Центробежный конденсатный насос

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в конструкциях центробежных вертикальных насосов для перекачки жидкостей.
Известна конструкция центробежного вертикального конденсатного насоса (патент RU на полезную модель № 48376, приоритет 14.04.2005 г.), содержащая составной корпус и расположенные консольно на валу рабочие колеса и шнек. Верхняя часть вала расположена в корпусе блока, объединяющего два радиальных подшипника скольжения, упорный подшипники скольжения и торцовое уплотнение вала. Нижняя часть вала не имеет опоры. Вход охлаждающей жидкости в полость блока осуществляется с давлением, превышающим давление во всасывающей полости насоса. Выход охлаждающей жидкости из блока во всасывающую полость насоса осуществляется по трубопроводу, расположенному с внешней стороны корпуса.
Недостатком данного насоса является недостаточная жесткость вала ввиду консольного расположения рабочих колес относительно подшипников верхней опоры.
Наиболее близкой по технической сущности является конструкция центробежного вертикального конденсатного насоса типа КсВА 320-210 («Насосы АЭС», Справочное пособие под общей редакцией П.Н. Пака, Москва, Энергоатомиздат, 1989, стр. 105, рис. 5.21). Известный центробежный вертикальный конденсатный насос (далее насос) содержит внешний корпус с всасывающим и напорным патрубками. Во внешнем корпусе расположен внутренний составной корпус. Вал установлен в двух подшипниковых опорах, а именно в верхней опоре и нижней опоре, а рабочие колеса и шнек расположены между ними. Верхняя опора расположена в крышке корпуса и состоит из двух шариковых радиально-упорных подшипников качения. Для смазки шариковых подшипников предусмотрена циркуляционная масляная система смазки. Охлаждение масла осуществляется технической водой при помощи змеевика, расположенного внутри маслованны. Нижняя часть внутреннего корпуса имеет вид изделия, в котором присутствуют полый цилиндр, в которой расположен шнек, входные патрубки, предназначенные для подвода конденсата к шнеку, и отверстие, предназначенное для расположения в нем нижней опоры. Нижняя опора имеет в своем составе радиальный подшипник скольжения. Нижняя опора установлена в вертикальном отверстии внутреннего корпуса с зазором, который дает возможность при сборке насоса при помощи горизонтально расположенных установочных винтов передвигать нижнюю опору на величину зазора с целью центровки вала. После окончательной сборки положение нижней опоры фиксируется стопорными штифтами. Радиальный подшипник скольжения нижней опоры смазывается перекачиваемым конденсатом.
Недостатками известного решения являются невысокая надежность и низкий ресурс работы насоса вследствие:
использования в составе верхнего подшипникового узла шариковых радиально-упорных подшипников качения, смазка которых осуществляется маслом, а их охлаждение обеспечивается охлаждающей жидкостью (водой). Поскольку масло является специальной жидкостью, то для предотвращения его утечки из корпуса и попадания в перекачиваемую жидкость должно быть предусмотрено соответствующее уплотнение, которое должно быть расположено между верхним подшипниковым узлом и рабочими органами насоса;
охлаждения нижнего подшипника перекачиваемой жидкостью, что в случае образования воздушной пробки приводит к режиму сухого или полусухого трения, перегреву данного подшипника и выходу его из строя.
Полезная модель решает проблему повышения надежности центробежного вертикального конденсатного насоса (далее насоса).
Технический результат достигается тем, что центробежный конденсатный насос содержит внешний корпус и внутренний корпус, вал, установленный с возможностью вращения в верхней и нижней опорах, по меньшей мере одно рабочее колесо, закрепленное на валу, шнек, закрепленный на валу, при этом нижняя опора расположена в отверстии внутреннего корпуса с зазором, имеет в своем составе корпус нижней опоры, нижний радиальный подшипник скольжения и по меньшей мере три установочных винта, предназначенных для смещения корпуса нижней опоры в отверстии внутреннего корпуса, в состав верхней опоры входит верхний радиальный подшипник скольжения и упорный подшипник скольжения, при этом упорный подшипник скольжения выполнен в виде пяты с вкладышами, жестко закрепленной на валу, и верхнего и нижнего подпятников с вкладышами, между верхним радиальным подшипником скольжения и упорным подшипником скольжения расположена опора для нижнего подпятника, поверхность которой находится в контакте с поверхностью нижнего подпятника.
