Полупогружной насосный агрегат

Полезная модель относится к области производства насосов, в частности к насосным агрегатам для перекачивания из дренажных емкостей водонефтяных смесей с присутствием абразивных механических примесей, а также других взрывоопасных жидких сред.
В настоящее время для перекачивания нефтесодержащих смесей из дренажных емкостей в основном используют полупогружные насосные агрегаты с центробежными насосами роторного типа. Так известен центробежный насос с погруженной в перекачиваемую среду проточной частью, содержащий двигатель, валопровод, образованный одной или несколькими подвесками (секциями подвески), узел уплотнения, образованный двумя торцевыми уплотнениями и разделительной камерой, заполненной охлаждающе-смазывающей жидкостью, расположенной в корпусе насоса и отводом, датчик утечки, который расположен ниже уровня подшипников во внутренней полости валопровода (патент РФ на полезную модель №71710, МПК F04D 7/04, 20.03.2008). Недостатком данного центробежного насоса является недостаточная герметизация валопроводов. Данная конструкция снижает срок службы самого насоса и его надежность, т.к. в случае выхода из строя верхнего торцевого уплотнения, перекачиваемая жидкость затопит всю внутреннюю полость валопровода с подшипниками, если вовремя не отреагировать на сигнал датчика утечки.
Также известен центробежный насосный агрегат, состоящий из двигателя, опорной плиты, валопровода в подвеске, камеры с затворной жидкостью, расположенной между двумя торцовыми уплотнениями и датчика утечки (патент РФ на изобретение №2 435 987, МПК F04D 7/00 12.07.2010). Недостатком данного центробежного насоса является отсутствие защиты нижнего подшипника от воздействия затворной жидкости в случае разгерметизации верхнего торцевого уплотнения.
Наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является насосный агрегат, состоящий из электродвигателя, центробежного насоса, соединяющего их валопровода секционной конструкции, который заключен по меньшей мере в одной секции подвески, содержащей 2 подшипника, на конце валопровода выполнен узел уплотнений, включающий 2 торцевых уплотнения, а также разделительную камеру затворной жидкости. (Насосы центробежные полупогружные типа НВ-Д-1М и агрегаты электронасосные на их базе. Руководство по эксплуатации. / [Электронный ресурс] - URL: https://it01.su/dir_images/userfiles/files/NVDM-0000-0001%20РЭ%20(35)%20Руководство%20по%20эксплуатации.pdf / (дата обращения 03.10.2022). Недостатком этого устройства является отсутствие защиты крайних подшипников и внутренней полости валопровода от воздействия внешних факторов, затворной и перекачиваемой жидкостей.
Решаемой задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности эксплуатации насосного агрегата за счет герметизации полости валопровода, что предупреждает попадание влаги извне или перекачиваемой жидкости в рабочую полость насоса или внутрь подвески. Влага и частицы загрязнений могут попадать через верхнюю часть валопровода в области верхнего подшипника. В нижней части валопровода, в области нижнего подшипника возможно проникновение перекачиваемой жидкости в полость валопровода в случае разгерметизации верхнего уплотнения. При этом назначением заявляемой полезной модели является осуществление полупогружного насосного агрегата. Техническим результатом является повышение надежности эксплуатации насосного агрегата, выражающееся в увеличении рабочего ресурса и снижения аварийности работы.
Указанного технического результата в заявляемой полезной модели достигают за счет осуществления полупогружного насосного агрегата, содержащего электродвигатель, центробежный насос и соединяющий их валопровод, выполненный по меньшей мере из одной секции и заключенный с помощью подшипников по меньшей мере в одной секции подвески, содержащей сверху и снизу по подшипнику, причем на конце валопровода за нижним подшипником валопровода выполнен узел уплотнений, состоящий из разделительной камеры затворной жидкости с двумя торцевыми уплотнениями. Одновременно в верхней части валопровода перед верхним подшипником выполнен подшипниковый изолятор, а на нижнем подшипнике нижней части валопровода снизу выполнена герметизирующая крышка с уплотнением.
