Полупогружной насосный агрегат с системой контроля герметичности двойного торцового уплотнения

Полезная модель относится к области производства насосов, в частности к насосным агрегатам для перекачивания из дренажных емкостей водонефтяных смесей с присутствием абразивных механических примесей, а также других взрывоопасных жидких сред.
В настоящее время для перекачивания нефтесодержащих смесей из дренажных емкостей в основном используют полупогружные насосные агрегаты с центробежными насосами роторного типа. Так известен центробежный насос с погруженной в перекачиваемую среду проточной частью, содержащий двигатель, валопровод, образованный одной или несколькими подвесками, узел уплотнения, образованный двумя торцовыми уплотнениями и разделительной камерой, заполненной охлаждающе-смазывающей жидкостью, расположенной в корпусе насоса и отводом, датчик утечки, который расположен ниже уровня подшипников во внутренней полости валопровода (патент РФ на полезную модель №71710, МПК F04D 7/04, 20.03.2008). Недостатком данного центробежного насоса является недостаточная герметизация торцовых уплотнений валопроводов и низкая информативность системы контроля. Данная конструкция снижает срок службы самого насоса и его надежность, т.к. в случае выхода из строя верхнего торцевого уплотнения, перекачиваемая жидкость затопит всю внутреннюю полость валопровода с подшипниками, если вовремя не отреагировать на сигнал датчика утечки.
Также известен насосный агрегат, состоящий из электродвигателя, центробежного насоса, соединяющего их валопровода, который заключен по меньшей мере в одной подвеске, содержащей 2 подшипника, на конце валопровода выполнен узел уплотнений, включающий 2 торцовых уплотнения, а также разделительной камеры затворной жидкости, которую образуют корпус уплотнений и стенка, выполненная по верхней части корпуса насоса, выше разделительной камеры, между корпусом уплотнения и подшипником размешен датчик контрольного устройства уровня жидкости верхнего торцового уплотнения, (Насосы центробежные полупогружные типа НВД-1М и агрегаты электронасосные на их базе. Руководство по эксплуатации./ [Электронный ресурс] - URL:https://it0l.su/dir_images/userfiles/files/NVDM-0000-0001%20РЭ%20(35)%20Руководство%20по%20эксплуатации.pdf/ (дата обращения 03.10.2022). Недостатком этого устройства является недостаточный контроль нарушения герметичности торцовых уплотнений, т.к. регистрируется нарушение только верхнего торцового уплотнения.
Известны также технические решения, препятствующие протечкам перекачиваемой жидкости, заключающиеся в создании повышенного давления в разделительной камере затворной жидкости. В этом случае в разделительной камере поддерживается давление выше давления перекачиваемой жидкости, что достигается за счет подсоединения внешних источников повышенного давления циркулирующей затворной жидкости (ГОСТ 32600. Схемы 53А, 53В, 53С промывки стандартного уплотнения. Приложение Ж стр. 157-159). Недостатком этих решений является необходимость иметь внешний источник подачи затворной жидкости и систему поддержания давления, а также циркуляционное устройство для циркуляции затворной жидкости между торцовым уплотнением и внешним резервуаром, что снижает технологичность использования таких решений.
Наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является центробежный насосный агрегат с устройством контроля герметичности двойного торцового уплотнения, состоящий из двигателя, опорной плиты, валопровода, камеры с затворной жидкостью, расположенной между двумя торцовыми уплотнениями, и датчика утечки. Согласно изобретению, агрегат оснащен устройством контроля уровня затворной жидкости, установленным над опорной плитой агрегата и соединенным посредством системы трубопроводов с камерой затворной жидкости, которое состоит из емкости, в крышке которой установлен индикатор поплавкового типа со шкалой и датчик уровня жидкости или датчик давления. Указанная емкость выполнена специально для размещения рабочих органов контрольных приборов и поэтому ее следует называть контрольной емкостью. Камера затворной жидкости может находится под избыточным давлением воздуха или инертного газа из внешних источников, а датчик давления монтируется в зависимости от условий эксплуатации (патент РФ на изобретение №2 435 987, МПК F04D 7/00 12.07.2010). Недостатком данного насосного агрегата является внешнее расположение средств создания избыточного давления в камере затворной жидкости и постоянное соединение с ними, а также направленность изобретения на обнаружение разуплотнения преимущественно нижнего торцового уплотнения. Первое приводит к повышению трудоемкости обслуживания агрегата, снижению его ремонтопригодности, снижению скорости и гибкости реагирования на аварийные ситуации, а также к увеличению материалоемкости агрегата, что связано с повышением длины подводящих трубных коммуникаций, а также увеличением количества арматуры и контрольных приборов на подводящей линии. Второе к снижению работоспособности и надежности его работы, что связано с понижением значимости данных о верхнем торцовом уплотнении.
Решаемой задачей заявляемой полезной модели является, снижение трудоемкости обслуживания, повышение его ремонтопригодности, повышение скорости и гибкости реагирования на аварийные ситуации, что в конечном итоге обеспечивает повышение работоспособности и надежности работы насосного агрегата. Дополнительным преимуществом является снижение материалоемкости агрегата. Одновременно заявляемая полезная модель расширяет арсенал технических средств осуществления насосных агрегатов с системой контроля герметичности двойного торцового уплотнения.
Указанный технический результат в заявляемой полезной модели достигают за счет осуществления полупогружного насосного агрегата с системой контроля герметичности двойного торцового уплотнения (системой контроля), содержащего электродвигатель, центробежный насос и соединяющий их валопровод, который заключен с помощью подшипников по меньшей мере в одной секции подвески, на конце которого выполнен узел уплотнений, включающий 2 торцовых уплотнения и разделительную камеру затворной жидкости (разделительную камера), при этом система контроля включает датчик утечки затворной жидкости, расположенный над разделительной камерой, а также устройство контроля уровня затворной жидкости, состоящее из контрольной емкости с приборами контроля уровня жидкости и давления, одновременно контрольная емкость соединена с разделительной камерой системой трубопроводов и имеет функциональную возможность работы под избыточным давлением.
Указанная контрольная емкость выполнена заодно (совмещенной) с гидроаккумулятором, создающим избыточное относительно перекачиваемой жидкости давление в разделительной камере.
Заявляемая полезная модель имеет следующие, общие с ближайшим аналогом существенные признаки:
электродвигатель, центробежный насос и соединяющий их валопровод, который заключен с помощью подшипников по меньшей мере в одной секции подвески, на конце которого выполнен узел уплотнений, включающий 2 торцевых уплотнения и разделительную камеру затворной жидкости (разделительную камера),
при этом система контроля включает датчик утечки затворной жидкости, расположенный над разделительной камерой,
а также устройство контроля уровня затворной жидкости, состоящее из контрольной емкости с приборами контроля уровня жидкости и давления, одновременно контрольная емкость соединена с разделительной камерой системой трубопроводов и имеет функциональную возможность работы под избыточным давлением.
Отличают заявляемую полезную модель от прототипа следующие существенные признаки:
контрольная емкость выполнена заодно (совмещенной) с гидроаккумулятором,
гидроаккумулятор создает в разделительной камере давление, избыточное относительно перекачиваемой жидкости.
Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствуют в перечне признаков, осуществляемых в прототипе, и не являются их характеристикой.
Для однозначного и более полного понимания описания полупогружного насосного агрегата с системой контроля герметичности двойного торцового уплотнения далее приведены пояснения и уточнения, использованных выше понятий и терминов, а также раскрытие признаков полезной модели с указанием причинно-следственных связей их осуществления.
