ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ЖИДКОСТИ, СОДЕРЖАЩЕЙ АБРАЗИВНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Область техники.
Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, и, в частности, к центробежным насосам, предназначенным для перекачивания жидкости с абразивными включениями, например нефти, и имеющим гидростатические подшипники, смазываемые перекачиваемой жидкостью.
Предшествующий уровень техники.
Известен центробежный насос, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, смонтированные на общем валу центробежное колесо и гидростатические подшипники с принудительной смазкой, служащие опорами ротора (см. кн. Малюшенко В.В., Михайлов А.К. «Насосное оборудование тепловых электростанций». - М.: Энергия, 1975, с.110-112, рис.7-11). Аналог предлагаемой полезной модели.
Недостатком аналога является невозможность перекачивания им нефти, в которой, как правило, содержатся абразивные включения в виду попадания последних в жиклеры и несущие карманы гидростатических подшипников, что может привести к их разрушению.
Известен также шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, вал с установленными на валу рабочими колесами, и установленные в корпусе с двух концов вала подшипники скольжения с гидростатическими карманами, которые гидравлически подключены к выходу насоса, конкретно к выходному спиральному коллектору. Гидравлическое подключение осуществлено к внутренней полости выходного спирального коллектора насоса через его боковую поверхность. При таком подключении обеспечивается сепарирующий эффект, который ограничивает количество и размер посторонних частиц в жидкости, отбираемой на подшипники. Указанный насос принимаем за прототип предлагаемой полезной модели (см. патент РФ №2062360, МКИ F04D 1/04, 20.06.96).
Недостаток прототипа состоит в том, что сепарирующий эффект, обусловленный движением жидкости по спиральному коллектору, как показывает опыт эксплуатации, не исключает попадания в подшипник посторонних частиц, в том числе частиц, которые превышают размер жиклирующих отверстий. Это может привести к перекрытию жиклеров, нарушению работы подшипника и, как следствие выходу его и насоса из строя.
Кроме того, подвод смазки к жиклирующим отверстиям, через которые жидкость подается в несущие карманы подшипника, осуществляется через кольцевой коллектор, охватывающий корпус подшипника в зоне расположения жиклеров. В этом случае, из-за малой скорости движения жидкости в коллекторе, обусловленной существенно большей площадью поперечного сечения коллектора, по сравнению с суммарной площадью проходного сечения жиклирующих отверстий, частицы, попавшие в коллектор, будут постепенно оседать в нижней части коллектора и, соответственно выноситься из коллектора не полностью. Осаждение частиц происходит также во время остановок насоса, когда коллектор остается залитым нефтью. Со временем, подобное накопление частиц в нижней точке коллектора может приводить к частичному перекрытию жиклирующих отверстий нижних, наиболее нагруженных карманов подшипника, и, соответственно, к уменьшению их несущей способности. Кроме того, осаждение приводит к повышению концентрации частиц в нижней части коллектора и их выносу преимущественно через нижние жиклеры подшипника, что повышает вероятность засорения жиклеров.
Раскрытие полезной модели
Задача полезной модели - создание средств, предотвращающих осаждение и накопление частиц в подводящем коллекторе, а также засорение жиклеров гидростатических подшипников, ухудшающее характеристики подшипников в процессе эксплуатации центробежного насоса.
Эта задача решена за счет того, что в центробежном насосе для перекачивания жидкости, содержащей абразивные включения, включающем корпус с входным и выходным патрубками, вал с рабочими колесами, сливную полость и гидростатические подшипники, служащие опорами вала, и смазываемые перекачиваемой насосом жидкостью, каждый из которых состоит из охватывающего вал цилиндрического вкладыша над которым расположен кольцевой коллектор, соединенный через трубопровод с выходным патрубком центробежного насоса, а в зоне расположения коллектора во вкладыше выполнен ряд отверстий (жиклеров), через которые осуществляется гидравлическая связь коллектора с несущими карманами цилиндрического вкладыша, при этом трубопровод, соединяющий выходной патрубок насоса с кольцевым коллектором, подсоединен к кольцевому коллектору через канал, выполненный в нижней части корпуса насоса.
Другим отличием предлагаемой полезной модели является то, что в центробежном насосе для перекачивания жидкости, содержащей абразивные включения, включающем корпус с входным и выходным патрубками, вал с рабочими колесами, сливную полость и гидростатические подшипники, служащие опорами вала, и смазываемые перекачиваемой насосом жидкостью, каждый из которых состоит из охватывающего вал цилиндрического вкладыша над которым расположен кольцевой коллектор, соединенный через трубопровод с выходным патрубком центробежного насоса, а в зоне расположения коллектора во вкладыше выполнен ряд отверстий (жиклеров), через которые осуществляется гидравлическая связь коллектора с несущими карманами цилиндрического вкладыша, при этом трубопровод, соединяющий выходной патрубок насоса с кольцевым коллектором, подсоединен к кольцевому коллектору через канал, выполненный в верхней части корпуса насоса, а сам коллектор соединен с входной полостью насоса через канал, выполненный в нижней части корпуса насоса.
Дополнительной отличительной особенностью предлагаемой полезной модели является то, что канал, соединяющий коллектор с выходным патрубком насоса, входит в кольцевой коллектор по касательной к наружной цилиндрической поверхности коллектора.
Полученный технический результат заключается в создании условий затрудняющих накопление осадка, обеспечивающих более равномерное распределение выносимых частиц между жиклерами за счет поддержания частиц во взвешенном состоянии в объеме коллектора, а также в организации дополнительного, помимо жиклеров подшипника, пути удаления частиц из коллектора и увеличения скорости движения жидкости в коллекторе.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлен фрагмент продольного сечения центробежного насоса, включающего гидростатический подшипник с подводом жидкости в коллектор через канал, выполненный в нижней части корпуса насоса.
