СПОСОБ РАЗГРУЗКИ ОСЕВОЙ СИЛЫ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО СЕКЦИОННОГО НАСОСА
AXIAL FORCE DISCHARGE METHOD FOR MULTISTAGE SEGMENTAL PUMP

Заявляемое изобретение относится к насосостроению, может быть использовано в качестве способа разгрузки осевой силы в секционных многоступенчатых насосах и направлено на увеличение его КПД за счет снижения объемных потерь в насосе.
Известен способ разгрузки осевой силы многоступенчатого секционного насоса, который заключается в том, что за рабочим колесом последней ступени на валу установлено разгрузочное устройство, выполненное в виде вращающегося разгрузочного диска (гидропяты), образующего торцевой зазор с неподвижным диском, установленным в корпусе насоса, величина которого автоматически регулируется в зависимости от режима работы насоса. Из-за наличия разности давлений перед диском и за ним на диск действует сила, которая при соответствующих расчетных размерах разгрузочного диска может полностью уравновесить ротор насоса (см. Ломакин А.А. «Центробежные и осевые насосы», издание второе, пер. и доп. М.: Машиностроение, 1966, с.78).
Недостатком данного способа разгрузки осевой силы является наличие торцевого зазора, через который осуществляется «паразитный» расход перекачиваемой среды, составляющий 4-7% от общего расхода среды насоса, что составляет значительную часть объемных потерь в насосе. Малый зазор в разгрузочном диске, который не исключает контакта с неподвижными частями устройства, является причиной многочисленных отказов и повреждений насосов.
Также известен способ разгрузки осевой силы многоступенчатого секционного насоса, наиболее близкий к способу, описываемому в заявляемом изобретении, который заключается в том, что за рабочим колесом последней ступени на валу установлено разгрузочное устройство, выполненное в виде вращающегося разгрузочного барабана. Разгрузочный барабан вращается относительно неподвижного цилиндра, установленного в корпусе насоса, с минимальным радиальным зазором. Под влиянием разности давлений перед барабаном и за ним на барабан действует усилие, уравновешивающее осевую силу, создаваемую рабочими колесами. Размеры барабана определяются расчетным путем, чтобы обеспечить уравновешивание сил для номинального режима работы насоса. На других режимах работы насоса оставшаяся неуравновешенная осевая сила ротора воспринимается осевым подшипником.
Недостатком данного способа разгрузки осевой силы при работе насоса является наличие «паразитного» расхода перекачиваемой жидкости через радиальный зазор между барабаном и цилиндром, который составляет 7-10% от общего расхода насоса, что составляет значительную часть объемных потерь в насосе (см. Ломакин А.А. «Центробежные и осевые насосы», издание второе, пер. и доп. М.: Машиностроение, 1966, с. 78).
Оба способа разгрузки осевой силы имеют одинаковый принцип действия и одинаковые недостатки - наличие объемных потерь в насосе. Таким образом, часть потребляемой мощности насоса теряется на образование этого «паразитного» расхода перекачиваемой среды. Гидропята и разгрузочный барабан представляют собой устройства одного типа, различающиеся лишь конструктивным исполнением.
Целью изобретения является способ разгрузки осевой силы многоступенчатого секционного насоса разгрузочным устройством без потери части потребляемой мощности насоса на образование «паразитного» расхода рабочей среды через него.
Задача решается таким образом, что в известном способе разгрузки осевой силы многоступенчатого секционного насоса с помощью разгрузочного устройства, установленного на валу за рабочим колесом последней ступени, разгрузочное устройство выполнено в виде торцового уплотнения. Суть изобретения состоит в том, что из-за наличия разности давлений перед торцовым уплотнением и за ним на вращающуюся часть торцового уплотнения действует сила, которая при соответствующих его расчетных размерах может полностью уравновесить ротор насоса в номинальном его режиме работы. Однако поскольку протечки через торцовое уплотнение отсутствуют, отсутствует «паразитный» расход и связанные с ним объемные потери, следовательно, КПД насоса возрастает.
Суть предложенного способа разгрузки осевой силы поясняется чертежами, на фиг. 1 приведен секционный насос с разгрузкой осевой силы с помощью разгрузочного устройства, выполненного в виде торцового уплотнения, на фиг. 2 - выносной элемент А фиг. 1.
Насос работает следующим образом:
Ротор насоса, состоящий из вала 1 с установленными на нем неразгруженными рабочими колесами 2, вращается в радиальном 3 и в радиально-упорном 4 подшипниках. Во время работы насоса вследствие действия давления перекачиваемой среды на неравные по площади боковые поверхности рабочих колес 2 возникает осевое усилие, которое стремится сместить ротор насоса в сторону всасывания. Для уравновешивания осевого усилия, действующего на ротор со стороны рабочих колес, установлено разгрузочное устройство, выполненное в виде торцового уплотнения 5. В образованной полости 6 перед разгрузочным торцовым уплотнением создается давление напора. В полости 7 за разгрузочным торцовым уплотнением 5, которое соединяется трубопроводом 8 со всасом насоса, создается давление всасывания.
Под действием созданного перепада давлений перекачиваемой среды на торцовом уплотнении создается осевая сила, уравновешивающая осевую силу, действующую на ротор со стороны рабочих колес всех ступеней.
При определении расчетным путем размеров торцового уплотнения и его выполнении, в частности - диаметра расположения вторичного уплотнения 9 (см. фиг. 2), обеспечивается уравновешивание осевых сил при номинальном режиме работы насоса. На других режимах работы насоса оставшаяся неуравновешенная осевая сила ротора воспринимается радиально-упорным подшипником 4 насоса. В отличие от прототипа при предлагаемом способе разгрузки осевой силы отсутствует «паразитный» расход рабочей среды через торцовое уплотнение, следовательно, КПД насоса выше на 5-10%.
Выполненный опытный образец заявителя подтвердил выполнение поставленной задачи.