Многосекционный электронасосный агрегат
MULTI-SECTION ELECTRIC PUMP UNIT

Изобретение относится к машиностроению, а именно к насосам для перекачивания различных жидкостей, в том числе для перекачивания химически активных и пожаровзрывоопасных жидкостей, пары которых могут образовывать с воздухом опасные смеси, температура перекачиваемой жидкости: до +150°С, применяются в нефтеперерабатывающей и газовой промышленности.
Известен пятисекционный электронасосный агрегат, содержий установленные вертикально на опорной плите насосные секции, последовательно сообщенные между собой посредством перепускного патрубка, при этом каждая насосная секция снабжена приводным электродвигателем, соединенным с насосной секцией через магнитную муфту, в верхней части которой расположен нагнетательный патрубок, а в нижней части установлен соединенный с последним опорный стакан, опорный стакан соединен с опорной плитой посредством фланцевого соединения, причем перепускной патрубок посредством фланцевого соединения герметично присоединен со стороны одного конца к нагнетательному патрубку первой секции и со стороны другого конца к всасывающему патрубку второй секции по ходу перекачиваемой электронасосным агрегатом жидкой среды двухсекционный электронасосный агрегат и далее аналогичное соединение других секций (см. патент РФ №196493 U1, МПК F04D 13/12 (2006.01), F04D 29/60 (2006.01), МПК F04D 13/02, (2006.01), 03.03.2020).
Данный пятисекционный электронасосный агрегат не обеспечивает необходимую надежность работы, обусловленную недостаточным охлаждением магнитной муфты и сбоями в регулировании числа оборотов валов секций и электродвигателей на каждой секции.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является двухсекционный электронасосный агрегат, содержащий вертикально установленные на опорной плите и сообщенные между собой посредством перепускных патрубков не менее двух электронасосных секций, каждая из которых включает корпус всасывания, средний корпус, корпус нагнетания, рабочие ступени, колеса которых установлены на рабочем валу с центральным отверстием, расположенном на опорах в корпусах нагнетания и всасывания, входной канал, находящийся в корпусе всасывания и выходной канал, находящийся в корпусе нагнетания, сообщенный с выполненной в корпусе нагнетания за рабочей ступенью напорной полостью, приводной вал и магнитную муфту, связывающую приводной вал электродвигателя с рабочим валом и состоящую из двух полумуфт с постоянными магнитами и немагнитный герметизирующий экран, расположенный между ведомой магнитной полумуфтой и ведущей магнитной полумуфтой (см. патент на полезную модель RU №196491 U1, МПК F04D 13/12 (2006.01), МПК F04D 29/60 (2006.01), МПК F04D 13/02 (2006.01), 18.12.2019).
Известный двухсекционный электронасосный агрегат не обеспечивает необходимую надежность работы, обусловленную недостаточным охлаждением магнитной муфты при засорении центрального отверстия, выполненного в валу секции и сбоями в регулировании числа оборотов валов секций и электродвигателей на каждой секции.
Задачей предлагаемого изобретения является создание многосекционного электронасосного агрегата, обеспечивающего необходимую надежность при эксплуатации.
Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является повышение надежности работы, обусловленного дополнительным раздельным регулированием параметров насосных секций и качественным охлаждением муфты при условии забитых центральных отверстий в валах секций.
Указанный технический результат достигается тем, что во многосекционном электронасосном агрегате, содержащем вертикально установленные на опорной плите и сообщенные между собой посредством перепускных патрубков не менее двух электронасосных секций, каждая из которых включает корпус всасывания, средний корпус, корпус нагнетания, рабочие ступени, колеса которых установлены на рабочем валу с центральным отверстием, расположенном на опорах в корпусах нагнетания и всасывания, входной канал, находящийся в корпусе всасывания и выходной канал, находящийся в корпусе нагнетания, сообщенный с выполненной в корпусе нагнетания за рабочей ступенью напорной полостью, приводной вал и магнитную муфту, связывающую приводной вал электродвигателя с рабочим валом и состоящую из двух полумуфт с постоянными магнитами и немагнитный герметизирующий экран, расположенный между ведомой магнитной полумуфтой и ведущей магнитной полумуфтой каждая электронасосная секция снабжена двумя трехходовыми кранами - верхним трехходовыми краном и нижним трехходовыми краном, соединенных между собой байпасным трубопроводом, при этом верхний трехходовой кран установлен на корпусе нагнетания, а нижний трехходовой кран установлен на корпусе всасывания, и обоймой, установленной в корпусе нагнетания и на рабочем валу, причем в обойме параллельно вертикальной оси каждой электронасосной секции по окружности выполнены сквозные отверстия и изогнутое Г-образное отверстие, при этом горизонтальная часть Г-образного отверстия сообщена с верхним трехходовым краном, а вертикальная часть Г-образного отверстия сообщена с полостью герметизирующего экрана, причем верхний и нижний трехходовые краны установлены с возможностью сообщения полости нагнетания с полостью всасывания.
