МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к питательным центробежным многоступенчатым насосам и может быть использована для подачи питательной воды в энергоблоки атомных электростанций.
Известен многоступенчатый насос с корпусом секционного типа, содержащим направляющие аппараты и рабочие колеса, установленные на валу, опирающемся на подшипники скольжения с принудительной смазкой. Перед первым рабочим колесом установлено предвключенное колесо. Разгрузка осевого усилия ротора осуществляется с помощью автоматического саморегулирующего разгрузочного устройства с уравновешивающим диском (гидропята). Концевые уплотнения щелевого типа с подводом холодного запирающего конденсата. [Насосное оборудование атомных станций / Под общей редакцией П.Н.Пака. - М.: Энергоатомиздат, 2003 - с.98]. Данная конструкция насоса выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
Опыт эксплуатации этих насосов показывает их несоответствие необходимым показателям экономичности и надежности по следующим причинам:
- секционный корпус ввиду наличия стыков между секциями, а также секциями и крышками не обеспечивает внешнюю герметичность и безопасную эксплуатацию высоконапорных и горячеводных насосов;
- применение гидропяты может вызвать контакт деталей ротора и статора, в частности, на нерасчетных, переходных режимах, при разгоне и выбеге;
- использование щелевого уплотнения не позволяет снизить утечки перекачиваемой среды и требует подвода конденсата в качестве вспомогательной среды;
- конструкция предвключенного колеса с формой профиля лопасти - пластина не исключает опасности кавитационного разрушения;
- применяемое сочетание лопастей рабочих колес и лопаток направляющих аппаратов не является оптимальным;
- материал корпусных деталей не обладает достаточно высокими антикоррозионными свойствами.
В основу полезной модели поставлена задача создания многоступенчатого насоса, в котором, путем введения новых конструктивных элементов, нового исполнения существующих конструктивных элементов, наличия нового материала обеспечиваются внешняя герметичность и безопасность эксплуатации насоса, уменьшение вероятности металлического контакта деталей ротора и статора, снижение утечек перекачиваемой среды и конденсата, как вспомогательной среды, снижение интенсивности кавитационного разрушения предвключенного колеса, улучшение виброакустических характеристик, результатом чего является повышение экономичности и надежности насоса.
Поставленная задача достигается тем, что в многоступенчатом насосе, содержащем входную и напорную крышки, корпус секционного типа с направляющими аппаратами и рабочими колесами, установленными на валу, опирающемся на подшипники скольжения, предвключенное колесо, установленное перед первым рабочим колесом, устройство разгрузки осевого усилия, концевые уплотнения вала, согласно полезной модели вводятся:
- наружный корпус, образующий с напорной крышкой плоскость главного разъема, перпендикулярную оси вала, при этом плоскость главного разъема закреплена шпильками с удлиненной концевой частью и уплотнена прокладкой из терморасширенного графита;
- материал наружного корпуса, крышек входной и напорной - высокохромистая сталь;
- концевые уплотнения вала - механические торцового типа, с применением внешних теплообменников;
- устройство разгрузки осевого усилия - разгрузочный поршень и упорный подшипник;
- выступ на тыльной поверхности лопасти предвключенного колеса;
- количественное соотношение лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата равно 6/9.
Введение наружного корпуса позволяет уменьшить количество стыков и свести к минимуму вероятность вытока перекачиваемой воды в окружающую среду, что обеспечивает внешнюю герметичность и безопасность эксплуатации насоса. Кроме того, за счет быстрой замены корпуса секционного типа улучшается ремонтопригодность насоса. Плоскость главного разъема, перпендикулярная оси насоса и образованная наружным корпусом и напорной крышкой, закреплена шпильками с удлиненной концевой частью и уплотнена прокладкой из терморасширенного графита. Предлагаемая конструкция шпилек дает возможность выполнять затяжку шпилек путем их вытяжки с помощью гидроключа, специально разрабатываемого и входящего в комплект поставки. Таким образом, обеспечивается качественное и надежное уплотнение стыка за счет равномерного и контролируемого усилия по всем шпилькам при выполнении ремонтных и профилактических работ насосов, что снижает трудоемкость, повышает качество ремонтных работ. Изготовление прокладки из терморасширенного графита повышает надежность уплотнения за счет высоких упругих свойств материала, способности выдерживать высокие температуры и давления, снижение напряжения на контактных поверхностях крышка напорная - корпус наружный.