Заявляемая полезная модель имеет следующие, общие с ближайшим аналогом существенные признаки:
электродвигатель, центробежный насос и соединяющий их валопровод, выполненный по меньшей мере из одной секции и заключенный с помощью подшипников по меньшей мере в одной секции подвески, содержащей сверху и снизу по подшипнику, причем на конце валопровода за нижним подшипником валопровода выполнен узел уплотнений, состоящий из разделительной камеры затворной жидкости с двумя торцевыми уплотнениями.
Отличают заявляемую полезную модель от прототипа следующие существенные признаки:
- в верхней части валопровода перед верхним подшипником выполнен подшипниковый изолятор,
- на нижнем подшипнике нижней части валопровода снизу выполнена герметизирующая крышка с уплотнением.
Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствуют в перечне признаков, осуществляемых в прототипе, и не являются их характеристикой.
Для однозначного и более полного понимания описания заявляемой полезной модели далее приведены пояснения и уточнения, использованных выше понятий и терминов, а также раскрытие признаков устройства с указанием причинно-следственных связей их осуществления.
Заявляемое устройство представляет собой совокупность конструкционных элементов, объединенных единым творческим замыслом и выполненных как единое техническое решение. Устройство предназначено для перекачивания из дренажных емкостей водонефтяных смесей с присутствием абразивных механических примесей, а также других горючих и легковоспламеняющихся жидких сред. В рабочем состоянии насосный агрегат предполагает вертикальную ориентацию, для чего его обычно закрепляют на горизонтально расположенной опорной плите. На последней также возможно закрепление отвода перекачиваемой жидкости и размещение контрольных устройств.
Основной идеей заявляемой полезной модели является повышение надежности эксплуатации насосного агрегата за счет предупреждения внешних воздействий на валопровод. Валопровод служит для передачи крутящего момента от двигателя к насосу, поэтому его техническое состояние и связанных с ним узлов оказывает решающее значение на работоспособность всего насосного агрегата. Валопровод заключен внутрь подвески, в которой он центрирован подшипниками. В зависимости от требуемой длины насоса валопровод и подвеска могут быть выполнены секционно. В этом случае говорят уже о ряде подвесок, количество которых на практике может меняться от 1 до 8. Соответственно меняется количество секций валопровода. При этом каждая секция валопровода соединена с соответствующей подвеской (секцией подвески) минимум 2 подшипниками - верхним и нижним. Положение подшипников определяет вертикальное расположение работающего агрегата. В настоящей полезной модели осуществлена защита валопровода путем закрытия верхнего подшипника на валопроводе подшипниковым изолятором. Изолятор представляет собой бесконтактное уплотнение в виде малого зазора сложной извилистой формы. Его уплотняющее действие основывается на удлинении пути уплотнения благодаря попеременному расположению колец на валу в неподвижном корпусе изолятора. Подшипниковый изолятор размещен выше подшипника непосредственно на подшипнике, возможно также, наличие технологического зазора, что зависит от конкретного исполнения агрегата на конкретной технологической линии.
В свою очередь работоспособность нижней части валопровода обеспечивает узел уплотнений. Последний изолирует рабочее пространство валопровода и нижний подшипник от перекачиваемой жидкости. Узел уплотнений состоит из 2 торцевых уплотнений и разделительной камеры. Разделительная камера содержит затворную жидкость, которая также выполняет функцию смазывающей и охлаждающей жидкости для нижней части валопровода в местах торцевых уплотнений. Пространство разделительной камеры образовано корпусом уплотнений и стенкой камеры, которая опирается на корпус насоса. Указанные торцевые уплотнения подвержены агрессивным внешним влияниям и поэтому в них часто происходит нарушение герметизации. В частности, в случае разгерметизации верхнего торцевого уплотнения агрессивная перекачиваемая жидкость начинает воздействовать на подшипники насоса и на внутреннюю полость подвесок, что приводит серьезным повреждениям насоса из-за агрессивной перекачиваемой среды. Во избежание этого в настоящей полезной модели на нижнем подшипнике нижней части валопровода снизу выполнена герметизирующая крышка с уплотнением, которое представляет собой кольцевую крышку с кольцевыми резиновой и фторопластовыми прокладками. Данное уплотнение предназначено для герметизации радиально подвижных соединений. Фторопластовые кольца предохраняют резиновое кольцо от выдавливания из уплотняемого канавки под воздействием давления. Обильно смазанная литолом канавка и внутренняя полость кольцевой крышки нижнего подшипника предотвращает сухое трение резинового кольца. Между трущимися поверхностями резинового кольца и вала образуется масленая пленка, что дополнительно герметизирует радиально подвижное соединение.
