Полупогружной центробежный насос с герметичным валопроводом на подшипниках (варианты)
SEMI-SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP WITH SEALED SHAFT LINE ON BEARINGS (VARIANTS)

Изобретение относится к насосной технике и может быть использовано при создании установок для откачки из емкостей взрывопожароопасных сред, например водонефтяной смеси с присутствием абразивных механических примесей.
Проблемой создания насосов, особенно полупогружных, работающих с сильно загрязненными жидкостями с большим количеством твердых частиц, является воздействие твердых частиц на опоры валопровода, что снижает надежность работы насоса, увеличивает частоту проведения регламентных и ремонтных работ, которые в силу специфики конструкции полупогружных насосов требуют его демонтажа из емкости, что сложно и дорого, особенно в полевых условиях нефтегазовых промыслов.
Известен, полупогружной центробежный насосный агрегат, содержащий корпус, размещенный в емкости с перекачиваемой жидкостью и закрепленный на удерживающей его составной колонне, расположенное в корпусе рабочее колесо, соединенное с двигателем, установленным на плите, посредством валопровода, состоящего из валов, соединенных полумуфтами с эластичными звездочками и закрепленных в подшипниках, отличающийся тем, что между рабочим колесом и валопроводом имеется разделительная полость с расположенным в ней двойным торцевым уплотнением, валы валопровода установлены в подшипниках качения, при этом охлаждение первой пары торцевого уплотнения осуществляется за счет протекания перекачиваемой жидкости через канал в корпусе насосного агрегата, а охлаждение второй пары торцевого уплотнения осуществляется маслом, залитым в разделительную полость (см. RU 70944 U1 МПК F04D 13/08, 22.10.2007).
Известен, центробежный насос с погруженной в перекачиваемую среду проточной частью, содержащий двигатель, валопровод, образованный одной или несколькими подвесками, узел уплотнения, образованный двумя торцевыми уплотнениями и разделительной камерой, заполненной охлаждающе-смазывающей жидкостью, проточную часть, образованную крыльчаткой, расположенной в корпусе насоса и отводом, датчик утечки, отличающийся тем, что датчик утечки расположен ниже уровня подшипников во внутренней полости валопровода (см. RU 71710 U1 МПК F04D 13/08, 22.10.2007 - прототип).
Недостатком известного технического решения является воздействие на первичное уплотнение давления, как перекачиваемой жидкости в корпусе насоса, так и вихревых потоков между рабочим колесом и задней стенкой корпуса насоса, что ускоряет износ торцевого уплотнения, особенно при перекачивании жидкости с абразивными частицами. Кроме того, в случае выхода из строя торцевых уплотнений, перекачиваемая жидкость, под воздействием давления в корпусе насоса, по валопроводу может подняться выше опорной плиты насоса и выливаться из емкости, приводя к аварийной ситуации.
Задачей изобретения и его техническим результатом является исключение воздействий на первичное уплотнение давления перекачиваемой жидкости создаваемого в корпусе насоса при его работе, как следствие, увеличение ресурса работы торцевых уплотнений особенно в случае перекачивания загрязненной жидкости и исключение возможности, под воздействием давления в корпусе насоса, вытекания перекачиваемой жидкости по валопроводу из емкости, в которой установлен насос, что увеличит безопасность, надежность и ресурс работы насоса в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном полупогружном центробежном насосе с валопроводом на подшипниках, включающем корпус насоса, одним или несколькими рабочими колесами с лопатками, отвод, напорный патрубок, опорную плиту, валопровод, представляющий собой цельный вал или последовательное соединение валов, установленных на подшипниках в герметичных подвесках, причем, подшипники валопровода отделены от перекачиваемой жидкости посредством двойного торцового уплотнения, состоящего из двух одинарных торцевых уплотнений, разделительной камеры, заполненной барьерной жидкостью, согласно изобретению, между корпусом насоса и ближайшем к нему торцевым уплотнением выполнен участок валопровода негерметичный по отношению к входу насоса, (т.е. гидравлически соединенный с входом насоса, а, следовательно, давление перекачиваемой жидкости в нем, равно давлению этой жидкости перед входом в насос минус разница гидростатических давлений перед входом в насос и в негерметичном участке).
Кроме того, за рабочим колесом в корпусе насоса установлено устройство для ограничения объемных потерь в корпусе насоса через зазор между валом и корпусом а, по крайней мере, один подшипник расположен между двумя торцевыми уплотнениями, непосредственно в камере с буферной жидкостью.
