ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

3
Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к вертикальным центробежным насосам, предназначенным для перекачивания нефти и нефтепродуктов, и может быть использована в насосах для подачи нефти к нефтяным магистральным насосам с подачей 1250-12500 м/ч и создания необходимого для их устойчивой работы кавитационного запаса.
Известен нефтяной подпорный вертикальный насос типа НПВ - центробежный, одноступенчатый, содержащий наружный корпус (стакан) с входным патрубком, отводящее устройство (спиральный отвод), напорную крышку с выходным патрубком, рабочее колесо двухстороннего входа и предвключенные осевые колеса, закрепленные на валу, установленном в верхнем сдвоенном опорно-упорном подшипнике качения и нижнем подшипнике скольжения. Уплотнение вала - торцовое. [Центробежные нефтяные насосы для магистральных трубопроводов. Каталог / Под общей редакцией В.А. Головина. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1989. - С.20]. Данная конструкция насоса выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
Опыт эксплуатации этих насосов показывает, что их показатели качества не отвечают современным условиям, заключающимся в ужесточении нормативных требований в сфере энергосбережения и охраны окружающей среды, а также в минимизации издержек на эксплуатацию насосного оборудования на протяжении всего его жизненного цикла. Следовательно, конструкция насосов нового поколения рассматриваемого типа должна, в первую очередь, удовлетворять требованиям конкурентоспособности в части высокого уровня экономичности и всасывающей способности, повышенной надежности и долговечности подшипниковых опор, минимальных массогабаритных показателей, низких эксплуатационных затрат и эффективной эксплуатации в широком диапазоне подач и напоров.
Выполнение указанных требований в существующей конструкции невозможно по следующим причинам:
- двухпоточная схема применяемой проточной части имеет низкий уровень технологичности и гидродинамического совершенства, не обеспечивающий возможности дальнейшего повышения экономичности и всасывающей способности, а также уменьшения массогабаритных показателей с целью снижения эксплуатационных затрат;
- одноступенчатая схема применяемой проточной части не позволяет изменять напор насоса в широких пределах, снижая тем самым его режимную эффективность;
- расположение отводящего устройства во внутреннем корпусе не обеспечивает возможности уменьшения габаритов и массы насоса;
- смазка и охлаждение подшипников скольжения нефтью, не очищенной от механических примесей, не гарантируют требуемых показателей надежности и долговечности указанных узлов.
В основу полезной модели поставлена задача создания вертикального центробежного насоса, в котором, путем нового исполнения конструктивных элементов и/или их компоновки: рабочего колеса, вала, отводящего устройства и наличия новых конструктивных элементов: направляющего аппарата, разгрузочного барабана, устройства гидроциклонной очистки рабочей жидкости, подаваемой в подшипник скольжения и торцовое уплотнение обеспечиваются высокий уровень гидродинамического совершенства проточной части, расширенный диапазон по напору, высокая технологичность, снижение нагрузок на ротор, удобство обслуживания при эксплуатации, уменьшение массы и габаритных размеров насоса. В результате использования заявляемой полезной модели достигается технический результат, заключающийся в повышении экономичности, надежности, долговечности и ремонтопригодности насоса.
Поставленная задача достигается тем, что в вертикальном центробежном насосе, содержащем наружный корпус с входным патрубком, напорную крышку с выходным патрубком, отводящее устройство, рабочее и предвключенное осевое колеса, закрепленные на валу, установленном в верхнем сдвоенном опорно-упорном подшипнике качения и нижнем подшипнике скольжения, торцовое уплотнение, согласно полезной модели вводятся:
- рабочее колесо одностороннего входа с возможным вариантом установки за ним направляющего аппарата (одна ступень) или рабочие колеса одностороннего входа с установкой за ними направляющих аппаратов (2 ступени и более);
- составной вал;
- разгрузочный барабан;
- устройство гидроциклонной очистки перекачиваемой жидкости, подаваемой в пару трения нижнего подшипника скольжения с возможностью ее одновременной подачи и в камеру торцового уплотнения;
- расположенное внутри напорной крышки отводящее устройство с возможными вариантами исполнения: направляющий аппарат и кольцевой отвод цилиндрической формы, направляющий аппарат и кольцевой отвод сферической формы.
Применение рабочего колеса одностороннего входа, с возможным вариантом установки за ним направляющего аппарата расширяет диапазон работы насоса с высоким к.п.д. в сторону подач, меньших и больших расчетной подачи, значительно упрощает конструкцию насоса и улучшает его технологичность, заключающуюся в улучшении ремонтопригодности и снижении эксплуатационных затрат. Предусматриваемый вариант многоступенчатой схемы (число колес больше одного с установленными за ними направляющими аппаратами) дает возможность изменять напор в широком диапазоне без снижения экономичности.
Исполнение вала составным снижает эксплуатационные затраты и улучшает ремонтопригодность, так как позволяет производить замену торцового уплотнения без демонтажа верхнего сдвоенного опорно-упорного подшипника качения.
