ОСЕДИАГОНАЛЬНЫЙ ШНЕКОВЫЙ НАСОС

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области насосостроения и может быть использована в оседиагональных насосах с повышенными производительностью, напором и ресурсом работы, работающих в нефтехимической, атомной отраслях промышленности, в системах водоснабжения сельского хозяйства, а также при перекачке различного рода жидкостей, в том числе неоднородных по плотности и вязкости.
Уровень техники.
При работе насоса из-за разности давлений на входе и выходе насоса возникают осевые силы, действующие на подшипники, которые быстро изнашиваются, что сокращает длительность работы насоса (ресурс) и приводит к выходу его из строя.
Осевая сила, возникающая при работе насосов, в преобладающем числе случаев имеет относительно большую величину, что делает нерациональным уравновешивание ее упорным подшипником. Поэтому прибегают к гидравлическим способам уравновешивания осевой силы.
Для разгрузки ротора от осевой силы в центробежных насосах применяется специальный разгрузочный диск с регулируемым торцевым зазором, обеспечивающим изменение перепада давления на разгрузочном диске (см., например, Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М. – Л.: Машиностроение, 1966).
Недостатком этого метода разгрузки ротора от осевой силы является конструктивная сложность, приводящая к увеличению габаритов насоса и ухудшению динамических характеристик ротора, уменьшению запаса по критическим оборотам за счет дополнительной нагрузки на вал от вращающейся на нем массы разгрузочного диска. Кроме того, дополнительные утечки жидкости в гидравлическом тракте приводят к снижению КПД насоса.
Известен оседиагональный шнековый насос с автоматом разгрузки ротора от осевой силы, описанный в патенте на изобретение №2342564, опубликованном 27.12.2008 г. Оседиагональный шнековый насос с автоматом разгрузки ротора от осевой силы содержит корпус, закрепленное на валу шнековое колесо с винтовыми лопастями и полой конусообразной втулкой, примыкающее на большом диаметре к корпусу через уплотнение и образующее с ним разгрузочную камеру с перепускными каналами. Уплотнение разгрузочной камеры выполнено щелевым ступенчатым, примыкающим к корпусу через радиальный и торцовый зазоры с внешней по отношению к проточной части стороны. Упорный подшипник по наружному кольцу установлен в корпусе с торцовым зазором так, что его величина не меньше величины торцевого зазора щелевого уплотнения. Это позволяет перемещаться ротору под действием осевой силы в осевом направлении и регулировать давление в разгрузочной камере, следовательно, и осевую силу на роторе с отрицательной обратной связью. Общим с заявляемой полезной моделью является наличие корпуса, закрепленного на валу шнекового колеса с винтовыми лопастями и полой конусообразной втулкой, примыкающего на большом диаметре к корпусу через уплотнение и образующего с ним разгрузочную камеру.
Недостатком этого устройства является конструктивная и технологическая сложность в исполнении, контроле перемещения ротора, а главное - при возникновении дополнительной силы трения в щелевом зазоре увеличиваются механические потери, возрастает потребляемая мощность и, как следствие, снижается КПД насоса. Кроме того, перемещение ротора может вызвать раскрытие пары трения в торцевом уплотнении, а следовательно, возможна протечка жидкости в полость подшипников при высоких параметрах нагружения и окружной скорости вращения ротора, особенно при повышенной температуре перекачиваемой жидкости, что вызывает вымывание смазки и, как следствие, разрушение подшипников.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является оседиагональный шнековый насос, описанный в патенте на полезную модель №38858, опубликованном 10.04.2007 г. и в паспорте изделия «Насос оседиагональный ОДН 440-400-350 Паспорт 5Н.70.10.00 ПС».
Оседиагональный шнековый насос содержит корпус с осевым подводом и спиральным отводом, ротор, включающий в себя вал с консольно закрепленным рабочим колесом, выполненным в виде шнека с винтовыми лопастями, установленный в подшипниках, которые закреплены в корпусе подшипниковых опор, причем подшипник со стороны рабочего колеса изолирован от разгрузочной камеры посредством уплотнения. Уплотнение выполнено торцовым из салицилового графита или керамики в виде образующих пару трения двух колец, одно из которых установлено в корпусе подшипниковых опор, а другое - на валу с возможностью поджатая его пружиной, корпус подшипниковых опор имеет кольцевую полость, связанную с одной стороны посредством радиальных каналов с зоной уплотнения, а с другой стороны посредством трубопровода со спиральным отводом. Из разгрузочной камеры через отверстие в корпусе перекачиваемая жидкость с помощью трубопровода подается на вход насоса, тем самым снижая давление в разгрузочной камере. Общим с заявляемой полезной моделью является наличие корпуса с осевым подводом и спиральным отводом, ротора, включающего в себя вал, с консольно закрепленным рабочим колесом, выполненным в виде шнекового колеса с винтовыми лопастями и конусообразной втулкой, установленного в подшипниках, которые закреплены в корпусе подшипниковых опор, шнековое колесо примыкает к корпусу через щелевое уплотнение винтового типа и образует с ним разгрузочную камеру.