Кроме того, предпочтительно, что каждая секция снабжена дополнительным средним корпусом, установленным между средним корпусом и корпусом нагнетания.
Кроме того, предпочтительно, что наружная поверхность обоймы выполнена ступенчатой в виде цилиндров разного диаметра.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена секция многосекционного электронасосного агрегата, общий вид;
на фиг. 2 изображен выносной элемент А на фиг. 1;
на фиг. 3 изображен выносной элемент Б на фиг. 1;
на фиг. 4 изображен выносной элемент В на фиг. 3;
на фиг. 5 изображен разрез Г-Г на фиг. 1;
на фиг. 6 изображен двухсекционный агрегат, вид сверху;
на фиг. 7 изображен трехсекционный агрегат, вид сверху;
на фиг. 8 изображен четырехсекционный агрегат, вид сверху;
на фиг. 9 изображен пятисекционный агрегат, вид сверху;
на фиг. 10 изображен шестисекционный насосный агрегат, вид сверху;
на фиг. 11 изображено расположение ручки верхнего трехходового крана в положении «Спуск воздуха»;
на фиг. 12 изображено расположение ручки нижнего трехходового крана в положении «Спуск воздуха»;
на фиг. 13 изображено расположение ручки верхнего трехходового крана в положении «Слив жидкости»;
на фиг. 14 изображено расположение ручки нижнего верхнего трехходового крана в положении «Слив жидкости»;
на фиг. 15 расположение ручки верхнего трехходового крана в положении «Рабочее положение»;
на фиг. 16 расположение ручки нижнего трехходового крана в положении «Рабочее положение»;
на фиг. 17 расположение ручки верхнего трехходового крана в положении «Регулировка гидравлических параметров и дополнительного охлаждения магнитной муфты в насосной секции».
на фиг. 18 изображено то же, в положении «Регулировка гидравлических параметров и дополнительного охлаждения магнитной муфты в насосной секции».
Многосекционный электронасосный агрегат состоит из установленных на опорной плите 1 не менее двух электронасосных секций, например, двух, трех, четырых, пяти, шести и т.д. секций, соответственно 2, 3, 4, 5, 6, 7 и т.д. Электронасосные секции 2, 3, 4, 5, 6, 7 последовательно сообщены между собой посредством перепускных патрубков 8.
Расположение секций 2, 3, 4, 5, 6, 7 на опорной плите 1 может быть различным, например, в один ряд, или в несколько рядов, или по окружности в зависимости от предпочтений заказчика.
Каждая секция 2, 3, 4, 5, 6, 7 содержит приводной электродвигатель 9, вал которого соединен с валом 10 насосной секции через магнитную муфту, состоящую из ведущей магнитной полумуфты 11 и ведомой магнитной полумуфты 12, причем между ведущей магнитной полумуфтой 11 и ведомой магнитной полумуфтой 12 расположен немагнитный герметизирующий экран 13, предназначенный для обеспечения герметичности насосной секции. Автономный приводной электродвигатель 9 каждой из насосных секций агрегата позволяет при пуске в работу снизить пусковой крутящий момент, что снижает пиковые нагрузки на электроприводе, предотвращая таким образом его выход из строя.
Каждая секция 2, 3, 4, 5, 6, 7 состоит из корпуса всасывания 14 со всасывающим патрубком 15, среднего корпуса 16, дополнительного среднего корпуса 17 и корпуса нагнетания 18 с напорным патрубком 19. Корпус выполнен раздельным для унификации и облегчения модернизации агрегата. В средних корпусах 16, 17 установлены ступени 20, при увеличении или уменьшении которых меняется только средний корпус 16, а корпус всасывания 14 и корпус нагнетания 18 остаются прежними. Дополнительный средний корпус 17 установлен между средним корпусом 16 и корпусом нагнетания 18.
Каждая секция 2, 3, 4, 5, 6, 7 снабжена не менее чем двумя трехходовыми кранами: верхним трехходовым краном 21, установленным на корпусе нагнетания 18 и нижним трехходовым краном 22, при этом краны 21 и 22 занимают при эксплуатации следующие положения: «Спуск воздуха» (см. фиг. 11), «Рабочее положение» (см. фиг. 13), «Регулирование гидравлических параметров и дополнительное охлаждение магнитной муфты» (см. фиг. 14), «Слив жидкости» (см. фиг. 13). Краны 21 и 22 соединены между собой посредством трубопровода 23, что обеспечивает дополнительное раздельное регулирование параметров насосных секций и тем самым повышает надежность многосекционного электронасосного агрегата при эксплуатации.
