ПОЛУПОГРУЖНОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
SEMISUBMERSIBLE MULTI-STAGE PUMP UNIT

Изобретение относится к насосостроению, в частности к насосным агрегатам для перекачивания любых, в том числе и агрессивных, пожаровзрывоопасных жидкостей из дренажных емкостей и приямков, с твердыми включениями с размерами до 10 мм с объемным содержанием до 5%.
Известен полупогружной центробежный насосный агрегат, имеющий корпус, закрепленный на удерживающей его составной колонне (подвеске), рабочее колесо, установленное консольно на двухопорном роторе, соединенное с двигателем с помощью валопровода, двойное торцовое уплотнение с разделительной полостью, заполненное нейтральной жидкостью, отделяющее проточную часть насоса от пространства внутри подвески (Патент РФ №70944, МПК F04D 13/08).
Недостатком данной конструкции является невозможность использования при перекачивании рабочих сред при необходимости обеспечения больших напоров, отсутствие устройств, предотвращающих сброс давления перед уплотнением.
Известен полупогружной многоступенчатый насосный агрегат, имеющий составной корпус с направляющими аппаратами канального типа, с рабочими колесами на валу ротора, валопроводы, установленные в герметичных подвесках на подшипниках качения, соединенные между собой через эластичные муфты, двигатель, разгрузочное устройство в виде поршня с полостью между последним и торцовым уплотнением, двойное торцовое уплотнение, фильтр перед всасывающим отверстием насоса (Официальный сайт ОАО «Сумской завод «Насосэнергомаш» - www.nempump.com, ОАО Сумский завод "НАСОСЭНЕРГОМАШ", электронасосный агрегат АНОУ 50-350). В узкую щель между поршнем и гильзой в корпусе насоса поступает перекачиваемая жидкость, которая через зазоры нижней опоры вытекает через отверстия в подвеске насоса в емкость. Торцовое уплотнение, расположенное за поршнем, изолирует пары перекачиваемой жидкости от полости верхней опоры.
Недостатком данной конструкции является ее большая металлоемкость, необходимость изготовления валопровода из стали, обеспечивающей химическую стойкость в перекачиваемых агрессивных средах, увеличение диаметра и, следовательно, массы вала при увеличении глубины погружения насосного агрегата, высокая себестоимость насосного агрегата, снижение надежности при перекачивании загрязненных жидкостей, из-за ограниченной работоспособности и ненадежности подшипника скольжения, омываемого перекачиваемой средой и, как следствие этого, подверженного износу и заклиниванию, т.к. размер твердых включений для надежной работы подшипника не должен превышать 0,1 мм. Кроме того, недостатком данной конструкции является необходимость очень точной балансировки ротора насоса из-за большого момента инерции и неравномерности массы расположенных консольно, относительно нижней опоры вала, рабочих колес, потребность в высокой точности обработки посадки под подшипник скольжения для обеспечения его соосности между с посадочным диаметром для верхнего шарикоподшипника, низкий КПД и малый межремонтный промежуток времени. Увеличение щели между гильзой и поршнем разгрузочного устройства из-за износа воздействием твердых частиц и эрозии приводит к повышению давления в полости между торцом разгрузочного устройства и верхним торцовым уплотнением, а это ведет к увеличению осевой силы на ротор и к выходу из строя подшипников.
Задачей данного изобретения является обеспечение надежной длительной работы насосного агрегата при перекачивании агрессивных и пожаро- и взрывоопасных сильнозагрязненных жидкостей с большими размерами и объемным содержанием твердых частиц, которые часто имеют место в приямках и дренажных емкостях.
