ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
RADIAL-FLOW PUMP

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям центробежных насосов с торцовыми уплотнениями, в которых в качестве запирающей жидкости используется перекачиваемая среда.
Известен центробежный насос, содержащий корпус, внутри которого установлен вал рабочего колеса с двумя торцовыми уплотнениями, камеры запирающей жидкости которых гидравлически сообщены с полостью высокого давления насоса через выполненные в корпусе отверстия (RU №58629 U1, опубл. 27.11.2006).
Известен центробежный насос, содержащий корпус с двумя входами и выходом, установленные в корпусе на валу центробежное колесо двустороннего входа и два шнека с винтовыми лопастями, гидроциклон, разгрузочный узел, подшипники, торцевые уплотнения, расположенные с двух сторон вала (RU 2331795 С2, опубл. 10.12.2010).
Недостатками известных решений насоса является попадание твердых механических частиц в торцевые подшипники вала ротора и как следствие недолговечность работы насоса в целом.
Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении области применения центробежного насоса, повышении кпд, надежности и долговечности насоса при снижении энергозатрат на работу по перекачиванию жидких сред.
Поставленная задача решается тем, что центробежный насос согласно изобретению содержит корпус, внутри которого установлен ротор в виде вала с рабочим колесом, торцовые уплотнения вала с камерами запирающей жидкости, всасывающую и напорную полости и сепарирующее устройство с системой настройки сепарируемых потоков, при этом корпус насоса выполнен со спиральным отводом, включающим два витка внешний и внутренний, каждый из которых имеет входной спиральный и выходной диффузорный участки, последовательно соединенные между собой во внутреннем витке и через обводной участок во внешнем, начальное поперечное сечение внешнего витка выполнено первым по ходу закрутки спирали, а внутреннего витка вторым, расположено за первым со смещением по спирали и совмещено в радиально-осевой плоскости ротора с начальным сечением обводного участка внешнего витка, при этом сумма площадей их начального поперечного сечения равна площади выходного сечения спирального участка внешнего витка, а сумма аналогичных площадей начальных поперечных сечений внешнего витка и смежного с ним диффузорного участка внутреннего витка равна площади выходного поперечного сечения спирального участка внутреннего витка; камеры запирающей жидкости гидравлически сообщены с напорной полостью насоса через упомянутое сепарирующее устройство, выполненное в виде гидроциклона с цилиндроконическим корпусом, радиальным подводящим и осевым разгрузочным патрубками, при этом корпус гидроциклона снабжен в цилиндрической части съемным цилиндрическим элементом, выполненным не менее чем с двумя тангенциальными калиброванными отверстиями, и крышкой с осевым сливным патрубком с приемной частью, выступающей внутрь корпуса гидроциклона до уровня ниже поперечного сечения радиального подводящего патрубка, кроме того крышка выполнена с кольцевой торообразной выемкой, плавно сопряженной с внутренней поверхностью упомянутого цилиндрического элемента и выступающей частью сливного патрубка; при этом гидроциклон связан с упомянутой напорной полостью насоса через трубопровод и радиальный подводящий патрубок, со всасывающей полостью через осевой разгрузочный патрубок и с камерами запирающей жидкости торцовых уплотнений вала через осевой сливной патрубок, тройник и через два трубопровода, закоммутированных с тройником, а система настройки потоков гидроциклона выполнена с возможностью установки на радиальном подводящем и осевом разгрузочном патрубках элементов с калиброванным отверстием, например, в виде дроссельных шайб.
При этом внешний и внутренний витки могут быть разделены внутриотводной стенкой, которая в зоне разделения смежных участков внешнего обводного и внутреннего спирального указанных витков выполнена спирально-цилидрической, а в зоне смежных диффузорных участков делит их площади поперечного сечения с перераспределением и выравниванием по длине указанных участков до равновеликого значения на выходе.
Рабочее колесо может быть выполнено двухвходным.
Выступающая часть сливного патрубка снабжена калиброванным отверстием и может быть выполнена съемной с возможностью замены на аналогичный элемент с другим калиброванным сечением при настройке режима подачи смазывающей жидкости в камеры запирающей жидкости торцевых уплотнений вала ротора.
Съемный цилиндрический элемент гидроциклона может быть выполнен из износостойкого материала, например полиуретана.
При четном числе тангенциальных отверстий в съемном цилиндрическом элементе в цилиндрической части корпуса гидроциклона может быть установлена оппозитно подводящему патрубку заглушающая вставка.
В конической части корпуса гидроциклона может быть установлена сменная футеровка, например, из резины или полиуретана.
Крышка гидроциклона может быть закреплена на его корпусе посредством шпилек, а, предпочтительно, все три упомянутых патрубка, в том числе радиальный подводящий, осевые разгрузочный и сливной снабжены фланцами.