Заявляемое устройство представляет собой совокупность конструкционных элементов, объединенных единым творческим замыслом и выполненных как единое техническое решение. Устройство предназначено для перекачивания из дренажных емкостей водонефтяных смесей с присутствием абразивных механических примесей, а также других взрывоопасных жидких сред. При этом для обеспечения нормального функционирования насосного агрегата использована система контроля герметичности двойного торцового уплотнения. В рабочем состоянии насосный агрегат предполагает вертикальную ориентацию, для чего его обычно закрепляют на горизонтально расположенной опорной плите. На последней также возможно закрепление отвода перекачиваемой жидкости, размещение контрольных и вспомогательных устройств, а также закрепление элементов системы контроля.
На нижней части валопровода выполнен узел уплотнений. Последний изолирует рабочее пространство валопровода (полость валопровода) и нижний подшипник от перекачиваемой жидкости. Узел уплотнений состоит из 2 торцевых уплотнений и разделительной камеры. Разделительная камера содержит затворную жидкость, которая также выполняет функцию охлаждения и смазки нижней части валопровода в местах торцевых уплотнений. Пространство разделительной камеры образовано корпусом уплотнений и стенкой камеры, выполненной по верхней части корпуса насоса. Указанные торцевые уплотнения подвержены агрессивным внешним влияниям и поэтому в них часто происходит нарушение герметизации. При этом на нижнее торцевое уплотнение воздействует перекачиваемая жидкость, которая находится под давлением, что способствует протечкам перекачиваемой жидкости в разделительную камеру и дальше через верхнее торцевое уплотнение в нижнюю часть полости валопровода. Для компенсации этого воздействия в разделительной камере можно создавать давление превосходящее давление перекачиваемой жидкости. Как правило, это избыточное давление создают за счет внешних источников, что создает трудности обслуживания. В настоящей полезной модели в разделительной камере также создают давление затворной жидкости, которое имеет избыточное значение, относительно давления перекачиваемой жидкости и обычно превышает его на 0,10-0,15 МПа, что достаточно для организации подпора жидкости давлением, предохраняющего разгерметизацию нижнего торцевого уплотнения. Значения избыточного давления обусловлены технологическими причинами использования агрегата. Это избыточное давление реализуют за счет конструктивного совмещения контрольной емкости и гидроаккумулятора. Другими словами, контрольную емкость и гидроаккумулятор выполняют заодно, т.е. совмещают и объединяют в одно изделие, представляющее собой емкость, например, цилиндрическую, разделенную на 2 секции. Таким образом, одна секция - напорная секция содержит источник создания избыточного давления в разделительной камере, а другая - контрольная секция содержит приборы контроля уровня жидкости и давления. Как правило, этих приборов два - один для контроля уровня, а другой для контроля давления. В качестве источника создания давления может быть использована, например, надувная камера. В качестве приборов контроля уровня жидкости и давления могут быть использованы датчики различного типа и средства визуального контроля. В качестве датчиков можно использовать, например, тензометрические, пьезорезистивные, емкостные, и другие датчики В качестве визуального прибора контроля можно использовать, например, манометр. Датчики давления и уровня жидкости служат для подачи сигнала диспетчеру, а также автоматического отключения насоса. Контрольная емкость, совмещенная с гидроаккумулятором (совмещенная емкость) соединена с разделительной камерой системой трубопроводов, что позволяет создать в ней избыточное давление. Система трубопроводов может иметь несколько ниток (ветвей), что определяется технологическими условиями функционирования насосного агрегата, например системой подвода и отвода затворной жидкости. Помимо описанной выше конструкции аккумуляторной части совмещенной емкости, а именно с надувной камерой, возможны также и другие варианты ее выполнения. Также возможны различные варианты исполнения контрольной секции, она может быть выполнена в уменьшенных размерах по сравнению с напорной секцией. Размеры контрольной секции определяют на основании размеров регистрирующих элементов датчиков. В ряде случаев функцию контрольной секции может выполнять верхняя часть трубопровода, если в ней размещают рабочие органы контрольных приборов.
Протечка через любое торцевое уплотнение как нижнее, так и верхнее приводит к понижению давления в разделительной камере и соответственно снижению уровня жидкости в совмещенной емкости или трубопроводной системе. Об этих изменениях можно судить по показаниям манометра и данным датчиков изменения давления и уровня.
