УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Изобретения относится к области насосостроения и может быть использовано в центробежных насосах.
Известен «Способ регулирования лопаточного насоса» [1], включающий физическое воздействие на жидкость путем обеспечения или прекращения подачи струи жидкости во входной его патрубок по направлению общего потока жидкости во входном патрубке, при возникновении кавитации в насосе за счет открытия - закрытия клапана с електромагнитным приводом. Переменное термосопротивление устанавливают во входном патрубке насоса. Замеряют температуру. При повышении температуры до образования в жидкости кавитационного явления осуществляют подачу жидкости во второй патрубок.
Такой метод применим в насосах малой мощности и соответственно малой подачей. Применение указанного способа в насосах большой производительности весьма опасно из-за мгновенного парообразования.
Известен «Способ регулирования подачи установленного в гидравлическом контуре центробежного насоса» [2]. Способ заключается в регулировании частоты вращения вала насоса, увеличивая ее для повышения подачи и уменьшая ее для снижения подачи.
Недостаток способа заключается в необходимости вращения вала в обратную сторону. В данном случае, подача снизится до 0.
Известно изобретение [3], относящееся к области управления насосной станцией. Для поддержания пластового давления на нефтепромыслах, предложено регулировку осуществлять задвижками, установленными на выходе из каждого агрегата. Все агрегаты подключены к гребенке, разделенной задвижками на части.
Такая регулировка - малоэффективна, из-за уменьшения полезной мощности и возможна в малых пределах рабочей зоны.
Известна автоматическая система комбинированного управления насосной установкой [4], позволяющая осуществлять регулировку в автоматическом режиме, открыванием и закрыванием запорной арматуры.
Недостаток данного технического решения тот же, что и в предыдущем.
Известен способ автоматического управления насосной станцией [5]. Для осуществления автоматического регулирования на напорном патрубке и насосе пилоте установлены обратные клапаны и задвижки.
Применение механического оборудования для регулирования, как и в ранее описанных изобретениях, - неэффективно. Теряется часть напора, возможно появление кавитации. Кроме того, в насосах с крутопадающими характеристиками системы H, зона регулирования снижается.
Также известно регулирование работы насоса, изменением частоты вращения вала [6]. Такой способ наиболее удачен, но самый дорогостоящий, так как для осуществления регулировки необходимы специальные приводы.
По сравнению с дроссельным (через задвижки) регулированием, регулирование частотой более эффективно. Однако при пониженных оборотах, снижается эффективность насоса.
Известна также, регулировка работы насоса [7] и [8] путем подрезания колеса. Подрезая колесо в разумных пределах, изменяют рабочую характеристику, что незначительно влияет на работу насоса. При этом пределы рабочей зоны, весьма ограничены.
Уменьшение диаметра колеса подрезкой свыше 10-15% от первоначального, влечет неустойчивую работу насоса, вызванную удлинением пути частиц жидкости по спиральному отводу до напорного патрубка, дисковыми потерями, через зазор. С гидроэнергетической точки зрения, поток жидкости, идущий с рабочего колеса в отвод, обладает кинетической энергией и преобразовывает ее в энергию давления. При истечении потока с лопатки, струя мгновенно расширяется, происходит падение энергии давления. Изменяется направление и форма потока, повышается хаотичность движения, расслоение потока и как следствие, происходит разрыв потока. Все это отрицательно сказывается на подаче жидкости.
Для устранения указанных недостатков поставлена задача, создать устройство регулирования работы центробежного насоса с целью повышения его напора и подачи.
Для осуществления поставленной задачи предложено устройство регулирования работы центробежного насоса, которое также, как и известное, включает статорную часть, имеющую цельный или наборной корпус со входной и напорной крышками с патрубками, и роторную часть, содержащую вал с рабочим(и) колесом(ами), имеющими основной и покрывной диски, внутри которых закреплены лопатки, и подшипниковые опоры, связывающие статорную и роторную части.
В отличие от известного технического решения, на внутренних поверхностях основного и покрывного дисков рабочего колеса выполнены продольные, в сечении сферические, каналы и направленные они в сторону наклона лопаток или перпендикулярно к оси вращения рабочего колеса. При этом, каналы имеют выход к наружной окружности дисков, глубина a которых меньше половины толщины s диска и относится глубина a к длине l каналов, как 1:8, а к расстоянию b между каналами, как 1:10. К тому же, на основном и покрывном дисках каналы расположены попарно, один против другого.
Отличительные признаки заявляемого устройства регулирования работы центробежного насоса - новы, достаточны и необходимы для выполнения поставленной задачи, имеют ряд положительных качеств, которые влияют на технический результат, а именно:
- на истечение рабочей жидкости дополнительно воздействуют каналами выполненными на внутренних поверхностях основного и покрывного дисков.
В рабочем колесе центробежного насоса между основным и покрывным дисками имеется сужающая полость. Движение жидкости в полости осуществляется, в основном, за счет физического воздействия на нее лопаток. В данном техническом решении, на сужаемом участке полости выполнены продольные каналы, которые служат дополнительными минимальными лопатками. Каналы отбирают часть движущегося потока на сужающейся части полости и так же, как и лопатки, под действием центробежной силы, выбрасывают жидкость за пределы колеса. Другими словами, каналы дополнительно преобразовывают механическую энергию в гидравлическую.
