ДЕМПФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
CENTRIFUGAL PUMP DAMPER

Изобретение относится к насосам необъемного вытеснения для жидкостей, в частности к конструктивным элементам и вспомогательным устройствам и узлам центробежных насосов. В особенности, к устройствам для разгрузки ротора центробежного насоса от осевых усилий.
Особенностью работы центробежного насоса является наличие осевого усилия, действующего на вал рабочего колеса и направленного в сторону всасывающего патрубка. Осевое усилие, особенно у многоступенчатых секционных насосов, достигает больших величин и сильно нагружает подшипники, может приводить к смещению всего ротора насоса в сторону всасывающего патрубка и износу передних дисков рабочих колес.Для снижения осевых усилий в центробежных насосах используют различные способы и приемы. Выбор способа разгрузки зависит от конструкции центробежного насоса (Картавый Н.Г., Топорков А.А. Шахтные стационарные установки. Справочное пособие. Москва, Недра, 1978. с.105-142).
В частности, для уравновешивания осевого усилия, действующего на ротор в сторону всасывания, в многоступенчатых секционных насосах применяется гидравлическое разгрузочное устройство. Гидравлическое разгрузочное устройство автоматически обеспечивает равновесие ротора при всех режимах работы насосов. Принцип его действия заключается в следующем: при работе насоса часть перекачиваемой воды из задней пазухи последнего колеса поступает в щель между дистанционной втулкой и втулкой разгрузки и далее в разгрузочную камеру; давление воды на кольцо и диск гидропяты заставляет смещаться прикрепленный с ними ротор в сторону нагнетания. При перемещении ротора в сторону нагнетания зазор между кольцами гидропяты и разгрузки увеличивается, и давление в разгрузочной камере падает до тех пор, пока усилие, создаваемое им, не уравновешивается осевым усилием, действующим в сторону нагнетания. Увеличение осевого усилия вследствие изменения режима или износа уплотнительных колец приводит к смещению ротора в сторону всасывания, уменьшению зазора между кольцами разгрузки и гидропяты, увеличению давления в камере разгрузки и уравновешиванию в новом положении (Стационарные установки шахт. Под общей ред. Б.Ф.Братченко. Москва, Недра, 1977, с.90, рис.2.10).
С износом колец гидропяты и разгрузочного устройства ротор насоса постепенно смещается в сторону всасывания. Предельно допустимая величина выхода контрольной риски на валу насоса из-под крышки подшипника (сигнализирует о величине износа) составляет 3 мм. При таком смещении ротора необходимо вернуть его в нормальное положение, снимая для этого регулировочные кольца или заменяя изношенные детали (кольца разгрузки и гидропяты). Для этого необходима остановка насоса и его частичная разборка (со стороны разгрузочного устройства).
Опыт эксплуатации многоступенчатых центробежных насосов серии ЦНС, особенно при откачке ими загрязненных шахтных вод с наличием абразивных частиц, показывает, что замену колец разгрузки и гидропяты приходится производить раз в месяц.
Для повышения износостойкости колец предлагалось изготавливать их из легированных сталей, термообрабатывать, наносить на изнашиваемую поверхность износостойкие покрытия. Указанные мероприятия оказывались дорогостоящими и не приносили значительного эффекта.
Наблюдения за работой разгрузочного устройства центробежных секционных насосов и экспериментальные исследования показали, что при работе устройства наблюдаются резкие колебания осевого перемещения вала насоса, что сопровождается механическим контактом гидропяты и кольца разгрузки. Контакт гидропяты и кольца разгрузки приводит к усиленному износу соприкасающихся при этом поверхностей. С целью предупреждения контакта гидропяты и кольца разгрузки при переходных режимах, было предложено оборудовать насосы демпферным устройством. Согласно предложению, демпферное устройство было собрано в корпусе, состояло из поршня, который мог перемещаться в этом корпусе и через подшипник был соединен с валом насоса. При этом поршень с одной стороны был дополнительно нагружен тарельчатыми пружинами.
Наиболее близким к изобретению является демпферное устройство центробежного насоса, включающее стакан с размещенным в нем с возможностью перемещения поршнем с подшипниками, связанными с валом насоса и крышкой поршня, закрывающей поршень, и образующими в стакане две одинаковые полости, герметично перекрытые снаружи дополнительными крышками (Стационарные установки шахт. Под общей ред. Б.Ф.Братченко. Москва, Недра, 1977, с.99-100).
Экспериментами было установлено, что применение демпфера такой конструкции привело к ухудшению работы разгрузочного устройства насоса и не привело к увеличению срока службы разгрузочного устройства. Дополнительно, предложенная конструкция демпфера привела к усложнению доступа к разгрузочному устройству насоса и увеличению затрат времени на перемонтаж. Устройство оказалось практически бесполезным. Одна из причин кроется в том, что применяемые в конструкции пружины, являясь накопителями энергии, усугубляют процесс появления колебаний вала насоса в осевом направлении, что выражается в усилении и поддержании колебаний вала в осевом направлении.
