УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСЕВОЙ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА РАБОЧЕЕ КОЛЕСО СТУПЕНИ ПОГРУЖНОГО ЛОПАСТНОГО НАСОСА
DEVICE TO DETECT AXIAL FORCE ACTING AT IMPELLER OF SUBMERSIBLE IMPELLER PUMP STAGE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидромашиностроении при разработке оборудования нефтедобывающей промышленности, в частности многоступенчатых погружных центробежных насосов, а именно для определения усилий на рабочее колесо насоса во время стендовых испытаний.
Известно устройство для определения величины осевого усилия, действующего на упорный подшипник турбомашины. Устройство содержит подвижный в осевом направлении думмис, размещенный в проточке статора с образованном двух полостей, связанных с источником высокого давления, регистратор давления и реле осевого сдвига. Это устройство раскрыто в Описании изобретения к авторскому свидетельству 861988, 17.09.81, G01L 5/00.
Известно также устройство для определения осевых усилий на вал центробежного насоса, раскрытое в патенте US 4782696 A, 08.11.1988, G01L 5/12.
Недостатками устройств такой конструкции являются отсутствие возможности определения осевых усилий в одной ступени многоступенчатого насоса, сложность устройства, а также большое число промежуточных элементов, передающих осевое усилие от центробежного колеса к измерительному устройству.
Наиболее близким аналогом - прототипом - заявляемого изобретения является устройство для определения осевых усилий на опору направляющего аппарата ступени погружного центробежного насоса, раскрытое в описании изобретения к патенту Российской Федерации RU 2206076, 29.11.2001, G01L 5/00, G01l 1/22. Устройство содержит корпус, выполненный в виде направляющего аппарата ступени насоса, и кольцевую мембрану. Мембрана снабжена опорным буртом, представляющим собой осевую опору для рабочего колеса. На поверхности внутренней части мембраны закреплены две пары тензодатчиков, электрически связанных с устройством определения состояния тензодатчиков. Для визуального определения момента «всплытия» рабочих колес (индикации «всплытия») в сборку ступеней установили направляющий аппарат с прозрачной боковой поверхностью, выполненной из оргстекла.
Основным недостатком указанного устройства является то, что тензодатчики ненадежно работают в воде, на которой проводятся испытания насосов, требуют весьма тщательной гидроизоляции. Это определяет высокую сложность конструкции и недостаточную надежность работы устройства.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, и технический результат состоят в повышении надежности работы устройства путем размещения датчика силы вне проточной части устройства, заполненной водой.
Конструкция устройства для определения осевых усилий на рабочее колесо насоса, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.
Устройство для определения осевой силы, действующей на рабочее колесо ступени погружного лопастного насоса, содержит корпус, вал, рабочее колесо, установленное на валу, направляющий аппарат и датчик силы. Согласно изобретению в корпусе установлена нажимная втулка, выполненная с возможностью осевого перемещения, на внешней поверхности которой выполнен опорный бурт, осевой торец которого прижат к датчику силы, установленному в корпусе. Верхний торец нажимной втулки является осевой опорой рабочего колеса, в корпусе выполнено, по крайней мере, одно окно в радиальном направлении.
Кроме того, корпус устройства выполнен в виде цилиндра с верхним и нижним фланцами, причем поверхность верхнего фланца, обращенная к перекачиваемой жидкости, повторяет контур нижнего диска направляющего аппарата.
Кроме того, в корпусе установлены уплотнения нажимной втулки, разделяющие внутреннюю проточную часть от внешнего пространства.
Кроме того, уплотнения нажимной втулки являются прецизионно-щелевыми.
Кроме того, на нажимной втулке установлен цилиндрический ролик в виде штифта, снабженного втулкой, а в корпусе выполнен, по крайней мере, один стопор в виде выступа.
Размещение в корпусе устройства нажимной втулки, выполненной с возможностью осевого перемещения, с опорным буртом, который прижат к датчику силы, верхний торец которой является осевой опорой рабочего колеса, а в корпусе выполнено окно в радиальном направлении, установлены уплотнения нажимной втулки, разделяющие внутреннюю проточную часть от внешнего пространства, позволяет установить датчик силы за пределами проточной части, благодаря чему датчик работает на воздухе. Это позволяет упростить устройство, сделать испытания более надежными.
