающий насос забирает металл из кармана, в котором он установлен, и перекачивает его в ковш или канал, а оттуда - в машины для литья под давлением, которые формируют металлические изделия. Данное изобретение относится к насосам, используемым для перекачивания расплавленного металла из печи в машину для литья под давлением, изложницу, литьевую машину постоянного тока или аналогичное устройство. Предлагаемый насос также может использоваться в качестве переносного устройства в случаях выполнения работы по требованию и/или при аварийной откачке.[0002] Pumps for pumping molten metal are used in furnaces in the manufacture of metal products. Currently, many injection molding plants have a main hearth, which contains the bulk of the molten metal. Solid metal rods may periodically be smelted in the main hearth. The transfer pump can be located in a separate pocket adjacent to the main hearth. A transfer pump picks up metal from the pocket in which it is installed, and pumps it into a bucket or channel, and from there, into injection molding machines that form metal products. This invention relates to pumps used to transfer molten metal from a furnace to an injection molding machine, a mold, a direct current injection molding machine, or the like. The proposed pump can also be used as a portable device in cases of work on demand and / or during emergency pumping.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕSHORT DESCRIPTION

[0003] Ниже обобщены различные особенности данного изобретения для обеспечения его общего понимания. Данное обобщение не является расширенным обзором изобретения и не должно считаться ни определяющим конкретные элементы изобретения, ни ограничивающим его объем. Напротив, основной целью данного обобщения является изложение некоторых идей изобретения в упрощенной форме перед переходом к более подробному его описанию, приведенному ниже.[0003] Various features of the present invention are summarized below to provide a common understanding. This generalization is not an extended overview of the invention and should not be construed as either defining specific elements of the invention or limiting its scope. On the contrary, the main purpose of this generalization is to present some ideas of the invention in a simplified form before proceeding to a more detailed description below.

[0004] Согласно одному варианту выполнения данного изобретения предложен насос для расплавленного металла, содержащий удлиненную трубу, которая имеет нижний конец, ограничивающий впуск, и верхний конец, ограничивающий выпуск. Удлиненная труба изготовлена из армированного волокном материала. Внутри трубы расположен вал, к которому прикреплено рабочее колесо, установленное вблизи нижнего конца.[0004] According to one embodiment of the present invention, there is provided a molten metal pump comprising an elongated pipe that has a lower end defining an inlet and an upper end defining an outlet. The elongated pipe is made of fiber-reinforced material. Inside the pipe is a shaft to which an impeller is mounted, installed near the lower end.

[0005] Согласно альтернативному варианту выполнения предложен насос для расплавленного металла, содержащий удлиненный корпус, изготовленный из армированного волокном материала. Корпус имеет вихревую область определенного диаметра и выпускную область определенного диаметра. Диаметр выпускной области превышает диаметр вихревой области. Во впуске или смежно с ним расположено рабочее колесо. Во впуске расположен подшипник из армированного волокном материала, установленный с обеспечением взаимодействия с рабочим колесом. Через вихревую область и выпускную область проходит вал, первый конец которого взаимодействует с рабочим колесом, а второй конец выполнен с возможностью взаимодействия с двигателем.[0005] According to an alternative embodiment, a molten metal pump is provided comprising an elongated body made of fiber-reinforced material. The housing has a vortex region of a certain diameter and an outlet region of a certain diameter. The diameter of the outlet region exceeds the diameter of the vortex region. An impeller is located in or adjacent to the inlet. In the inlet there is a bearing made of fiber-reinforced material, installed to ensure interaction with the impeller. A shaft passes through the vortex region and the outlet region, the first end of which interacts with the impeller, and the second end is configured to interact with the engine.

[0006] Согласно еще одному варианту выполнения предложен насос для расплавленного металла, содержащий удлиненную трубу, имеющую нижний конец и верхний конец. Удлиненная труба изготовлена из армированного волокном материала. Нижний конец ограничивает отверстие. Внутри трубы расположен вал, и рабочее колесо, выполненное с возможностью вращения указанным валом, расположено таким образом, что по меньшей мере по существу закрывает отверстие. Рабочее колесо расположено таким образом, что его радиальный край образует динамическое уплотнение с внутренней стенкой трубы, или нижний край трубы образует динамическое уплотнение с обращенной вверх поверхностью рабочего колеса.[0006] According to yet another embodiment, a molten metal pump is provided comprising an elongated pipe having a lower end and an upper end. The elongated pipe is made of fiber-reinforced material. The lower end limits the hole. A shaft is disposed within the pipe, and the impeller rotatably rotated by said shaft is positioned in such a way that at least substantially closes the hole. The impeller is positioned so that its radial edge forms a dynamic seal with the inner wall of the pipe, or the lower edge of the pipe forms a dynamic seal with the upward facing surface of the impeller.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0007] В нижеприведенных описании и чертежах подробно изложены некоторые иллюстративные варианты реализации изобретения, иллюстрирующие несколько иллюстративных способов выполнения различных принципов изобретения. Однако представленные примеры не охватывают все многообразие возможных вариантов выполнения изобретения. Другие цели, преимущества и особенности изобретения изложены ниже в подробном описании изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:[0007] The following description and drawings set forth in detail certain illustrative embodiments of the invention, illustrating several illustrative methods for implementing various principles of the invention. However, the presented examples do not cover the whole variety of possible embodiments of the invention. Other objectives, advantages and features of the invention are set forth below in the detailed description of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:

[0008] Фиг. 1 изображает вид в аксонометрии системы переноса расплавленного металла, содержащей насос, расположенный в печном отстойнике (данная система представлена в заявке США №13/378078, описание которой включено в данный документ посредством ссылки);[0008] FIG. 1 is a perspective view of a molten metal transfer system comprising a pump located in a furnace sump (this system is presented in US Application No. 13/378078, the disclosure of which is incorporated herein by reference);

[0009] Фиг. 2 изображает вид в аксонометрии системы, изображенной на Фиг. 1, в частичном разрезе;[0009] FIG. 2 is a perspective view of the system of FIG. 1, in partial section;

[0010] Фиг. 3 изображает систему, изображенную на Фиг. 1 и Фиг. 2, в боковом разрезе;[0010] FIG. 3 depicts the system depicted in FIG. 1 and FIG. 2, in a side section;

[0011] Фиг. 4 изображает вид в аксонометрии насосной камеры;[0011] FIG. 4 is a perspective view of a pump chamber;

[0012] Фиг. 5 изображает вид сверху насосной камеры;[0012] FIG. 5 is a plan view of a pump chamber;

[0013] Фиг. 6 изображает вид по линии А-А Фиг. 5;[0013] FIG. 6 is a view along line AA of FIG. 5;

[0014] Фиг. 7 изображает типовую конструкцию рабочего колеса;[0014] FIG. 7 shows a typical impeller design;

[0015] Фиг. 8(а) и Фиг. 8(b) иллюстрируют нижний конец соответствующей насосной камеры в аксонометрическом разрезе и горизонтальном разрезе, соответственно;[0015] FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b) illustrate the lower end of the corresponding pump chamber in an axonometric section and a horizontal section, respectively;

[0016] Фиг. 9 изображает схематический горизонтальный разрез насоса, имеющего альтернативную конфигурацию;[0016] FIG. 9 is a schematic horizontal sectional view of a pump having an alternative configuration;

[0017] Фиг. 10 изображает схематический горизонтальный разрез насоса, имеющего другую альтернативную конфигурацию;[0017] FIG. 10 is a schematic horizontal sectional view of a pump having another alternative configuration;

[0018] Фиг. 11 изображает детализированный вид в аксонометрии насоса, изображенного на Фиг. 10, в разрезе;[0018] FIG. 11 is a detailed perspective view of the pump of FIG. 10, in a section;

