ЭЛЕКТРОНАСОС ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГЕРМЕТИЧНЫЙ ЭКРАНИРОВАННЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ (ЭЦГЭР)

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение при создании центробежных электронасосов с высокими требованиями к надежности и уровню шума.
Известен центробежный насос, содержащий корпус с полостями всасывания и нагнетания, смонтированные в корпусе вал с рабочим колесом и предвключенное устройство в виде шнека на опорах вращения, имеющего сквозные пазы-сопла, сообщенные переводной трубой с полостью нагнетания. Для работы насоса требуется внешний привод вращения вала [1].
Недостаток этого насоса в том, что опоры вращения шнека подвержены износу, а лопасти рабочего колеса - кавитационным повреждениям. Это определяет низкую надежность насоса.
Кроме этого, вращение несимметричного шнека, неизбежно имеющего дисбаланс, вызывает вибрацию насоса, в том числе, и в области звуковых частот. В результате работа насоса сопровождается значительным шумом.
Вращение шнека, имеющего сложную форму рабочих поверхностей, вызывает турбулентность омывающих его потоков жидкости и их звуковые колебания. Это усиливает шум при работе насоса.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является центробежный электронасос, содержащий корпус с полостями всасывания и нагнетания, смонтированные в корпусе полый вал с рабочим колесом, герметичный, экранированный электропривод вала, предвключенное устройство, расположенное в полости всасывания, подкачивающее устройство с возможностью отбора жидкости из полости нагнетания и ее регулируемой подачи с повышенным напором через полость вала в предвключенное устройство, выполненное в виде шнека, установленного на подшипниках скольжения и имеющего сквозные пазы-сопла, сообщенные с полостью вала [2].
Недостаток электронасоса в том, что электропривод вала является нерегулируемым по частоте вращения. Имеется возможность регулирования подачи и напора жидкости в предвключенное устройство, но невозможна регулировка режима работы рабочего колеса. Это не позволяет добиться оптимальных гидродинамических связей рабочего колеса и предвключенного устройства в преобладающей области режимов работы электронасоса. Не удается минимизировать турбулентность, интенсивность кавитационных процессов жидкости и избежать разрушений лопастей рабочего колеса. Надежность работы электронасоса оказывается невысокой. Она дополнительно снижается за счет износов и отказов подшипников скольжения шнека предвключенного устройства.
Недостаток электронасоса заключается и в значительном уровне шума, возникающем в результате кавитационных процессов и турбулентности потоков жидкости, омывающих шнек и рабочее колесо. Шум усиливается за счет вибрации вращающегося шнека. Это ограничивает область применения электронасоса.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности электронасоса, снижение уровня шума при его работе и, за счет этого, расширение области его применения.
Указанная цель достигается тем, что электронасос содержит корпус с полостями всасывания и нагнетания, смонтированные в корпусе полый вал с рабочим колесом, герметичный, экранированный электропривод вала, предвключенное устройство, расположенное в полости всасывания, подкачивающее устройство с возможностью отбора жидкости из полости нагнетания и ее управляемой подачи с повышенным напором через полость вала в предвключенное устройство.
Новым является то, что предвключенное устройство не содержит вращающихся деталей и неподвижно укреплено на стенке полости всасывания корпуса и имеет соосные с полым валом и сообщающиеся между собой приемную полость и, по крайней мере, одно кольцевое сопло, открытое в сторону рабочего колеса.
Отсутствие в предвключенном устройстве подвижных изнашивающихся деталей сокращает число очагов повреждения электронасоса. Снижается вероятность отказов, повышается надежность работы электронасоса.
Предлагаемая конструкция предвключенного устройства не содержит источника звуковых колебаний - вращающегося шнека. Это снижает уровень шума при работе электронасоса.
Новизна предлагаемого технического решения заключается и в том, что электропривод вала является регулируемым по частоте вращения. В связи с этим появляется возможность раздельного управления режимами работы рабочего колеса и предвключенного устройства. После установки требуемой частоты вращения вала и рабочего колеса, управляя режимом работы подкачивающего устройства, можно добиться гидродинамического согласования напорного потока предвключенного устройства с потоком жидкости на входе в рабочее колесо и, за счет этого, свести к минимуму турбулентность потоков жидкости, кавитационные повреждения лопастей рабочего колеса, вибрацию и звуковые колебания элементов конструкции. Это обеспечивает повышение надежности и снижает уровень шума. Появляется возможность использования электронасоса в установках с повышенными требованиями к надежности и шумности работы. Расширяется область применения электронасоса.