Недостатками этого устройства являются:
а) на трубопроводе перепуска установлен кран, который предназначен для регулирования перепада давления в разгрузочной камере на номинальном режиме с помощью мановакуумметра и манометра, а при уходе от него даже в пределах рабочего диапазона по характеристике давление в разгрузочной камере может значительно отличаться от расчетного значения, что приводит к нарушению баланса осевых сил на роторе насоса и вызывает повышенный износ подшипников и в конечном итоге снижает ресурс работы ходовой части насоса;
б) перекачиваемая жидкость, попадая на вход насоса, пересекает всасывающий поток, а образующаяся при этом турбулентность вызывает гидравлические и объемные потери, связанные с вихреобразованием при перетекании потока с напорной стороны лопаток на всасывающую сторону, что значительно понижает КПД насоса;
в) конструктивная сложность, приводящая к увеличению габаритов насоса, что исключает возможность разворота выходного патрубка насоса в вертикальном положении, а также ухудшает технологичность изготовления деталей насоса и его сборки.
Технической проблемой является то, что при работе насоса из-за разности давлений на входе и выходе насоса возникают осевые силы, действующие на подшипники, подшипники быстро изнашиваются, что сокращает длительность работы насоса (ресурс) и приводит к выходу его из строя.
Раскрытие сущности полезной модели.
Техническим результатом полезной модели является увеличение надежности и ресурса работы насоса путем обеспечения разгрузки ротора оседиагонального насоса от осевой силы без дополнительного увеличения габаритов, без снижения его экономичности и без ухудшения его динамических характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что оседиагональный шнековый насос, содержит корпус с осевым подводом и спиральным отводом, вал с консольно закрепленным рабочим колесом, выполненным в виде шнека с винтовыми лопастями и конусообразной втулкой, примыкающим на большом диаметре к корпусу через щелевое уплотнение винтового типа и образующим с ним разгрузочную камеру, вал установлен в подшипниках, которые закреплены в корпусе подшипниковых опор, причем подшипник со стороны рабочего колеса изолирован от разгрузочной камеры посредством системы уплотнения, насос содержит перепускные трубы, расположенные в осевом направлении в конусообразной втулке со стороны малого диаметра и образующие каналы, соединяющие разгрузочную камеру с полостью осевого подвода.
За счет того что со стороны малого диаметра в конусообразной втулке шнекового рабочего колеса выполнены перепускные трубы, расположенные в осевом направлении и образующие перепускные каналы, соединяющие разгрузочную камеру с полостью осевого подвода, обеспечивается разгрузка ротора оседиагонального насоса от осевой силы без дополнительного увеличения габаритов, без снижения его экономичности и без ухудшения его динамических характеристик, что приводит к увеличению надежности и ресурса работы насоса.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 - оседиагональный шнековый насос.
Фиг. 2 - вид А, перепускные трубы.
Осуществление полезной модели.
В примере исполнения оседиагональный шнековый насос состоит из корпуса 5 с осевым подводом 8 и спиральным отводом 9 и ротора. Ротор включает в себя вал 2 с консольно закрепленным рабочим колесом 1, выполненным в виде шнека с винтовыми лопастями и конусообразной полой втулкой 10. Рабочее колесо 1 примыкает на большом диаметре к корпусу 5 через щелевое уплотнение винтового типа и образует с корпусом подшипниковых опор 11 разгрузочную камеру 6. Вал 2 установлен в подшипниках 3, 4, которые закреплены в корпусе подшипниковых опор 11, причем подшипник 3 со стороны рабочего колеса 1 изолирован от разгрузочной камеры 6 посредством системы уплотнения. Оседиагональный шнековый насос содержит перепускные трубы 7, расположенные в осевом направлении в конусообразной втулке 10 со стороны малого диаметра и образующие каналы, соединяющие разгрузочную камеру 6 с полостью осевого подвода 8.
Таким образом, при вращении ротора на рабочем колесе 1 возникает перепад в распределении давления между выходным и входным сечениями подвода 8 и отвода 9 по наружному контуру рабочего колеса 1, приводящий к возникновению осевой силы на валу 2, которая воздействует на упорный подшипник 4 и передается на корпус 5 насоса.
Поскольку разгрузочная камера 6 соединена гидравлически с помощью перепускных труб 7 с полостью подвода, то осевые силы от действия давлений на поверхности рабочего колеса 1 со стороны входа и стороны разгрузочной камеры 6 становятся равными друг другу, но противоположными по направлению. При этом суммарная сила практически равна нулю. Подшипники 3 и 4 работают при минимальных нагрузках, надежность и долговечность конструкции увеличиваются до максимума.
Выравнивание давлений в полости подвода и разгрузочной камеры 6 обеспечивается за счет того, что диаметры и количество перепускных труб, например в количестве 6-ти штук, рассчитаны таким образом, что их пропускная способность обеспечивает разгрузку ротора от осевой силы (осевые силы от действия давлений на поверхности рабочего колеса 1 со стороны входа и стороны разгрузочной камеры 6 становятся равными друг другу, но действуют в противоположные стороны). Кроме того, при вращении рабочего колеса на выходе труб в полости подвода образуется разрежение, подобно работе импеллера, что значительно повышает эффективность работы самой системы разгрузки ротора от осевой силы, что в свою очередь повышает надежность работы насоса и его долговечность.
Использование втулки рабочего колеса для размещения разгрузочных труб позволяет избежать увеличения габаритов и усложнения конструкции оседиагонального шнекового насоса, а также ухудшения динамических характеристик ротора.