Щелевое уплотнение ступени центробежного насоса
SLOTTED SEAL OF THE CENTRIFUGAL PUMP STAGE

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к динамическим насосам, и может быть использовано для создания насосов для перекачки жидкостей в различный отраслях, в том числе нефтеперерабатывающей, химической промышленности.
В качестве узлов, препятствующих перетоку жидкости между полостями с различным давлением, в центробежных насосах широко используются щелевые уплотнения с плавающим кольцом (SU 241172 A1, SU 339707 A1, RU 2105216 C1 и т.д.). Однако в указанных конструкциях используется металлическое плавающее кольцо. Это требует при работе насоса постоянного наличия в уплотнении перекачиваемой среды, которая, к тому же, должна обладать достаточными смазывающими свойствами.
Известны конструкции щелевых уплотнений с неметаллическими материалами (например, RU 2255258 C1). Однако детали, изготовленные в таких конструкциях из неметаллических материалов, не являются плавающими кольцами, то есть они не имеют возможности перемещения в радиальном направлении.
Отличием заявляемой конструкции от указанных является то, что уплотняющее кольцо по сути конструкции является плавающим, но при этом изготовлено из неметаллического материала с минимально возможным коэффициентом трения. В частности, из материала, допускающего работу щелевого уплотнения без перекачиваемой жидкости, например, используют различные марки графитофторопластов.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является создание насосов, имеющих возможность работы без жидкости (выдерживающих так называемый «сухой ход») в течение времени, достаточного для фиксации факта «сухого хода» службой, эксплуатирующей насос, и остановки насоса.
Техническим результатом применения изобретения является:
- повышение надежности и снижение эксплуатационных затрат в силу невосприимчивости насоса к отсутствию перекачиваемой среды;
- некоторое увеличение КПД насоса в силу снижения коэффициента трения плавающего кольца.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан разрез ступени центробежного насоса. Щелевое уплотнение на рабочем колесе 1 состоит из бандажных втулок 2, 3 закрепленных на колесе винтами 4, и плавающих колец 5, 6, зафиксированных в осевом направлении за счет сухарей 7, в свою очередь зафиксированных за счет пружинных колец 8, 9. Рабочее колесо вращается на валу 10, крутящий момент передаётся шпонкой 11. Рабочее колесо помещено в корпус ступени, состоящий из направляющего аппарата 12, крышки 13 и корпуса секции 14.
Принцип работы ступени центробежного насоса общеизвестен и заключается в преобразовании механической энергии вращающегося вала 10 в кинетическую энергию потока жидкости за счет взаимодействия потока жидкости с лопастями рабочего колеса 1 и дальнейшем преобразовании кинетической энергии потока жидкости в давление жидкости за счет снижения скорости в диффузорных каналах направляющего аппарата 12.
Для разделения полостей с высоким («В») и низким («Н») давлением используются щелевые уплотнения с плавающими кольцами. Щелевое уплотнение является дросселем в виде цилиндрической щели, имеющим гидравлическое сопротивление. Цилиндрическая щель образована втулкой 2 (3), вращающейся вместе с колесом 1, и кольца 5 (6), вращению которых препятствуют сухари 7. Кольца 5 (6) самоцентрируются в зазоре в осевом направлении за счет гидродинамических сил, действующих на них.
Пример осуществления изобретения - центробежный насосный агрегат для перекачивания светлых нефтепродуктов. Материалом плавающего кольца щелевого уплотнения является графит АГ-1500 (см. https://russkijmetall.ru/grafit-ag-1500/).
Указанный агрегат был изготовлен и испытан ООО «Виллина» на воде. Далее агрегат был высушен и в течение 240 минут работал без жидкости (имитация «сухого хода»), не проявляя признаков неисправностей. После испытаний проведена ревизия агрегата, показавшая отсутствие износа деталей щелевого уплотнения. После ревизии агрегат был собран и повторно испытан на воде. Результаты испытаний не отличаются от таковых до имитации «сухого хода». Вышеописанные испытания показали возможность использования агрегата на режимах эксплуатации, при которых временно отсутствует перекачиваемая жидкость.
Уплотнение вала на испытанном агрегате – двойное торцовое с обвязкой «схема 53А» по ГОСТ 32600, в результате чего отсутствие жидкости не приводит к выходу из строя уплотнения вала.