РАЗГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ЦЕНТРОБЕЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА
MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP DISCHARGE DEVICE

Изобретение относится к насосам необъемного вытеснения для жидкостей, в частности к устройствам для разгрузки роторов центробежных насосов 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 (см., например, Картавый Н.Г., Топорков А.А. Шахтные стационарные установки. Справочное пособие. М.: 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 всасывания. 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 (см., например, Стационарные установки шахт. Под общей ред. Б.Ф.Братченко. М.: 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 типа 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.
Наиболее близким к изобретению является разгрузочное устройство центробежного многоступенчатого насоса, включающее корпус, вал с закрепленными на нем рабочими колесами, гидропятой с кольцом и кольцо разгрузки, размещенное в корпусе (SU 1569435 А1, 07.06.1990).
Известному устройству свойственны те же недостатки.
Задачей изобретения является создание разгрузочного устройства, которое бы имело высокую износостойкость и простую конструкцию.
Технический результат достигается тем, что в разгрузочном устройстве центробежного многоступенчатого насоса, включающего корпус, вал с закрепленными на нем рабочими колесами, гидропятой с кольцом и кольцо разгрузки, размещенное в корпусе, согласно изобретению наружная часть кольца разгрузки выполнена составной со вставкой из неметаллического материала (например, резины) в виде кольца-вставки и закрепленной в его наружной части в месте его контакта с кольцом пяты разгрузки.
Согласно изобретению кольцо разгрузки выполнено составным и имеет внутреннюю торцевую армировку (вставку) из неметаллического материала (например, резины, маслянита, фторопласта и т.п.), который в паре со сталью в водной среде имеет низкий коэффициент трения.
На чертеже представлена конструкция предлагаемого разгрузочного устройства центробежного многоступенчатого насоса.
Разгрузочное устройство центробежного многоступенчатого насоса состоит из корпуса насоса 1 с размещенным в нем валом 2, на котором закреплены рабочие колеса 3 и гидропята 4 с кольцом 5 и кольцо 6 разгрузки, размещенное в корпусе 1 насоса. Жидкость из последнего рабочего колеса 3 подводится к разгрузочной камере 7 через кольцевую щель 8, а из камеры 7 выходит через торцевой зазор 9. Армирующий неметаллический материал в виде кольца-вставки 10 закреплен в наружной части кольца 6 разгрузки по торцу в месте его контакта с выступом металлической части кольца 5 гидропяты 4.
Разгрузочное устройство центробежного многоступенчатого насоса работает следующим образом. При работе насоса, как было показано выше, часть перекачиваемой воды из задней пазухи последнего колеса 3 поступает в щель 8 между дистанционной втулкой и втулкой разгрузки и далее в разгрузочную камеру 7. Давление воды на кольцо 5 и диск гидропяты 4 заставляет смещаться скрепленный с ними вал 2 в сторону нагнетания. При перемещении вала 2 в сторону нагнетания зазор между кольцами 5, 6 увеличивается и давление в разгрузочной камере 7 падает до тех пор, пока усилие, создаваемое им, не уравновешивается осевьм усилием, действующим в сторону всасывания. При этом через торцевой зазор 9 между кольцами 5, 6 проходит тонкий слой воды и в случае наличия в ней абразивных частиц будет подвергать износу неметаллический материал кольца-вставки 10 как части кольца 6, но так как коэффициент трения в среде воды у абразива низкий, то износ будет меньше, чем в случае взаимодействия абразива с металлом.
Увеличение осевого усилия вследствие изменения режима или износа уплотнительных колец 5, 6 и кольца-вставки 10 будет приводить к смещению ротора в сторону всасывания, уменьшению зазора 9 между кольцами 6, 5 разгрузки и гидропяты 4, увеличению давления в камере 7 разгрузки и уравновешиванию ротора в новом положении. Но и в этом случае абразивные частицы будут меньше подвергать износу неметаллический материал кольца-вставки 10, так как коэффициент трения в среде воды у абразива низкий, то и износ будет меньше, чем в случае взаимодействия абразива с металлом. Все сказанное будет справедливо в том случае, если при работе насоса не будет контакта между кольцами 5, 6, 10 разгрузочного устройства, например при переходных процессах, при неуспокоенном роторе насоса и т.д.