ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к насосостроению и может быть использована при перекачке жидкостей в различный отраслях, в том числе, в нефтегазовой отрасли.
Известен центробежный насос, состоящий из корпусных деталей с приемным и выходным патрубками, корпусов подшипников, ротора с рабочими колесами, установленными на вал секций с направляющими аппаратами и запрессованными в них кольцами щелевых уплотнений рабочих колес, кольцевых уплотнений. (Малюшенко В.В., Михайлов А.К. - Энергетические насосы: Справочное пособие. Энергоиздат, 1981, 200 с., С 65-70). Основным недостатком данного центробежного насоса является низкий коэффициент полезного действия, во многом обусловленный большими зазорами в щелевых уплотнениях.
Известен центробежный насос с самоустанавливающимися рабочими колесами. Насос содержит вал, рабочее колесо со ступицами, уплотняющие поверхности колеса контактируют с эластичными кольцами, застопоренными от проворота в корпусе насоса. Каждое эластичное кольцо установлено с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса насоса и прижато с минимальным зазором к поверхности ступицы под действием сил, образованных перепадом давления, создаваемого колесом при работе насоса. Внутренняя поверхность каждого эластичного кольца в средней части выполнена с равномерно расположенными по окружности выемками, обеспечивающими при вращении колеса формирование гидродинамического клина между поверхностью эластичного кольца и цилиндрической поверхностью ступицы колеса. Такое исполнение насоса обеспечивает повышение коэффициента полезного действия насоса за счет снижения утечек в щелевом зазоре вследствие самоуплотнения рабочего колеса. (Патент RU №2196254).
Недостатком данного насоса является то, что при перекачивании рабочей жидкости с содержанием твердых частиц происходит износ эластичного кольца, это приводит к большим утечкам в кольцевом зазоре между ступицей рабочего колеса и эластичным кольцом, а также к резкому падению КПД насоса, снижает его надежность, долговечность.
Известен центробежный насос, содержащий крышку входную, приемный патрубок, крышку напорную, выходной патрубок, втулки разгрузки, подшипниковые узлы, ротор с рабочими колесами, втулки межступенчатых уплотнений, корпуса и направляющие аппараты с установленными в них кольцами щелевых уплотнений. Межступенчатое уплотнение имеют неподвижное с упорным буртиком кольцо, запрессованное в корпус. Передние уплотнения рабочих колес плавающего типа, имеют подвижное кольцо с упорным буртиком и канавкой с резиновым уплотнительным кольцом со стороны опорного торца. При этом насос содержит монтажное кольцо, составляющее с подвижным кольцом самостоятельную сборочную единицу, который запрессовывается в корпус по посадочной поверхности монтажного кольца. При этом монтажное кольцо и подвижное кольцо собраны так, что резиновое уплотнительное кольцо прилегает к гладкой торцовой поверхности монтажного кольца, а подвижное кольцо зафиксировано в осевом и окружном направлениях в монтажном кольце. (RU 2468254). Данное техническое решение является наиболее близким заявляемому.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является то, что при работе известных конструкций насоса при наличии твердых частиц в перекачиваемой жидкости происходит интенсивный износ колец (монтажного кольца) щелевого зазора корпуса, колец (подвижного кольцо) щелевого зазора рабочего колеса, резинового уплотнительного кольца за счет попадания в щелевой зазор твердых частиц. При этом происходит, в первую очередь, эрозионный износ резинового уплотнительного кольца, затем эрозионный и коррозионный износ колец щелевого зазора, притом эрозионный и коррозионный износ будут усиливать друг друга. За счет износа резинового уплотнительного кольца, колец щелевого зазора увеличивается зазор щелевого уплотнения и возрастают утечки перекачиваемой жидкости, вследствие чего снижаются напорно-расходные характеристики, снижается КПД насоса, снижается надежность и долговечность насоса, повышаются энергозатраты.
Техническим результатом применения полезной модели является повышение износостойкости и коррозионной стойкости насоса, повышение КПД, снижение энергозатрат при перекачивании жидкости с повышенным содержанием твердых частиц, и, как следствие, повышение надежности и долговечности насоса.