В корпусе нагнетания 18 насосной секции в верхней части расположена обойма 24, в которой параллельно вертикальной оси насосной секции по окружности выполнены сквозные отверстия 25 для охлаждения немагнитного герметизирующего экрана 13, и Г-образное отверстие 26 для охлаждения немагнитного герметизирующего экрана 13, при этом горизонтальная часть Г-образного отверстия 26 сообщена с верхним трехходовым краном, а вертикальная часть отверстия 25 сообщена с полостью герметизирующего экрана 13, причем верхний и нижний трехходовые краны 21, 22 установлены с возможностью сообщения полости нагнетания с полостью всасывания в одном из положений, что дает возможность принудительного регулирования гидравлических параметров насосного агрегата посредством трубопровода 23 и тем самым повышать надежность.
Наружная поверхность обоймы 24 выполнена ступенчатой в виде цилиндров разного диаметра.
Внутри обоймы 24 установлена верхняя опора 27 подшипника скольжения вала 10 насосной секции. Средняя опора 28 подшипника скольжения вала 10 насосной секции расположена в среднем корпусе 16. В нижней части корпуса всасывания 14 расположена нижняя опора скольжения 29 вала 10 насосной секции.
Опоры рабочего вала 10 выполнены в виде двух радиальных и двух осевых подшипников скольжения с вкладышами из материала карбид вольфрама, или карбид кремния, для увеличения ресурса работы опор.
В рабочем вале 10 вдоль центральной оси выполнено отверстие 30 для охлаждения магнитной муфты, причем в отверстии 30 установлен жиклер для контроля внутренних перетечек объема жидкости для охлаждения муфты.
Для обеспечения дополнительного охлаждения герметизирующего экрана 13 в верхней части корпуса нагнетания выполнены отверстия, расположенные со стороны магнитной муфты.
Данная конструкция охлаждения магнитной муфты обеспечивает надежную работу магнитной муфты и насосной секции при любых ситуациях, обеспечивая непрерывную эксплуатацию многосекционных насосных агрегатов.
Многосекционный электронасосный агрегат работает следующим образом.
Для нормальной работы агрегата заполняют секции 2, 3, 4, 5, 6 перекачиваемой жидкостью, для этого необходимо спустить воздух, установив ручку 31 верхнего трехходового крана 21 и ручку 32 нижнего трехходового крана 22 в положение «Спуск воздуха» (см. фиг. 11, 12). После заполнения жидкостью агрегата переводят ручку 31 верхнего трехходового крана 21 и ручку 32 нижнего трехходового крана 22 в положение «Рабочее положение» (см. фиг. 15, 16). После этого производят пуск агрегата.
После окончания эксплуатации агрегата жидкость из насосных секций нужно слить. Для этого необходимо ручки верхнего трехходового крана 21 и нижнего трехходового крана 22 установить в положение «Слив жидкости» (см. фиг. 15, 16).
Работу агрегата рассмотрим на примере работы двухсекционного электронасосного агрегата.
При запуске насосного агрегат крутящий момент от вала электродвигателя 9 с помощью магнитных сил ведущей магнитной полумуфты 11 бесконтактно через герметизирующий экран 13 передается на ведомую магнитную полумуфту 12, которая с помощью шпоночного соединения передает крутящий момент на вал 10 секции, приводя во вращение рабочие ступени 20.
Жидкость поступает через всасывающий патрубок 15 в корпус всасывания 14, затем поступает на рабочие ступени 20 насосной секции, расположенных в средних корпусах 16, 17. С помощью центробежных сил в рабочих ступенях 20 повышается давление жидкости, далее жидкость уже с повышенным давлением поступает в корпус нагнетания 18 и в нагнетательный патрубок 19.
Для охлаждения магнитной муфты, нагревающейся от возникающих из-за магнитных сил токов Фуко, жидкость из корпуса нагнетания 18 через отверстия 25 (d) расположенных по окружности в обойме 24 поступает в полость между ведомой магнитной полумуфтой 13 и герметизирующим экраном 13, затем через центральное отверстие 30 в валу 10 отводится в полость рабочих секций 20. При засорении центрального отверстия 30 в валу 10 или при недостаточном охлаждении магнитной муфты жидкость отводится через Г-образное отверстие 26 диаметром d1 и трубопровод 23, соединяющий верхний трехходовой кран 21 и нижний трехходовой кран 22, при этом ручки трехходовых кранов 21, 22 занимают положение «Регулирование гидравлических параметров и дополнительное охлаждение магнитной муфты» (см. фиг. 17, 18).
Также с помощью верхнего трехходового крана 21 и нижнего трехходового крана 22 можно регулировать параметры насосной секции с помощью частичного открытия кранов до положения «Регулирование гидравлических параметров и дополнительное охлаждение магнитной муфты» (см. фиг. 17, 18).
При использовании заявленного изобретения - многосекционного электронасосного агрегата, обеспечивающего надежность при эксплуатации, каждый отличительный существенный признак формулы изобретения влияет на достижение технического результата, т.к. выявлена причинно-следственная связь между техническим результатом и совокупностью отличительных существенных признаков формулы изобретения.
Настоящее изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтяной, нефтегазовой и других отраслях промышленности при перекачке различных, в том числе и агрессивных, жидких сред.