Гидроциклон может быть снабжен дополнительным трубопроводом с запорной арматурой с возможностью сообщения сливного патрубка с дренажным трубопроводом, а в корпусе гидроциклона выполнены глухие резьбовые отверстия под винты крепления клемм заземляющих шин.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается в расширении области применения предлагаемого центробежного насоса по перекачиванию жидких сред, в том числе нефти, нефтепродуктов, жидкого газоконденсата и сжиженного газа, что достигается за счет разработанных в изобретении формы корпуса насоса с двухвитковой закруткой напорного потока перекачиваемой жидкости при найденной конфигурации спиральных обводного и диффузорных участков и соотношение площадей их начальных и выходных сечений, а также за счет разработанной в изобретении системы смазки торцевых подшипников ротора перекачиваемой жидкостью с забором перекачиваемой жидкости из напорной полости насоса, очисткой в гидроциклоне, подачей очищенной смазывающей жидкости к трущимся деталям и возвратом жидкости, содержащей отсепарированные примеси во всасывающую полость насоса, и затем в общий поток перекачиваемой жидкой среды. Разработанная система очистки смазочной жидкости улучшает работу насоса, повышая вместе с разработанной оригинальной конфигурацией двухвитковой системы проточной части кпд насоса и тем самым повышает надежность и долговечность работы насоса.
А разработанная в изобретении система настройки потоков, подаваемых и отводимых из гидроциклона через оптимально подбираемые калиброванные отверстия дроссельных шайб радиального подводящего и осевого разгрузочного патрубков гидроциклона, обеспечивает сбалансированный минимальный объем циркуляции смазочной жидкости в системе смазки насоса и обеспечивает максимальную частоту очистки смазочной жидкости и, в конечном счете, дополнительно снижает энергозатраты на работу насоса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан общий вид центробежного насоса, продольный разрез;
на фиг.2 - общий вид корпуса центробежного насоса (повернут на 90°), продольный разрез;
на фиг.3 - гидроциклон с цилиндрическими тангенциальными каналами, продольное сечение;
на фиг.4 - фрагмент продольного сечения гидроциклона с щелевыми тангенциальными каналами;
на фиг.5 - вариант гидроциклона с двумя тангенциальными каналами и заглушающей вставкой, поперечное сечение;
на фиг.6 - вариант гидроциклона с пятью тангенциальными каналами, поперечное сечение.
Д1
Д2
B1
B2
C1
C2
Центробежный насос содержит корпус 1, внутри которого установлен ротор в виде вала 2 с рабочим колесом 3, торцовые уплотнения 4 вала 2 с камерами 5 запирающей жидкости, всасывающую и напорную полости 6 и 7 соответственно и сепарирующее устройство 8 с системой настройки сепарируемых потоков. Корпус 1 насоса выполнен со спиральным отводом, включающим два витка 9 и 10 соответственно внешний и внутренний. Внутренний виток 10 имеет последовательно соединенные между собой входной спиральный участок 11 и выходной диффузорный участок 12. Внешний виток 9 имеет последовательно соединенные между собой входной спиральный участок 13, обводной участок 14 и выходной диффузорный участок 15. Начальное поперечное сечение внешнего витка 9 выполнено первым по ходу закрутки спирали, а внутреннего витка 10 вторым, расположено за первым со смещением по спирали и совмещено в радиально-осевой плоскости ротора с начальным сечением обводного участка 14 внешнего витка 9. Сумма площадей их начального поперечного сечения равна площади выходного сечения спирального участка 13 внешнего витка 9. Сумма аналогичных площадей начальных поперечных сечений внешнего витка 9 и смежного с ним диффузорного участка 12 внутреннего витка 10 равна площади выходного поперечного сечения спирального участка 11 внутреннего витка 10 (фиг.2, где F и F - площадь начального сечения диффузорного участка соответственно внешнего и внутреннего витков, F и F - площадь выходного сечения диффузорного участка соответственно внешнего и внутреннего витков, F и F - площадь начального сечения спирального участка соответственно внешнего и внутреннего витков).
Камеры 5 запирающей жидкости гидравлически сообщены с напорной полостью насоса 7 через упомянутое сепарирующее устройство 8. Сепарирующее устройство 8 выполнено в виде гидроциклона с цилиндроконическим корпусом 16, радиальным подводящим патрубком 17 и осевым разгрузочным патрубком 18. Корпус 16 гидроциклона снабжен в цилиндрической части съемным цилиндрическим элементом 19, выполненным не менее чем с двумя тангенциальными калиброванными отверстиями 20, и крышкой 21 с осевым сливным патрубком 22 с приемной частью 23, выступающей внутрь корпуса 16 гидроциклона до уровня ниже поперечного сечения радиального подводящего патрубка 17. Крышка 21 выполнена с кольцевой торообразной выемкой, плавно сопряженной с внутренней поверхностью упомянутого цилиндрического элемента 19 и выступающей частью 23 сливного патрубка 22. Гидроциклон связан с упомянутой напорной полостью 7 насоса через трубопровод 24 и радиальный подводящий патрубок 17, со всасывающей полостью 6 через осевой разгрузочный патрубок 18 и с камерами 5 запирающей жидкости торцовых уплотнений 4 вала 2 через осевой сливной патрубок 22, тройник 25 и через два трубопровода 26, закоммутированных с тройником 25.