[0019] Фиг. 12(a) и Фиг. 12(b) иллюстрируют рабочее колесо, пригодное к использованию в насосе согласно изобретению;[0019] FIG. 12 (a) and FIG. 12 (b) illustrate an impeller suitable for use in a pump according to the invention;

[0020] Фиг. 13(a), Фиг. 13(b), Фиг. 13(c) и Фиг. 13(d) изображают, соответственно, вид в аксонометрии насоса, имеющего альтернативную конфигурацию, детализированный вид спиралевидной камеры, вид в аксонометрии выполненного из армированного волокном материала корпуса насоса и вид с торца корпуса насоса;[0020] FIG. 13 (a), FIG. 13 (b), FIG. 13 (c) and FIG. 13 (d) respectively represent a perspective view of a pump having an alternative configuration, a detailed view of a spiral chamber, a perspective view of a pump housing made of fiber-reinforced material and an end view of the pump housing;

[0021] Фиг. 14 изображает вертикальную боковую проекцию (в частичном разрезе) насосной камеры, имеющей другую альтернативную конфигурацию;[0021] FIG. 14 is a side elevational view (in partial section) of a pump chamber having another alternative configuration;

[0022] Фиг. 15 изображает вид снизу насосной камеры, изображенной на Фиг. 9; и[0022] FIG. 15 is a bottom view of the pump chamber of FIG. 9; and

[0023] Фиг. 16 изображает вид в аксонометрии плавильного тигля, выполненного с возможностью расположения в нем перекачивающего насоса согласно данному изобретению.[0023] FIG. 16 is a perspective view of a melting crucible configured to position a transfer pump in accordance with the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0024] Далее приведено описание иллюстративного варианта выполнения со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения. По мере чтения и понимания вышеприведенного подробного описания, могут возникнуть идеи о модификациях или изменениях конструкции. Подразумевается, что иллюстративный вариант выполнения рассматривается с учетом всех таких модификаций и изменений, при условии что они находятся в рамках объема пунктов прилагаемой формулы изобретения или их эквивалентов.[0024] The following is a description of an illustrative embodiment with reference to preferred embodiments. As you read and understand the above detailed description, ideas may arise about modifications or design changes. It is understood that an illustrative embodiment is considered in view of all such modifications and changes, provided that they are within the scope of the appended claims or their equivalents.

[0025] Данный насос предназначен для аккуратного перекачивания расплавленного металла из плавильных тиглей или плавильных/томильных печей. Насос особенно целесообразно использовать на литейных заводах и в литейных цехах, например, при передаче металла из печи в плавильный тигель, опорожнении тигля и/или передаче в литейные машины/тигель и из одной печи в другую. Поскольку насос может быть изготовлен сравнительно компактным, он может обеспечить опорожнение небольших тиглей (например, глубина загрузки металла в чашу составляет 1100 мм или 800 мм; диаметр чаши составляет от 275 мм (вверху) до 235 мм (внизу)).[0025] This pump is designed to gently pump molten metal from melting crucibles or smelting / languishing furnaces. The pump is particularly suitable for use in foundries and foundries, for example, when transferring metal from a furnace to a melting crucible, emptying the crucible and / or transferring it to foundry machines / crucible and from one furnace to another. Since the pump can be made relatively compact, it can provide emptying of small crucibles (for example, the depth of metal loading into the bowl is 1100 mm or 800 mm; the diameter of the bowl is from 275 mm (above) to 235 mm (below)).

[0026] Кроме того, используя послойную технологию производства из армированного волокном материала, реально изготовить удлиненную насосную камеру, имеющую по существу постоянный диаметр, например, имеющую внутренний диаметр 185 мм или менее, и/или наружный диаметр 235 мм или менее. Учитывая высокую прочность и термостойкость армированного волокном материала, также можно изготовить насосную камеру со сравнительно тонкими стенками (например, менее 50 мм). В таком случае насос может быть введен в ограниченные пространства, например, пространство, диаметр которого составляет менее 25 см.[0026] Furthermore, using a layered manufacturing technique of fiber reinforced material, it is feasible to manufacture an elongated pump chamber having a substantially constant diameter, for example, having an inner diameter of 185 mm or less, and / or an outer diameter of 235 mm or less. Given the high strength and heat resistance of the fiber-reinforced material, it is also possible to manufacture a pump chamber with relatively thin walls (for example, less than 50 mm). In this case, the pump can be introduced into confined spaces, for example, a space whose diameter is less than 25 cm.

[0027] Основной корпус насоса может быть изготовлен преимущественно из композитного керамического материала, который является плотным, а также способен выдерживать чрезмерные механические воздействия, обеспечивая очень высокую износостойкость чаши системы, жесткость и удобство в использовании. Указанные материалы упоминаются в данном документе как армированные волокном материалы.[0027] The main body of the pump can be made mainly of composite ceramic material, which is dense, and also able to withstand excessive mechanical stresses, providing a very high wear resistance of the system bowl, rigidity and ease of use. These materials are referred to herein as fiber reinforced materials.

[0028] Преимущества изготовления насосной камеры из армированного волокном материала включают повышенную безопасность: исключают выполняемые вручную операции по опорожнению, опрокидывание или использование сливных отверстий, предполагают улучшенное качество металла; повышенную производительность, и минимальный предварительный нагрев.[0028] The advantages of manufacturing a fiber reinforced material pumping chamber include improved safety: exclude manual drainage, tipping, or using drainage openings, suggest improved metal quality; increased productivity and minimal preheating.

[0029] Армированный волокном материал обеспечивает по меньшей мере следующие дополнительные преимущества:[0029] The fiber reinforced material provides at least the following additional advantages:

[0030] А. Система легко снимается и снова вводится в расплавленный металл, что обусловлено ее небольшим весом (система может быть установлена без возможности снятия, но данное условие не является обязательным).[0030] A. The system is easily removable and reinserted into the molten metal, due to its low weight (the system can be installed without the possibility of removal, but this condition is not mandatory).

[0031] В. Система может иметь тонкостенную конструкцию (что обеспечивает меньший вес и небольшую тепловую массу).[0031] B. The system may have a thin-walled structure (which provides less weight and low thermal mass).

[0032] С. Хорошая термостойкость.[0032] C. Good heat resistance.

[0033] D. Отсутствует необходимость предварительного нагрева - После нагревания системы (свыше 100°С) для обеспечения отсутствия остаточной влажности в футеровке печи, армированный волокном материал можно непосредственно вводить в расплавленный металл без предварительного подогрева.[0033] D. There is no need for preheating - After heating the system (above 100 ° C) to ensure that there is no residual moisture in the furnace lining, the fiber-reinforced material can be directly introduced into the molten metal without preheating.

[0034] Е. Можно использовать для перекачивания из литейных тиглей в другие емкости.[0034] E. Can be used to pump from casting crucibles to other containers.

[0035] Данная конструкция насоса преимущественно обеспечивает прохождение 40% или более удлиненной трубы над уровнем металла.[0035] This pump design advantageously allows 40% or more of the elongated pipe to pass above the metal level.