На фиг.1 показана схема предлагаемого электронасоса, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
Электронасос центробежный, герметичный, экранированный, регулируемый (ЭЦГЭР) состоит из корпуса 1 с полостями всасывания 2 и нагнетания 3. В корпусе 1 на подшипниковых опорах 4 и 5 смонтирован полый вал 6 с укрепленным на нем рабочим колесом 7, а также герметичный электропривод 8 вала 6, регулируемый по частоте вращения (например, индукторный или моментный), защищенный от движущейся в электронасосе жидкости экранами 9, 10 и подшипниковыми щитами 11 и 12. На внутренней поверхности стенки полости всасывания 2 корпуса 1 укреплено предвключенное устройство 13, имеющее соосные с валом 6 и сообщающиеся между собой приемную полость 14 и кольцевые сопла 15 и 16, открытые в сторону рабочего колеса 7. Причем в меридианной плоскости сопла сужаются в направлении эжектируемого потока. Сопло 16 имеет направляющие перегородки 17, расположенные равномерно по окружности с одинаковым наклоном к оси вала 6. При этом каждая направляющая перегородка своим окончанием, направленным в сторону эжектируемого потока, отклонена от меридианной плоскости в сторону вращения рабочего колеса 7.
Приемная полость 14 предвключенного устройства имеет коническую форму и охватывает с радиальным зазором заостренный конец вала 6.
В корпусе 1 со стороны противоположного конца вала 6 смонтировано подкачивающее устройство, содержащее стакан 18, охватывающий вал 6 и имеющий центральный цилиндрический стержень 19. Причем на внутренней поверхности стакана 18, наружной поверхности стержня 19, а также на внутренней и наружной поверхностях вала 6 выполнены винтовые нарезки, образующие между собой лабиринтные насосные ступени. Стакан 18 имеет укрепленный на нем толкатель 20, размещенный с минимальным радиальным зазором в сквозном отверстии стенки корпуса 1. На свободном конце толкателя 20 имеется резьбовый участок, на котором расположены гайка 21 и контргайка 22. Гайка 21 предназначена для осевого перемещения стакана 18, а контргайка 22 - для его фиксации в требуемом положении. На толкателе 20 укреплена с уплотнением гофрированная мембрана 23. По наружному контуру мембрана 23 закреплена с уплотнением на внутренней поверхности стенки корпуса 1. На толкатель 20 надета цилиндрическая пружина сжатия 24. Она установлена с натягом между мембраной 23 и стенкой корпуса 1 и предназначена для перемещения стакана 18 в сторону вала 6 при вращении гайки 21.
Электронасос работает следующим образом. При включении электропривода 8 начинается вращение вала 6 и рабочего колеса 7 и, одновременно с этим, перемещение перекачиваемой жидкости из полости всасывания 2 в полость нагнетания 3. Часть жидкости из полости нагнетания 3 направляется для смазки подшипниковой опоры 4, а также через сквозные отверстия в подшипниковом щите 11 на охлаждение экранированного электропривода 8, смазку подшипниковой опоры 5 и одновременно через сквозные отверстия в подшипниковом щите 12 к стакану 18 подкачивающего устройства. Пройдя лабиринтные насосные ступени подкачивающего устройства, жидкость с повышенным напором устремляется через полость вала 6 в приемную полость 14 и в сопла 15, 16 предвключенного устройства 13. Эжектируемые соплами напорные струи смешиваются с всасываемым рабочим колесом 7 потоком жидкости, повышая его давление и формируя требуемый характер его течения. За счет наклонных направляющих перегородок 17 сопла 16 напорные струи движутся с закруткой по направлению вращения рабочего колеса 7, что дополнительно снижает уровень шума электронасоса.
Изменяя частоту вращения рабочего колеса 7 за счет регулирования питания электропривода 8 и регулируя работу подкачивающего устройства путем вращения гайки 21, можно добиться минимальной интенсивности кавитационных процессов жидкости и повреждений лопастей рабочего колеса 7. Такая регулировка помимо снижения уровня шума обеспечит повышение надежности работы электронасоса.
Эксплуатация электронасоса будет иметь технико-экономический эффект, связанный с сокращением вероятности отказов, снижения затрат на ремонтные работы и простои оборудования.
Повышение надежности и снижение уровня шума позволит расширить область применения электронасоса в нефтехимической, холодильной, атомной, судостроительной, авиационной и других отраслях промышленности, а также на установках и средствах военно-промышленнго комплекса.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР, №523196, Кл. F04D 9/06, 1974 г.
2. Авторское свидетельство СССР, №1038596, Кл. F04D 13/06, 1981 г.