ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области насосостроения и предназначена для использования в насосах для перекачивания жидкостей, например нефти. Заявленный вертикальный шнекоцентробежный насос предназначен 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 подпорный насос [RU 2339849 С1, патентообл. ОАО «Сибнефтепровод», опубл. 27.11.2008, МПК: F04D 29/041, F04D 29/16], содержащий корпус, в котором установлено рабочее колесо, имеющее верхнюю и нижнюю поверхности. Между корпусом насоса и рабочим колесом установлены уплотнительные кольца. Уплотнительное кольцо выполнено с кольцевым буртом. В верхней поверхности рабочего колеса выполнена проточка, которая перекрывается с зазором кольцевым буртом.
Известен шнекоцентробежный насос [патент на изобретение RU 2305798 С1, патентообл. Мельников Н.А., Потуроев А.А., Филатов В.А., опубл. 10.09.2007, МПК: F04D 1/04, F04D 9/04], содержащий корпус со всасывающим патрубком и установленный в нем, закрепленный на валу ротор, включающий центробежное колесо закрытого типа и предвключенный шнек с лопатками, выполненными на втулке. Входной и выходной участки шнека коаксиально размещены соответственно во всасывающем патрубке и внутри горловины центробежного колеса. Шнек выполнен двухзаходным. Его лопатки установлены перпендикулярно втулке и в поперечном сечении ограничены с рабочей и тыльной сторон идентичными ломаными линиями. Каждая из линий плавно сопряжена с контуром втулки, в средней части выполнена вогнутой по радиусу, а на периферии - в виде участка прямой, наклоненной к оси вращения насоса под острым углом. Диаметр лопаток шнека выполнен уменьшающимся по направлению к центробежному колесу.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является шнекоцентробежный насос [патент на изобретение RU 2062360 С1, патентообл. НПО энергетического машиностроения им. акад. В.П. Глушко, опубл. 20.06.1996, МПК: F04D 1/04], включающий монтированные на общем роторе центробежное колесо с двухсторонним входом и два встречно направленных друг к другу шнека, служащий статором общий корпус с общим выходом и расположенными по разные стороны от выхода входами, а также установленные по разные стороны от входов и выхода подшипниковые узлы и по разные стороны от входов и выхода автомат осевой разгрузки и торцевое уплотнение. Шнекоцентробежный насос имеет места с гарантированным лимитированным зазором между ротором и статором. В качестве подшипников установлены подшипники скольжения с гидростатическими полостями, которые непосредственно подключены гидравлически к выходу из насоса. Места гарантированного лимитированного зазора между центробежным колесом и корпусом, в гидростатических подшипниках скольжения, в автомате осевой разгрузки и места возможного осевого контакта подвижного торцевого уплотнения покрыты твердым материалом на основе карбида вольфрама или карбидом вольфрама. Насос снабжен центробежным сепаратором, установленным со стороны автомата осевой разгрузки и имеющим выход для чистой фракции и выход для загрязненной фракции. При этом вход сепаратора подключен к выходу из насоса, а выход чистой фракции к входам в гидростатические полости подшипников.
Конструкция известного шнекоцентробежного насоса позволяет охлаждать подшипники и места с лимитированными зазорами в насосе посредством перекачиваемой среды. Однако недостатком известного технического решения является недостаточная очистка от механических примесей нефти, используемой для смазки и охлаждения. Кроме того, конструкция указанного насоса не предусматривает электрообогрев очищенной нефти, поступающей в подшипники, при низких температурах окружающего воздуха. Указанные недостатки существенно снижают ресурс работы подшипниковых узлов.
Задачей заявленной полезной модели является повышение надежности работы шнекоцентробежного насоса, используемого для трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной полезной модели, является повышение ресурса работы подшипниковых узлов шнекоцентробежного насоса.