[0036] Фиг. 1-3 иллюстрируют насос 30 для расплавленного металла, выполненный согласно данному изобретению, вместе с печью 28. Насос 30 подвешен с помощью металлического каркаса 32, который опирается на стенки печного отстойника 34 (на Фиг. 13(c) - Фиг. 13(d) изображен переносной вариант насоса, для которого не требуется использование опорного каркаса). Двигатель 35 вращает вал 36 (например, выполненный из графита или керамики) и прикрепленное к валу рабочее колесо 38. Корпус 40, изготовленный из армированного волокном материала, образует удлиненную, в целом цилиндрическую насосную камеру или трубу 41. Хотя в данном документе насосная камера и труба в целом изображены имеющими цилиндрическую форму, следует отметить, что другие формы тоже могут быть применимы. Например, предполагается, что цилиндрические формы включают также формы эллиптического, параболического и гиперболического цилиндров. Более того, предусмотрено, что насос может работать с камерой, имеющей прямоугольную или квадратную форму поперечного сечения. Кроме того, предусмотрено, что геометрия поперечного сечения может изменяться на протяжении длины насосной камеры.[0036] FIG. 1 to 3 illustrate a molten metal pump 30 according to the present invention, together with a furnace 28. The pump 30 is suspended by a metal frame 32 which is supported by the walls of the furnace sump 34 (in Fig. 13 (c) - Fig. 13 (d ) shows a portable version of the pump, which does not require the use of a support frame). The motor 35 rotates the shaft 36 (for example, made of graphite or ceramic) and the impeller 38 attached to the shaft. The housing 40 made of fiber-reinforced material forms an elongated, generally cylindrical pump chamber or pipe 41. Although the pump chamber and the pipe as a whole is depicted having a cylindrical shape, it should be noted that other shapes may also be applicable. For example, it is contemplated that cylindrical shapes also include those of elliptical, parabolic, and hyperbolic cylinders. Moreover, it is envisaged that the pump can operate with a chamber having a rectangular or square cross-sectional shape. In addition, it is envisaged that the geometry of the cross section may vary over the length of the pump chamber.

[0037] Корпус 40 имеет впуск 43, в котором расположено рабочее колесо 38. Могут быть предусмотрены опорные кольца 44, обеспечивающие равномерный износ и вращение установленного в них рабочего колеса 38. При эксплуатации расплавленный металл втягивается в рабочее колесо через впуск (показано стрелками) и выталкивается вверх по трубе 41 в виде индуцированного («равновесного») вихря. В верхней части трубы 41 выполнена спиралевидная камера 42, которая направляет вихрь расплавленного металла, образованный в результате вращения рабочего колеса, в наружном направлении в желоб 44. Желоб 44 может быть соединен/сопряжен с дополнительными желобчатыми элементами или трубами для обеспечения направления расплавленного металла к заданному местоположению, например, к литьевому устройству, ковшу или другому оборудованию, известному специалистам в данной области техники.[0037] The housing 40 has an inlet 43 in which the impeller 38 is located. Support rings 44 may be provided to provide uniform wear and rotation of the impeller 38 installed therein. During operation, molten metal is drawn into the impeller through the inlet (shown by arrows) and pushed up the pipe 41 in the form of an induced ("equilibrium") vortex. In the upper part of the pipe 41, a spiral chamber 42 is made, which directs the vortex of molten metal formed as a result of the rotation of the impeller outwardly into the groove 44. The groove 44 can be connected / paired with additional grooved elements or pipes to ensure the direction of the molten metal to a given location, for example, to an injection device, bucket or other equipment known to specialists in this field of technology.

[0038] Несмотря на то, что на чертеже изображена полость спиралевидной формы, для отклонения вращающегося вихря расплавленного металла к желобу может использоваться альтернативное приспособление. В действительности, тангенциальный выпускной проход, выходящий даже из цилиндрической полости, размер которой соответствует трубе 41 и которая концентрична с указанной трубой, может обеспечить тангенциальный поток расплавленного металла. Однако может быть предпочтительным использование такого отклоняющего средства, как лопасть, проходящая в структуру потока, или другого элемента, обеспечивающего направление расплавленного металла в желоб.[0038] Despite the fact that the figure shows a cavity of a spiral shape, an alternative tool may be used to deflect a rotating vortex of molten metal toward the gutter. In fact, a tangential discharge passage even exiting from a cylindrical cavity the size of which corresponds to pipe 41 and which is concentric with said pipe can provide a tangential flow of molten metal. However, it may be preferable to use a deflecting means such as a blade extending into the flow structure, or another element that directs the molten metal into the gutter.

[0039] Кроме того, в определенных условиях может быть желательным выполнение основания трубы в форме колокола, а не плоским. Такая конструкция может обеспечить более глубокий вихрь и повысить эффективность работы устройства в качестве погружающего скрап-узла.[0039] Furthermore, under certain conditions, it may be desirable to form the base of the pipe in the form of a bell rather than a flat one. Such a design can provide a deeper vortex and increase the efficiency of the device as an immersion scrap unit.

[0040] Насос 30 содержит металлический каркас 108, который окружает верхнюю часть (выпускную камеру) трубы 41 из армированного волокном материала, и содержит монтажную опору 102 двигателя, прикрепленную к насосу 30. Между стальным каркасом и огнеупорным стаканом может быть расположена сжимаемая волокнистая прокладка (не показана на чертеже), компенсирующая разность степеней теплового расширения. Более того, имеется выпускная камера с переливной выемкой 123, обеспечивающей безопасное возвращение расплавленного металла в печь в случае возникновения расположенного ниже по потоку препятствия, перекрывающего желоб 124. Переливная выемка 123 имеет меньшую глубину по сравнению с желобом 124.[0040] The pump 30 comprises a metal frame 108 that surrounds the upper portion (exhaust chamber) of the fiber reinforced material pipe 41, and includes an engine mount 102 attached to the pump 30. A compressible fiber pad may be located between the steel frame and the refractory cup ( not shown in the drawing), compensating for the difference in the degrees of thermal expansion. Moreover, there is an exhaust chamber with an overflow recess 123, which ensures the safe return of molten metal to the furnace in the event of an upstream obstruction blocking the groove 124. The overflow recess 123 has a shallower depth than the groove 124.

[0041] Фиг. 4-6 иллюстрируют корпус 40 более подробно. На Фиг. 4 изображен вид в аксонометрии корпуса из армированного волокном материала. Фиг. 5 иллюстрирует вид сверху спиралевидной конструкции, а Фиг. 6 иллюстрирует разрез удлиненной, по существу цилиндрической насосной камеры. На данных чертежах показаны общие параметры конструкции, при этом диаметр насосной камеры 41 превышает диаметр рабочего колеса по меньшей мере в 1,1 раза, предпочтительно по меньшей мере примерно в 1,5 раза и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно в 2,0 раза. Однако для металлов большей плотности, таких как цинк, может быть желательным, чтобы отношение диаметра рабочего колеса к диаметру насосной камеры, составляло от 1,1 до 1,3. Кроме того, можно заметить, что длина насосной камеры 41 значительно превышает высоту рабочего колеса. Предпочтительно длина (высота) насосной камеры составляет по меньшей мере 3 фута (0,91 м) или по меньшей мере 5 футов (1,5 м), либо по меньшей мере 7 футов (2,1 м). Предполагается, что высота насоса от впуска до выпуска может составлять менее 20 футов (6,1 м), либо менее 14 футов (4,27 м). Не вдаваясь в теорию, можно полагать, что указанные размеры способствуют образованию заданного индуцированного («равновесного») вихря расплавленного металла, показанного линией 47 на Фиг. 6.[0041] FIG. 4-6 illustrate the housing 40 in more detail. In FIG. 4 is a perspective view of a body of fiber reinforced material. FIG. 5 illustrates a top view of a spiral structure, and FIG. 6 illustrates a section through an elongated, substantially cylindrical pump chamber. These drawings show general design parameters, with the diameter of the pump chamber 41 exceeding the diameter of the impeller by at least 1.1 times, preferably at least about 1.5 times, and most preferably at least about 2.0 times. However, for metals of higher density, such as zinc, it may be desirable that the ratio of the diameter of the impeller to the diameter of the pump chamber be 1.1 to 1.3. In addition, it can be noted that the length of the pump chamber 41 is significantly greater than the height of the impeller. Preferably, the length (height) of the pump chamber is at least 3 feet (0.91 m) or at least 5 feet (1.5 m) or at least 7 feet (2.1 m). It is estimated that the height of the pump from inlet to outlet may be less than 20 feet (6.1 m), or less than 14 feet (4.27 m). Without going into theory, it can be assumed that these dimensions contribute to the formation of a given induced ("equilibrium") vortex of molten metal, shown by line 47 in FIG. 6.