- продольные каналы в сечении - сферические.
Сферическое сечение создает наименьшее сопротивление истекаемой жидкости.
- каналы, направленные в сторону наклона лопаток или перпендикулярно к оси вращения рабочего колеса.
Такое направление способствует разложению сил, действующих при истечении жидкости на выходе с рабочего колеса.
- каналы имеют выход к наружной окружности дисков.
Это позволяет жидкости вышедшей с канала лишний раз не изменять направление движения в сторону сужаемого основного потока жидкости.
- глубина a каналов меньше половины толщины s диска.
Такая глубина не повлияет негативно на прочность колеса при его работе.
- глубина a каналов относится к длине l каналов, как 1:8.
По данному техническому решению соотношение 1:8 - оптимальное для множества проверенных колес центробежных насосов. Иными словами, глубина канала достаточна для создания дополнительной струи, которая положительно влияет на основной поток сошедшего с колеса. Дополнительная струя становится, как бы стенкой жесткости, предохраняющей основной поток от прежде временного расслоения. К тому же, такая длина канала - достаточна для формирования дополнительного потока. При уменьшении канала, дополнительный поток не успеет сформироваться и, как результат, на выходе из канала получим веерный эффект. Струя рассеется. При увеличенной длине канала, уменьшается прочность диска. Кроме того, канал уходит в расширенную часть полости, что негативно влияет на формирование основного потока.
- глубина каналов a относится к расстоянию b между каналами, как 1:10.
Такая зависимость предотвращает наслаивание исходящего дополнительного потока с одного канала на дополнительный поток исходящего с другого канала. При этом создается стенка общего потока в зоне каналов, состоящая из дополнительных потоков, которая предохраняет от прежде временного расслоения основного потока.
- на основном и покрывном дисках каналы расположены попарно, один против другого.
Такое расположение каналов исключает возникновение волнообразных дополнительных противолежащих потоков и их действие на основной поток.
Все отличительные признаки находятся в причинно - следственной связи с полученным результатом и позволяют на должном техническом уровне решить поставленную задачу. Таким образом, признаки заявляемого технического решения являются существенными.
Сущность технического решения устройство регулирования работы центробежного насоса поясняется чертежами.
На фиг.1 - схематически изображен центробежный насос.
На фиг.2 - изображен вид А.
На фиг.3 - изображено сечение по Б-Б.
На фиг.4 - изображен вид В.
На фиг.5 - изображен график зависимости напора и подачи.
Для регулирования работы центробежного насоса, насос включает статорную часть, имеющую цельный или наборной корпус 1 со входной и напорной крышками 2, 3 с патрубками 4, 5, и роторную часть, содержащую вал 6 с рабочим(и) колесом(ами), имеющими основной и покрывной диски 7, 8, внутри которых закреплены лопатки 9. Насос также включает подшипниковые опоры 10, связывающие статорную и роторную части. На внутренних поверхностях основного и покрывного дисков рабочего колеса выполнены продольные, в сечении сферические, каналы и направленные они в сторону наклона лопаток или перпендикулярно к оси вращения рабочего колеса. Каналы имеют выход к наружной окружности дисков, глубина a которых меньше половины толщины s диска и относится глубина a к длине l каналов, как 1:8, а к расстоянию b между каналами, как 1:10. На основном и покрывном дисках каналы расположены попарно, один против другого.
Регулирование работы центробежного насоса проводили следующим образом.
Брали готовые рабочие колеса диаметром 312 мм, На внутренних поверхностях основных и покрывных дисков, между установленными лопатками, делали продольные каналы. Далее рабочие колеса устанавливали на вал. В собранном виде роторную часть размещали в статорной части насоса ЦНС 180-1900. Насос подключали к трубопроводу и испытывали, вращая вал с рабочими колесами. Перекачиваемая жидкость поступала на вход рабочих колес. Подхваченная лопатками колес и под действием центробежной силы, жидкость через сужающие полости, между дисками и лопатками, поступала на выход с колес. При этом в сужающейся части полости, часть жидкости с обеих сторон уходила и заполняла каналы в дисках. Таким образом, на выходящую жидкость из каналов действовало физическое воздействие, созданное не только лопатками, но и дополнительное, созданное каналами. Обе слагаемые центробежной силы складывались и увеличивали скорость жидкости в каналах. Таким образом, скорость жидкости в каналах больше от скорости основного потока жидкости, выходящей с сужающейся части полости колес. Как следствие, получили увеличение напора (не менее 5%) и подачи насоса. Это значит, что рабочая зона насоса с измененными колесами, изменилась, а рабочая точка сместилась вгору по диагонали. Данное заключение подтверждается характеристиками насоса, имеющего рабочие колеса с каналами, и насоса с рабочими колесами без каналов (фиг.5).
Заявляемое техническое решение позволяет регулировать работу центробежного насоса путем использования минимум затрат. Другими словами, имея насос с его технической характеристикой, используя данное решение, получим прирост в напоре и подаче, что очень важно при перекачивании больших объемов жидкости.
Центробежные насосы с каналами в рабочих колесах, как при испытаниях, так и при работе на многих промышленных объектах, зарекомендовали себя с положительной стороны. Дополнительных вибраций и шумов не наблюдалось.
Данное устройство решает одну из многочисленных технических задач актуальных в производстве и может широко использоваться на объектах при эксплуатации насосов.