ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к вертикальным центробежным насосам, и может быть использована для подачи нефти и нефтепродуктов в системах магистральных трубопроводов для обеспечения бескавитационной работы магистральных насосов, а также для технологических перекачек на объектах насосных станций.
Известен насос вертикальный, двухкорпусный с рабочим колесом двустороннего входа с возможной установкой последующих одного (двухступенчатый) или двух (трехступенчатый) рабочих колес одностороннего входа с направляющими аппаратами. Насос содержит наружный корпус (стакан) с приваренным к нему входным патрубком. Выемная часть насоса включает напорный корпус со сварным выходным патрубком, спиральный отвод от рабочего колеса двустороннего входа, направляющие аппараты горшкового типа для двухступенчатого и трехступенчатого насосов, рабочие колеса, размещенные на валу. Остаточные осевые силы воспринимаются верхним опорно-упорным подшипником качения на жидкой масляной смазке. Нижний подшипник скольжения смазывается перекачиваемой средой. Концевое уплотнение вала - торцового типа. [Worthington vertical centrifugal, double suction pumps. Каталог фирмы Worthington, - Италия, 1984, - с.4, 5]. Данная конструкция насоса выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
Опыт эксплуатации этих насосов показывает их несоответствие показателям надежности и долговечности по следующим причинам:
- требования по показателям кавитационного запаса достигаются удлинением насоса, и соответственно увеличением его массы, что приводит к дополнительным капитальным затратам потребителя;
- применение конструкции одинарного торцового уплотнения при отсутстии подачи очищенной от механических примесей перекачиваемой среды в камеру торцового уплотнения не позволяет гарантировать требуемые показатели надежности и долговечности указанного узла;
- использование для разгрузки осевых сил только опорно-упорного подшипника;
- конструкция спирального отвода после рабочего колеса двустороннего входа не в полной мере уменьшает радиальную нагрузку на ротор.
В основу полезной модели поставлена задача создания вертикального центробежного насоса, в котором, путем введения новых конструктивных элементов и нового исполнения существующих конструктивных элементов, достигаются уменьшение массы и габаритных размеров насоса, снижение капитальных затрат потребителя, снижение утечек перекачиваемой среды, снижение нагрузок на ротор, повышение срока эксплуатации торцового уплотнения, в результате чего обеспечивается технический результат, заключающийся в повышении экономичности, надежности и долговечности насоса.
Поставленная задача достигается тем, что в вертикальном центробежном насосе, содержащем наружный корпус (стакан) с входным патрубком, выемную часть, включающую напорный корпус, одно рабочее колесо двустороннего входа с возможным размещением последующих одного или двух рабочих колес одностороннего входа с направляющими аппаратами, размещенных на валу, опорами которого являются верхний опорно-упорный подшипник качения и нижний подшипник скольжения, переводные каналы, торцовое уплотнение, согласно полезной модели вводятся:
- осевые предвключенные колеса с возможным выполнением выступа на тыльной поверхности лопасти;
- комбинированный отвод от первой ступени в виде направляющего аппарата и переводных каналов;
- составное отводящее устройство насоса в виде направляющего аппарата концевой ступени и кольцевого отвода цилиндрической или сферической формы;
- устройство разгрузки осевых сил, включающее заднее уплотнение рабочего колеса концевой ступени и трубопровод разгрузки, соединенный с входным трубопроводом насоса;
- одинарное торцовое уплотнение со вспомогательным уплотнением и с устройством гидроциклонной очистки перекачиваемой среды, подаваемой в камеру торцового уплотнения, или двойное торцовое уплотнение.
Применение осевых предвключенных колес, устанавливаемых перед рабочим колесом двустороннего входа, обеспечивает необходимый для устойчивой работы насоса кавитационный запас при пониженных по сравнению с прототипом массе, габаритных размерах и капитальных затратах потребителя. Возможное выполнение выступа на тыльной поверхности лопасти снижает интенсивность кавитационного разрушения предвключенных колес, улучшает кавитационно-эрозионные свойства насоса. Снижение кавитационного воздействия в таких колесах происходит за счет интенсивного вихреобразования за выступом, с присущим такой форме течения возвратным потоком. В режиме кавитации, когда в вихревой зоне образуется каверна, этот возвратный поток выполняет функцию защитного слоя. В свою очередь каверна за выступом предохраняет поверхность лопасти от основной каверны, образующейся на входной кромке.