Указанный технический результат достигается тем, что в вертикальном шнекоцентробежном насосе, состоящем из стационарно установленного наружного корпуса и размещенной в нем насосной части, включающей корпусные части, роторную часть и блок подшипниковый уплотнительный (БПУ), корпусные части насосной части шнекоцентробежного насоса включают последовательно установленные посредством фланцевых соединений фонарь для установки электродвигателя, корпус подшипника с крышкой, внутренний корпус насоса, выправляющий аппарат, камеру шнека и подводящий патрубок, ведущий к трубопроводу подвода нефти; роторная часть насосной части шнекоцентробежного насоса состоит из вала с установленными на нем шнеком с лопатками и центробежным рабочим колесом; БПУ состоит из верхнего опорного подшипникового узла, размещенного в корпусе подшипника, установленного на корпусе насоса, и нижнего опорного подшипникового узла, установленного в корпусе выправляющего аппарата; корпус насоса имеет двухвитковый спиральный отвод, переходящий в напорный патрубок, ведущий к трубопроводу отвода нефти; в напорном патрубке корпуса насоса смонтирован фильтр для очистки части поступающей в напорный патрубок нефти от механических примесей; из фильтра для очистки нефти к верхней части корпуса подшипника подведен трубопровод подачи очищенной нефти для смазки и охлаждения верхнего опорного подшипникового узла БПУ, а из корпуса подшипника в наружный корпус подведен трубопровод отвода очищенной нефти; при этом шнекоцентробежный насос оборудован датчиками вибрации для контроля виброскорости насоса, установленными на верхнем фланцевом соединении корпуса насоса, и датчиками температуры, один из которых установлен на корпусе подшипника и служит для контроля температуры корпуса насоса перед запуском, а второй установлен в крышке подшипника и служит для контроля температуры очищенной нефти, прошедшей через подшипник насоса; шнекоцентробежный насос оборудован автоматической системой электрообогрева для обогрева БПУ, трубопроводов подачи и отвода очищенной нефти из верхнего опорного подшипникового узла БПУ при низких температурах окружающего воздуха.
Кроме того, в заявленном шнекоцентробежном насосе автоматическая система электрообогрева, а также датчики вибрации и датчики температуры выполнены взрывозащищенными.
Кроме того, в заявленном шнекоцентробежном насосе датчики вибрации на верхнем фланцевом соединении корпуса насоса установлены посредством кронштейнов.
Кроме того, в заявленном шнекоцентробежном насосе фланцевые соединения корпусной части насоса имеют уплотнения в виде резиновых колец круглого сечения.
Кроме того, в заявленном шнекоцентробежном насосе шнек и центробежное рабочее колесо установлены на валу посредством шпоночных соединений.
Кроме того, в заявленном шнекоцентробежном насосе для исключения искрообразования центробежное рабочее колесо имеет щелевые уплотнения, выполненные в виде бронзовых неподвижных колец.
Кроме того, заявленный шнекоцентробежный насос имеет одинарное торцовое уплотнение с дополнительным уплотнением патронного типа.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами:
Фиг. 1. Общий вид шнекоцентробежного насоса.
Фиг. 2. Насосная часть шнекоцентробежного насоса. Продольный разрез.
Фиг. 3. Насосная часть шнекоцентробежного насоса. Вид сверху.
На указанных чертежах позициями обозначены следующие конструктивные элементы:
1 - наружный корпус насоса;
2 - внутренний корпус насоса;
3 - фонарь;
4 - вал;
5 - крышка подшипника;
6 - корпус подшипника;
7 - центробежное рабочее колесо;
8 - фильтр для очистки нефти;
9 - трубопровод подачи очищенной нефти;
10 - трубопровод отвода очищенной нефти;
11 - выправляющий аппарат;
12 - камера шнека;
13 - шнек;
14 - подводящий патрубок;
15 - напорный патрубок;
16 - датчики температуры;
17 - кронштейны датчик вибрации;
18 - автоматическая система электрообогрева.
Заявленное устройство конструктивно представляет собой вертикальный полупогружной двухкорпусный шнекоцентробежный насос с рабочим колесом одностороннего входа (закрытого типа).
Шнекоцентробежный насос состоит из стационарно установленного на нефтеперекачивающей станции наружного корпуса 1 и размещенной в нем насосной части, включающей корпусные части, роторную часть и блок подшипниковый уплотнительный (БПУ). Корпусные части включают фонарь 3 для установки электродвигателя, корпус подшипника 6 с крышкой 5, внутренний корпус 2 насоса, выправляющий аппарат 11, камеру шнека 12 и подводящий патрубок 14, ведущий к трубопроводу подвода нефти. Указанные корпусные части установлены последовательно и скреплены посредством фланцевых соединений, имеющих уплотнения в виде резиновых колец круглого сечения.
