МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ОСЕВОЙ НАСОС

Изобретение относится к области перекачки жидкости, содержащей газ в нерастворенном виде, твердые частицы и/или химически активные вещества, преимущественно в нефтяной промышленности.
Известны трех и двухвинтовые насосы для перекачки жидкости, содержащей газ в нерастворенном виде (Насосы, справочное пособие, пер. с немецкого Малюшенко В.В., Бобка М.К., «Машиностроение», М., 1979, стр.198, рис.122). Эти насосы могут перекачивать газосодержащую жидкость с весьма большим объемным содержанием газа.
Недостатком такого насоса являются достаточно быстрый износ винтовых пар и корпуса или заклинивание ротора при попадании даже незначительного количества твердых частиц, сложность изготовления и высокая стоимость.
Частично указанный недостаток устранен в многоступенчатом насосе осевого типа (Ломакин А.А., Центробежные и осевые насосы изд. второе, «Машиностроение», М.-Л., 1966, стр.348, рис.235 и 237), в котором может перекачиваться жидкость, содержащая газ в нерастворенном виде, твердые частицы и/или химически активные вещества.
Недостатком указанной конструкции является снижение коэффициента полезного действия (КПД) при увеличении объемного содержания газа. Это объясняется тем, что в первое рабочее колесо жидкость попадает с большим объемным содержанием газа, а в последующие рабочие колеса вследствие повышения давления с меньшим. При одинаковых рабочих колесах в первой и последующих ступенях, каждая ступень работает на разных подачах. Изменение подачи от ступени к ступени приводит к тому, что рабочая точка смещается от оптимального режима с соответствующим максимальным КПД и может выйти из рабочего диапазона подач.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в увеличении КПД и допустимого объемного содержания газа в перекачиваемой жидкости.
Для достижения указанного технического результата применен многоступенчатый осевой насос, включающий несколько ступеней, содержащих рабочие колеса с лопастями, выполненными отдельно от втулок и соединенными с ними с возможностью установки лопастей под различными углами относительно торцов втулок, отличающийся тем, что углы установки лопастей рабочего колеса относительно торца его втулки в первом от входа в насос рабочем колесе выполнены большими, чем в последующих рабочих колесах. При этом, углы установки лопастей каждого из последующих рабочих колес выполнены меньшими, чем в предыдущих рабочих колесах.
Благодаря этому признаку, при перекачке жидкости, содержащей газ в нерастворенном виде, твердые частицы и/или химически активные вещества, первое от входа в насос рабочее колесо и каждое последующее рабочее колесо в условиях, когда объемная подача, зависящая от давления, уменьшается от входа в насос к его выходу, работают в режимах близких к режиму максимального КПД. Это позволяет улучшить КПД насоса и увеличить допустимое объемное содержание газа в перекачиваемой жидкости.
Предлагаемый многоступенчатый осевой насос иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.
Многоступенчатый осевой насос (фиг.1) содержит приемную крышку 1, корпус 2, напорную крышку 3, вал 4, ступени, состоящие из рабочих колес 5 и выправляющих аппаратов 6, узел опорного подшипника 7 и узел опорно-упорного подшипника 8.
Рабочие колеса 5 закреплены на валу 4, а выправляющие аппараты в корпусе 2. Узел опорного подшипника 7 воспринимает радиальную нагрузку от вала 4, а узел опорно-упорного подшипника 8 воспринимает как радиальную, так и осевую нагрузку от вала 4. Лопасти 9 (фиг.2) рабочего колеса 5 выполнены отдельно от втулки 10 рабочего колеса и соединены с ней при заданном угле установки. В первом от входа в насос рабочем колесе
лопасти 9 установлены под углом к торцу втулки большим, чем в последующих рабочих колесах 5.
Работа многоступенчатого осевого насоса осуществляется следующим образом.
Перекачиваемая жидкость, содержащая твердые частицы, газ в нерастворенном виде и/или химически активные вещества, поступает в приемную крышку 1. Объемное содержание газа при входе в насос, зависящее от давления, определяет и объемную подачу газожидкостной смеси. В соответствии с этой подачей выполняется угол установки лопастей 9 первого рабочего колеса 5. После первого рабочего колеса давление газожидкостной смеси увеличивается, а объемное содержание газа уменьшается. Соответственно, объемная подача газожидкостной смеси уменьшается. Угол установки лопастей 9 второго от входа рабочего колеса 5 выполняется в соответствии с уменьшенной подачей меньшим, чем в первом рабочем колесе 5, в третьем и последующих рабочих колесах углы установки лопастей 9 выполнены так, чтобы в последующем рабочем колесе 5 угол установки лопастей 9 был меньше, чем в предыдущем.
Пример исполнения двух вариантов предлагаемого многоступенчатого осевого насоса (табл.1).
Технические данные вариантов многоступенчатого осевого насоса:
частота вращения, об/мин
3000
наружный диаметр рабочего колеса, мм
190
диаметр втулки рабочего колеса, мм
156
давление на входе в насос, Мра
0,1
давление на выходе из насоса, Мра
0,9
перепад давления в одной ступени, Мра
0,2
количество ступеней
4
подача по жидкости, м<sup>3</sup>/час
220
3
подача по газу, Нм/час:
1 вариант
40
2 вариант
80
Угол установки лопастей рабочего колеса.
Параметры
Вариант
1
2
Объемная подача, м<sup>3</sup>/час
1 рабочее колесо
240
260
2 рабочее колесо
230
240
3 рабочее колесо
227
233
4 рабочее колесо
255
230
Угол установки лопастей рабочего колеса, град
1 рабочее колесо
20,2
21,6
2 рабочее колесо
19,4
20,1
3 рабочее колесо
19,2
19,7
4 рабочее колесо
19,1
19,4
Примечание: угол установки лопастей рабочего колеса назначался с учетом оптимального угла атаки, соответствующего минимуму гидравлических потерь.
Из данных, приведенных в табл.1 видно, что:
- при определенной подаче насоса угол установки лопастей рабочего колеса с первой ступени и последующих ступеней увеличивается при увеличении объемного содержания газа;
- изменение угла установки лопастей рабочего колеса от первой к последующим ступеням происходит более интенсивно при большем содержании газа, чем при меньшем.