Различие формы соединения совмещенной емкости и разделительной камеры с помощью трубопроводной системы - через стенку камеры или корпус уплотнений - не влияет на технический результат и не является существенным различием. Трубопроводная система, корпус совмещенной емкости могут быть выполнены из нержавеющей стали, других коррозионностойких металлов и из пластмасс.
Заявляемая полезная модель является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем создания устройства, состоящего из конструктивных элементов - электродвигатель, центробежный насос, валопровод, который заключен в подвески, содержащие подшипники, узел уплотнений с торцевыми уплотнениями и разделительной камерой затворной жидкости, устройства контроля уровня и давления, гидроаккумулятор, совмещенный с контрольной емкостью. При этом вся совокупность существенных признаков данной полезной модели - системы конструктивных элементов объединена единым творческим замыслом, а именно повышением надежности эксплуатации всего насосного агрегата за счет снижения трудоемкости обслуживания, повышения его ремонтопригодности, повышения скорости и гибкости реагирования на аварийные ситуации, а также обеспечения надежного контроля состояния затворной жидкости. Части (элементы) устройства находятся в конструктивном единстве и единой функциональной взаимосвязи, а их совместное использование приводит к созданию нового устройства, позволяющего достичь технического результата при реализации заявленного назначения.
Данное техническое решение является промышленно применимым в области производства насосов, в частности, применимо к насосным агрегатам для перекачивания из дренажных емкостей водонефтяных смесей с присутствием абразивных механических примесей. Применение и использование заявляемого устройства может быть осуществлено специалистами. При осуществлении заявляемого технического решения используют устройства, приборы и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления полезной модели являются методы механической обработки конструкционных материалов и монтажа. Средствами осуществления являются механические средства, станочное оборудование и ручной инструмент механической обработки. Указанная выше совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели и их раскрытие позволяет сделать вывод о достижении заявленного технического результата при реализации заявленного назначения.
Приведенное выше описание показывает, что осуществление отличительных от прототипа существенных признаков, в том числе их характеристик, обеспечивает достижение заявленного технического результата за счет выполнения контрольной емкости заодно с гидроаккумулятором и создания в разделительной камере давления, избыточного относительно перекачиваемой насосным агрегатом жидкости. При этом показано, что совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с реализацией заявленного назначения и с получением заявленного технического результата. Другими словами, заявляемая полезная модель не известна из уровня техники.
Описание заявленной полезной модели проиллюстрировано на фигуре, представляющей полупогружной насосный агрегат с системой контроля герметичности двойного торцового уплотнения. На фигуре приведены следующие обозначения:
1. Электродвигатель.
2. Центробежный насос.
3. Валопровод.
4. Опорная плита.
5. Верхняя секция подвески.
6. Нижняя секция подвески.
7. Узел уплотнений.
8. Нижний подшипник.
9. Верхнее торцевое уплотнение.
10. Нижнее торцевое уплотнение.
11. Разделительная камера.
12. Затворная жидкость.
13. Корпус уплотнений.
14. Стенка камеры.
15. Корпус насоса.
16. Совмещенная емкость.
17. Контрольная секция совмещенной емкости.
18. Напорная секция совмещенной емкости.
19. Трубопроводная система.
20. Датчик давления.
21. Манометр
22. Датчик изменения уровня жидкости.
23. Крыльчатка.
24. Фильтр.
25. Отвод.