[0042] На Фиг. 7 изображено рабочее колесо 38, которое содержит верхнюю секцию 68 с лопатками (или проходами) 65, обеспечивающими подачу индуцированного потока расплавленного металла, и втулку 50, обеспечивающую сопряжение с валом 36. Направляющая впускная секция 70 ограничивает полую центральную часть 54. Могут быть использованы опорные кольца 56, обеспечивающие плавное вращение рабочего колеса внутри корпуса 40. Рабочее колесо может быть изготовлено из графита или другого подходящего огнеупорного материала, такого как керамика. Предполагается, что в данной переливной вихревой перекачивающей системе могла бы работать любая обычная конструкция рабочего колеса для расплавленного металла, имеющая нижний впуск и боковой выпуск (выпуски).[0042] In FIG. 7 illustrates an impeller 38, which comprises an upper section 68 with vanes (or passages) 65 for supplying an induced flow of molten metal, and a sleeve 50 for interfacing with the shaft 36. The guide inlet section 70 delimits the hollow central portion 54. Support bearings may be used. rings 56 for smooth rotation of the impeller within the housing 40. The impeller may be made of graphite or other suitable refractory material such as ceramic. It is assumed that in this overflow vortex pumping system, any conventional molten metal impeller design with a lower inlet and side outlet (outlets) could work.

[0043] Фиг. 8(а) и Фиг. 8(b) иллюстрируют детальный вид одного типичного нижнего конца насосной камеры 41. На указанных чертежах нижний конец 80 содержит боковую стенку 82, нижнюю стенку 84 и опорное кольцо 86 из армированного волокном материала (не показано на предыдущих чертежах). В нижней стенке 84 и опорном кольце 86 образован приемный впуск 88 рабочего колеса, через который проходит расплавленный металл.[0043] FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b) illustrate a detailed view of one typical lower end of the pump chamber 41. In the drawings, the lower end 80 comprises a side wall 82, a lower wall 84 and a support ring 86 of fiber-reinforced material (not shown in the previous drawings). In the bottom wall 84 and the support ring 86, a receiving impeller inlet 88 is formed through which molten metal passes.

[0044] Армированный волокном материал, используемый для изготовления определенных компонентов насоса, в том числе корпуса 40, может содержать керамоматричный материал с волокнистым наполнителем. Керамоматричный материал может состоять из смеси Волластонита и коллоидной двуокиси кремния. Примером волокнистого наполнителя является стекловолокно. Указанные материалы смешивают вместе, образуя суспензию.[0044] The fiber-reinforced material used to make certain components of the pump, including the housing 40, may contain ceramic material with a fibrous filler. The ceramic material may consist of a mixture of Wollastonite and colloidal silicon dioxide. An example of a fibrous filler is fiberglass. These materials are mixed together to form a suspension.

[0045] Корпус может быть изготовлен из нескольких слоев, путем наложения предварительно разрезанных кусков тканого полотна на оправку, добавления суспензии и размазывания ее по полотну, чтобы обеспечить полное смачивание ткани. Данную операцию повторяют, формируя последовательные слои полотна и матричного материала, до тех пор, пока не получат заданную толщину. Типичным материалом полотна является стекло.[0045] The body may be made of several layers by applying pre-cut pieces of woven fabric to the mandrel, adding a slurry and spreading it on the fabric to ensure complete wetting of the fabric. This operation is repeated, forming successive layers of web and matrix material, until then, until you get the specified thickness. A typical web material is glass.

[0046] После достижения заданной толщины изделия его подвергают машинной механической обработке в сыром (необожженном) виде, образуя наружную поверхность трубчатого корпуса. Затем трубчатый корпус снимают с оправки и размещают в печи с целью высушивания. Можно нанести антипригарное покрытие, например, нитрид бора.[0046] After reaching a predetermined thickness of the product, it is subjected to machine machining in a raw (unburnt) form, forming the outer surface of the tubular body. Then the tubular body is removed from the mandrel and placed in an oven for drying. You can apply a non-stick coating, for example, boron nitride.

[0047] Данный насос может считаться портативным переливным насосом, который особенно востребован в литейной отрасли. Конструкция насоса может обеспечивать аккуратный подъем и передачу расплавленного металла из небольших плавильных тиглей, либо плавильных или томильных печей. Насос можно использовать на литейных заводах и в литейных цехах, например, при перекачке металла из печи в плавильный тигель, опорожнении тигля, передаче в литейные машины и перемещении металла из одной печи в другую.[0047] This pump can be considered a portable overflow pump, which is especially in demand in the foundry industry. The design of the pump can provide accurate lifting and transfer of molten metal from small melting crucibles, or melting or languishing furnaces. The pump can be used in foundries and foundries, for example, when pumping metal from a furnace to a melting crucible, emptying the crucible, transferring it to foundry machines and moving metal from one furnace to another.

[0048] Компактный размер насоса облегчает его перемещение из одного резервуара в другой, а конструкция из армированного волокном материала обеспечивает быструю загрузку в металл, что обусловлено минимальными требованиями предварительного нагрева. Конструкция насоса обеспечивает эффективный подъем и перекачивание расплавленного металла, создавая меньше окалины по сравнению с обычными способами переноса. Насос более безопасен в использовании по сравнению с обычными способами перекачивания, которые требуют присутствия операторов для выполняемого вручную опорожнения, опрокидывания или использования сливных отверстий.[0048] The compact size of the pump makes it easy to move from one tank to another, and the fiber-reinforced material design provides quick loading into the metal due to the minimum preheating requirements. The design of the pump provides an effective lifting and pumping of molten metal, creating less scale compared to conventional transfer methods. The pump is safer to use than conventional pumping methods that require the presence of operators to manually empty, tilt, or use drain holes.

[0049] Преимущества конструкции переливного насоса из армированного волокном материала включают уменьшение образования окалины в процессе переноса и постоянную скорость потока металла. Хотя основание насоса имеет небольшой диаметр, его конструкция обеспечивает качественное опорожнение небольшого плавильного тигля, примерно 500 кг (1100 фунтов) менее чем за одну минуту.[0049] Design advantages of a fiber reinforced material overflow pump include reduced scale formation during transport and a constant metal flow rate. Although the base of the pump has a small diameter, its design allows for the efficient emptying of a small melting crucible, approximately 500 kg (1,100 lbs) in less than one minute.

[0050] Насос имеет облегченный вес и отличную механическую прочность, не подвержен смачиванию расплавленным алюминием, лучше удерживает тепло и имеет больший срок службы по сравнению с насосом, изготовленным из чугуна, ламинированной волокном картонной массы, и других готовых керамических материалов. Армированный волокном материал может обеспечить уменьшение получаемых в результате переработки оксидов и включений, способствует предотвращению накопления окалины, понижению температуры выдержки в печи и выпуску более качественных отливок. Кроме того, можно обеспечить изготовление насосов сложной конструкции и очень устойчивых к термическому удару.[0050] The pump has light weight and excellent mechanical strength, is not susceptible to wetting by molten aluminum, retains heat better and has a longer service life compared to a pump made of cast iron, fiber-laminated cardboard, and other finished ceramic materials. Fiber-reinforced material can reduce oxides and inclusions resulting from processing, helps to prevent the accumulation of scale, lower the holding temperature in the furnace and produce better castings. In addition, it is possible to ensure the manufacture of pumps of complex design and very resistant to thermal shock.

[0051] Неорганический материал, используемый для изготовления матрицы (армированный волокном материал), может относиться к любому типу материала при условии совместимости с заключаемой в него тканью; он может быть в расплавленном или термоформируемом состоянии, материал является жестким, прочным и достаточно термоустойчивым для обработки расплавленного металла, оставаясь жестким при температуре плавления металла.[0051] The inorganic material used to make the matrix (fiber-reinforced material) can be any type of material, provided it is compatible with the fabric enclosed in it; it can be in a molten or thermoformed state, the material is tough, durable and sufficiently heat-resistant to process molten metal, while remaining rigid at the melting temperature of the metal.