Контактная поверхность нижнего подпятника может быть выполнена конической, а контактная поверхность опоры для нижнего подпятника может быть выполнена сферической. Вкладыши пяты и вкладыши верхнего и нижнего подпятников могут быть выполнены из антифрикционного керамического материала или из твердого сплава.
Конструктивное выполнение насоса поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 - насос (продольный разрез); фиг. 2 - конструктивное выполнение верхней опоры; фиг. 3 - конструктивное выполнение нижней опоры.
Насос содержит следующие конструктивные элементы:
1 - фонарь; 2 - нижняя часть наружного корпуса; 3 - всасывающий патрубок; 4 - верхняя часть наружного корпуса; 5 - напорный патрубок; 6 - стакан направляющего аппарата; 7, 8 - направляющие аппараты; 9 - вал; 10 - шнек; 11, 12 - рабочие колеса; 13 - опорная плита наружного корпуса; 14 - фланец; 15 - опорный фланец; 16 - камера в опорном фланце; 17 - верхний радиальный подшипник скольжения; 18 - отверстие для подвода смазывающе-охлаждающей жидкости; 19 - разгрузочное отверстие; 20 - крышка верхней опоры; 21 - кожух; 22 - уплотнительная втулка; 23 - торцевое уплотнение; 24 - пята; 25, 26 - верхний и нижний вкладыши пяты соответственно; 27 - верхний подпятник; 28 - нижний подпятник; 29 - вкладыш верхнего подпятника; 30 - вкладыш нижнего подпятника; 31 - опора для нижнего подпятника; 32 - штифт с головкой; 33 - штифт; 34 - упругое кольцо; 35 - штуцер для отвода смазывающе-охлаждающей жидкости; 36 - нижний радиальный подшипник скольжения; 37 - отверстие в валу для смазывающе-охлаждающей жидкости; 38, 39 - вкладыш радиального подшипника 17 и 36 соответственно; 40 - корпус нижней опоры; 41 - крышка нижней опоры; 42 - винтовой импеллер; 43 - контргайка; 44 - установочный винт; 45 - стопорный штифт; 46 - полый цилиндр нижней части внутреннего корпуса.
Насос содержит наружный и внутренний корпуса и фонарь 1. Наружный корпус состоит из двух частей: нижней 2 (приемный корпус с приваренным к нему всасывающим патрубком 3) и верхней 4 (напорный корпус с приваренным к нему напорным патрубком 5), между которыми расположен стакан 6 направляющего аппарата, являющийся частью внутреннего корпуса. Внутренний корпус расположен во внутренней полости наружного корпуса и является составным. Так в его состав также входят направляющие аппараты 7 и 8 и нижняя часть. Во внутреннем корпусе расположен вал 9, на котором жестко закреплены шнек 10 и рабочие колеса 11 и 12. На опорной плите 13 наружного корпуса закреплен фланец 14, на котором, в свою очередь, закреплены фонарь 1 и опорный фланец 15. Конструктивное выполнение опорного фланца 15 позволяет ограничить камеру 16, в которой расположен верхний радиальный подшипник 17 скольжения и в которую подается смазывающе-охлаждающая жидкость (например, вода). Для подачи смазывающе-охлаждающей жидкости в опорном фланце 15 выполнено отверстие 18. Также в опорном фланце 15 выполнено отверстие 19 для разгрузки осевой силы. Верхняя опора включает в себя упомянутый выше верхний радиальный подшипник 17 скольжения и упорный подшипник скольжения. Опорный фланец 15, крышка 20 и кожух 21 ограничивают пространство, в котором расположены верхний радиальный подшипник 17 и упорный подшипник и в котором находится смазывающе-охлаждающая жидкость. Указанное пространство уплотнено от внутренней полости насоса уплотнительной втулкой 22, а от внешнего пространства уплотнено торцевым уплотнением 23. Подвижный элемент торцевого уплотнения 23, закрепленный на валу 9, расположен в осевом отверстии крышки 20.
