РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Заявляемая полезная модель относится к центробежным насосам и может быть использована в нефтяном машиностроении в составе многоступенчатых центробежных насосов для перекачки жидкости, в том числе с повышенным содержанием механических примесей.
Известна конструкция рабочего колеса центробежного насоса (патент РФ на полезную модель РФ №89878, дата публикации 27.04.2009 г.), содержащая несущий диск с лопастями, снабженными выступами, расположенными на их торцах, взаимосвязанными с пазами покрывного диска, при этом все детали рабочего колеса выполнены из термопластического материала, выступы несущего диска выполнены с высотой, большей глубины пазов, выполненных глухими, несущий и покрывной диски снабжены фиксирующими элементами, при этом несущий и покрывной диски соединены между собой при помощи сварки.
Кроме того, известна конструкция рабочего колеса (патент РФ на полезную модель РФ №2605487, дата публикации 20.12.2016 г.), которая имеет лопатки, первый закрывающий диск и присоединенный посредством сварки к первому закрывающему диску второй закрывающий диск, при этом каждая лопатка имеет область вершины, в которой она контактирует со вторым закрывающим диском, и, по меньшей мере, одна лопатка из всех лопаток на первом участке области вершины имеет сварное соединение со вторым закрывающим диском, причем, по меньшей мере, один второй участок области вершины свободен от сварного соединения, один из закрывающих дисков изготовлен из светопроницаемого материала, а другой из закрывающих дисков изготовлен, по меньшей мере, частично из светопоглощающего материала.
Недостатком описанных конструкций является низкая стойкость к отложению механических примесей, в том числе солей, на лопастях рабочего колеса в процессе эксплуатации, связанной с наличием облоя или наплывов в местах сборки и дефектов, возникающих при их удалении.
Задачей полезной модели является повышение стойкости лопастей рабочего колеса из полимерных материалов к отложению механических примесей, в том числе солей, при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что рабочее колесо центробежного насоса содержит диск без лопастей, диск с лопастями, по меньшей мере, лопасти и сопрягаемая с ними поверхность диска без лопастей выполнены из полимерного материала, на дисках выполнены выступы и пазы, паз одного диска сопрягается с выступами другого диска, угол при вершине выступов не превышает 180 градусов и отношение площади поперечного сечения пазов к площади поперечного сечения сопрягаемых выступов не более 1,5. При этом пазы располагаются в дополнительных пазах глубиной не менее 0,2 мм и шириной, большей толщины лопасти, а выступы располагаются в дополнительных пазах глубиной не менее 0,2 мм и шириной, большей толщины лопасти.
Положительный эффект достигается путем предотвращения образования облоя, наплывов и дефектов, возникающих при их удалении. Как известно, механические примеси состоят в основном из песка, глины, мельчайших частиц железа, сульфида железа и минеральных солей. Отложение механических примесей в насосе приводит к уменьшению площади поперечного сечения проточных каналов рабочих органов насоса, влекущее за собой ухудшение характеристик оборудования, его перегрев и, как следствие, его останов и даже выход из строя. На основе современных представлений процесс отложения минеральных солей рассматривается как массовая кристаллизация, обусловленная наличием перенасыщенных растворов и включающая этапы образования зародышей кристаллов, роста кристаллов и перекристаллизации солевого осадка, которые могут протекать поочередно. Интенсивность образования солей зависит как от мощности источника тепла, так и времени работы насоса, содержания воды, газа в жидкости, состава солей и их свойств. Данный процесс зависит и от конструктивных особенностей насоса, связанных с его рабочими характеристиками, свойствами рабочих поверхностей, т.