[0052] Неорганический материал может представлять собой клеящее вещество, изготовленное из коллоидной двуокиси кремния, типа вещества, продаваемого под торговым названием QF-150 и QF-180 от компании Юнифракс (Unifrax). Кроме того, это может быть суспензия силиката натрия или калия, либо покрытие на основе циркония, типа продаваемого под торговым названием EZ 400 от компании Пиротек (Pyrotek).[0052] The inorganic material may be an adhesive made of colloidal silicon dioxide, such as a substance sold under the trade name QF-150 and QF-180 from Unifrax. In addition, it may be a suspension of sodium silicate or potassium, or a coating based on zirconium, such as sold under the trade name EZ 400 from Pyrotek.

[0053] В одном варианте армированный волокном материал может содержать от 8 до 25 весовых процентов водного раствора фосфорной кислоты, при концентрации фосфорной кислоты от 40 до 85 весовых процентов и до 50% первичной кислотообразующей функции указанной кислоты, нейтрализованной в результате реакции с вермикулитом. Кроме того, армированный волокном материал содержит от 75 до 92 весовых процентов смеси, содержащей волластонит или композицию из волластонита разных марок и водную суспензию, содержащую от 20 до 40 весовых процентов коллоидной двуокиси кремния, например, продаваемой под торговой маркой LUDOX HS-40 от компании Сигма Алдрич (Sigma-Aldrich). Весовое соотношение водной суспензии и волластонита внутри смеси может составлять от 0,5 до 1,2.[0053] In one embodiment, the fiber-reinforced material may contain from 8 to 25 weight percent of an aqueous solution of phosphoric acid, at a concentration of phosphoric acid of from 40 to 85 weight percent and up to 50% of the primary acid-forming function of the acid neutralized by reaction with vermiculite. In addition, the fiber-reinforced material contains from 75 to 92 weight percent of a mixture containing wollastonite or a composition of wollastonite of different grades and an aqueous suspension containing from 20 to 40 weight percent of colloidal silicon dioxide, for example, sold under the brand name LUDOX HS-40 from the company Sigma-Aldrich The weight ratio of the aqueous suspension and wollastonite inside the mixture can be from 0.5 to 1.2.

[0054] Для подготовки трубы можно приготовить суспензию из выбранного армированного волокном материала и пропитать ею ткань редкого плетения, либо путем непосредственного нанесения на ткань, либо окунанием ткани в суспензию. Затем полученный продукт можно оставить в форме, имеющей заданный вид, до тех пор, пока матрица не затвердеет. Жесткая труба может быть вынута из формы менее чем через два часа, без необходимости проведения какой-либо сушки и/или операций нагревания, хотя целесообразно провести 10-ти часовой этап сушки при температуре окружающей среды с последующим обжигом при повышенной температуре (например, 375°С) в течение нескольких часов.[0054] To prepare the pipe, you can prepare a suspension of the selected fiber-reinforced material and soak it with a rare weave fabric, either by directly applying it to the fabric, or by dipping the fabric into the suspension. Then, the resulting product can be left in the form having a given form until the matrix hardens. A rigid pipe can be removed from the mold in less than two hours, without the need for any drying and / or heating operations, although it is advisable to carry out a 10-hour drying step at ambient temperature, followed by firing at elevated temperature (for example, 375 ° C) for several hours.

[0055] Несмотря на то, что конструкции насоса и рабочего колеса, представленные на Фиг. 2 - 8(b) (первый вариант выполнения), являются очень эффективными при обеспечении перекачивания расплавленного металла из печи, их эффективность может быть максимальной при таких условиях в печи, когда расплавленный металл имеет высокую температуру, например, порядка 1400°F (760°С). В условиях, когда температура расплавленного металла не более чем, например, на 50°F (10°С) выше точки плавления перекачиваемого металла, желательно применять другую конструкцию. Более того, в среде расплавленного металла сравнительно невысокой температуры существует вероятность того, что основание, имеющее сравнительно большую массу, и компоненты рабочего колеса первого варианта выполнения могут вызвать уменьшение температуры расплавленного металла внутри корпуса насоса, приводящее к затвердеванию металла и возможному повреждению насосного узла.[0055] Although the designs of the pump and impeller shown in FIG. 2-8 (b) (the first embodiment) are very effective in ensuring the transfer of molten metal from the furnace, their efficiency can be maximum under such conditions in the furnace when the molten metal has a high temperature, for example, about 1400 ° F (760 ° FROM). Under conditions where the temperature of the molten metal is not more than, for example, 50 ° F (10 ° C) above the melting point of the pumped metal, it is desirable to use a different design. Moreover, in a relatively low temperature molten metal environment, there is a possibility that the base having a relatively large mass and the impeller components of the first embodiment can cause a decrease in the temperature of the molten metal inside the pump housing, leading to solidification of the metal and possible damage to the pump assembly.

[0056] Например, было выполнено испытание с использованием насоса первого варианта выполнения, оснащенного наружной и внутренней термопарами, установленными в зоне основания. Насос был погружен в расплавленный металл, находящийся при температуре 1350°F (732°С). Ниже приведена таблица, в которой представлены температуры, зарегистрированные после погружения.[0056] For example, a test was performed using a pump of the first embodiment equipped with external and internal thermocouples installed in the base zone. The pump was immersed in molten metal at 1350 ° F (732 ° C). The table below shows the temperatures recorded after diving.

[0057] Специалисту в данной области техники понятно, что первоначальное погружение насоса в расплавленный металл может вызвать значительное понижение температуры указанного металла внутри насосной камеры. Данное понижение температуры усугубляется наличием рабочего колеса. Если за счет взаимосвязанной печи температура перекачиваемого расплавленного металла поддерживается сравнительно близкой к температурам перехода металла в твердое состояние, возможно заедание насоса.[0057] One skilled in the art will appreciate that initial immersion of the pump in molten metal can cause a significant drop in temperature of said metal inside the pump chamber. This decrease in temperature is exacerbated by the presence of an impeller. If, due to the interconnected furnace, the temperature of the pumped molten metal is kept relatively close to the temperatures of the transition of the metal to a solid state, it is possible that the pump will seize.

[0058] Согласно второму варианту выполнения удалена нижняя стенка 84, выполненная из армированного волокном материала (смотри Фиг. 8(а) и Фиг. 8(b)). Опорное кольцо 86, выполненное из армированного волокном материала, тоже снято, и масса рабочего колеса уменьшена.[0058] According to a second embodiment, a bottom wall 84 made of fiber-reinforced material is removed (see Fig. 8 (a) and Fig. 8 (b)). The support ring 86, made of fiber-reinforced material, is also removed, and the mass of the impeller is reduced.

[0059] В частности, как изображено на Фиг. 9, в зоне основания насосной камеры 100 установлено рабочее колесо 102. Вместо образования поверхности раздела между рабочим колесом и нижней стенкой удлиненной трубы, образовано динамическое уплотнение 104 между верхней поверхностью 106 основного корпуса 108 рабочего колеса и нижним краем корпуса 112 трубы.[0059] In particular, as shown in FIG. 9, an impeller 102 is installed in the base zone of the pump chamber 100. Instead of forming an interface between the impeller and the lower wall of the elongated pipe, a dynamic seal 104 is formed between the upper surface 106 of the main impeller housing 108 and the lower edge of the pipe casing 112.