Выполнение верхней части корпуса устройства таким образом, что его поверхность, обращенная к перекачиваемой жидкости, повторяет контур нижнего диска направляющего аппарата, позволяет смоделировать проточную часть ступени и более точно определить осевую силу, действующую на рабочее колесо.
Выполнение уплотнений для нажимной втулки прецизионно-щелевыми, а не контактными позволяет уменьшить погрешность определения осевой силы.
Установка на нажимной втулке цилиндрического ролика в виде штифта, снабженного втулкой, и выполнение в корпусе стопора позволяет устранить вращение нажимной втулки и увеличить надежность работы датчика силы.
На фиг.1 изображено заявляемое устройство в разрезе, в сборе с насосными ступенями.
На фиг.2 изображен общий вид заявляемого устройства с датчиком силы.
На фиг.3 показан цилиндрический ролик в виде штифта, снабженного втулкой, и стопор.
Устройство для определения осевой силы, действующей на рабочее колесо ступени погружного лопастного насоса, содержит корпус 1, вал 2, рабочее колесо 3, установленное на валу 2, направляющий аппарат 4 и датчик силы 5. В корпусе 1 установлена нажимная втулка 6, на внешней поверхности которой выполнен опорный бурт, осевой торец которого прижат к датчику силы 5, установленному в корпусе 1. Верхний торец нажимной втулки 6 представляет собой осевую опору рабочего колеса 3. В корпусе 1 выполнено окно в радиальном направлении, предназначенное для установки и обслуживания датчика силы 5 и отвода возможных протечек перекачиваемой насосом стендовой жидкости.
Корпус 1 выполнен в виде цилиндра с верхним и нижним фланцами, поверхность верхнего фланца, обращенная к перекачиваемой жидкости, повторяет контур нижнего диска направляющего аппарата 4.
В корпусе 1 установлены уплотнения 7, 8 нажимной втулки 6, разделяющие внутреннюю проточную часть от внешнего пространства.
На нажимной втулке 6 установлен цилиндрический ролик 9 в виде штифта, снабженного втулкой 10, а в корпусе 1 выполнен стопор 11.
Датчик силы 5 может быть закреплен в корпусе устройства и электрически соединен с цифровым индикатором 12.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Предварительно устройство в сборе тарируется набором стандартных весов, чтобы учесть возможную погрешность от уплотнений 7 и 8. После этого оно устанавливается на стенд испытания ступеней.
Поток стендовой жидкости проходит через внутреннюю проточную полость нажимной втулки 6 к входной воронке рабочего колеса 3. Рабочее колесо 3 вращается на валу 2 насоса и имеет возможность осевого перемещения по валу 2. При вращении рабочего колеса 3 в пазухе ступени под нижним диском и в пазухе ступени над верхним диском создаются разные эпюры давления жидкости. Интегрированное сложение этих эпюр давлений создает осевое усилие на рабочее колесо 3, которое необходимо измерить (искомое усилие). Входная воронка находится на нижнем диске колеса 3. Поэтому осевое усилие направлено, как правило, сверху вниз, навстречу потоку перекачиваемой жидкости. Перемещающееся по валу 2 рабочее колесо 3 прижато осевым усилием через нижнюю шайбу к верхнему торцу нажимной втулки 6. Через опорный бурт, прижатый к датчику силы 5, осевое усилие воспринимается датчиком силы 5 и индицируется цифровым индикатором 12. Через нижнюю шайбу рабочего колеса 3 на верхний торец нажимной втулки 6 передается крутящий момент. Для предотвращения вращения нажимной втулки 6 служит стопор 11.
Указанная конструкция устройства для определения осевой силы, действующей на рабочее колесо ступени погружного лопастного насоса, благодаря размещению датчика силы вне проточных полостей устройства, заполненных водой, позволяет повысить надежность работы устройства.