Вторым вариантом достижения заявленного технического результата является полупогружной центробежный насос с валопроводом на подшипниках, состоящий из корпуса насоса, одного или нескольких рабочих колес с лопатками, отвода, опорной плиты, валопровода, представляющего собой цельный вал или последовательное соединение валов, установленных на подшипниках в герметичных подвесках, причем, подшипники валопровода отделены от перекачиваемой жидкости посредством торцового уплотнения, в котором, согласно изобретению, валопровод заполнен консистентной смазкой или маслом для смазки и охлаждения подшипников валопровода и торцевого уплотнения, а между корпусом насоса и торцевым уплотнением выполнен негерметичный участок валопровода, негерметичный по отношению к входу насоса, (гидравлически соединенный с входом в насос т.е. давление перекачиваемой жидкости в котором, равно давлению этой жидкости перед входом в насос, минус разница гидростатических давлений перед входом в насос и в негерметичном участке).
Кроме того, за рабочим колесом в корпусе насоса установлено устройство для ограничения падения давления в корпусе насоса, происходящее через зазор между валом и корпусом; уплотнение, установленное в нижней подвеске валопровода, выполнено в виде уплотнения, отличного от торцевого уплотнения, а в верхней подвески валопровода установлено одинарное или двойное торцевое уплотнение.
Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что в случае их использования повышается надежность работы торцевых уплотнений и центробежного насоса в целом, снижается вероятность отказов его работы, уменьшаются эксплуатационные расходы, связанные с ремонтными и регламентными работами, повышается безопасность.
Критерий «промышленная применимость» подтверждается примером конкретного выполнения устройства, принципиальная схема всех вариантов которого, представлена на Фиг. 1 и Фиг. 2, (Фиг. 1 - первый вариант предлагаемого технического решения, Фиг. 2 - второй вариант технического решения) где:
1. Опорная плита
2. Валопровод
3. Разделительная камера с буферной жидкостью
4. Двойное торцевое уплотнение
5. Корпус насоса
6. Вход в насос
7. Рабочее колесо
8. Отвод
9. Напорный патрубок
10. Устройство для уменьшения падения давления в корпусе насоса
11. Вал
12. Подшипники
13. Негерметичный участок валопровода
14. Одинарное торцевое уплотнение ближнее к корпусу насоса
15. Двойное торцевое уплотнение в верхней подвеске
16. Уплотнение в нижней подвеске
17. Буферная жидкость
18. Герметичная подвеска,
19. Нижняя подвеска валопровода
20. Верхняя подвеска валопровода
21. Перекачиваемая жидкость
22. Консистентная смазка или масло
Первый вариант предлагаемого технического решения. Полупогружной центробежный насос с валопроводом 2 на подшипниках 12, включает корпус насоса 5 с входном в насос 6, рабочее колесо 7, отвод 8, напорный патрубок 9, опорную плиту 1, причем, валопровод 2, представляющий собой цельный вал 11 или последовательное соединение валов, установленных на подшипниках 12 в герметичных подвесках 18, причем, подшипники 12 валопровода 2 отделены от перекачиваемой жидкости 21 посредством двойного торцового уплотнения 4, состоящего из двух одинарных торцевых уплотнений, разделительной камеры 3, заполненной буферной жидкостью 17, между корпусом насоса 5 и ближайшему к нему торцевому уплотнению 4 выполнен негерметичный участок валопровода 13, гидравлически соединенный с входом в насос 6 (благодаря чему, давление перекачиваемой жидкости 21 в негерметичном участке валопровода 13, меньше давления перед входом в насос на разницу гидростатических давлений перекачиваемой жидкости 21 перед входом в насос 6 и в негерметичном участке валопровода 13).
Кроме того, за рабочим колесом 7 в корпусе 5 насоса установлено устройство 10 для ограничения объемных потерь в корпусе насоса 5 через зазор между валом 11 и корпусом 5, а, по крайней мере, один подшипник 12 расположен между двумя торцевыми уплотнениями 4, непосредственно в камере 3 с буферной жидкостью 17. Устройство 10, выполнено в виде обычного щелевого уплотнения, (в других вариантах, в зависимости от условий, это может быть гидродинамическое уплотнение, или импеллер или колесо с лопатками).
Второй вариант предлагаемого технического решения отличается от первого тем, что валопровод 2 заполнен консистентной смазкой (или маслом) 22 для смазки и охлаждения подшипников 12 и уплотнения 16, причем так же, как и в первом варианте, между корпусом 5 насоса и уплотнением 16 выполнен негерметичный участок валопровода 13, негерметичный по отношению к входу насоса, т.е. гидравлически соединенный с входом в насос 6 благодаря чему, давление перекачиваемой жидкости 21 в негерметичном участке валопровода 13, меньше давления перед входом в насос 6 на разницу гидростатических давлений перекачиваемой жидкости 21 перед входом в насос бив негерметичном участке валопровода 13.