[0060] Рабочее колесо 102 может содержать втулку 114, в которую входит вал 116. От втулки, по верхней поверхности 106 проходят лопатки 118. В нижней поверхности 122 образован впуск 120 с проходами (не показаны на чертеже), проходящими через основной корпус 108, с обеспечением переноса металла, находящегося снаружи насоса, в насосную камеру 100.[0060] The impeller 102 may include a sleeve 114 into which the shaft 116 enters. From the sleeve, blades 118 extend along the upper surface 106. An inlet 120 is formed in the lower surface 122 with passages (not shown in the drawing) passing through the main body 108, with the transfer of metal located outside the pump into the pump chamber 100.

[0061] Применяемое в данном документе выражение «динамическое уплотнение» подразумевает уплотнение, образованное между вращающимся рабочим колесом и корпусом трубы. Динамическое уплотнение обеспечивает степень гидравлической герметичности от по существу абсолютной, при которой между рабочим колесом и корпусом трубы образована смазывающая расплавленный металл пленка, благодаря которой в процессе работы между ними по существу отсутствует поток расплавленного металла, до ситуации, в которой между рабочим колесом и корпусом трубы может проходить заметное количество расплавленного металла. Тем не менее, желательно, чтобы максимальное количество расплавленного металла, поступающего в насосную камеру через динамическое уплотнение, было меньше количества расплавленного металла, поступающего через впуск рабочего колеса. Кроме того, наиболее предпочтительно, чтобы в процессе вращения рабочего колеса корпус трубы работал как опорная поверхность.[0061] As used herein, the term “dynamic seal” refers to a seal formed between a rotating impeller and a pipe body. The dynamic seal provides a degree of hydraulic tightness from essentially absolute at which a lubricating molten metal film is formed between the impeller and the pipe body, due to which there is essentially no flow of molten metal between them, until a situation in which between the impeller and the pipe body a noticeable amount of molten metal may pass. However, it is desirable that the maximum amount of molten metal entering the pump chamber through the dynamic seal be less than the amount of molten metal entering through the impeller inlet. In addition, it is most preferable that during the rotation of the impeller, the pipe body acts as a supporting surface.

[0062] Обратимся к Фиг. 10 и 11, на которых представлена альтернативная конфигурация, в которой между радиальным краем 152 рабочего колеса 102 и внутренней стенкой 156 корпуса 112 трубы образовано динамическое кромочное уплотнение 150. В любом варианте выполнения допустимо, чтобы рабочее колесо содержало радиальное опорное кольцо 158, но данное кольцо применять необязательно, особенно если рабочее колесо изготовлено из керамического материала. Кроме того, предусмотрено, но не изображено на чертеже, небольшое выступание нижней части (например, «j»-образный оконечный участок) корпуса трубы, сконфигурированное в виде динамического уплотнения с обращенным книзу краем рабочего колеса.[0062] Referring to FIG. 10 and 11, an alternative configuration is shown in which a dynamic lip seal 150 is formed between the radial edge 152 of the impeller 102 and the inner wall 156 of the pipe body 112. In any embodiment, the impeller may comprise a radial support ring 158, but this ring optional, especially if the impeller is made of ceramic material. In addition, provided, but not shown in the drawing, a small protrusion of the lower part (for example, "j" -shaped end section) of the pipe body, configured in the form of a dynamic seal with a downward facing edge of the impeller.

[0063] Теперь обратимся к Фиг. 12(a) и 12(b), на которых изображено рабочее колесо 175 (например, выполненное из графита или керамики), не имеющее опорного кольца (например, выполненного из карбида кремния). Рабочее колесо 175 имеет корпус 177 в форме диска, по верхней поверхности 179 которого расположены лопатки 181. Лопатки 181 проходят от втулки 183, в которую может входить вал (не показан на чертежах). Втулка 183 может иметь выемки 185, обеспечивающие прием штифтов, которые обеспечивают передачу крутящего момента от вала к рабочему колесу. Рабочее колесо 175 дополнительно имеет впуск 187, образованный в нижней поверхности 188 в проточном сообщении с проходами 189, через которые расплавленный металл проходит через дискообразный корпус 177, выходит рядом с верхней поверхностью 179, где на него воздействует на лопатки 181, формируя заданный радиальный поток, который создает вихрь, с помощью которого расплавленный металл поднимается вверх внутри трубы для последующего выхода в расположенный выше выпуск.[0063] Now, referring to FIG. 12 (a) and 12 (b), which show the impeller 175 (for example, made of graphite or ceramic), not having a support ring (for example, made of silicon carbide). The impeller 175 has a disk-shaped housing 177, on the upper surface 179 of which are blades 181. The blades 181 extend from a sleeve 183 into which a shaft (not shown in the drawings) can enter. The sleeve 183 may have recesses 185 for receiving pins that transmit torque from the shaft to the impeller. The impeller 175 additionally has an inlet 187 formed in the lower surface 188 in flow communication with the passages 189 through which the molten metal passes through a disk-shaped housing 177, leaves next to the upper surface 179, where it acts on the blades 181, forming a given radial flow, which creates a vortex, with the help of which molten metal rises up inside the pipe for subsequent exit to the outlet located above.

[0064] При визуальном сравнении рабочего колеса, представленного на Фиг. 7, и рабочего колеса, представленного на Фиг. 12(a) и 12(b), видно, что благодаря открытой сверху конструкции лопатки и заглубленному внутрь впуску значительно уменьшена масса рабочего колеса. В некоторых случаях целесообразно, чтобы внутренний диаметр трубы, выполненной из армированного волокном материала, рядом с рабочим колесом составлял примерно от 15 до 30 см, а объем рабочего колеса составлял примерно от 500 см³ до 1500 см³. В качестве примера, данную взаимозависимость целесообразно охарактеризовать как отношение объема рабочего колеса к площади поперечного сечения трубы, которое примерно менее чем 3:1. Более того, ширину стенок трубы, выполненной из армированного волокном материала, рядом с рабочим колесом желательно выбирать в диапазоне значений примерно от 1,27 см до 3,81 см. Кроме того, может быть целесообразным выполнение рабочего колеса, лопатки которого отстоят от стенок трубы насоса в большей степени, чем от участка рабочего колеса, образующего динамическое уплотнение, для увеличения количества находящегося в нем расплавленного металла. Например, лопатки могут проходить менее чем на 75% расстояния между втулкой и радиальным краем дискообразного корпуса.[0064] In a visual comparison of the impeller shown in FIG. 7 and the impeller shown in FIG. 12 (a) and 12 (b), it is seen that due to the open design of the blade and the inlet buried inward, the mass of the impeller is significantly reduced. In some cases, it is advisable that the inner diameter of the pipe made of fiber-reinforced material near the impeller is from about 15 to 30 cm, and the volume of the impeller is from about 500 cm ³ to 1,500 cm ³ . As an example, it is advisable to characterize this interdependence as the ratio of the volume of the impeller to the cross-sectional area of the pipe, which is approximately less than 3: 1. Moreover, it is desirable to choose the width of the walls of the pipe made of fiber-reinforced material near the impeller in a range of values from about 1.27 cm to 3.81 cm. In addition, it may be advisable to design an impeller whose blades are spaced from the walls of the pipe a pump to a greater extent than from the portion of the impeller forming a dynamic seal to increase the amount of molten metal present in it. For example, the blades may extend less than 75% of the distance between the sleeve and the radial edge of the disk-shaped body.

