МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ СЕКЦИОННЫЙ НАСОС

Техническое решение относится к машиностроению и может использоваться в многоступенчатых секционных насосах.
Известно устройство [1], для разгрузки вала» содержащее укрепленный на валу разгрузочный диск и установленную на корпусе (крышке) пяту (подушку) с радиальным участком, образующим с разгрузочным диском кольцевую камеру, соединенную с полостью нагнетания каналом, и торцовую дросселирующую щель. Радиальный участок подушки выполнен консольным и имеет, на внутренней цилиндрической поверхности, уплотнительный элемент, контактирующий с корпусом. Между подушкой и корпусом образована дисковая полость, отделенная от кольцевой камеры
Такая конструкция устройства для разгрузки вала хорошо работает, как в номинальном, так и в нерасчетном или аварийном режимах.
Надежная работа разгрузочного устройства, в широком диапазоне подач насоса, обуславливается наличием торцовой дросселирующей щели и отсутствием касания рабочих поверхностей, образующих указанную щель.
При нарушении режима работы насоса, сужается до минимальных размеров торцовая дросселирующая щель. В кольцевой камере повышается давление жидкости, которое с одинаковым усилием действует на разгрузочный диск и подушку. Вследствие этого, внутренний радиальный участок подушки прогибается, дросселирующая щель, при этом, приобретает клинообразную форму, создавая благоприятные условия дросселирования потока Таким образом нет запирания жидкости. Это
значит, что происходит саморегулирование осевой силы, вызванной нагнетателем. Однако, этим устройством, кроме осевых сил, другие, к примеру, радиальные силы, вызывающие вибрацию, компенсировать невозможно.
В данном техническом решении не оговорено место сопряжения подушки с корпусом или крышкой, а также место расположения дисковой полости по отношению к торцовой дросселирующей щели.
2
3
Так же известно [2], что на устойчивую работу насоса влияет правильно подобранная проточная часть, включающая в себя рабочие колеса и направляющие аппараты, размещенные в секциях Одним из геометрических параметров, влияющих на устойчивую работу насоса, является оптимальный зазор между рабочими колесами и направляющими аппаратами, определяемый соотношением Д/Д=(0,97-0,98). Указанное соотношение необходимо, но недостаточно для предупреждения пульсации потока в радиальном зазоре между рабочими колесами и направляющими аппаратами. Недостаточно потому, что основным параметром, определяющим динамику потока в проточной части, в том числе и в радиальном зазоре, является коэффициент быстроходности ступени Не, зависящий прямо пропорционально от частоты вращения и подачи.
2
3
Известны [3], [4], многоступенчатые секционные насосы, включающие в себя ступени последовательно установленные в общий корпус или собранные без него. Ступени содержат рабочие колеса, расположенные на валу, и направляющие аппараты, размещенные в секциях Между рабочими колесами и направляющими аппаратами имеется радиальный зазор, размер которого определяется соотношением Д/Д=(0,97-0,98). Торцы крайних секций закрыты крышками. С одной крышкой сопряжена наружная торцевая поверхность подушки гидропяты. взаимодействующая с разгрузочным диском. Между подушкой и разгрузочным диском образована торцовая щель и кольцевая камера, а
между внутренней торцевой поверхностью подушки и крышкой имеется дисковая полость.
Все указанные насосы обладают такими же недостатками, как и у вышеуказанных технических решениях, а именно:
Из-за малого размера радиального зазора, возникает лопастная вибрация, а при «осевой игре» ротора (вала), между разгрузочным диском и подушкой, может до минимума уменьшаться или максимально увеличиваться торцовая щель. Первое приводит к вибрации, а второе ведет к осевой пульсации. В момент улара разгрузочный диск соприкасается с подушкой, что приводит к повреждению рабочих торцовых поверхностей и нежелательной остановке и ремонту насоса
Для устранения указанных недостатков, поставлена задача создать многоступенчатый секционный насос с пониженной лопастной вибрацией и с повышенной аксиальной устойчивостью ротора.
Для решения поставленной задачи, предложен многоступенчатый секционный насос, который, так же, как и известный, включает последовательно установленные в общий корпус или без него, ступени, содержащие рабочие колеса, расположенные на валу, и направляющие аппараты, размещенные в секциях, причем между рабочими колесами и направляющими аппаратами имеется радиальный зазор, при этом торцы крайних секций закрыты крышками, с одной из которых наружной торцевой плоскостью сопряжена подушка гидравлической пяты, взаимодействующая с разгрузочным диском, к тому же, между подушкой и разгрузочным диском образована торцовая щель и кольцевая камера, а между внутренней торцовой поверхностью подушки и крышкой имеется дисковая полость.
В отличие от известного, в заявляемом многоступенчатом секционном насосе место сопряжения подушки с крышкой расположено извне, по отношению к торцевой щели, при этом, дисковая полость находится напротив торцевой щели и кольцевой камеры, кроме того,
r
2
оптимальный размер радиального зазора зависит от напорной характеристики ступени Н=f(Q), диаметра рабочего колеса и составляет величину δ=(0,005...0,040)D,
r
где: δ - радиальный зазор;
2
D - диаметр рабочего колеса;
Н - напор ступени;
Q - подача ступени;
Указанные отличительные признаки имеют ряд положительных свойств и неразрывно связаны с техническим результатом, а именно:
- место сопряжения подушки с крышкой расположено извне, по отношению к торцовой щели. Место сопряжения подушки с крышкой, выполнено на большем диаметре по отношению к торцовой щели. При этом, гидравлическое взаимодействие разгрузочного диска и подушки происходит на меньшем диаметре.