Задачей настоящего изобретения является создание демпферного устройства, которое бы осуществляло демпфирование осевых колебательных перемещений вала насоса, не допускало контакта гидропяты и кольца разгрузки, просто демонтировалось перед разборкой насоса (без разборки самого демпфера), позволяло регулировать демпфирующие свойства.
Технический результат достигается тем, что в демпферном устройстве центробежного насоса, включающем стакан с размещенным в нем с возможностью перемещения поршнем с подшипниками, связанными с валом насоса и крышкой поршня, закрывающей поршень, и образующими в стакане две одинаковые полости, герметично перекрытые снаружи дополнительными крышками, согласно изобретению указанный поршень с подшипниками связан с валом насоса специальным валом, имеющим на одном конце гайку, а указанные полости заполнены гидросмесью, причем для сообщения указанных полостей между собой поршень имеет сквозные отверстия в своем теле в осевом направлении с возможностью перекрывания их подвижной крышкой поршня, имеющей удлиненную цилиндрическую часть, пропущенную через стенку крышки стакана
На чертеже представлена конструкция демпферного устройства центробежного насоса.
Демпферное устройство центробежного многоступенчатого насоса установлено на кронштейне 1 корпуса насоса, в котором помещен подшипник 2 вала 3 насоса, и состоит из стакана 4 с фланцами 5 и 6. Внутри стакана помещен поршень 7 с двумя радиально-упорными подшипниками 8, размещенными внутри него и зафиксированными в поршне крышкой 9, которая имеет совместное с поршнем отверстие 10. Специальный вал 11, имеющий на конце гайку 12, служит для соединения поршня 7 с валом 3. Фланец 6 служит для прикрепления демпферного устройства к кронштейну 1 корпуса насоса. Полости, образованные справа и слева от поршня 7, заполнены гидросмесью, герметично перекрыты снаружи дополнительными крышками 13 и соединены между собой осевыми отверстиями 10, выполненными в теле поршня 7 и крышке 9. Для осуществления внешнего механического воздействия на гайку 12 на кронштейне 1 предусмотрено отверстие, закрытое пробкой 14. Отверстия в крышке 9 поршня 7, служащие для соединения крышки 9 и поршня 7 между собой винтами, имеют расточку. Расточка позволяет поворачивать крышку 9 относительно поршня 7 с помощью удлиненной цилиндрической части крышки 9, пропущенной через крышку 9, и смещать при этом отверстия 10 в крышке 9 и поршне 7, изменяя проходное сечение отверстий 10.
Работа предлагаемого демпферного устройства центробежного насоса происходит следующим образом. После запуска насоса и включения его под нагрузку начинает проявляться осевое усилие насоса, которое приводит к смещению вала 3 насоса в сторону всасывания, т.е. вправо (на чертеже эта часть насоса не показана). Этому смещению противодействует разгрузочное устройство с диском разгрузки, которое смещает вал насоса влево до тех пор, пока из полости разгрузки не вытечет какое-то количество воды, что приведет к снижению разгрузочного усилия, в результате чего осевое усилие, став по величине больше усилия разгрузки, сдвинет вал вправо и закроет полость разгрузки, уменьшив расход из нее, что приведет вновь к увеличению разгрузочного усилия и сдвига вала 3 влево. Процесс повторяется постоянно и многократно (на чертеже разгрузочное устройство также не показано). Ввиду того, что масса вала 3 с надетыми на него рабочими колесами невелика, а силы осевого усилия и усилия разгрузочного усилия достигают 15-20 т, вал 3 насоса из одного крайнего положения в другое, ограниченное корпусом насоса, перемещается с появлением механического контакта (как было отмечено выше).
При наличии предлагаемого демпферного устройства любое осевое перемещение вала 3 будет вызывать перемещение поршня 7, связанного с валом 3 через подшипники 8, специальный вал 11 и гайку 12. Перемещение поршня 7 внутри стакана 4, заполненного гидросмесью, которая при этом будет перетекать из одной торцевой полости в другую через отверстия 10, будет сопровождаться потерей энергии, что приведет к ограничению резких перемещений вала 3 и механического контакта разгрузочных колец между собой, а также дисков колес с корпусом насоса. Степень демпфирования может изменяться, например, изменением сечения проходного отверстий 10 посредством перекрытия отверстий 10 крышкой 9 и осуществляется путем воздействия снаружи на удлиненную часть крышки 9. Из полостей, в которых находится гидросмесь, должен быть тщательно удален воздух, так как недопустимо проявление его пружинящих свойств. Для этих целей в стакане 4 имеются специальные отверстия (на чертеже не показаны).