ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС С РАЗЪЕМОМ КОРПУСА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

Полезная модель относится к центробежным насосам, в частности к уплотнениям разъемов корпусов в горизонтальной плоскости, параллельной оси вала, и может быть использовано в нефтяных центробежных магистральных и подпорных насосах с рабочим колесом с двухсторонним входом.
Известен центробежный насос с разъемом корпуса в горизонтальной плоскости, параллельной оси вала, содержащий скрепленные вместе шпильками и гайками верхнюю и нижнюю части корпуса, каждая из которых имеет плоский фланец и углубление, в котором выполнена кольцевая расточка с размещенными в ней (по меньшей мере) двумя защитными кольцами, образующими щелевое радиальное уплотнение с двумя бандажами, выполненными на рабочем колесе с двухсторонним входом, установленном на валу, один полуспиральный канал отвода рабочей жидкости от рабочего колеса, отделенный двумя перегородками с плоскими частями, образующими плоскость разъема от двух каналов подвода рабочей жидкости к колесу, расположенных по обе стороны относительно канала отвода, наружные стенки, отделяющие каналы подвода и отвода рабочей жидкости от окружающей атмосферы, уплотнения, например, торцовых, выступающих из частей корпуса концов вала и уплотнение разъема в виде двух плоских листовых прокладок из упругого неметаллического материала, в частности паронита, размещенных между фланцами на плоских поверхностях разъема корпуса (см. Малюшенко В.В "Динамические насосы", Атлас, М., Машиностроение, 1984, лист 55, рис. 142, "Насос нефтяной магистральный типа НМ", стр. 21, текст описания насоса).
Паронитовая прокладка состоит из 2-х частей, размещенных на фланце нижней части корпуса, которые разделены углублением с ротором, включающим центробежное колесо, смонтированное на валу и уплотнением вала, чаще всего уплотнением торцового типа. Фланец уплотнения скреплен резьбовыми элементами, например, в виде шпилек, часть которых скрепляет фланец уплотнения с нижней частью корпуса, а вторая часть шпилек скрепляет фланец уплотнения с верхней частью корпуса. Паронитовая прокладка при сборке насоса подрезается так, что выступающая из разъема прокладка герметично упирается в резиновое уплотнительное кольцо, установленное между фланцем торцового уплотнения и торцевой площадкой в виде полуколец, выполненной в верхней и нижней частях корпуса. Паронитовая прокладка обеспечивает герметичность насоса, препятствуя просачиванию рабочей среды (например, нефти) наружу за пределы корпуса насоса. Эту герметичность проверяют при опрессовках насосов в составе магистрального трубопровода давлением, превышающим давление во внутренней полости в выходном спиральном канале насоса. Это же давление при опрессовках присутствует и в двух боковых спиральных каналах, через которые подводится рабочая среда к центробежному колесу (в каналах подвода).
При работе насоса давление рабочей среды в разы и даже десятки раз в каналах подвода меньше, чем в выходном спиральном канале насоса. Но только из-за необходимости опрессовки насоса крепление верхней и нижней частей корпуса необходимо рассчитать на прочность и обеспечить герметичность разъема при давлении значительно превышающем фактические значения давлений в полости входных каналов. Размеры и форма прокладки такова, что в ней предусмотрены плоские "лепестки", разделяющие полости выходного полуспирального канала и расположенные по обе стороны два полуспиральных входных канала. При этом толщина прокладки составляет 0,8…1,0 мм.
1
Особенность известного насоса заключается в том, что для обеспечения герметичности обе части корпуса необходимо сжать усилием R для предотвращения отрыва части корпуса от прокладки, равным:
1
опр
R=P×F (1),
где F - это площадь прокладки в плане (в проекции прокладки на плоскость разъема).
опр.
Р - давление внутри корпуса при опрессовке.
2
Однако, ввиду жесткости и большой твердости, гораздо большей, чем жесткость и твердость резины прокладку для обеспечения герметичности ее "стыка" с металлом корпуса необходимо сжать еще дополнительным усилием R:
2
cж.
R=P×F (2),
сж.
где Р - удельное давление, зависящее от материала прокладки. Таким образом, результирующее усилие, с которым необходимо сжать обе части корпуса и, следовательно, прокладку:
∑
1
2
R=R+R (3).