Указанный технический результат достигается тем, что центробежный насос, содержит корпус, щит, один или более направляющих аппаратов, вал, одно или более рабочих колес, подшипниковые узлы, наружные кольца щелевого уплотнения, установленные в корпусе и в направляющем аппарате, с возможностью перемещения в определенных пределах в плоскости перпендикулярной валу с обеспечением необходимой герметичности, внутренние кольца щелевого уплотнения, установленные неподвижно и герметично в цилиндрические пояса рабочих колес и на элементах ротора насоса. При этом поверхности колец щелевого уплотнения содержат покрытие из боридов железа, полученное химико-термической обработкой насыщением поверхностных слоев колец бором. Наружные кольца щелевого уплотнения размещены с зазором на внутренних кольцах щелевого уплотнения, при этом внутренняя цилиндрическая поверхность наружного кольца щелевого уплотнения с покрытием из боридов железа имеет возможность контактировать с покрытием из боридов железа наружной цилиндрической поверхности внутреннего кольца, образуя пару трения с обеспечением необходимой герметичности.
Кроме того, возможен вариант, когда наружные кольца щелевого уплотнения размещены на внутренних кольцах щелевого уплотнения с зазором в пределах 0.0003-0.003 от величины диаметра наружной цилиндрической поверхности внутреннего кольца щелевого уплотнения.
Возможен вариант, когда наружные кольца щелевого уплотнения закреплены в кольцевом пазе с помощью винтов и шайб в двух или более местах. Шайбы закреплены винтами на корпусе и на направляющем аппарате и прижимают в осевом направлении к корпусу и направляющему аппарату наружное кольцо с обеспечением необходимой герметичности, с обеспечением возможности перемещения его в определенных пределах в плоскости перпендикулярной валу, ограничивая перемещение вдоль вала и вращение относительно вала.
Сущность полезной модели поясняется фигурами.
На фиг. 1 представлен заявляемый центробежный насос.
На фиг. 2 представлен выносной элемент I, где показаны щелевые уплотнения центробежного насоса.
На фиг. 3 представлен разрез А-А, где показано закрепление наружного кольца щелевого уплотнения.
На фиг. 4 представлен выносной элемент II, где показано закрепление внутреннего щелевого уплотнения на цилиндрической поверхности элемента ротора.
Заявленный центробежный насос содержит корпус 1, щит 2, один или более направляющих аппаратов 3, вал 4, одно или более рабочих колес 5, подшипниковые узлы 6 и 7, наружные кольца 8 щелевого уплотнения 9, установленные в корпусе 1 и в направляющем аппарате 3 с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной валу 4, с обеспечением необходимой герметичности, внутренние кольца 10 щелевого уплотнения 9. Внутренние кольца 10 щелевого уплотнения установлены неподвижно и герметично, например, запрессованы, на цилиндрические пояса 11 рабочих колес 5. Также внутреннее кольцо 10 щелевого уплотнения 9 может быть установлено неподвижно и герметично на элементы 12 ротора 13 насоса, например, внутреннее кольцо 10 может быть запрессовано на цилиндрическую поверхность 14 элемента 12 ротора 13 насоса. При этом поверхности 15 и 16 колец 8, 10 щелевого уплотнения 9 содержат покрытия 17 и 18 из боридов железа, полученные химико-термической обработкой насыщением поверхностных слоев колец 8 и 10 бором. Наружные кольца 8 щелевого уплотнения 9 размещены с зазором на внутренние кольца 10 щелевого уплотнения 9. При этом внутренняя цилиндрическая поверхность 15 наружного кольца 8 щелевого уплотнения 9 покрытием 17 из боридов железа имеет возможность контактировать с покрытием 18 из боридов железа наружной цилиндрической поверхности 16 внутреннего кольца 10, образуя пару трения с обеспечением необходимой герметичности.
Возможен вариант, когда наружные кольца 8 щелевого уплотнения 9 размещены на кольцах 10 щелевого уплотнения с зазором в пределах 0.0003-0.003 от величины диаметра наружной цилиндрической поверхности 16 внутреннего кольца 10 щелевого уплотнения 9.
Возможен вариант, когда наружные кольца 8 щелевого уплотнения закреплены в кольцевом пазе 19 с помощью винтов 20 и шайб 21 в двух или более местах, при этом шайбы 21 закреплены винтами 20 на корпусе 1 и на направляющем аппарате 3 и прижимают в осевом направлении к корпусу 1 и направляющему аппарату наружное кольцо 8 с обеспечением необходимой герметичности, с обеспечением возможности перемещения его в определенных пределах в плоскости, перпендикулярной валу 4, ограничивая перемещение вдоль вала 4 и вращение относительно вала 4.