Выполнение комбинированного отвода от первой ступени в виде направляющего аппарата и переводных каналов и составного отводящего устройства, расположенного в напорном корпусе в виде направляющего аппарата концевой ступени и кольцевого отвода цилиндрической или сферической формы, обеспечивает 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, обладает минимальными габаритами, а конструкция отводящего устройства, состоящего из направляющего аппарата и кольцевого отвода сферической формы, дополнительно обеспечивает еще более высокий уровень экономичности по сравнению с предыдущим вариантом.
Использование устройства разгрузки осевых сил в виде заднего уплотнения рабочего колеса концевой ступени с трубопроводом разгрузки, соединенным с входным трубопроводом насоса, компенсирует осевое усилие, действующее на ротор.
Применение одинарного торцового уплотнения с вспомогательным уплотнением и при этом снабженного устройством гидроциклонной очистки перекачиваемой среды, подаваемой в камеру торцового уплотнения для смазки и охлаждения пары трения, или двойного торцового уплотнения гарантирует надежность и долговечность, существенное повышение ресурса работы узла.
Таким образом, использование совокупности приведенных признаков заявляемой модели обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении экономичности, надежности и долговечности насоса.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунком, на котором представлен продольный разрез вертикального центробежного насоса.
Вертикальный центробежный насос содержит наружный корпус (стакан) 1 с входным патрубком, закрепленный шпильками 2 и уплотнительным резиновым кольцом 3 с выемной частью насоса. Выемная часть насоса включает подвод 4, корпус с переводными каналами 5, обтекатель 6, переходник 7, секции 8 и 9, корпус напорный 10, крышку напорную 11, фонарь промежуточный 12, фонарь двигателя 13, направляющий аппарат 14 рабочего колеса двустороннего входа 15 (первая ступень) и направляющий аппарат 16 рабочего колеса одностороннего входа 17 (одно или два), предвключенные колеса 18 с выступом на тыльной поверхности лопасти, размещенные на валу 19. Опорами вала являются верхний опорно-упорный подшипник качения 20 с жидкой масляной смазкой, охлаждаемой перекачиваемой средой по змеевику 21, и нижний гидродинамический подшипник скольжения 22.
Для разгрузки осевого усилия служит разгрузочный поршень, включающий заднее уплотнение рабочего колеса 17 концевой ступени и трубопровод разгрузки, соединенный со входным трубопроводом. В качестве концевого уплотнения вала 19 применено уплотнение торцового типа 23 с вспомогательным уплотнением 24, размещенным в корпусе уплотнения 25, крепящемуся шпильками к напорной крышке 11 (возможно двойное торцовое уплотнение). Из устройства гидроциклонной очистки 26, расположенного на напорном корпусе 10, осуществляется подача очищенной перекачиваемой среды посредством трубопровода 27 и отверстий в корпусе торцового уплотнения 25 в камеру торцового уплотнения 23. Нижний подшипник скольжения 22 смазывается очищенной перекачиваемой средой, подводимой в пару трения по линии отбора от первой ступени.
Насос работает следующим образом. При вращении вала 19 от приводного двигателя перекачиваемая среда поступает во входной патрубок корпуса наружного 1, подвод 4, подвод корпуса 5, далее на лопасти предвключенных колес 18, лопатки рабочего колеса двустороннего входа первой ступени 15, направляющий аппарат первой ступени 14, по переводным трубам корпуса 5, обтекателю 6 и переходнику 7, секцию 8, рабочее колесо 17 концевой ступени и из направляющего аппарата 16 концевой ступени выходит в напорный патрубок напорного корпуса 10 под давлением, создаваемым рабочими колесами 15, 17.
Использование предлагаемой конструкции насоса обеспечивает повышение экономичности, надежности и долговечности по сравнению с прототипом.