Технический результат достигается тем, что в полупогружном многоступенчатом насосном агрегате, имеющем составной корпус с направляющими аппаратами канального типа, с рабочими колесами на двухопорном валу ротора, валопроводы, установленные в герметичных подвесках на подшипниках качения, соединенные между собой через эластичные муфты, двигатель, разгрузочное устройство в виде поршня с полостью между последним и торцовым уплотнением, двойное торцовое уплотнение, фильтр перед всасывающим отверстием насоса, согласно изобретению полость соединена через регулируемый клапан с областью низкого давления, а перекачиваемая жидкость подается в разгрузочное устройство, будучи предварительно очищенной от твердых примесей в циклонном сепараторе, а неотфильтрованная перекачиваемая жидкость не пропускается к поршню системой щелевых уплотнений за рабочим колесом последней ступени, кроме того, корпус нижней опоры ротора имеет цилиндрический выступ с узкими прорезями. Ширина прорезей может составлять не более 3 мм. Для нижней опоры ротора может использоваться подшипник качения, отделенный от перекачиваемой жидкости посредством двойного торцового уплотнения с разделительной полостью, заполненной нейтральной жидкостью.
На фиг.1 изображен полупогружной многоступенчатый насосный агрегат, на фиг.2 - фрагмент проточной части этого агрегата.
Многоступенчатый полупогружной насосный агрегат состоит из составного корпуса 1 с направляющими аппаратами 2 канального типа, ротора насоса с рабочими колесами 3, установленными на валу 4. Вал 4 ротора насоса имеет верхнюю и нижнюю опоры 5, 6. Нижняя опора 6 представляет собой роликовый подшипник качения, верхняя опора 5 - сдвоенный шарикоподшипник. Насосный агрегат имеет две пары торцовых уплотнений, установленных по схеме «тандем» - верхние - 7, 8 и нижние - 9, 10. На валу 4 ротора за рабочим колесом последней ступени 11 и верхним торцовым уплотнением 7 установлен поршень 12 разгрузочного устройства, за которым образована полость в корпусе 13 уплотнения. Разгрузочное устройство состоит из неподвижной гильзы 14 и поршня 12, между которыми имеется длинный кольцевой зазор. Для предотвращения износа твердыми частицами (содержащимися в перекачиваемой жидкости) наружной поверхности поршня 12 и внутренней поверхности гильзы 14 перекачиваемая рабочая жидкость, забираемая из напорного патрубка спирального отвода 15, очищается с помощью циклонного сепаратора 16, после чего по каналу 17 в корпусе 13 уплотнения поступает, очищенной от твердых частиц, в зазор между поршнем 12 и гильзой 14. Давление жидкости в этом щелевом зазоре снижается, после чего она попадает в полость перед уплотнением 7, и, далее через канал 18 - к автоматическому регулирующему клапану 19. Клапан 19 имеет в своем составе пружину, усилие которой регулируется винтом для установки в полости перед уплотнением 7 заданного давления, необходимого для создания осевой силы на разгрузочном устройстве при одновременном обеспечении этого давления, не выше допускаемого для безопасной работы торцового уплотнения 7. Перепускаемая клапаном 19 жидкость поступает по каналу 20 к штуцеру 21 - в область низкого давления, т.е. на вход рабочего колеса 3 второй или третьей ступени (в зависимости от допускаемого давления для торцового уплотнения 7). Возможно исполнение, когда слив жидкости после клапана 19 производится напрямую в емкость, в которую погружен насос. Вал 4 ротора насоса через упругодемпферную муфту 22 соединен с валопроводом 23, который, в свою очередь, через упругодемпферную муфту 22 соединяется с двигателем 24, установленным на опорной плите 25. Рабочие колеса 3 и поршень 12 стянуты на валу 4 в пакет гайкой 26, зафиксированной с помощью контргайки 27. Последняя ступень 11 насосного агрегата имеет спиральный отвод 15, фланец которого соединен с отводом 28, имеющим фланец 29, через который насос нагнетает жидкость в напорную магистраль. Составной корпус 1 закреплен к составной колонне 30 с помощью шпилек 31. Корпус 32 нижней опоры 6 вала 4 ротора имеет выступ 33 (в виде цилиндрического стакана) с узкими продольными прорезями, высота и ширина которых зависят от размеров твердых частиц в перекачиваемой жидкости и типа торцового уплотнения 9, которое выступ 33 защищает от попадания крупных частиц, но не превышают допустимых для торцового уплотнения размеров, в частности ширина прорези не превышает 3 мм. Полость между торцовыми уплотнениями 9 и 10, установленными по схеме «тандем», заполнена нейтральной затворной жидкостью при атмосферном давлении. Нижняя опора 6 герметизируется от перекачиваемой жидкости торцовыми уплотнениями 9 и 10 с одной стороны и крышкой 34 с неподвижным уплотнительным кольцом 35 - с другой. Такая конструкция насосного агрегата позволяет установить в нижней опоре 6 подшипник качения. Корпус 32 нижней опоры 6 закреплен на пилонах 36 к крышке 37 таким образом, что между ними образован всасывающий конфузорный коллектор. Крупные включения, содержащиеся в перекачиваемой рабочей жидкости, не пропускаются в насосный агрегат фильтром 38, выполненным в виде стакана из перфорированного листа и закрепленного на корпусе 32.