В процессе работы насоса вследствие вращения расположенных на валу 4 рабочего колеса 5 относительно направляющего аппарата 3 перекачиваемая жидкость поступает во входной патрубок 22 и направляется в рабочее колесо 5 ступени насоса. Далее перекачиваемая жидкость поступает в направляющий аппарат 3 ступени насоса. В направляющем аппарате 3 перекачиваемая жидкость разворачивается в направлении вала 4 и поступает в следующее рабочее колесо (на фигуре не показано), или из направляющего аппарата 3 перекачиваемая жидкость поступает объединительную камеру 23, образованную корпусом 1 и щитом 2 центробежного насоса, при условии если ступень в насосе последняя по направлению движения перекачиваемой жидкости, или, если насос одноступенчатый. Радиальные нагрузки, возникающие при эксплуатации насоса, воспринимают подшипниковые узлы 6 и 7, осевые нагрузки воспринимает подшипниковый узел 7. Щелевые уплотнения служат для снижения внутренних утечек рабочей жидкости в насосе. Щелевые уплотнения 9 снижают внутренние утечки рабочей жидкости во входной патрубок 22 и во внутренние полости насоса с меньшим давлением, например, в камеру 24, чем увеличивают КПД насоса. Для уменьшения зазоров в щелевых уплотнениях 9 с целью снижения утечек перекачиваемой жидкости наружные кольца 8 щелевых уплотнений 9 на корпусе 1 и на направляющем аппарате 3 выполнены подвижными (плавающими) с обеспечением минимальных зазоров в щелевых уплотнениях 9, необходимых для пар трения. Наружные кольца щелевого уплотнения размещены на внутренние кольца щелевого уплотнения с зазором в пределах 0.0003-0.003 от величины диаметра наружной цилиндрической поверхности внутреннего кольца щелевого уплотнения. При указанных зазорах обеспечивается свободное вращение рабочего колеса и ротора насоса без заеданий относительно наружных колец щелевых уплотнений в связи с тем, что технологические неточности изготовления деталей насоса компенсируются перемещением наружного кольца в плоскости перпендикулярной валу насоса. Наружные кольца 8 щелевого уплотнения 9 закреплены в кольцевом пазе (канавке) 19 с помощью винтов 20 и шайб 21 в двух или более местах. Шайбы 21 закреплены винтами 20 на корпусе 1 и на направляющем аппарате 3 и прижимают в осевом направлении к корпусу и направляющему аппарату наружное кольцо с обеспечением необходимой герметичности, с обеспечением возможности перемещения наружного кольца в необходимых пределах в плоскости перпендикулярной валу, ограничивая перемещение вдоль вала и предотвращая вращение относительно вала.
2
Покрытие из боридов железа колец щелевого уплотнения, полученное химико-термической обработкой насыщением поверхностных слоев колец бором, обеспечивает коррозионную стойкость и износостойкость наружного кольца и внутреннего кольца щелевого уплотнения при трении их относительно друг друга при работе центробежного насоса. Это позволяет повысить надежность, долговечность, КПД насоса. Нанесение покрытий из боридов железа, полученное химико-термической обработкой насыщением поверхностных слоев колец бором обеспечивает значительное повышение твердости поверхностного слоя до HV 2100 кгс/см на глубине до 0,2 мм, при этом резко повышается износостойкость и коррозионная стойкость поверхностного слоя, за счет повышения плотности поверхностного слоя детали, что затрудняет доступ кислорода и других агрессивных компонентов в тело детали, в частности в наружные и внутренние кольца щелевых уплотнений.
При попадании твердых частиц в щелевое уплотнение между "борированными" поверхностями, твердые частицы разрушаются (перемалываются), так как "борированные" поверхности имеет повышенную твердость, большую чем твердость твердых частиц. Малые зазоры в щелевом уплотнении, за счет подвижного наружного кольца, высокая твердость, коррозионная стойкость и износостойкость "борированных" поверхностей колец щелевого уплотнения, которые предотвращают увеличение кольцевого зазора между наружным кольцом щелевого уплотнения и внутренним кольцом щелевого уплотнения, что снижают протечки через щелевые уплотнения, снижают энергозатраты при перекачивании жидкостей с повышенным содержанием твердых частиц, повышают надежность, долговечность, КПД насоса.
Выполнение таким образом центробежного насоса позволяет повысить надежность, долговечность, износостойкость и коррозийную стойкость, КПД насоса, позволяет снизить энергозатраты при перекачивании жидкостей с повышенным содержанием твердых частиц.