МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области гидромашиностроения, а именно к многоступенчатым (более восьми ступеней) высоконапорным центробежным насосам с рабочими колесами одностороннего входа, и может быть использована для перекачивания питательной воды на ТЭЦ, а также на ГРЭС с энергоблоками мощностью 200 и 210 МВт.
n
1
2
p
1
2
Известен многоступенчатый центробежный насос, содержащий наружный корпус, крышку входную, крышку напорную, ротор, вал, установленный в подшипниковых опорах, ступени с направляющими аппаратами и рабочими колесами одностороннего входа, гидравлическим разгрузочным устройством, дополнительный подшипник, образованный кольцом на направляющем аппарате промежуточной ступени и втулкой вала, имеющих радиальный зазор δ, в насосе выполнены радиальные зазоры в передних уплотнениях рабочих колес δ и в межступенчатых уплотнениях δ, в гидравлическом разгрузочном устройстве δ и статические прогибы ротора t между опорным подшипником на входе и дополнительным подшипником и t между дополнительным подшипником и опорным подшипником на выходе насоса, причем в зазор дополнительного подшипника между кольцом и втулкой через отверстия в кольце, направляющем аппарате, секции и корпусе насоса подается жидкость от внешнего источника, что снижает статический прогиб ротора и исключает задевания в указанных уплотнениях. /RU №141217 U1, 27.05.2017 г. /. Данная конструкция насоса принята за прототип полезной модели.
Недостатком указанного насоса является сложность и недостаточная надежность в конструкции подвода жидкости от внешнего источника: через отверстия в кольце, направляющем аппарате, секции, корпусе насоса и трубопроводе от внешнего источника, например, плунжерного насоса (обладает низким ресурсом, по сравнению с питательным насосом). Использование одного внешнего источника, без резерва, снижает надежность питательного насоса в целом. Также недостатком известной полезной модели являются дополнительные затраты энергии на работу внешнего источника подачи жидкости в дополнительный подшипник.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности и ресурса насоса путем исключения из конструкции системы подачи жидкости в дополнительный подшипник через отверстия в кольце, направляющем аппарате, секции, корпусе насоса и через трубопровод от внешнего источника, а также исключение затрат энергии на работу внешнего источника.
n
1
2
p
1
2
1
2
р
п
1
2
Указанный технический результат достигается тем, что многоступенчатый центробежный насос, содержащий вал, установленный в подшипниковых опорах, ступени с направляющими аппаратами и рабочими колесами одностороннего входа, дополнительный подшипник, образованный кольцом на направляющем аппарате промежуточной ступени и втулкой вала, имеющих радиальный зазор δ, в насосе выполнены радиальные зазоры в передних уплотнениях рабочих колес δ и в межступенчатых уплотнениях δ, в гидравлическом разгрузочном устройстве δ, и статические прогибы ротора t между опорным подшипником на входе и дополнительным подшипником и t между дополнительным подшипником и опорным подшипником на выходе насоса, согласно полезной модели внутренняя поверхность кольца имеет повышенную твердость, а на наружную поверхность втулки вала нанесен слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала, при этом радиальные зазоры в передних уплотнениях рабочих колес δ и в межступенчатых уплотнениях δ, в гидравлическом разгрузочном устройстве δ, радиальный зазор δ в дополнительном подшипнике и статические прогибы ротора t и t связаны соотношениями
1
2
з
п
1
2.
δ, δ и δ>δ>t и t
a
Втулка состоит из металлической оправки, имеющей коэффициент линейного расширения меньше, чем коэффициент линейного расширения вала, а на внешней поверхности оправки выполнены кольцевые прямоугольные канавки глубиной 2-5 мм, шириной 7,5-10 мм, с шагом 15-20 мм и с шероховатостью внутренней поверхности канавки и наружной поверхности оправки не менее R 25, при этом минимальный слой композиционного материала составляет 1,0-1,5 мм. Как вариант кольцевые канавки имеют форму «ласточкин хвост» с углом наклона боковых стенок 60°.
Полезная модель поясняется чертежами: на фиг. 1 - многоступенчатый центробежный насос, продольный разрез; на фиг. 2 - дополнительный подшипник, выносной элемент А; на фиг. 3 - дополнительный подшипник, выносной элемент Б; на фиг. 4 - вариант крепления композиционного материала на оправке.