Кроме того, за рабочим колесом 7 в корпусе 5 насоса установлено устройство 10 для ограничения объемных потерь в корпусе насоса 5 через зазор между валом 11 и корпусом 5, уплотнение 16, установленное в нижней подвеске валопровода 19, может быть выполнено в виде уплотнения, отличного от торцевого уплотнения, а в верхней подвески валопровода 20 установлено одинарное (но возможно и двойное) торцевое уплотнение 15. Вся конструкция закреплена на опорной плите 1.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Корпус 5 полупогружного насоса погружают в емкость с перекачиваемой жидкостью 21 и закрепляют опорную плиту 1. Перекачиваемая жидкость 21 заполняет корпус насоса 5 и негерметичный участок валопровода 13, который гидравлически соединен с входом в насос.
При работе двигателя, крутящий момент передается валом 11 рабочему колесу 7, в котором перекачиваемая жидкость приобретает вращательное движение и под действием центробежной силы отбрасывается от центра колеса 7 к периферии. В отводе 8 корпуса насоса 5 создается выходное давление насоса, в результате чего жидкость 21 из насоса начнет поступать в напорный патрубок 9. Выходное давление воздействует на заднюю стенку корпуса насоса и зазор между корпусом насоса 5 и валом 11. Распределение давления от периферии колеса 7 к зазору между корпусом насоса 5 и валом 11 зависит от конструкции насоса. Давление перекачиваемой жидкости 21 в негерметичном участке валопровода 13 меньше давления перед входом в насос на разницу гидростатических давлений перекачиваемой жидкости 21 перед входом в насос 6 и. в негерметичном участке валопровода 13. В случае, когда насос установлен в емкости с атмосферным давлением, на ближнее к рабочему колесу торцевое уплотнение воздействует только гидростатическое давление перекачиваемой жидкости 21 в негерметичном участке валопровода. Таким образом, торцевое уплотнение, ближнее к корпусу насоса 5, полностью разгружено от давления перекачиваемой жидкости 21 в зазоре между валом 11 и корпусом насоса 5, что способствует исключению воздействий на первичное уплотнение давления перекачиваемой жидкости создаваемого в корпусе насоса при его работе, и, как следствие, увеличению ресурса работы торцевых уплотнений особенно в случае перекачивания загрязненной жидкости.
Кроме этого в негерметичном участке валопровода 13 отсутствуют вихревые потоки, (которые существовали между рабочим колесом 7 и задней стенкой корпуса насоса 5 и в случае перекачивания жидкости с абразивными частицами ускоряли износ торцевого уплотнения). Перетекание жидкости из корпуса насоса 5 в негерметичный участок валопровода 17 ведет к объемным потерям и понижению КПД насоса. Для уменьшения объемных потерь в корпус насоса 5 ставится специальное устройство 10, например щелевое уплотнение.
Для уменьшения консоли вала 11 с рабочим колесом 7 на конце, непосредственно в камере с буферной жидкостью 3 между двумя торцевыми уплотнениями устанавливается, по крайней мере, один подшипник 12.
Второй вариант отличается от первого тем, что вместо двойного торцового уплотнения 4, состоящего из двух одинарных торцевых уплотнений, разделительной камеры 3, заполненной буферной жидкостью 17 используется одинарное уплотнение 16 и валопровод 2 заполненный маслом или консистентной смазкой 22. Это позволяет, в случаях, когда есть ограничения по использованию подшипников качения, (например при перекачивании жидкостей с высокой температурой), использовать валопровод на подшипниках скольжения смазываемых и охлаждаемых находящимся в валопроводе маслом или консистентной смазкой 22. Уплотнение, установленное в нижней подвеске 19 валопровода, может быть выполнено в виде уплотнения, отличного от торцевого уплотнения. В верхней подвеске 20 валопровода установлено одинарное или двойное торцевое уплотнение 15.
В предлагаемой конструкции торцевое уплотнение, ближнее к корпусу насоса, полностью разгружается от давления перекачиваемой жидкости в зазоре между валом и корпусом насоса и исключается воздействие вихревых потоков с абразивными частицами, образующихся между рабочим колесом и задней стенкой корпуса насоса, благодаря чему увеличивается надежность и ресурс работы торцевого уплотнения и насоса в целом. В случае установки насоса в емкость с атмосферным давлением, исключается выливание перекачиваемой жидкости из емкости по валопроводу под воздействием давления в корпусе насоса, что существенно повышает безопасность работы насосного агрегата.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит исключить воздействия на первичное уплотнение давления перекачиваемой жидкости, создаваемого в корпусе насоса при его работе, как следствие, увеличить ресурс работы уплотнений, особенно в случае перекачивания загрязненной жидкости и исключение возможности (под воздействием давления в корпусе насоса) вытекания перекачиваемой жидкости по валопроводу из емкости (в которой установлен насос), что увеличит безопасность, надежность и ресурс работы насоса в целом.