На Фиг.2 представлен фрагмент продольного сечения центробежного насоса, включающего гидростатический подшипник с подводом жидкости в коллектор, выполненным в верхней части коллектора, и с перепускным каналом, соединяющим нижнюю точку коллектора с входной полостью насоса.
На Фиг.3 представлен фрагмент продольного сечения центробежного насоса, включающего гидростатический подшипник с подводом жидкости в коллектор через канал, выполненный в верхней части корпуса насоса, и входящий в коллектор по касательной к цилиндрической поверхности коллектора.
На Фиг.4 представлено поперечное сечение по А-А (Фиг.3).
Пример реализации полезной модели
Предлагаемый насос (Фиг.1) включает корпус 1 с входным 2 и выходным (не показано) патрубками, вал 3 с рабочим колесом двухстороннего входа (не показано) и шнеками 4 (показан входной участок одного из шнеков) и гидростатические подшипники 5 (показан один), служащие опорами вала, и сливную полость 6. Каждый подшипник 5 состоит из цилиндрического вкладыша 7, охватывающего вал 3. Над вкладышем 7 расположен кольцевой коллектор 8. Во вкладыше 7, в зоне расположения коллектора 8, выполнен ряд радиальных отверстий (жиклеров) 9, через которые осуществляется гидравлическая связь коллектора 8 с несущими карманами 10, выполненными на его внутренней поверхности. В нижней части корпуса насоса 1 выполнен канал 11, который с одной стороны соединен с коллектором 8, а с другой - с трубопроводом 12, который соединен с выходным патрубком насоса.
Выполнение подвода жидкости в нижней точке коллектора 8 обеспечивает поддержание частиц во взвешенном состоянии за счет движения жидкости снизу вверх и более равномерное их распределении по объему коллектора. Кроме того, при очередном включении насоса, частицы, осевшие в нижней части коллектора во время стоянки насоса, будут смыты, переведены во взвешенное состояние и вынесены из коллектора через жиклеры 10.
На Фиг.2 представлено другой вариант реализации предлагаемого технического решения. В этом решении подвод жидкости в кольцевой коллектор 8 осуществлен через канал 13, выполненный в верхней части корпуса насоса. Кроме того, указанный коллектор соединен с полостью входного патрубка насоса 2 через перепускной канал 14, выполненный в нижней части корпуса насоса.
Выполнение дополнительного канала 14, соединяющего нижнюю часть коллектора с полостью низкого давления в насосе, например с полостью входного патрубка 2 насоса, и имеющего площадь проходного сечения не менее суммарной площади жиклеров, увеличивает расход через коллектор и, соответственно, скорость движения жидкости в коллекторе, что затрудняет оседание и накопление частиц в коллекторе, а также исключает застойную зону в нижней части коллектора, где оседают частицы во время стоянки насоса и тем самым организуется течение жидкости в коллекторе, обеспечивающее вынос оседающих частиц из коллектора, минуя жиклеры. Частицы, осевшие после останова насоса, при повторном включении насоса будут размываться и выноситься из коллектора.
Кроме того, каналы 11 и 13, соединяющие коллектор с трубопроводом 12, могут выполняться входящими в кольцевой коллектор по касательной к его цилиндрической поверхности 15 (Фиг.3, Фиг.4), что дополнительно усиливает циркуляцию жидкости в коллекторе и затрудняет образование осадка.
Работа устройства
Центробежный насос работает следующим образом. В исходном положении внутренняя полость залита жидкостью. По команде на запуск начинает вращаться вал и, соответственно, центробежные колеса и шнек. По мере увеличения частоты вращения растет напор насоса и, под действием перепада давления, между выходной и входной полостями насоса, жидкость начинает поступать в коллектор 8 гидростатического подшипника 5, из которого через ряд жиклеров 9 вкладыша 7 подается в несущие карманы 10 и далее вытекает через зазоры между валом и перемычками вкладыша 7, в полость слива 6. Смещение вала 3 в подшипнике под действием собственного веса и радиальных гидравлических сил (например, вниз), приводит к тому, что в верхней части подшипника зазоры и утечки из карманов становятся больше чем в нижней, а давление в верхних карманах - меньше чем в нижних. В результате, под действием перепада давления вал 3 всплывает в подшипнике и вращается без касания о поверхность вкладыша 7.
Поскольку при стоянке заполненного жидкостью насоса частицы, находящиеся в жидкости, заполняющей коллектор 8, оседают и накапливаются в его нижней точке, то после включения насоса, жидкость, подаваемая в коллектор 8 в нижней точке (Фиг.1), будет размывать осадок и переводить его во взвешенное состояние, обеспечивая его равномерное распределение по объему коллектора и облегчая вынос частиц из коллектора через жиклеры подшипника.
В варианте с подводом жидкости в верхнюю точку коллектора 8 и дополнительным перепускным каналом 14, соединяющим нижнюю часть коллектора 8 с полостью низкого давления, например, полостью входного патрубка насоса 2 (Фиг.2), во время работы насоса увеличивается расход жидкости через коллектор 8 и, соответственно, скорость движения жидкости в коллекторе 8, а также обеспечивается вынос частиц из коллектора через перепускной канал 14, минуя жиклеры 9. Частицы, оставшиеся и осевшие в коллекторе 8 после останова насоса, в начальный момент очередного включения насоса, смываются потоком жидкости и выносятся через перепускной канал 14.
Промышленная применимость.
Предложенная модель может быть применена в насосах предназначенных для перекачки загрязненных жидкостей, например, нефти или воды, и имеющих подшипники, смазываемые перекачиваемой жидкостью.