Применение в качестве материала наружного корпуса, входной и напорной крышек высокохромистой стали, обладающей более высокими антикоррозионными свойствами по сравнению с углеродистой сталью, повышает надежность насоса.
Использование в качестве концевых уплотнений вала механических уплотнений торцового типа, встроенных во входную крышку и корпус уплотнения, крепящийся к напорной крышке, позволяет снизить утечки перекачиваемой среды до минимума, сэкономить конденсат, подводимый в качестве вспомогательной среды, в результате чего повышается экономичность системы, в которой работает насос. Кроме того, механические уплотнения торцового типа повышают надежность работы насоса. Эффективность охлаждения уплотнений обеспечивают внешние теплообменники, расположенные на стойках плиты насоса и соединенные с трубопроводами, которые, в свою очередь, соединены посредством отверстий в крышке входной и корпусе уплотнения с уплотнениями торцового типа.
Применение для разгрузки осевых сил разгрузочного поршня и упорного подшипника взамен гидропяты повышает надежность насоса, так как уменьшается вероятность контакта деталей ротора и статора.
Выполнение выступа на тыльной поверхности лопасти снижает интенсивность кавитационного разрушения предвключенного колеса, улучшает кавитационно-эррозионные свойства насоса. Снижение кавитационного воздействия в таком предвключенном колесе происходит за счет интенсивного вихреобразования за выступом, с присущим такой форме течения возвратным потоком. В режиме кавитации, когда в вихревой зоне образуется каверна, этот возвратный поток выполняет функцию защитного слоя. В свою очередь каверна за выступом предохраняет поверхность лопасти от основной каверны, образующейся на входной кромке.
Исполнение рабочих колес и направляющих аппаратов с количественным соотношением лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата 6/9 приводит к снижению пульсаций давления, и значит, к снижению шума и вибрации на лопастной частоте без ухудшения экономических показателей. Это подтверждено опытом ОАО «ВНИИАЭН» по созданию и эксплуатации насосов данного типа.
Таким образом, в результате использования заявляемой полезной модели обеспечивается технический результат, заключающийся в повышении экономичности и надежности насоса.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками, на которых представлены:
фиг.1 - многоступенчатый насос, продольный разрез;
фиг.2 - многоступенчатый насос, вид спереди.
Многоступенчатый насос содержит наружный корпус 1 из высокохромистой стали, образующий с напорной крышкой 2 из высокохромистой стали плоскость главного разъема, перпендикулярную оси насоса, закрепленную шпильками 3 с удлиненной концевой частью и уплотненную прокладкой 4 из терморасширенного графита. Корпус секционного типа включает секции 5 и рабочие колеса 6 с направляющими аппаратами 7. Рабочие колеса 6 установлены на валу 8, опирающемся на подшипники скольжения 9 с принудительной смазкой. Предвключенное колесо 10, установленное перед первым рабочим колесом 6, имеет выступ 11 на тыльной поверхности лопасти. В качестве концевых уплотнений вала 8 применены механические уплотнения торцового типа 12, встроенные во входную крышку 13 из высокохромистой стали и корпус уплотнения 14, крепящийся к напорной крышке 2. Механические уплотнения торцового типа 12 охлаждаются внешними теплообменниками 15, соединенными с ними трубопроводами посредством отверстий в крышке входной 13 и корпусе уплотнения 14 и расположенными на стойках 16 плиты 17 насоса. Для разгрузки осевых сил использованы разгрузочный поршень 18 и упорный подшипник сегментного типа 19.
Насос работает следующим образом. При вращении вала 8 перекачиваемая жидкость через входной патрубок, при помощи предвключенного колеса 10 поступает к рабочему колесу 6 и направляющему аппарату 7 первой ступени, проходит по всем ступеням насоса и из направляющего аппарата 7 последней ступени поступает в камеру отвода и напорный патрубок и далее в напорный трубопровод.
По заявляемой полезной модели изготовлены образцы, подтверждающие ее работоспособность и ожидаемый технический результат.