е. материалами, шероховатостью. Таким образом, одной из конструктивных причин отложения механических примесей на поверхностях рабочих колес может быть повышенная шероховатость поверхности лопастей, в том числе связанная с такими дефектами сборки, например, при сварке или склеивании, как облой, наплывы или царапины после удаления этих дефектов. Многолетний опыт эксплуатации подобных насосов показывает, что, находясь, как правило, в области низкого давления, и выступая над поверхностью сопрягаемого диска рабочего колеса, данные дефекты сборки являются дополнительными концентраторами осаждения механических примесей, в том числе кристаллов солей, например, таких наиболее распространенных как карбонат кальция и сульфат кальция. Проведенные исследования доказывают, что исключение указанных дефектов сборки с помощью предлагаемой полезной модели существенно снижает вероятность появления очагов отложения механических примесей в местах соединения в рабочем колесе, а, следовательно, повышает стойкость лопастей рабочего колеса из полимерных материалов к отложению механических примесей, в том числе солей.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 представлен пример рабочего колеса центробежного насоса в разрезе; на фиг. 2-6 - варианты сечения А-А по фиг. 1; на фиг. 7 и фиг. 8 - варианты сечения Б-Б по фиг. 1; на фиг. 9 - пример изображения диска с лопастями; на фиг. 10 - диск с лопастями в разрезе по фиг. 9; на фиг. 11 и фиг. 12 - варианты сечения В-В по фиг. 10; на фиг. 13 - пример изображения диска без лопастей с пазами; на фиг. 14 - диск без лопастей с пазами в разрезе по фиг. 13; на фиг. 15 - сечение Г-Г по фиг. 14; на фиг. 16 - пример изображения диска без лопастей с дополнительными пазами; на фиг. 17 - диск без лопастей с дополнительными пазами в разрезе по фиг. 16; на фиг. 18 и фиг. 19 - варианты сечения Д-Д по фиг. 17.
Рабочее колесо центробежного насоса содержит диск 1 с лопастями 2 и диск 3 без лопастей. На дисках выполнены выступы 4 с углом при вершине α и пазы 5. Пазы 5 одного диска сопрягаются с выступами 4 другого диска. На лопастях 2 выполнены фиксирующие элементы 6, сопрягаемые с отверстиями 7. В частном случае, на диске 3 без лопастей могут быть выполнены дополнительные пазы 8 на поверхности 9. По меньшей мере, лопасти 2 и сопрягаемая с ними поверхность 9 диска без лопастей выполнены из полимерного материала. При этом ширина паза 8 больше толщины лопасти 2. Дополнительные пазы 8 предназначены для размещения облоя или наплывов 10, которые могут возникать при сборке. При этом пазы 5 располагаются в дополнительных пазах 8.
При сборке рабочего колеса центробежного насоса отверстия 7 совмещают с фиксирующими элементами 6. Выступы 4 располагаются в пазах 5. Затем окончательно соединяют диски, например, при помощи сварки, при которой происходит расплавление выступов 4 с последующим заполнением пазов 5 расплавленным полимерным материалом. Возможно применение других методов соединения дисков, например, склеивания, пайки, при которых пазы 5 заполняются клеевым составом или припоем.
Для предотвращения образования облоя или наплывов 10 проведены исследования. В частном случае, в рабочем колесе дополнительные пазы 8 отсутствуют, но необходимо выполнение следующих условий: угол при вершине выступов не превышает 180 градусов, и отношение площади поперечного сечения пазов 5 к площади поперечного сечения сопрягаемых выступов 4 не более 1,5.
Согласно исследованиям при отношении ширины паза 5 на поверхности 9 к толщине лопасти 2 в месте соединения более 0,7 неизбежно образование облоя или наплывов 10 при сборке рабочего колеса, в частном случае, осуществляемой методом сварки, пайки или склеивания. В этом случае целесообразно изготовление рабочего колеса центробежного насоса, в котором на диске 3 расположены дополнительные пазы 8 глубиной не менее 0,2 мм. В результате соединения дисков облой или наплыв 10 может вытесняться из паза 5 в зазор между поверхностью лопасти 2 и стороной дополнительного паза 8. Размеры пазов определяются экспериментально, в том числе в зависимости от свойств полимерных материалов, например, таких как температура плавления, наличие и материал наполнителей. При этом облой или наплыв 10 после сборки рабочего колеса не должен выступать над поверхностью 9 диска 3.