КОРПУС ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
RADIAL-FLOW PUMP CASING

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям корпусов центробежных насосов с двухвитковыми отводами.
Известен корпус центробежного насоса, содержащий двухвитковый отвод со смещенными на 180° внешним и внутренним витками, первый из которых включает спиральный, обводной и диффузорный участки, а второй - спиральный и диффузорный участки, в котором внешний виток выполнен с площадью начального сечения, составляющей 1,15…1,80 площади начального сечения внутреннего витка, и площади конечного сечения, составляющей 1,2…2,5 площади конечного сечения внутреннего витка (SU №1710853 A1, опубл. 07.02.92).
Известен центробежный насос, выполненный с корпусом, содержащим двухвитковый спиральный отвод, включающий внутренний виток, имеющий спиральный и диффузорный каналы, и внешний виток, имеющий спиральный и обводной каналы. Обводной канал выполнен состоящим из диффузорного участка, участка с постоянной площадью проходного сечения и конфузорного участка (SU 1178958 A, опубл. 15.09.1985).
Известен центробежный насос, выполненный с корпусом, содержащим рабочее колесо с лопатками и двухвитковый отвод. Внутренний виток состоит из последовательно расположенных спирального, диффузорного и обводного каналов. Площадь входного сечения обводного канала выбрана равной площади выходного сечения спирального канала внутреннего витка. Площади входных сечений общего и внутреннего спиральных каналов равны (SU 1298427 A1, опубл. 23.03.1987).
Недостатками известных решений являются относительно невысокая эффективность выравнивания потоков жидкости, значительные гидравлические потери во внешнем и внутреннем витках отвода, что в целом приводит к недостаточной разгрузке радиальных сил рабочего колеса центробежного насоса с использованием в его составе известного корпуса.
Задача, решаемая изобретением, заключается в улучшении гидродинамических характеристик корпуса и энергетических характеристик насосов, выполненных с предлагаемым корпусом, повышение эффективности выравнивания потоков жидкости в двухвитковом отводе, снижении энергозатрат на перекачивание жидкостей и, как следствие, повышении КПД, надежности и долговечности насосов, выполненных с предлагаемым корпусом.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый корпус центробежного насоса, согласно изобретению, предназначен для размещения в нем ротора насоса в виде вала с рабочим колесом и направляющего аппарата, при этом корпус 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, причем внешний и внутренний витки разделены внутриотводной стенкой, которая в зоне разделения участков обводного внешнего и спирального внутреннего из указанных витков выполнена спирально-цилиндрической, а в зоне смежных диффузорных участков делит их площади поперечного сечения на входе в соотношении
Д1
Д2
F:F=1,5±0,15
Д1
Д2
где F и F - площадь начального сечения диффузорного участка соответственно внешнего и внутреннего витков, с последующим плавным выравниванием указанного поперечного сечения до соотношения на выходе
B1
B2
F=F
B1
Д1
B2
Д2
где F>F, F>F,
B1
B2
F и F - площади выходного сечения диффузорного участка соответственно внешнего и внутреннего витков.
При этом корпус центробежного насоса может быть выполнен горизонтальным, разъемным, содержит крышку, проточную часть, включающую всасывающую и напорную полости с разделяющим их рабочим колесом по ходу потока перекачиваемой жидкости, например нефти, а также входной и выходной патрубки, расположенные ниже плоскости разъема.
Направляющий аппарат соосно с валом может быть неподвижно установлен в корпусе насоса между выходом из рабочего колеса и напорной полостью по ходу движения перекачиваемого потока, при этом направляющий аппарат содержит кольцевую платформу с внутренним диаметром, превышающим диаметр рабочего колеса, и систему расположенных на нем выравнивающих поток тонких лопаток со спиральной закруткой, противоположно направленной относительно закрутки лопаток рабочего колеса и плавно расширяющихся к внешнему контуру с образованием между нами системы диффузорных каналов, при этом радиальная ширина упомянутой кольцевой платформы направляющего аппарата и проекции лопаток на условную осевую плоскость ротора принята практически перекрывающей с обеспечением вращения колеса разницу между радиальными размерами условной осесимметричной контурной окружности, охватывающей указанное рабочее колесо, и аналогичной окружностью с радиусом, равным минимальному радиальному расстоянию от оси ротора до ближайшей точки каждого из витков упомянутого двухвиткового отвода при вариабельном изменении конструкции диаметра рабочего колеса и универсальном сохранении размеров корпуса и отвода насоса.
Корпус и крышка могут быть выполнены, предпочтительно, литыми из стали, а патрубки - под приварку к трубопроводам и направлены горизонтально, перпендикулярно к оси насоса.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается в улучшении гидродинамических характеристик корпуса и энергетических характеристик насосов, выполненных с предлагаемым корпусом, снижении энергозатрат на перекачивание жидкостей, 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 соотношении площадей их начальных и выходных сечений, что позволяет существенно снизить гидравлические потери во внешнем и внутреннем витках отвода и обеспечивает эффективную разгрузку радиальных сил рабочего колеса центробежного насоса, выполненного с предлагаемым корпусом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 показан корпус центробежного насоса с двухвитковым отводом (повернут на 90°), продольный разрез;
на фиг.2 - корпус центробежного насоса с двухвитковым отводом с установленным в нем направляющим аппаратом (повернут на 90°), продольный разрез;
на фиг.3 - проточная часть корпуса центробежного насоса, продольный разрез.
