Центробежный насос с двойным торцевым уплотнением
CENTRIFUGAL PUMP WITH DOUBLE MECHANICAL SEAL

Изобретение относится к насосной технике и может быть использовано при создании установок для перекачивания жидкостей, утечки которых в атмосферу не допустимы.
При перекачивании жидкостей, утечки которых в атмосферу не допустимы, используются центробежные насосы с двойным торцевым уплотнением с охлаждением и смазкой пар трения затворной жидкостью поступающей из внешнего резервуара или внешнего источника под давлением большем, чем давление в камере двойного торцевого уплотнения. Примером такой организации работы картриджного двойного торцевого уплотнения в насосах являются планы (способы) обвязки уплотнений Plan 53А, 53В, 53С по американскому стандарту API STANDARD 682 Pumps- Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps, ANNEX G, G18 - G20;
Аналогичное техническое решение приведено в российском государственном стандарте: Схемы 53А, 53В, 53С промывки стандартного уплотнения Приложение Ж стр. 157-159, ГОСТ 32600 (https://pdf.standartgost.ru/catalog/Data2/1/4293771/4293771087.pdf), прототип.
Недостатком известных решений является необходимость иметь внешний источник подачи затворной жидкости, например, резервуар высокого давления оснащенного датчиками контроля барьерной жидкости, систему поддержания давления в резервуаре, внутренне циркуляционное устройство для циркуляции затворной жидкости между торцевым уплотнением и внешним резервуаром, трубопроводную обвязку. Все это существенно удорожает насос и увеличивает стоимость эксплуатации, снижает его надежность, повышает себестоимость ремонтных и регламентных работ.
Задачей изобретения и его техническим результатом является упрощение конструкции, снижение стоимости и эксплуатационных расходов центробежного насоса, снижение вероятности отказов работы насоса, повышение надежности и ресурса работы.
Технический результат достигается тем, что в известном центробежном насосе, состоящем из корпуса насоса, вала, рабочего колеса закрепленного на валу, двойного торцевого уплотнения состоящего из двух одинарных торцевых уплотнений с разделительной полостью заполненной затворной жидкостью, согласно изобретения, объем разделительной полости выполнен таким, что объем затворной жидкости в нем достаточен как для смазки, так и для охлаждения одинарных торцевых уплотнений, причем, перед двойным торцевым уплотнением установлено гидродинамическое уплотнение, например, в виде лопаток на тыльной стороне рабочего колеса и\или установлен импеллер, в разделительной полости сформирована камера, в которой находится торцевое уплотнение ближнее к рабочему колесу, а на валу установлено устройство, которое при вращении вала создает избыточное давление в камере.
Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что в случае их использования упрощается конструкция, снижаются стоимость и эксплуатационные расходы центробежного насоса, осуществляется повышение надежности работы центробежного насоса и снижение вероятности непредсказуемых отказов его работы.
Критерий «промышленная применимость» подтверждается примером конкретного выполнения устройства, принципиальная схема которого представлена на Рис. 1. (На Рис. 2 представлено то же устройство, но с импеллером, а на Рис. 3 представлено то же устройство, но в нем, в разделительной полости сформирована камера, в которой находится торцевое уплотнение, ближнее к рабочему колесу, а на валу установлено устройство, которое при вращении вала создает избыточное давление в камере), где:
1. корпус,
2. рабочее колесо,
3. вал,
4. затворная жидкость,
5. устройство нагнетания избыточного давления в камере,
6. двойное торцевое уплотнение, состоящее из 2-х одинарных,
7. импеллер,
8. лопатки на тыльной стороне рабочего колеса,
9. разделительная полость,
10. камера.
Центробежный насос, состоит из корпуса 1 насоса, рабочего колеса 2, вала 3, закрепленного на валу 3, двойного торцевого уплотнения, состоящего из двух одинарных торцевых уплотнений 6, разделительной полости 9 заполненной затворной жидкостью 4, причем, объем разделительной полости 9 выполнен таким, что обеспечивает объем затворной жидкости 4 в ней, достаточный, как для смазки, так и для охлаждения торцевых уплотнений 6. Перед двойным торцевым уплотнением 6 установлено гидродинамическое уплотнение в виде лопаток 8 (на рис. 2, на тыльной стороне рабочего колеса 2 перед двойным торцевым уплотнением 6 установлен импеллер 7), в разделительной полости 9 (рис. 3) сформирована камера 10, в которой находится торцевое уплотнение 6 (ближнее к рабочему колесу 2), на валу 3 установлено устройство 5, которое при вращении вала 3, создает избыточное давление в камере 10.
В предлагаемом техническом решении используется двойное торцевое уплотнение 6, состоящее из двух одинарных с разделительной полостью 9, заполненной затворной жидкостью 4, объем которой, достаточен для смазки и охлаждения торцевых уплотнений без подачи затворной жидкости из внешнего источника.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Во время стоянки и во время работы насоса герметичность вала 3 обеспечивается торцевыми уплотнениями 6. При вращении вала 3 гидродинамические уплотнения в виде лопаток 9 на тыльной стороне рабочего колеса 2 (Рис. 1) или импеллера 7 (Рис. 2), обеспечивают дополнительную герметизацию вала 3, так как под действием центробежной силы перекачиваемая жидкость перемещается вдоль радиальных лопаток от центра гидродинамического уплотнения к периферии, образуя перед двойным торцевым уплотнением зону разряжения. Давление жидкости в разделительной полости 9 становится больше чем давление в корпусе 1 насоса перед двойным торцевым уплотнением 6, т.е. возникает противодавление, которое препятствует перетеканию жидкости из корпуса 1 насоса в разделительную полость 9, кроме того, в этом случае смазка трущихся пар торцевого уплотнения осуществляется затворной жидкостью, а не перекачиваемой жидкостью, что особенно важно при перекачивании некоторых химически активных жидкостей, так как исключается их локальный нагрев в трущихся парах торцевого уплотнения, (что может привести к увеличению химической активности жидкости и, как следствие, к разрушению торцевого уплотнения).
Для увеличения противодавления сформирована камера 10 (Рис. 3), в которой находится торцевое уплотнение 6 ближайшее к рабочему колесу 2, а на валу установлено устройство 5, которое при вращении вала создает избыточное давление в камере 10. (Работа осуществляется без внутреннего циркуляционного устройства, необходимого в прототипе для циркуляции барьерной жидкости между торцевым уплотнением и внешним резервуаром).
Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает упрощение и снижение стоимости конструкции насоса, снижение эксплуатационных расходов, повышение надежности центробежного насоса и ресурса его работы.