Упорный подшипник скольжения состоит из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть упорного подшипника включает в себя жестко закрепленную на валу пяту 24. В проточках пяты зафиксированы кольцевые вкладыши - верхний 25 и нижний 26 из антифрикционного керамического материала или твердого сплава. Неподвижная часть упорного подшипника скольжения включает в себя верхний 27 и нижний 28 подпятники, в кольцевых проточках которых закреплены кольцевые вкладыши 29 и 30 из антифрикционного керамического материала или твердого сплава. На трущихся поверхностях вкладышей 29 и 30 выполнены радиальные профилированные канавки для прохода смазывающе-охлаждающей жидкости, которые служат для создания жидкостной пленки между поверхностями трения опорных вкладышей. Это позволяет исключить сухое трение и увеличить надежность и долговечность упорного подшипника скольжения.
Верхний подпятник 27 закреплен в крышке 20. Верхний подпятник 27 ограничивает осевое перемещение вала 9 насоса в пределах, необходимых для работы торцового уплотнения 23.
Между нижним подпятником 28 упорного подшипника и верхним радиальным подшипником 17 расположена опора 31 для нижнего подпятника (далее опора 31). Неподвижность опоры 31 обеспечивается тем, что в опоре 31 выполнены горизонтальные сквозные отверстия, в которых расположены штифты 32 с головкой, которые к тому же расположены и в проточках как опорного фланца 15, так и верхнего радиального подшипника 17.
Нижняя коническая поверхность нижнего подпятника 28 находится в контакте с верхней сферической поверхностью опоры 31, или, наоборот, нижняя сферическая поверхность нижнего подпятника 28 находится в контакте с верхней конической поверхностью опоры 31.
Штифт 33, расположенный в отверстии опорного фланца 15 и отверстии нижнего подпятника 28, не позволяет нижнему подпятнику 28 совершать совместное вращение с пятой 24. При этом указанный штифт 33 расположен в отверстии нижнего подпятника 28 с зазором, позволяющим нижнему подпятнику 28 смещаться на величину данного зазора.
Упругое кольцо 34, расположенное в кольцевой канавке, выполненной на наружной цилиндрической поверхности нижнего подпятника 28, упирается в кожух 21 и амортизирует вибрационные нагрузки нижнего подпятника 28.
Вход смазывающе-охлаждающей жидкости в полость верхней опоры осуществляется с давлением, превышающим давление во всасывающей полости насоса. Выход смазывающе-охлаждающей жидкости осуществляется двумя потоками. Часть смазывающе-охлаждающей жидкости попадает во всасывающую полость насоса через штуцер 35, расположенный в крышке 20. Другая часть смазывающе-охлаждаемой жидкости подается к нижнему радиальному подшипнику 36 скольжения через осевое отверстие в валу 9. В осевое отверстие смазывающе-охлаждающая жидкость попадает через сообщающиеся с ним радиальные отверстия 37 в валу, выполненные в области камеры 16. Поступление смазывающе-охлаждающей жидкости к нижнему радиальному подшипнику 36 через отверстия в валу позволяет предотвратить работу подшипника в режиме сухого или полусухого трения, его перегрев и выход подшипника из строя.
Неподвижный вкладыш 38 радиального подшипника 17 и неподвижный вкладыш 39 радиального подшипника 36 выполнены с продольными пазами для прохода смазывающе-охлаждающей жидкости.
При сборке насоса для центрирования вала относительно корпуса предусмотрена система регулировки положения нижней опоры насоса.
Нижняя опора включает в себя: корпус 40 нижней опоры, крышку 41 нижней опоры, нижний радиальный подшипник 36 скольжения, винтовой импеллер 42, контргайку 43, установочные винты 44 и стопорные штифты 45.
Нижняя часть внутреннего корпуса предназначена как для подвода конденсата к рабочему колесу (рабочим колесам), так и для центрирования внутреннего корпуса относительно наружного корпуса. Нижняя часть внутреннего корпуса имеет вид изделия, в котором присутствуют: полый цилиндр 46, в которой расположен шнек 10, входные патрубки, предназначенные для подвода конденсата к шнеку 10, и вертикальное отверстие, предназначенное для расположения в нем нижней опоры.