Установка разгрузочного барабана компенсирует осевое усилие, действующее на ротор, и обеспечивает пониженное давление в камере торцового уплотнения. При этом, по предварительным расчетам, выполненным в ОАО «ВНИИАЭН», прогнозируемые объемные утечки через разгрузочный барабан составят не более 1% от номинальной подачи насоса.
Использование устройства гидроциклонной очистки перекачиваемой нефти, подаваемой в пару трения нижнего подшипника скольжения, с возможностью ее одновременной подачи и в камеру торцового уплотнения, гарантирует надежность и долговечность указанных узлов. Так, по оценочным расчетам, выполненным в ОАО «ВНИИАЭН», при использовании гидроциклонного устройства очистки нефти, имеющей хорошие смазывающие свойства, применение пары трения «металлофторопластовый композиционный материал С-1-У по закаленной стали» хорошо зарекомендовавшей себя в составе нижнего подшипника скольжения высокопроизводительных конденсатных насосов, обеспечивает существенное повышение ресурса работы узла.
Размещение отводящего устройства в напорной крышке снижает массу и габариты насоса, а предлагаемое возможное исполнение отводящего устройства составным обеспечивает существенное снижение радиальной нагрузки на ротор вследствие уменьшения несимметричности эпюр давления за рабочим колесом и расширяет диапазон работы насоса с высоким к.п.д. в сторону подач, меньших и больших расчетной подачи. Кроме того, конструкция отводящего устройства, состоящего из направляющего аппарата и кольцевого отвода цилиндрической формы, обладающая минимальными радиальными габаритами обеспечивает взаимозаменяемость с эксплуатируемыми насосами, а конструкция отводящего устройства, состоящего из направляющего аппарата и кольцевого отвода
сферической формы, дополнительно обеспечивает еще и более высокий уровень экономичности в сравнении с предыдущим вариантом.
Таким образом, использование совокупности всех существенных признаков обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении экономичности, надежности, долговечности и ремонтопригодности насоса.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - вертикальный центробежный одноступенчатый насос со спиральным отводом, продольный разрез;
фиг.2 - отводящее устройство одноступенчатого насоса, состоящее из направляющего аппарата и кольцевого отвода цилиндрической формы, продольный разрез;
фиг.3 - отводящее устройство двухступенчатого насоса, состоящее из направляющего аппарата и кольцевого отвода сферической формы, продольный разрез.
Вертикальный центробежный насос содержит наружный корпус (стакан) 1, представляющий сварную конструкцию с приемной полостью и входным патрубком, напорную крышку 2, внутренний корпус (выемную часть) 3. Внутренний корпус 3 имеет статорную и роторную части. Статорная часть состоит из фонаря 4, опоры 5, неподвижных элементов верхнего сдвоенного опорно-упорного подшипника качения 6, неподвижной втулки нижнего подшипника скольжения 7, подвода 8, неподвижных элементов концевого уплотнения торцового типа 9, трубы подводящей 10. Проставка 11, труба подводящая 10, корпус подвода 8 соединены между собой при помощи шпилек.
Роторная часть внутреннего корпуса 3 насоса состоит из составного вала 12, на котором установлены предвключенное осевое колесо 13 и рабочее колесо 14, разгрузочный барабан 15, подвижные элементы торцового уплотнения 9, верхнего сдвоенного опорно-упорного подшипника 6, нижнего подшипника скольжения 7.
Камера за разгрузочным барабаном сообщена при помощи трубки с приемной полостью наружного корпуса 1. Нижний подшипник скольжения 7 расположен в корпусе подвода 8 и работает на перекачиваемой жидкости за счет перепада давления, создаваемого насосом. Подшипник скольжения 7 дополнительно снабжен устройством гидроциклонной очистки 16 перекачиваемой жидкости, подаваемой в пару трения и как вариант, одновременно и в камеру торцового уплотнения 9.
В напорной крышке 2 расположено отводящее устройство. В одноступенчатом насосе возможен вариант выполнения отводящего устройства, состоящего из направляющего аппарата 17 и кольцевого отвода цилиндрической или сферической формы. В случае двух или более ступеней за каждым рабочим колесом 14 устанавливается направляющий аппарат 17, и отводящее устройство имеет следующие варианты конструкций: направляющий
аппарат 17 и кольцевой отвод цилиндрической формы, направляющий аппарат 17 и кольцевой отвод сферической формы.
Насос работает следующим образом. При вращении вала 12 от электродвигателя перекачиваемая среда последовательно поступает в подвод 8, далее на лопасти осевого предвключенного колеса 13, по трубе подводящей 10 на лопасти рабочего колеса 14 и/или через направляющий аппарат 17 концевой ступени - в камеру напорной крышки 2, из которой выходит через выходной патрубок под давлением, создаваемым за счет вращения колес.
Использование предлагаемой конструкции насоса по сравнению с прототипом обеспечивает повышение экономичности, надежности, долговечности и ремонтопригодности.