Заявляемая полезная модель осуществлена следующим образом. Согласно заявляемому техническому решению, полупогружной насосный агрегат с системой контроля герметичности двойного торцового уплотнения в качестве основных частей содержит электродвигатель 1, центробежный насос 2 и соединяющий их валопровод 3. Рабочее положение агрегата фиксируется с помощью его закрепления на горизонтально расположенной опорной плите 4. Валопровод заключен в подвеску, которая как минимум содержит одну секцию, но в большинстве случаев несколько секций. В последнем случае следует отметить наличие верхней 5 и нижней секции 6 подвески, другими словами, верхнюю 5 и нижнюю 6 подвески. В свою очередь сам валопровод соответственно тоже состоит из секций. Валопровод центрирован в подвеске с помощью подшипников. На нижней части валопровода выполнен узел уплотнений 7, который изолирует полость валопровода и нижний подшипник 8 от перекачиваемой жидкости. Узел уплотнений состоит из верхнего 9 и нижнего 10 торцевых уплотнений, а также разделительной камеры 11. Разделительная камера содержит затворную жидкость 12, которая также выполняет функцию охлаждения и смазки нижней части валопровода в местах торцевых уплотнений. Пространство разделительной камеры образовано корпусом уплотнений 13 и стенкой камеры 14, выполненной по верхней части корпуса насоса 15. На нижнее торцевое уплотнение воздействует перекачиваемая жидкость, которая находится под давлением, что способствует протечкам перекачиваемой жидкости в разделительную камеру и дальше через верхнее торцевое уплотнение в нижнюю часть полости валопровода. Для компенсации этого воздействия в разделительной камере создают давление, превосходящее давление перекачиваемой жидкости. В настоящей полезной модели это давление создают с помощью совмещенной емкости 16, представляющей собой объединенную конструкцию контрольной емкости (контрольная секция) 17 и гидроаккумулятора (напорная секция) 18. Таким образом, совмещенная емкость представляет собой двухсекционную емкость, в одной секции которой расположен источник создания давления в разделительной камере, а в другой приборы контроля. При этом удобно использовать в качестве гидроаккумулятора надувную камеру для создания необходимого давления в разделительной камере. Разделительная камера соединена с совмещенной емкостью с помощью трубопроводной системы 19, которая может быть выполнена из нескольких ниток, что определяют по технологическим условиям эксплуатации. Совмещенная емкость преимущественно содержит два прибора контроля уровня жидкости и давления. Один из этих приборов может представлять собой датчик давления или уровня жидкости 20, а другой быть средством визуального контроля, например, манометром 21. По изменению показаний этих датчиков судят о состоянии затворной жидкости и торцевых уплотнений. В качестве приборов контроля уровня жидкости и давления могут быть использованы датчики различного типа, например, тензометрический, пьезорезистивный, емкостный, и другие. Падение давления свидетельствует о разгерметизации какого-либо торцевого уплотнения. Совмещенная емкость имеет также штуцер для заправки разделительной камеры и системы контроля затворной жидкостью. Этот штуцер может быть выполнен в корпусе совмещенной емкости, на трубопроводной системе или на линии присоединения датчика.
Для контроля наличия и уровня жидкости выше разделительной камеры, между корпусом уплотнения и нижним подшипником размешен датчик изменения уровня жидкости 22. Указанный датчик срабатывает при протечке верхнего торцевого уплотнения. Здесь могут быть использованы датчики поплавкового типа, кондуктометрические, индукционные и другие датчики определения уровня жидкости. На конце вала в корпусе насоса находится крыльчатка 23. Перекачиваемая жидкая среда поступает в насос через фильтр 24. Из насоса перекачиваемую среду отводят через отвод 25.
Полупогружной насосный агрегат с системой контроля герметичности двойного торцового уплотнения функционирует следующим образом.
Насосный агрегат помещают в дренажную емкость, содержащую водонефтяную смесь и закрепляют на горловине фланцевой части емкости. Также заполняют газом источник создания давления (надувную камеру), при этом давление в нем превосходит рабочее давление в разделительной камере. После этого создают рабочее давление в разделительной камере и включают насос. В случае срабатывания датчика утечки, установленного над верхним торцевом уплотнением, останавливают насос и ремонтируют верхнее торцевое уплотнение. В случае падения давления в разделительной камере ниже допустимого останавливают насос и определяют источник разгерметизации.
Приведенное выше описание существенных признаков не следует рассматривать как ограничивающее объем полезной модели. Напротив, возможны также варианты и модификации описанных признаков в пределах объема прав, изложенных в формуле полезной модели.