В результате расчетов фланцы обеих частей корпуса получаются массивными, шпильки и гайки получаются также массивными и устройства для затяжки гаек, соединяющих части корпуса, очень громоздкими.
При этом возрастает и масса насоса, что является недостатком известного насоса.
Кроме того, из-за необходимости подгонки плотности прилегания по плоскости верхней части корпуса к нижней части для обеспечения равномерного необходимого удельного давления на прокладку значительно увеличивается трудоемкость изготовления насоса - что тоже является недостатком известного насоса.
Целью полезной модели является уменьшение нагрузки на шпильки крепления верхней и нижней части корпуса, уменьшение количества шпилек крепления, уменьшения массы насоса и уменьшения площади поверхностей, прилегание которых необходимо для обеспечения герметичности разъема, что улучшает технологичность и снижает трудоемкость изготовления.
Поставленная цель достигается тем, что уплотнение выполнено в виде нескольких полос уплотнений, например, двух полос уплотнений из которых одна полоса уплотнения выполнена в виде двух шнуров (жгутов) профилированного поперечного сечения из упругого эластичного неметаллического материала, например, резины, уложенных в две канавки П-образного вида в проекции на плоскость разъема, выполненные в нижней части корпуса насоса и огибающие кромки канала отвода установленные с упором в поверхности защитных колец, при этом шнуры зажаты в канавках плоскостью верхней части корпуса, другая полоса уплотнения образована из двух прокладок из листового материала, выполненных в виде пластин П-образной формы в проекции на плоскость разъема, огибающих шнуры первой полосы уплотнения так, что между кромкой пластины, обращенной к шнуру, шнуром и плоскими поверхностями частей корпуса образован канал в виде щели, сообщенной с каналами подвода в центробежное колесо.
На поверхности шнура могут быть выполнены выступы, а в нижней части корпуса выполнены канавки, в которых размещены выступы шнура. Шнур выполнен круглым с постоянной по длине толщиной, но большей, чем сумма глубины канавки и толщины листовой прокладки для обеспечения сдавливания шнура.
Канал в виде щели может быть выполнен с переменной по длине канала шириной.
На фиг. 1 изображен вид на нижнюю часть насоса, а на фиг. 2 сечение А-А, где:
1 - центробежное колесо
2 - бандаж
3 - защитное кольцо
4 - кольцевая расточка
5 - верхняя часть корпуса
6 - нижняя часть корпуса
7 - уплотнение из листа
8 - отверстия под шпильки
9 - полуспиральный канал отвода
10, 11 - полуспиральный канал подвода
12, 13 - плоские поверхности
14 - плоскость разъема
15, 16 - полоса уплотнения
17, 18 - профилированные шнуры (жгуты)
19 - канавки П-образного вида
20 - торец шнура
21 - выступ на шнуре
22 - канавка в корпусе
23, 24 - криволинейные кромки
25, 26 - кромки листовой пластины
1
В - ширина канавки под шнур
2
3
В, В - ширина прокладки из листа
S - толщина прокладки
Z - зазор в щелевидном канале.
Центробежный насос содержит центробежное колесо 1 с двухсторонним входом с бандажом 2, который охватывается защитным кольцом 3, которое и размещено в кольцевой расточке 4, выполненной в совместно скрепленных шпильками с гайками (шпильки и гайки не показаны) верхней части 5 и нижней части 6 корпуса насоса, в качестве уплотнения которых применен упругий и эластичный материал - лист 7, в котором выполнены отверстия 8 под шпильки.
В обеих частях корпуса, в том числе нижней, имеется полуспиральный канал отвода 9, в котором размещено центробежное колесо и через который перекачиваемая насосом среда (например, жидкость) подается в патрубок выхода (не показан) и далее к потребителю.
По обе стороны относительно канала отвода располагаются полуспиральные каналы подвода 10, 11 жидкости ко входу в центробежное колесо.