Подводящий патрубок 14 служит для организации оптимального поступления потока перекачиваемой среды из наружного корпуса 1 насоса на входные кромки лопаток шнека 13. Для уменьшения гидравлических потерь между выходом из трубопровода подвода нефти в наружный корпус 1 и входом в шнек 13, подводящий патрубок 14 насоса выполнен боковым.
Выправляющий аппарат 11 осевого типа служит для выпрямления потока нефти после прохождения шнека 13 и увеличения статического давления на входе в центробежное рабочее колесо 7 насоса. В корпусе выправляющего аппарата выполнена расточка для базирования нижнего опорного подшипникового узла БПУ.
Внутренний корпус 2 насоса со спиральным отводом является базовой деталью насоса и опорой конструкции при креплении насосной части в наружном корпусе 1 насоса. Спиральный отвод переходит в напорный патрубок 15, ведущий к трубопроводу отвода нефти. Для снижения радиальных сил, действующих на центробежное рабочее колесо 7 в процессе работы насоса на нерасчетных режимах, спиральный отвод выполнен двухвитковым. На основном и покрывном дисках центробежного рабочего колеса 7 выполнены два уплотнительных бурта, расположенные на одном диаметре, а в основном диске колеса 7 выполнены семь разгрузочных отверстий, что позволяет снизить осевые силы, действующие на вал насоса. Внутренний корпус 2 имеет отверстие для подсоединения штуцера трубопровода отвода 10 очищенной нефти из БПУ и патрубок для откачки нефти из наружного корпуса. На крышке патрубка расположено отверстие для подсоединения через штуцер крана выпуска воздуха из наружного корпуса 1 при заполнении насоса нефтью.
В напорном патрубке 15 корпуса насоса смонтирован фильтр 8 для очистки части поступающей в напорный патрубок 15 нефти от механических примесей. Из фильтра 8 для очистки нефти к верхней части корпуса подшипника 6 подведен трубопровод подачи 9 очищенной нефти для смазки и охлаждения верхнего опорного подшипникового узла БПУ. Из корпуса подшипника в наружный корпус 1 подведен трубопровод отвода 10 очищенной нефти.
Роторная часть насосной части шнекоцентробежного насоса состоит из вала 4 с установленными на нем посредством шпоночных соединений шнеком 13 с лопатками и центробежным рабочим колесом 7. Шнек 13, предназначенный для обеспечения бескавитационной работы насоса, выполнен 3-х заходным с переменным диаметром втулки и увеличивающимся по длине в сторону выправляющего аппарата 11 шагом лопаток. Общий напор насоса создается как шнеком 13, так и центробежным рабочим колесом 7. Для исключения искрообразования и обеспечения взрывобезопасности центробежное рабочее колесо 7 имеет щелевые уплотнения, выполненные в виде бронзовых неподвижных колец. Кроме того, заявленный шнекоцентробежный насос имеет одинарное торцовое уплотнение с дополнительным уплотнением патронного типа.
Вал 4 состоит из двух частей: вала насоса и вала двигателя, соединенных упругой пластинчатой муфтой. Передача крутящего момента от приводного электродвигателя к валу насоса также производится через пластинчатую упругую муфту. Муфта расположена внутри фонаря 3, установленного на фланец спирального отвода и служащего опорой приводного электродвигателя. Ограждением муфты служат специальные щитки, закрывающие окна фонаря 3. Плавность вращения вала 4 насоса обеспечивается выставлением соосности внутреннего корпуса 2 насоса и корпуса подшипника 6 при сборке.