p
n
1
2
р
1
2
1
2
п
1
2
Многоступенчатый центробежный насос содержит наружный корпус 1 (фиг. 1), крышку входную 2, крышку напорную 3. Ротор 5 насоса включает вал 4 с установленными на нем рабочими колесами 6 одностороннего входа и гидравлическим разгрузочным устройством 7 и 8 с радиальным зазором δ. Вал 4 опирается на подшипники скольжения 9 и 10. Внутренний корпус состоит из секций 11 с размещенными в них направляющими аппаратами 12, дополнительного подшипника 13, образованного кольцом 14 (фиг. 2), установленным на направляющем аппарате 15 промежуточной ступени, и втулкой 16 вала 4, имеющих радиальный зазор δ. В насосе выполнены радиальные зазоры δ в передних уплотнениях рабочих колес 6, в межступенчатых уплотнениях δ, и в гидравлическом разгрузочном устройстве δ (фиг. 1), имеются статические прогибы ротора t между опорным подшипником 9 на входе и дополнительным подшипником 13 и t между дополнительным подшипником 13 и опорным подшипником 10 на выходе насоса. Внутренняя поверхность кольца 14 (фиг. 2) имеет повышенную твердость, а наружная поверхность втулки 16 вала 4 имеет слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала 17, при этом радиальные зазоры в передних уплотнениях рабочих колес δ и в межступенчатых уплотнениях δ, радиальный зазор δ в дополнительном подшипнике и статические прогибы ротора t и t связаны соотношениями
1
2
р
п
1
2.
δ, δ и δ>δ>t и t
a
Возможно, что композиционный материал 17 (фиг. 3) на наружной поверхности втулки 16 вала 4 может состоять из высокотемпературного антифрикционного полимерного углепластика на основе углеродной ткани и полимерного связующего, например, полифениленсульфида УПФС. Возможно, что втулка 16 может состоять из металлической оправки 18, имеющей коэффициент линейного расширения материала меньше, чем коэффициент линейного расширения материала вала 4, а на внешней поверхности оправки 18 выполнены кольцевые прямоугольные канавки 19 глубиной 2-5 мм, шириной 7,5-10 мм, с шагом 15-20 мм и с шероховатостью внутренней поверхности канавки 19 и наружной поверхности оправки 18 не менее R 25, при этом минимальный слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала составляет 1,0 - 1,5 мм.
Возможно, что кольцевые канавки 19 имеют форму «ласточкин хвост» с углом наклона боковых стенок 60° (фиг. 4).
п
1
2
1
2
p
Многоступенчатый центробежный насос работает следующим образом. Перед пуском на подшипники 9 и 10 насоса подается смазывающая жидкость. Насос заполняется водой, при этом, ротор 5 насоса на стороне входа опирается на подшипник 9, со стороны выхода на подшипник 10, а в промежуточной ступени 15 опирается на дополнительный подшипник 13. Радиальный зазор в нижней части дополнительного подшипника 13 между втулкой 16 и кольцом 14 δ=0, т.е. наружная часть втулки, состоящая из высокотемпературного антифрикционного композиционного материала 17, опирается на внутреннюю поверхность кольца 14, имеющую повышенную твердость, и образуя, тем самым, триботехническую пару. При этом, статические прогибы ротора t и t меньше радиальных зазоров в передних уплотнениях рабочих колес δ, в межступенчатых уплотнениях δ, в гидравлическом разгрузочном устройстве δ и касания роторных и статорных деталей в указанных уплотнениях отсутствуют.
р
1
2
p
В первые мгновения пуска имеется контакт в триботехнической паре подшипника 13, наружной поверхности втулки 16 со слоем высокотемпературного антифрикционного композиционного материала 17 по внутренней поверхности кольца 14, имеющей повышенную твердость. При достижении частоты вращения ротора n>0,25 от номинальной частоты вращения, в радиальных зазорах в передних уплотнениях рабочих колес δ, в межступенчатых уплотнениях δ и δ в гидравлическом разгрузочном устройстве 7 и 8 возникают гидростатические силы, выравнивающие прогибы ротора и, обеспечивая зазор в нижней части дополнительного подшипника. При достижении ротора номинальной частоты вращения динамический прогиб ротора на всей длине не превышает 0,01-0,02 мм. При остановке насоса процесс развивается в обратном порядке.
Выполнение оправки 18 из материала с коэффициентом линейного расширения меньше, чем материал вала 4, обеспечивает, при работе насоса на горячей жидкости, дополнительную прицентровку втулки 16 на валу 4.
a
Выполнение на внешней поверхности оправки 18 кольцевых прямоугольных канавок 19 глубиной 2-5 мм, шириной 7,5-10 мм, с шагом 15-20 мм и с шероховатостью внутренней поверхности канавки 19 и наружной поверхности оправки 18 не менее R 25, при этом минимальный слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала составляет 1,0-1,5 мм, обеспечивает, при проведении специального технологического процесса, надежное крепление композиционного материала 17 к оправке 18.
Выполнение кольцевых канавок 19 в форме «ласточкин хвост» с углом наклона боковых стенок 60° повышает надежность крепления композиционного материала 17 к оправке 18.
Таким образом, вышеизложенное свидетельствует, что заявленная полезная модель при ее использовании выполняет следующие поставленные задачи:
- повышает надежность и ресурс насоса;
- исключает затраты энергии на работу внешнего источника подачи жидкости на дополнительный подшипник;
- дополнительно сокращает затраты на техническое обслуживание насоса.