ПОГРУЖНОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС С ТОРЦЕВЫМ УПЛОТНЕНИЕМ-ОПОРОЙ

Полезная модель относится к нефтяному машиностроению, а именно к высокооборотным многоступенчатым центробежным насосам с торцевым уплотнением-опорой. Одной из основных причин снижения межремонтного периода таких насосов является низкая надежность межступенчатых осевых опор и уплотнений.
Наиболее близким аналогом указанного изобретения является погружной многоступенчатый центробежный насос с уплотнением по патенту РФ N: 2249129 (дата публикации 27.03.2005). Указанный многоступенчатый центробежный насос с торцевым уплотнением-опорой и осевыми опорными элементами, содержит набор ступеней, состоящих из рабочих колес и направляющих аппаратов, собранных на валу в цилиндрическом корпусе. При высоких оборотах (больше 3000 об/мин) рабочие сопряженные осевые опорные элементы, расположенные на рабочем колесе и направляющем аппарате подвержены сильному перегреву. Это одна из основных причин их быстрого изнашивания и разрушения. Таким образом снижается рабочий ресурс насосной установки. Для высокооборотного насоса указанное конструктивное выполнение уплотнений и осевых опор, не позволяет им в течение длительного времени сохранять свои функции.
Цель настоящего изобретения - повышение ресурса работы механической части высокооборотной центробежной насосной установки за счет обеспечения эффективного охлаждения уплотнения-опоры между ступенями.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в погружном многоступенчатом центробежном насосом с уплотнением, содержащий набор ступеней, состоящих из рабочих колес и направляющих аппаратов, собранных на валу в цилиндрическом корпусе по меньшей мере на одной торцевой поверхности рабочего колеса, и на сопряженной с ней торцевой поверхности направляющего аппарата закреплены кольца-вставки, на сопряженных рабочих поверхностях вышеуказанных колец-вставок выполнены выемки с открытыми концами, расположенными соответственно на внешней граничной окружности с радиусом Ri кольца-вставки рабочего колеса и на внутренней граничной окружности с радиусом Rs кольца-вставки направляющего аппарата, при этом выполняется условие (Ri-Li)/(Rs+Ls)>1, где Li - расстояние от любой точки лежащей на границе выемки на кольце-вставке рабочего колеса до точки лежащей на пересечении радиального луча, содержащего вышеуказанную точку на границе выемки с внешней граничной окружностью кольца-вставки рабочего колеса, Ls - расстояние от любой точки лежащей на границе выемки на
кольце-вставке направляющего аппарата до точки лежащей на пересечении радиального луча, содержащего вышеуказанную точку на границе выемки с внутренней граничной окружностью кольца-вставки направляющего аппарата, кроме того вышеуказанные кольца-вставки могут быть выполнены из твердосплавного антифрикционного материала.
На рис 1. приведен общий вид погружного многоступенчатого центробежного насоса в продольном разрезе. На рис.2 кольца-вставки с выемками на рабочем колесе и направляющем аппарате.
Центробежный многоступенчатый центробежный насос содержит набор ступеней 2, состоящих из рабочих колес 4 и направляющих аппаратов 3, собранных на валу 9 в цилиндрическом корпусе 1. На рабочем колесе 4 находится кольцо-вставка 5 с выемками 11 на его рабочей поверхности. Концы выемок расположены по внешней окружности с радиусом Ri кольца-вставки 5 рабочего колеса. На направляющем аппарате выполнена кольцо-вставка 6 с выемками 10 на его рабочей поверхности. Концы выемок расположены по внутренней окружности с радиусом Rs кольца-вставки направляющего аппарата 3. Кольца-вставки выполнены из твердосплавного антифрикционного материала.
Определим условия, при котором сопряженные кольца-вставки выполняют роль межступенчатого уплотнения (см рис.2). Выемки 11, 10 соответственно на кольце-вставке рабочего колеса и направляющего аппарата показаны пунктиром. Рассмотрим радиальный луч ОС (имеет центр О совпадающий с центром окружности, формирующей внешнюю границу кольца-вставки рабочего колеса и лежащей в рабочей плоскости кольца-вставки) проходящий через произвольно выбранную точку С на границе выемки 11 кольца-вставки рабочего колеса (расположенной на его рабочей поверхности) и пересекающий окружность в точке D. Длина отрезка DC равна Li. Радиальный луч O"А (имеет центр О" - совпадающий с центром окружности, формирующей внешнюю границу кольца-вставки направляющего аппарата и лежащей в рабочей плоскости кольца-вставки) проходит через произвольно выбранную точку А на границе выемки 10 на кольце вставки направляющего аппарата (и расположенной в ее рабочей плоскости) и пересекает окружность в точке В. Длина отрезка АВ равна Ls. Геометрическое построение на рис.2 наглядно показывает, что сопряженные кольца-вставки служат в качестве межступенчатого уплотнения при выполнении условия H=(Ri-Li)-(Rs+Ls)>0. При выполнении этого условия выемки 11 на рабочей поверхности кольца-вставки рабочего колеса при вращении не образуют составного сквозного канала с выемками 12 кольца вставки на направляющем аппарате, и соответственно нет перетока жидкости (при направлении потока жидкости I) из полости высокого давления 8 в полость низкого давления 7 в предыдущей рабочей ступени. Указанное уплотнение является эффективно
охлаждаемой (за счет выемок) осевой опорой. А именно, поток жидкости S через открытые концы выемок проходит внутри выемки на поверхности кольца-вставки, унося избыточное тепло из зоны трения рабочих поверхностей сопряженных колец вставок и, соответственно, обеспечивается снижение температуры в зоне трения осевой опоры, образованной соответствующими кольцами-вставками. Таким образом увеличиваются ресурсные показатели указанной межступенной опоры.
В качестве примера конструктивного выполнения можно рассмотреть следующий вариант. На каждом кольце-вставке выполняются четыре выемки прямоугольной формы симметрично расположенные открытыми концами по внешней окружности кольца-вставки на рабочем колесе и внутренней окружности кольца-вставки направляющего аппарата. Указанные кольца-вставки выполнены из твердосплавного материала. Геометрические параметры всех выемок подобраны таким образом, что при вращении выемки на кольце-вставке рабочего колеса не образуют с выемками на кольце-вставке направляющего аппарата составного сквозного канала, через который жидкость из области высокого давления, образованной поверхностью рабочего колеса и внутренней поверхность рабочего аппарата перетекает через внутреннею область образованную сопряженными поверхностями колец ставок обратно в предыдущую ступень, в область с пониженным давлением.