Корпус 1 центробежного насоса предназначен для размещения в нем ротора насоса в виде вала 2 с рабочим колесом 3 и направляющего аппарата 4.
Корпус 1 выполнен со спиральным отводом, включающим два витка 5 и 6 внешний и внутренний соответственно. Внутренний виток 6 имеет последовательно соединенные между собой входной спиральный участок 7 и выходной диффузорный участок 8. Внешний виток 5 входной спиральный участок 9 и выходной диффузорный участок 10 соединены между собой через обводной участок 11. Начальное поперечное сечение внешнего витка 5 выполнено первым по ходу закрутки спирали, а внутреннего витка 6 - вторым, расположено за первым со смещением по спирали и совмещено в радиально-осевой плоскости ротора с начальным сечением обводного участка 11 внешнего витка 5. Сумма площадей их начального поперечного сечения равна площади выходного сечения спирального участка 9 внешнего витка 5, а сумма аналогичных площадей начальных поперечных сечений внешнего витка 5 и смежного с ним диффузорного участка 8 внутреннего витка 6 равна площади выходного поперечного сечения спирального участка 7 внутреннего витка 6.
Внешний и внутренний витки 5 и 6 разделены внутриотводной стенкой 12. Внутриотводная стенка 12 в зоне разделения обводного участка 11 внешнего витка 5 и спирального участка 7 внутреннего витка 6 выполнена спирально-цилиндрической, а в зоне смежных диффузорных участков 8, 10 делит их площади поперечного сечения на входе в соотношении
Д1
Д2
F:F=1,5±0,15
Д1
Д2
где F и F - площадь начального сечения диффузорного участка соответственно внешнего и внутреннего витков, с последующим плавным выравниванием указанного поперечного сечения до соотношения на выходе
B1
B2
F=F
B1
Д1
B2
Д2
где F>F, F>F,
B1
B2
F и F - площадь выходного сечения диффузорного участка соответственно внешнего и внутреннего витков,
C1
C2
F и F - площадь начального сечения спирального участка соответственно внешнего и внутреннего витков.
Корпус центробежного насоса выполнен горизонтальным, разъемным, содержит крышку 13, проточную часть 14, включающую всасывающую и напорную полости с разделяющим их рабочим колесом 3 по ходу потока перекачиваемой жидкости, например нефти, а также входной и выходной патрубки 15 и 16 соответственно, расположенные ниже плоскости разъема.
Направляющий аппарат 4 соосно с валом 2 неподвижно установлен в корпусе 1 насоса между выходом из рабочего колеса 3 и напорной полостью проточной части 14 по ходу движения перекачиваемого потока. Направляющий аппарат 4 содержит кольцевую платформу 17 с внутренним диаметром, превышающим диаметр рабочего колеса 3, и систему расположенных на нем выравнивающих поток тонких лопаток 18 со спиральной закруткой, противоположно направленной относительно закрутки лопаток рабочего колеса 3 и плавно расширяющихся к внешнему контуру с образованием между ними системы диффузорных каналов. Радиальная ширина кольцевой платформы 17 направляющего аппарата 4 и проекции лопаток 18 на условную осевую плоскость ротора принята практически перекрывающей с обеспечением вращения рабочего колеса 3 разницу между радиальными размерами условной осесимметричной контурной окружности, охватывающей указанное рабочее колесо 3 и аналогичной окружностью с радиусом, равным минимальному радиальному расстоянию от оси ротора до ближайшей точки каждого из витков 5, 6 двухвиткового отвода при вариабельном изменении конструкции диаметра рабочего колеса 3 и универсальном сохранении размеров корпуса 1 и отвода насоса.
Корпус 1 и крышка 13 насоса выполнены, предпочтительно, литыми из стали, а патрубки 15, 16 - под приварку к трубопроводам и направлены горизонтально, перпендикулярно оси насоса.
Работу центробежного насоса с использованием в его конструкции заявляемого корпуса осуществляют следующим образом.
Перекачиваемую жидкость из напорной полости проточной полости 14 подают в витки 5 и 6 двухвиткового отвода, где пропускают с выравнивающим снижением скоростей и детурбулизацией потоков через последовательную систему спиральных участков 7, 9, обводного участка 11 и диффузорных участков 8, 10 двухвитковой части корпуса 1 насоса, обеспечивая максимальное выравнивание скоростей на выходе из диффузорных участков 8, 10. При этом существенно снижаются гидравлические потери при выходе жидкости в нагнетательную линию и радиальные силы, действующие на рабочее колесо 3 центробежного насоса, что особенно актуально для крупных, например, магистральных нефтяных насосов с точки зрения повышения их ресурса работы.
Таким образом, за счет оптимизации конструкции проточной части корпуса центробежного насоса обеспечивается максимально полное выравнивание потоков жидкости в двухвитковом отводе, что позволяет существенно снизить гидравлические потери во внешнем и внутреннем витках отвода.