- дисковая полость находится напротив торцовой щели и кольцевой камеры Это обуславливает консольное восприятие нагрузки при взаимодействии подушки и разгрузочного диска. При этом, подушка, со стороны внутреннего диаметра прогибается под действием гидравлических сил и образует клиновидную торцовую щель. Таким образом, подушка, в сочетании с разгрузочным диском, работает как гидропята, кроме того, она выполняет роль тарельчатой пружины, компенсирующей осевые колебания вала ротора
Место сопряжения подушки с крышкой и расположение дисковой полости, обуславливающее демпфирующие свойства подушки, обеспечивают надежную работу гидропяты в периоды пуска, остановки или работы насоса на переходных режимах
r
2
- оптимальный размер радиального зазора зависит от напорной характеристики ступени Н=f(Q), диаметра рабочего колеса и составляет величину δ=(0,005...0,040)D,
r
где: δ- радиальный зазор;
2
D - диаметр рабочего колеса;
Н - напор ступени;
Q - подача ступени; (см. фиг.3)
Наличие оптимального радиального зазора способствует снижению турбулизации потока при натекании на лопатки направляющего аппарата
r
2
Отличительные признаки дают, как в отдельности так и в совокупности, положительный результат. Используя заявляемую конструкцию гидропяты и оптимальный размер радиального зазора между рабочим колесом и направляющим аппаратом, составляющий величину δ=(0,005...0,040)D, достигается увеличение надежности работы насоса, за счет снижения лопастной вибрации и повышение осевой устойчивости ротора.
Все отличительные признаки находятся в причинно следственной связи с получаемым результатом и позволяют на высоком техническом уровне осуществить разработку новой конструкции многоступенчатого секционного насоса.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид многоступенчатого секционного насоса.
На фиг.2 изображено место 1.
r
2
На фиг.3 изображена графическая зависимость δ/D... от: коэффициента быстроходности п, ступени центробежного насоса.
Многоступенчатый секционный насос включает установленные в общий корпус 1 или без него ступени, содержащие рабочие колеса 2, расположенные на валу 3 и направляющие аппараты 4, размещенные в секциях 5. Между рабочими колесами 2 и направляющими аппаратами 4 имеется радиальный зазор 6, торцы крайних секций закрыты крышками 7, 8. С одной из крышек, к примеру, 8, наружной торцовой плоскостью 9
сопряжена подушка 10 гтщропяпы, взаимодействующая другой стороной с разгрузочным диском 11. Между подушкой 10 и разгрузочным диском 11 образована торцовая щель 12 и кольцевая камера 13, между внутренней торцовой поверхностно 14 подушки 10 и крышкой 8 имеется дисковая полость 15. Кроме того, насос имеет входной и выходной патрубки 16, 17, уплотнение 18 и подшипники 19.
Многоступенчатый секционный насос работает следующим образом. Через входной патрубок 16 жидкость поступает на вращающееся рабочее колесо 2 первой ступени и далее через увеличенный радиальный зазор 6 - в каналы направляющего аппарата 4. По каналам она подводится к центральной части ступени, затем - на рабочее колесо следующей ступени. Таким образом, жидкость, прошедшая все ступени, включая радиальные зазоры 6, поступает в выходной патрубок 17. Одновременно, при работе насоса возникает осевое усилие, действующее на ротор в сторону входа потока в насос, воспринимаемое гидропятой. Разгрузочный диск 11, взаимодействует с подушкой 10, посредством проходящей жидкости. При этом, в кольцевой камере 13 изменяется давление, которое равномерно действует на все ее стенки, в том числе и на стенку подушки 10. Вследствие чего консольная часть подушки 10 отгибается в сторону дисковой полости 15, где давление ниже, чем в кольцевой камере 13.
При отгибе консольной части подушки 10, торцовая щель 12 приобретает форму конфузора, через который проходит перекачиваемая жидкость, гидравлически уравновешивая осевую силу, действующую на ротор (вал 3). При увеличении торцовой щели 12» по мере уменьшения давления в кольцевой камере 13, уменьшается прогиб консольной части подушки 10.
Таким образом, при работе гидропяты, в которой сопрягаемая часть подушки находится за торцовой щелью, а консольная часть - на внутреннем диаметре, кроме основной функции - уравновешивания
гидравлической осевой силы, возникает дополнительный эффект -демпфирование осевых колебаний ротора насоса
r
2
s
При стендовых испытаниях ступеней определяли оптимальные размеры зазоров δ, оказывающих влияние на виброхарактеристики, в зависимости от диаметра D и коэффициента быстроходности ступени n, и получили улучшенные параметры виброскорости 3,0... 7,0 мм/сек, что позволяет разрабатывать конструкции многоступенчатых секционных насосов на высоком техническом уровне.
Использование заявляемого технического решения с указанными отличительными признаками, дало возможность решить поставленную задачу, увеличивая, тем самым, ресурс работы многоступенчатого секционного насоса без увеличения материальных затрат.