[0065] Далее обратимся к Фиг. 13(a), Фиг. 13(b), Фиг. 13(c) и Фиг. 13(d), после изучения которых станут понятны преимущества использования трубы из армированного волокном материала. Точнее, в представленной конструкции насос 200 изготовлен с возможностью выборочного перемещения между местоположениями, где нужен подъем и перекачивание расплавленного металла. Если говорить конкретнее, труба 201 может быть изготовлена со сравнительно тонкой стенкой, например, примерно от 18 мм до 50 мм, что обусловлено высокой прочностью и сплошностью структуры армированного волокном материала. Более того, изготовленная труба может иметь цилиндрическую форму, по меньшей мере, имея по существу одинаковый диаметр по всей своей длине. Данное условие является преимущественным для установки насоса в ограниченные пространства. В представленном варианте выполнения монтажная опора 203 двигателя перекрывает спиралевидную камеру 205, а стойки 207 обеспечивают крепление указанной опоры к металлической облицовке 209, связанной с верхним краем указанной камеры. К монтажной опоре 203 прикреплен двигатель 211. Между двигателем и рабочим колесом (не показано на чертежах), расположенным в нижней зоне 214, проходит вал 212.[0065] Next, referring to FIG. 13 (a), FIG. 13 (b), FIG. 13 (c) and FIG. 13 (d), after studying which the advantages of using a pipe of fiber reinforced material will become clear. More precisely, in the presented design, the pump 200 is made with the possibility of selective movement between locations where the rise and pumping of molten metal is needed. More specifically, the pipe 201 can be made with a relatively thin wall, for example, from about 18 mm to 50 mm, due to the high strength and continuity of the structure of the fiber-reinforced material. Moreover, the manufactured pipe may have a cylindrical shape, at least having substantially the same diameter over its entire length. This condition is advantageous for installing the pump in confined spaces. In the presented embodiment, the engine mounting support 203 overlaps the spiral chamber 205, and the struts 207 fasten said support to the metal lining 209 associated with the upper edge of the specified chamber. A motor 211 is attached to the mounting support 203. A shaft 212 extends between the engine and the impeller (not shown in the drawings) located in the lower zone 214.

[0066] На монтажной опоре 203 предусмотрены три подъемных петли 213, облегчающие перемещение насоса 200 между заданными местоположениями. Более того, насос 200 может быть поднят с помощью петель 213 с использованием вильчатого подъемника или потолочной кран-балки и транспортирован к плавильному тиглю или горну печи для удаления расплавленного металла. Посредством подъемного механизма насос 200 может быть временно расположен в опорожняемом устройстве, и снят после удаления заданного количества расплавленного металла.[0066] Three lifting loops 213 are provided on the mounting support 203 to facilitate movement of the pump 200 between predetermined locations. Moreover, the pump 200 can be lifted using hinges 213 using a forklift or overhead crane and transported to a melting crucible or furnace hearth to remove molten metal. By means of a lifting mechanism, the pump 200 can be temporarily located in the device to be emptied, and removed after removing a predetermined amount of molten metal.

[0067] Как изображено на Фиг. 13(c) и 13(d), корпус насоса имеет впуск 220, выполненный в нижней зоне 214. Впуск 220 содержит опорное кольцо 221, выполненное из армированного волокном материала. Корпус насоса дополнительно имеет три ножки 223, обеспечивающие опору насоса 200 на дно печи/плавильного тигля, при этом впуск 220 расположен над дном, чтобы не допустить попадания внутрь избыточного количества твердых частиц. Кроме того, показан спиралевидный конец 225 насоса, содержащий спиралевидную камеру 227 и выпуск 229. На чертежах также представлен слив 231.[0067] As shown in FIG. 13 (c) and 13 (d), the pump housing has an inlet 220 made in the lower zone 214. The inlet 220 includes a support ring 221 made of fiber-reinforced material. The pump housing additionally has three legs 223, which support the pump 200 to the bottom of the furnace / melting crucible, while the inlet 220 is located above the bottom to prevent ingress of excessive amounts of solid particles. In addition, a spiral end 225 of a pump is shown comprising a spiral chamber 227 and an outlet 229. A drain 231 is also shown in the drawings.

[0068] В процессе эксплуатации, запуск двигателя 211 обеспечивает вращение вала 212 и присоединенного рабочего колеса, причем вращение рабочего колеса затягивает расплавленный металл через впуск 220. Рабочее колесо выбрасывает расплавленный металл радиально внутрь трубы 201 (внутренний диаметр трубы больше наружного диаметра рабочего колеса на его выпуске). Выбрасываемый в радиальном направлении расплавленный металл образует вращающийся вихрь расплавленного металла, который поднимается по стенкам трубы, достигая спиралевидной камеры 227, в которой направляется горизонтальным образом наружу через выпуск 229.[0068] During operation, starting the engine 211 rotates the shaft 212 and the attached impeller, the rotation of the impeller pulling the molten metal through the inlet 220. The impeller ejects the molten metal radially into the pipe 201 (the inner diameter of the pipe is larger than the outer diameter of the impeller on it release). The molten metal ejected in a radial direction forms a rotating vortex of molten metal, which rises along the walls of the pipe, reaching a spiral chamber 227, in which it is horizontally directed outward through the outlet 229.

[0069] Далее обратимся к варианту выполнения, представленному на Фиг. 14 и 15, на которых изображена конструкция насосной камеры. Если говорить конкретнее, насосная камера 300 изготовлена из армированного волокном материала и имеет три ножки 301, которые могут быть использованы для приподнимания указанной камеры над дном резервуара, содержащего расплавленный металл, уменьшая вероятность засорения. Кроме того, в данном варианте выполнения камера 300 имеет каналы 303, ориентация которых обеспечивает прием болтов 305, удерживающих опорное кольцо 307, выполненное из армированного волокном материала и расположенное в сопряжении с соответствующим опорным кольцом рабочего колеса (не показано на чертежах).[0069] Next, referring to the embodiment of FIG. 14 and 15, which depict the design of the pump chamber. More specifically, the pump chamber 300 is made of fiber-reinforced material and has three legs 301 that can be used to raise said chamber above the bottom of the reservoir containing molten metal, reducing the likelihood of clogging. In addition, in this embodiment, the chamber 300 has channels 303, the orientation of which provides the reception of bolts 305 holding the support ring 307 made of fiber-reinforced material and located in conjunction with the corresponding support ring of the impeller (not shown in the drawings).

[0070] Обратимся к Фиг. 16. Идеи изобретения, касающиеся насоса и изложенные в данном описании, применимы к плавильному тиглю. Более того, предложен плавильный тигель 400, содержащий трубчатую стойку 401, расположенную рядом с боковой стенкой 403. Трубчатая стойка 401 имеет впуск 402, сообщающийся с зоной 404 тигля, содержащей основную массу расплавленного металла. Плавильный тигель и/или трубчатая стойка могут быть изготовлены из армированного волокном материала. Трубчатая стойка 401 имеет спиралевидную верхнюю часть 405, способствующую выпуску расплавленного металла из плавильного тигля через сливной носок 407. В трубчатой стойке 401 могут быть установлены по выбору съемный двигатель 409, монтажная опора 410 двигателя, вал 411 и рабочее колесо 412, образуя в совокупности узел 413, причем после вращения рабочего колеса с помощью двигателя внутри трубчатой стойки 401 создается вихрь расплавленного металла, обеспечивающий его подъем в спиралевидную верхнюю часть 405 для дальнейшего выброса через сливной носок 407.[0070] Referring to FIG. 16. The ideas of the invention regarding the pump and set forth herein are applicable to a melting crucible. Moreover, a melting crucible 400 is proposed comprising a tubular stand 401 located adjacent to the side wall 403. The tubular stand 401 has an inlet 402 in communication with the crucible zone 404 containing the bulk of the molten metal. The melting crucible and / or tubular stand can be made of fiber-reinforced material. The tubular strut 401 has a spiral top 405 that facilitates the release of molten metal from the melting crucible through the drain toe 407. In the tubular strut 401, a removable motor 409, an engine mount 410, a shaft 411, and an impeller 412 can be mounted together to form a unit 413, and after the rotation of the impeller by means of an engine, a vortex of molten metal is created inside the tubular stand 401, which ensures its rise into the spiral-shaped upper part 405 for further discharge through the drain sock 407.