Заявляемая полезная модель является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем создания устройства, состоящего из конструктивных элементов - электродвигатель, центробежный насос, валопровод, который заключен в подвески, каждая из которых содержит 2 подшипника, узел уплотнений с торцевыми уплотнениями и разделительной камерой затворной жидкости, подшипники. При этом вся совокупность существенных признаков данной полезной модели - системы конструктивных элементов объединена единым творческим замыслом, а именно повышением надежности эксплуатации насосного агрегата за счет повышения работоспособности валопровода. Части (элементы) устройства находятся в конструктивном единстве и единой функциональной взаимосвязи, а их совместное использование приводит к созданию нового устройства, позволяющего достичь технического результата при реализации заявленного назначения.
Данное техническое решение является промышленно применимым в области производства насосных агрегатов для перекачивания из дренажных емкостей водонефтяных смесей с присутствием абразивных механических примесей, а также других взрывоопасных жидких сред. Применение и использование заявляемого устройства не вызывает никаких трудностей и может быть осуществлено подготовленными специалистами. При осуществлении заявляемого технического решения используют устройства, приборы и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления полезной модели являются методы механической обработки конструкционных материалов и монтажа. Средствами осуществления являются механические средства, станочное оборудование и ручной инструмент механической обработки. Указанная выше совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели и их раскрытие позволяет сделать вывод о достижении заявленного технического результата при реализации заявленного назначения.
Приведенное выше описание показывает, что осуществление отличительных от прототипа существенных признаков, в том числе их характеристик, обеспечивает достижение заявленного технического результата за счет герметизации крайних подшипников валопровода. Действительно, закрытие крайних подшипников валопровода герметизирующими по валу и подвеске средствами предотвращает попадание в полость валопровода загрязнений и влаги извне, а также затворной и перекачиваемой жидкостей. При этом показано, что совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с реализацией заявленного назначения и с получением заявленного технического результата. Другими словами, заявляемая полезная модель не известна из уровня техники.
Описание заявленной полезной модели проиллюстрировано на фигурах 1-4.
Фиг. 1 - общий вид полупогружного насосного агрегата.
Фиг. 2 - подшипниковый изолятор верхнего подшипника.
Фиг. 3 - герметизирующая крышка нижнего подшипника с уплотнением.
На указанных фигурах приведены следующие обозначения:
1. Электродвигатель.
2. Опора электродвигателя.
3. Валопровод.
4. Опорная плита.
5. Верхняя секция подвески.
6. Нижняя секция подвески.
7. Верхний подшипник.
8. Нижний подшипник.
9. Подшипниковый изолятор.
91. Кольцо.
92. Неподвижный корпус.
93. Корпус изолятора
10. Герметизирующая кольцевая крышка нижнего подшипника.
101. Резиновое кольцо.
102. Фторопластовое кольцо.
11. Затворная жидкость.
12. Верхнее торцевое уплотнение.
13. Нижнее торцевое уплотнение.
14. Корпус уплотнений.
15. Стенка камеры.
16. Верхняя часть корпуса насоса.
17. Крыльчатка.
18. Фильтр.
19. Отвод насоса.
20. Датчик устройства определения изменения уровня затворной жидкости разгерметизации верхнего торцевого уплотнения.
Заявляемая полезная модель осуществлена следующим образом.