Корпус подшипника 6 устанавливается на внутренний корпус 2 насоса и служит для размещения в нем верхнего опорного подшипникового узла БПУ. БПУ воспринимает радиальные и осевые нагрузки, действующие на вал 4, а также предотвращает утечки перекачиваемой среды в атмосферу. БПУ состоит из верхнего опорного подшипникового узла, размещенного в корпусе подшипника 6, установленного на внутреннем корпусе 2 насоса, и нижнего опорного подшипникового узла, установленного в корпусе выправляющего аппарата 11. Подшипниковые узлы представляют собой радиальные гидродинамические подшипниковые узлы, выполненные из керамики. Осевая сила, действующая на вал 4 насоса, воспринимается керамическим гидродинамическим упорным подшипником. Верхний радиальный подшипник, упорный подшипник и торцовое уплотнение объединены в единый блок и расположены на верхнем конце вала 4 в корпусе 6 и крышке 5 подшипника, закрепленных на верхнем фланце спирального отвода над центробежным рабочим колесом 7 насоса. Охлаждение этого блока производится очищенной перекачиваемой нефтью. Очистка нефти осуществляется специальным очистным фильтром 8, расположенным в диффузоре спирального отвода. Нижний радиальный подшипник расположен в расточке внутри корпуса выправляющего аппарата 11 насоса. Охлаждение этого подшипника происходит расходом отсепарированной нефти, образующимся за счет разности статических давлений на выходе из выправляющего аппарата 11 и втулке шнека 13.
Шнекоцентробежный насос оборудован датчиками вибрации для контроля виброскорости насоса, установленными посредством кронштейнов 17 на верхнем фланцевом соединении внутреннего корпуса 2 насоса, и датчиками температуры 16, один из которых установлен на корпусе подшипника 6 и служит для контроля температуры внутреннего корпуса 2 насоса перед запуском, а второй установлен в крышке подшипника 5 и служит для контроля температуры очищенной нефти, прошедшей через подшипник насоса. Кроме того, шнекоцентробежный насос оборудован автоматической системой электрообогрева 18 для обогрева БПУ, трубопроводов подачи 9 и отвода 10 очищенной нефти из верхнего опорного подшипникового узла БПУ при низких температурах окружающего воздуха (ниже минус 10°С). В заявленном шнекоцентробежном насосе автоматическая система электрообогрева 18, а также датчики вибрации и датчики температуры 16 выполнены во взрывозащищенном исполнении.
На верхней части корпуса подшипника 6 выполнено отверстие для штуцера трубопровода подачи 9 очищенной нефти к верхнему опорному подшипниковому узлу БПУ, отверстие под штуцер для крана выпуска воздуха из пазухи корпуса при заполнении насоса нефтью. В ребре корпуса выполнена расточка для установки датчика температуры 16 типа ТСПУ для контроля температуры внутреннего корпуса 2 насоса перед запуском. Со стороны насоса на корпусе подшипника 6 закреплен входящий в состав БПУ дроссель для предотвращения попадания перекачиваемой нефти в верхние подшипники насоса и торцовое уплотнение.
Крышка подшипника 5, установленная на корпус подшипника 6, служит базой для установки торцового уплотнения БПУ. В крышке подшипника 5 выполнена расточка для установки датчика температуры 26 типа ТСПУ для контроля температуры очищенной нефти, прошедшей через подшипник насоса.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Перекачиваемая нефть из трубопровода подвода нефти поступает в наружный корпус 1 насоса и затем через подводящий патрубок 14, шнек 13 и выправляющий аппарат 11 в центробежное рабочее колесо 7 насоса. Из центробежного рабочего колеса 7 нефть поступает в спиральный отвод, организованный во внутреннем корпусе 2 насоса, а затем через напорный патрубок 15 в трубопровод отвода нефти. Часть нефти проходит через фильтр 8, расположенный в напорном патрубке 15, и очищенная нефть поступает по трубопроводу подачи 9 очищенной нефти в верхний подшипниковый узел БПУ. Из верхнего подшипникового узла БПУ нефть через трубопровод отвода 10 очищенной нефти поступает обратно на центробежное рабочее колесо 7 насоса.
В заявленном вертикальном шнекоцентробежном насосе достигнуто повышение ресурса работы подшипниковых узлов за счет:
1. Применение БПУ модульной конструкции с парами трения из износостойких материалов.
2. Отсутствие необходимости в подводе жидкой смазки и охлаждающей среды к БПУ за счет смазки и охлаждения БПУ перекачиваемой средой.
3. Применение фильтра для очистки перекачиваемой среды, поступающей на смазку и охлаждение БПУ.
4. Применение автоматической системы электрообогрева БПУ, трубопроводов подачи и отвода очищенной нефти