[0071] Боковая стенка 403 плавильного тигля может быть выполнена со стойками 415, обеспечивающими прием и съемное соединение с монтажной опорой 410 двигателя. При этом узел 413 может быть при необходимости взаимосвязан с плавильным тиглем для удаления расплавленного металла, а затем отсоединен. Преимущественно, узел может быть использован для обслуживания нескольких плавильных тиглей.[0071] The side wall 403 of the melting crucible may be configured with struts 415 providing reception and removable connection to the engine mount 410. In this case, the node 413 can, if necessary, be interconnected with the melting crucible to remove molten metal, and then disconnected. Advantageously, the assembly can be used to service several melting crucibles.

[0072] Изобретение имеет множество преимуществ так как его конструкция обеспечивает формирование равновесного вихря при низких скоростях вращения рабочего колеса с получением ровной поверхности при малом притоке воздуха или при полном его отсутствии. Соответственно, вихрь имеет низкую интенсивность и создает небольшое количество окалины или характеризуется полным ее отсутствием. Более того, данный насос обеспечивает формирование индуцированного вихря, имеющего постоянную угловую скорость, так что столб расплавленного металла вращается как сплошное тело и имеет очень незначительную турбулентность.[0072] The invention has many advantages since its design provides the formation of an equilibrium vortex at low speeds of rotation of the impeller with obtaining a flat surface with a small influx of air or in its complete absence. Accordingly, the vortex has a low intensity and creates a small amount of scale or is characterized by its complete absence. Moreover, this pump provides the formation of an induced vortex having a constant angular velocity, so that the column of molten metal rotates as a solid body and has very little turbulence.

[0073] Другие преимущества заключаются в отсутствии стояка, который используется в обычных насосах для расплавленного металла и может быть непрочным и подверженным засорению и повреждению. Кроме того, конструкция обеспечивает очень небольшую площадь опорной поверхности по сравнению с обычными перекачивающими насосами и позволяет располагать рабочее колесо очень близко к дну печного отстойника, что обеспечивает возможность значительного понижения уровня металла. Благодаря небольшой площади опорной поверхности устройство может использоваться с существующими огнеупорными конструкциями печей без необходимости внесения в них существенных изменений.[0073] Other advantages are the absence of a riser, which is used in conventional molten metal pumps and may be fragile and prone to clogging and damage. In addition, the design provides a very small bearing surface compared to conventional transfer pumps and allows the impeller to be located very close to the bottom of the furnace sump, which makes it possible to significantly lower the metal level. Due to the small area of the supporting surface, the device can be used with existing refractory furnace designs without the need for significant changes.

[0074] Насос обладает прекрасной способностью к регулированию потока, а его открытая конструкция обеспечивает простой и легкий доступ для проведения очистки. Преимущественно, запасные части требуются, как правило, только для вала и рабочего колеса. Фактически насос является в целом самоочищающимся, при этом образование окалины в стояке исключено благодаря высокому уровню металла. Как правило, вследствие небольшого крутящего момента будет достаточно использовать низкомоментный двигатель, например пневматический двигатель.[0074] The pump has excellent flow control ability, and its open design provides simple and easy access for cleaning. Mostly, spare parts are usually required only for the shaft and impeller. In fact, the pump is generally self-cleaning, while the formation of scale in the riser is excluded due to the high level of metal. As a rule, due to the small torque it will be sufficient to use a low-torque motor, for example a pneumatic motor.

[0075] Возможные дополнительные элементы конструкции включают фильтр, расположенный у основания впуска насосной камеры. Кроме того, предполагается, что насос подходит для использования в среде расплавленного цинка, где требуется очень большая длина (например, 14 футов (4,27 м)) тракта подачи. Такая конструкция может предпочтительно содержать дополнение в виде опорного механизма, расположенного на вращающемся валу между двигателем и рабочим колесом. Более того, в применении, связанном с цинком, вся конструкция может быть изготовлена из металла, например, из стали или нержавеющей стали, в том числе труба насосной камеры и, возможно, вал и рабочее колесо.[0075] Possible additional structural elements include a filter located at the base of the inlet of the pump chamber. In addition, it is believed that the pump is suitable for use in a molten zinc environment where a very long (e.g. 14 ft (4.27 m)) feed path is required. Such a construction may preferably comprise an addition in the form of a support mechanism located on a rotating shaft between the engine and the impeller. Moreover, in a zinc-related application, the entire structure can be made of metal, for example steel or stainless steel, including a pump chamber tube and possibly a shaft and impeller.

Claims

1. A pump for molten metal containing an elongated pipe made of fiber-reinforced material and having a lower end and an upper end, a shaft located inside the specified pipe, and an impeller rotatable by the specified shaft and located near the specified lower end of the pipe, this has an inlet at said lower end and an outlet at said upper end, said pump having a support ring made of fiber-reinforced material and located at said inlet sk.

2. The pump according to claim 1, in which the thickness of the side wall of the elongated pipe is from about 18 mm to 50 mm

3. The pump according to claim 2, in which the length of the elongated pipe is at least 2 m

4. The pump according to claim 1, wherein said shaft and impeller form a unit that is selectively removable as a unit of said pipe.

5. The pump according to claim 1, having at least three legs protruding from the specified lower end.

6. The pump according to claim 1, further having at least three holes made to ensure the installation of the specified support ring.

7. The pump of claim 1, wherein the outer diameter of the elongated pipe is less than about 235 mm and the wall thickness forming the elongated pipe is less than about 50 mm.

8. A device for creating a vortex of molten metal containing an elongated pump chamber made of refractory material and having an inlet end, a generally tubular intermediate section and an outlet end that has a generally spiral shape and whose diameter exceeds the diameter of the specified intermediate section, a metal frame, at least partially covering said outlet end of the chamber, which further comprises a trough allowing molten metal to exit, and an overflow recess to ensure the safe return of molten metal to the furnace in the event of an upstream obstruction blocking the trough, as well as an impeller suspended on or adjacent to said inlet end, said shaft being configured to interact with the engine.

9. The device according to claim 8, wherein said trough is made of fiber-reinforced material.

10. The crucible for molten metal, made of fiber-reinforced material and having a cup-shaped main body, the side wall of which contains a tubular stand having a lower end, flowing in communication with the specified crucible, and an upper end, flowing in communication with the chute or drain toe, and additionally containing a node from the shaft and the impeller, designed to be placed in the specified tubular rack with the possibility of extraction, and on the specified side wall made racks for placement on them removed th node of the shaft and the impeller.

11. A pump for molten metal containing an elongated pipe made of fiber-reinforced material and having an upper end and a lower end that defines an opening, a shaft located inside said pipe, and an impeller rotatable with said shaft, said impeller at least essentially closes said hole and is positioned so that the lower edge of said pipe forms a dynamic seal with the upward facing surface of the impeller, while the working th wheel is the lowermost element of said pump.

12. The pump of claim 11, wherein said opening is at least substantially circular in shape.

13. The pump according to claim 11, in which the impeller is made of graphite and contains a radial ceramic bearing that interacts with the specified pipe.

14. The pump according to claim 11, in which the impeller is made of ceramic material and does not have a bearing.

15. The pump according to claim 11, in which the impeller contains a disk-shaped main body and a sleeve, with blades located on the upper surface of the housing, and at least one passage passes from the lower surface of the housing to the upper surface.

16. The pump of claim 15, wherein at least 75% of the total molten metal entering the pipe passes through said passages.

17. The pump according to claim 11, in which the gaps between adjacent vanes are open from above.

18. The pump according to p. 15, in which with the at least one passage flow-inwardly communicates with a recessed inlet inlet.

19. An impeller for molten metal, comprising a disk-shaped main body having a sleeve extending from the first surface, vanes extending radially from said sleeve, or from said first surface, or both of them and extending to a distance that is less than the total distance between the specified sleeve and the radial edge of the disk-shaped body, an inwardly recessed inlet made on the second surface of the main body opposite the first surface, and at least two passes, passage Suitable from the inlet side to the impeller comprising blades.

20. The impeller according to claim 19, in which the specified distance is less than 75%.