Насосный агрегат работает следующим образом.
При включении электродвигателя 24 крутящий момент передается через валопровод 23 на вал 4 ротора насоса, приводя в движение рабочие колеса 3. Перекачиваемая рабочая жидкость, находящаяся в емкости, в которую погружен насосный агрегат, через фильтр 38 всасывается первым рабочим колесом 3 и нагнетается на вход в последующие ступени насосного агрегата, проходя через направляющие аппараты 2 канального типа. С последней ступени 11 рабочего колеса 3 перекачиваемая жидкость нагнетается в спиральный отвод 15, отвод 28 к фланцу 29 и далее в напорную магистраль. Часть нагнетаемой насосным агрегатом перекачиваемой среды из спирального отвода 15 поступает к циклонному сепаратору 16. Очищенная в сепараторе 16 перекачиваемая жидкость поступает в зону щели между поршнем 12 и гильзой 14, при этом загрязненная жидкость не попадает в эту зону, т.к. за рабочим колесом 3 последней ступени 11 имеется щелевое уплотнение. Давление в полости между поршнем 12 и торцовым уплотнением 7 поддерживается в пределах расчетных значений, допустимых по воздействию осевой силы на опору 5, с помощью настройки клапана 19, осуществляющего перепуск части перекачиваемой рабочей среды из-за поршня 12 в зону более низкого давления через канал 20. По мере возможного износа щели между поршнем 12 и гильзой 14 (вследствие эрозии в течение длительного времени эксплуатации) клапан 19 увеличивает слив, чем поддерживает давление за поршнем 12 на расчетном уровне, не допуская выхода из строя торцового уплотнения 7 и увеличения нагрузки на опору 5.
Таким образом, предлагаемая конструкция многоступенчатого полупогружного насосного агрегата, в отличие от ближайшего аналога, обеспечивает возможность перекачивать жидкости с большим содержанием твердых включений по размеру и объемному содержанию, имеет устройство автоматического регулирования осевой нагрузки на ротор насосного агрегата и может использоваться для опорожнения емкостей с пожаровзрывоопасными жидкостями с больших глубин. Ротор насоса нагружен меньшим изгибающим моментом из-за двухопорной схемы вала, что позволяет иметь его более жестким, легким и простым в изготовлении. Валы подвесок (валопроводы) изолированы от перекачиваемой рабочей среды, что не требует выполнения их из материалов, обеспечивающих химическую стойкость. Использование подшипника качения в нижней опоре повышает надежность и безотказность работы насосного агрегата. Масса и металлоемкость данной конструкции меньше, а КПД значительно выше за счет снижения потерь на сброс утечек из-за поршня и меньших потерь на трение в подшипниках качения.
Данная конструкция более технологична, не требует совместной обработки мест под посадку подшипников, что обеспечивает взаимозаменяемость секций, самих подшипников, хорошую ремонтопригодность.
Насосный агрегат позволяет обеспечить напор до 640 м за счет варьирования количеством ступеней до 12 штук. Глубина погружения может увеличиваться за счет количества подвесок и имеет ограничения только по условиям монтажа и грузоподъемностью механизмов для установки насоса на горловину емкости.