Плоские поверхности 12 и 13 образованы поверхностями стенок, отделяющих каналы подвода и отвода друг от друга и эти каналы от атмосферы, и образуют плоскость 14 разъема. В отличие от известного насоса, где в качестве уплотнения используется только один вид уплотнения, в заявляемой полезной модели применены полосы уплотнений, например, две полосы уплотнений 15 и 16. В каждой полосе применен тип уплотнения, отличающийся от типа уплотнения в полосе, расположенной рядом. Так, например, в одной полосе 16 для уплотнения применены профилированные шнуры 17 и 18 круглого поперечного сечения, для чего в нижней части корпуса выполнены канавки 19 П-образного вида (контура) в проекции на плоскость разъема. Канавки выполнены сквозными таким образом, что они огибают кромки канала отвода, а торец 20 каждого шнура выходит из канавки и упирается в поверхность защитного кольца 3.
Чтобы торец 20 шнура не сдвигался внутрь вдоль канавки (не сморщивался) на шнуре выполняются заодно целое с ним выступы 21, а в корпусе выполняются канавки 22, в которых размещены выступы 21.
1
Канавки 19 “В” огибают (кромки 23, 24 от пересечения поверхностей канала отвода с плоскими поверхностями 13 и 12), с образованием перегородки (перегородка не показана), чтобы шнур не выпал в канал отвода.
Вторая полоса уплотнения состоит из двух полос листового материала 7, 15 П-образной формы с отверстиями 8 под шпильки.
Между кромкой 25 и 26 (кромка обозначена пунктирной линией) полосы уплотнения из листового материала, обращенной к шнуру 17 и 18, самими шнурами 17 и 18 и плоскими поверхностями 12 и 13 обеих частей 5 и 6 корпуса образованы щелевидные каналы в виде участков 27, 28, 29, 30, сообщенные с каналами подвода 10 и 11 к центробежному колесу.
Как видно из фиг. 1 ширина каждого из 2-х щелевидных каналов на участках 27, 28, 29 и 30 между кромками 25 и 26 пластины из паронита и шнурами 17 и 18 переменная по всей длине канала.
Предназначен щелевидный канал с участками 27, 28, 29 и 30 для уменьшения площади сжатия листовой прокладки и, следовательно, уменьшения усилий на шпильках, а также для уменьшения площади обработки верхней 5 и нижней 6 частей корпуса при определении плотности "прилегания" плоских металлических частей друг к другу. Получается, что обработка (шабрение, шлифовка) плоскостей разъема не требуется, что уменьшает трудоемкость изготовления корпуса и, следовательно, насоса.
При работе насоса и вращении центробежного колеса 1 в канале 9 увеличивается давление, но благодаря уплотнению из шнуров 17 и 18 перетекание жидкости в полости каналов подвода 11 и 10 отсутствует. Благодаря наличию щелевидных каналов (зазоров Z) в каналах 27, 28, 29, 30 и соединению этих каналов с каналами подвода 11 и 10 перед прокладкой из паронита 7, 15 имеется низкое давление, поэтому перепад давления, удерживаемый листовой прокладкой невелик и сила "сдавливания" паронитовой прокладки снижается за счет уменьшения площади прокладки. Следует отметить, что сила "сдавливания" шнуров 16, 18 и 16, 17 тоже будет меньше, чем в существующих насосах, где вместо шнуров уложена листовая прокладка - по той причине, что для предотвращения перетока жидкости резина требует меньшего удельного давления сдавливания резины, да и площадь сдавливания шнура относительно невелика.
Показанные белым цветом участки плоскости верхней 5 и нижней 6 частей корпуса не требуют сложной обработки для обеспечения высокой степени плотности прилегания, с целью обеспечения отсутствия рисок, вмятин, забоин на поверхности разъема - а это уменьшает трудоемкость изготовления корпуса и насоса в целом.
2
3
Ширина В и В прокладки 7, необходимая для предотвращения вытекания жидкости из насоса наружу (в атмосферу), равная 2…4 диаметрам шпилек вполне достаточная для сохранения герметичности насоса по отношению к окружающей среде и лишние участки площади листовой прокладки не нужны. Опыт применения резиновых шнуров, резиновых колец подтверждает возможность исключения перетекания жидкости из полости канала отвода 9 (полости нагнетания насоса) в полость каналов подвода, важно при этом подобрать соответствующее сечение шнура, твердость шнура и марку материала шнура.