Система настройки потоков гидроциклона выполнена с возможностью установки на радиальном подводящем патрубке 17 и осевом разгрузочном патрубке 18 элементов с калиброванным отверстием, например, в виде дроссельных шайб 27.
Внешний и внутренний витки 9 и 10 соответственно разделены внутриотводной стенкой 28, которая в зоне разделения смежных внешнего обводного участка 14 и внутреннего спирального участка 11 указанных витков выполнена спирально-цилидрической, а в зоне смежных диффузорных участков 12, 15 делит их площади поперечного сечения с перераспределением и выравниванием по длине указанных участков до равновеликого значения на выходе.
Рабочее колесо 3 выполнено двухвходным.
Выступающая часть 23 сливного патрубка 22 снабжена калиброванным отверстием и выполнена съемной с возможностью замены на аналогичный элемент с другим калиброванным сечением при настройке режима подачи смазывающей жидкости в камеры 5 запирающей жидкости торцевых уплотнений 4 вала 2 ротора.
Съемный цилиндрический элемент 19 гидроциклона выполнен из износостойкого материала, например полиуретана.
При четном числе тангенциальных отверстий в съемном цилиндрическом элементе 19 в цилиндрической части корпуса 16 гидроциклона установлена оппозитно подводящему патрубку 17 заглушающая вставка 28.
В конической части корпуса 16 гидроциклона установлена сменная футеровка 29, например, из резины или полиуретана.
Крышка 21 гидроциклона закреплена на его корпусе 16 посредством шпилек, а, предпочтительно, все три упомянутых патрубка 17, 18, 22, в том числе радиальный подводящий, осевые разгрузочный и сливной снабжены фланцами.
Гидроциклон снабжен дополнительным трубопроводом 30 с запорной арматурой с возможностью сообщения сливного патрубка 22 с дренажным трубопроводом, а в корпусе 16 гидроциклона выполнены глухие резьбовые отверстия 31 под винты крепления клемм заземляющих шин.
Работа насоса осуществляется следующим образом.
При включении насоса обеспечивают вращение ротора, рабочее колесо 3 которого нагнетает перекачиваемую жидкость, например нефть, из всасывающей полости 6 в напорную полость 7.
Далее перекачиваемую жидкость из напорной полости 7 подают в двухвитковый отвод, где пропускают с выравнивающим снижением скоростей и детурбулизацией потоков через последовательную систему спиральных участков 11, 13, обводного участка 14 и диффузорных участков 12, 15 двухвитковой части корпуса 1 насоса.
Небольшая часть перекачиваемой жидкости через подводящий трубопровод 31 и радиальный подводящий патрубок 17 поступает в гидроциклон. Подача через несколько тангенциальных отверстий 20 обеспечивает равномерность потока очищаемой от механических примесей нефти в цилиндрической части корпуса 16 гидроциклона, а также препятствует преждевременному оседанию механических примесей на стенках цилиндрической части корпуса 16 гидроциклона. Далее закрученный поток нефти поступает в коническую часть корпуса 16. В конической части гидроциклона под действием центробежных сил происходит сепарация механических примесей в пристеночном слое и получение очищенной от механических примесей нефти в центральной части гидроциклона.
Отсепарированные механические примеси удаляются из гидроциклона через разгрузочный патрубок 18, подаются по трубопроводу 24 во всасывающую полость 6 насоса, смешиваются с основным потоком перекачиваемой нефти и через выпускной патрубок насоса выбрасываются из последнего в сторону магистрального нефтепровода.
Очищенная от механических примесей нефть выходит из гидроциклона через патрубок 22, проходит через тройник 25, разбиваясь на два потока, и под одинаковым давлением и расходом подается как запирающая жидкость по трубопроводам 26 в камеры 5 двух торцовых уплотнений 4, обеспечивая тем самым их нормальную работу.
Настройка режима работы гидроциклона осуществляется установкой соответствующего комплекта сменных элементов 19, 23, 27.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет использовать в качестве запирающей жидкости торцовых уплотнений центробежного насоса перекачиваемую нефть, содержащую механические примеси, а сепарирующее устройство за счет сменных элементов легко настраивается на необходимые для оптимальной работы торцовых уплотнений параметры запирающей жидкости.