В корпусе 40 нижней опоры расположена нижняя часть вала 9, нижний радиальный подшипник 36 скольжения и импеллер 42. С торца корпус 40 нижней опоры закрыт крышкой 41 нижней опоры. Для поддержания расхода смазывающе-охлаждающей жидкости через нижний радиальный подшипник 36 перед ним установлен винтовой импеллер 42. На внешней цилиндрической поверхности корпуса 40 нижней опоры выполнены отверстия, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (горизонтальной и вертикальной). Установочные винты 44, резьбовая часть которых расположена в резьбовых горизонтальных отверстиях корпуса 40 нижней опоры, своими торцевыми поверхностями опираются на внутреннюю цилиндрическую поверхность нижней части внутреннего корпуса. При этом корпус 40 нижней опоры, расположенный с зазором в вертикальном отверстии, за счет регулировки горизонтально расположенных установочных винтов 44 имеет возможность плоскопараллельного перемещения в горизонтальной плоскости в пределах вышеуказанного зазора.
После обеспечения требуемой соосности внешней образующей поверхности шнека 10 и цилиндра 46, в котором он расположен, достигаемой регулировкой установочных винтов 44, положение корпуса 40 нижней опоры фиксируется стопорными штифтами 45, расположенными в вертикальных отверстиях, выполненных как в корпусе 40 нижней опоры, так и в нижней части внутреннего корпуса насоса.
Описанная выше операция центровки вала 9, в результате которой обеспечивается соосность внешней образующей шнека 10 и внутреннего корпуса, может привести к смещению оси вала 9 от вертикального положения. При этом, если считать не имеющий возможности смещения верхний радиальный подшипник 17 точкой опоры, то понятно, что части вала от нижней опоры до верхнего радиального подшипника 17 и от верхнего радиального подшипника 17 до упорного подшипника совершают разнонаправленное смещение. Для этого случая и введена опора 31 для нижнего подпятника 28 и штифт 33, расположенный в отверстии нижнего подпятника 28 с зазором, которые позволяют нижнему подпятнику 28 смещаться на величину зазора с целью обеспечения плоскопараллельного прилегания поверхностей трения вкладыша 26 пяты 24 и вкладыша 30 нижнего подпятника 28. Данное техническое решение обеспечивает равномерное распределение нагрузки в упорном подшипнике, что исключает возникновение неравномерного износа по ширине вкладышей (краевой эффект), приводящего к местному перегреву трущихся поверхностей опоры и их дальнейшему разрушению. Тем самым создаются благоприятные условия для работы упорного подшипника скольжения и повышается его межремонтный период. Использование описанного выше конструктива, в котором плоскопараллельное прилегание поверхностей трения в упорном подшипнике скольжения обеспечено за счет применения опоры для подпятника известно в погружных электроцентробежных насосах для подачи нефти (патент РФ на полезную модель № 160032). Однако применение данного решения в вертикальных центробежных конденсатных насосах вместе с нижней опорой, особенностью которой является возможность регулирования ее положение в момент сборки насоса, позволило решить недостатки описанных выше аналогов данного вида насосов, а именно увеличить жесткость вала и надежность упорного подшипника, что, в целом, увеличило надежность насоса.
Насос работает следующим образом. Вал приводится во вращение от приводного электродвигателя. При вращении вала во всасывающей полости насоса возникает разрежение, вследствие чего жидкость из всасывающего трубопровода по всасывающему патрубку 3 поступает на вход шнека 10 и далее на вход первого рабочего колеса 11. Взаимодействуя с лопатками первого рабочего колеса 11, поток перекачиваемой жидкости получает приращение скорости и давления. Поступая в следующий за первым рабочим колесом направляющий аппарат 7, кинетическая энергия жидкости преобразуется в давление, а поток перекачиваемой жидкости лопатками аппарата направляется на вход второго колеса 12, после взаимодействия с которым, получив дополнительное приращение скорости и давления, через второй направляющий аппарат 8 поступает в напорный патрубок 5 и далее в напорный трубопровод.