Согласно заявляемому техническому решению, полупогружной насосный агрегат в рабочем положении в качестве основных частей содержит электродвигатель 1, центробежный насос 2 и соединяющий их валопровод 3. Рабочее положение агрегата фиксируется с помощью его закрепления на горизонтально расположенной опорной плите 4. Валопровод заключен в подвеску, которая как минимум содержит одну секцию, но в большинстве случаев несколько секций. В последнем случае следует отметить наличие верхней 5 и нижней секции 6 подвески, другими словами, верхнюю 5 и нижнюю 6 подвески. В свою очередь сам валопровод соответственно тоже состоит из секций. Валопровод центрирован в подвеске с помощью подшипников, по два подшипника на каждую секцию подвески. Самый верхний подшипник валопровода в рабочем положении агрегата считается верхним подшипником 7, самый нижний - нижним подшипником 8. Перед верхним подшипником выполнен подшипниковый изолятор 9, который служит для защиты подшипника от внешних воздействий. Этот изолятор представляет собой бесконтактное уплотнение в виде малого зазора сложной извилистой формы. Уплотняющее действие основывается на удлинении пути уплотнения благодаря попеременному расположению колец 91 на валу в неподвижном корпусе 92 и в корпусе изолятора 93. В свою очередь нижний подшипник защищен снизу герметизирующей кольцевой крышкой 10 с уплотнением, выполненной по валу. Данное уплотнение выполнено из резинового кольца 101 и защитных фторопластовых колец 102. Фторопластовые кольца предохраняют резиновое кольцо от выдавливания из уплотняемого канавки под воздействием давления. Эта крышка защищает подшипник от воздействия затворной жидкости 11 и перекачиваемой среды в случае аварии. Основной защитой нижнего подшипника и рабочего пространства валопровода является узел уплотнений, состоящий из верхнего 12 и нижнего 13 торцевых уплотнений и разделительной камеры, заполненной затворной жидкостью 11. Затворная жидкость одновременно выполняет роль смазки и охлаждения для торцевых уплотнений. Разделительную камеру образуют корпус уплотнений 14 и стенка камеры 15, которую опирают на верхнюю часть корпуса насоса 16. На конце вала в корпусе насоса находится крыльчатка 17. Перекачиваемая жидкая среда поступает в насос через фильтр 18. Из насоса перекачиваемую среду отводят через отвод 19. Для контроля наличия и уровня жидкости выше разделительной камеры, между корпусом уплотнения и нижним подшипником размешен датчик устройства определения изменения уровня затворной жидкости разгерметизации верхнего торцевого уплотнения 20. Указанный датчик срабатывает при протечке верхнего торцевого уплотнения.
Процесс функционирования полезной модели раскрывают следующие примеры.
Пример 1.
Полупогружной насосный агрегат, содержащий электродвигатель центробежный насос и соединяющий их валопровод помещали в дренажную емкость с водонефтяной смесью с присутствием абразивных механических примесей размером до 10 мм. Агрегат закрепляли в вертикальном положении на опорной раме. Валопровод был размещен в 2 подвесках - верхней и нижней - с помощью подшипников, по два подшипника на каждой подвеске. В нижней части валопровода под нижним подшипником выполнен узел уплотнений, включающий 2 торцевых уплотнения, а также разделительную камеру затворной жидкости, которую образуют корпус уплотнений и стенка камеры. Выше разделительной камеры, между корпусом уплотнений и нижним подшипником размешен поплавковый датчик устройства определения изменения уровня затворной жидкости разгерметизации верхнего торцевого уплотнения. Описанный насосный агрегат отработал 6000 часов, после чего нарушилась герметизация верхнего торцевого уплотнения, что было обнаружено с помощью поплавкового датчика и насос был автоматически отключен.
Пример 2.
Полупогружной насосный агрегат, выполненный аналогично примеру 1, но имеющий перед верхним подшипником подшипниковый изолятор, а на нижнем подшипнике нижней части валопровода снизу герметизирующую крышку с уплотнением проработал 8500 часов без отключений, после чего было проведено профилактическое обслуживание.
Приведенные в примерах данные наряду с изложенным выше описанием убедительно показывают достижение технического результата при осуществлении совокупности всех заявленных существенных признаков.
Приведенные примеры не следует рассматривать как ограничивающие объем полезной модели. Напротив, возможны также варианты и модификации описанных примеров в пределах объема прав, изложенных в формуле полезной модели.