КОМБИНИРОВАННЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
COMBINED MULTISTAGE RADIAL-FLOW PUMP

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к многоступенчатым центробежным насосам, которые используются для перекачивания жидкости в больших объемах с большим напором.
Известный многоступенчатый центробежный насос, который содержит корпус, жестко закрепленные на приводном валу рабочие колеса первой и следующих ступеней. На полом валу с гидроприводом свободно установленное низко вращающееся предвключенное колесо двустороннего входа первой ступени насоса низкого давления. Насос высокого давления включает рабочие колеса ступеней, которые размещены с обеих сторон предвключенного колеса и имеют встречное расположение. Предвключенное колесо первой ступени снаряжено дополнительным гидроприводом от рабочего колеса следующей ступени. Иными словами, в известном насосе, насос низкого давления расположен внутри насоса высокого давления (Многоступенчатый центробежный насос, №9227, UA, F04D 1/06, бюл. №9, 2005 г.).
Вдобавок корпус насоса состоит из двух частей, верхней и нижней. Верхняя - это крышка, которая с корпусом имеет горизонтальный разъем. Корпус и крышка имеют спиральные отводы, полуспиральные подводы и переводные каналы.
Указанный насос нетехнологичен в производстве, так как невозможно выполнить спиральные отводы, полуспиральные подводы и переводные каналы чугунным или стальным литьем, с хорошей чистотой внутренней поверхности. Шероховатые зоны внутренней поверхности создают дополнительное сопротивление рабочей жидкости, которая отрицательно влияет на работу насоса, возникает шум, вибрация, создаются удары, изнашиваются рабочие поверхности проточной части, как следствие, ухудшается характеристика насоса. Дорабатывать внутреннюю поверхность к надлежащему состоянию вручную наждачными, а потом полировальными кругами - дорого и требуется много времени. Вдобавок не всегда инструментом возможно достичь необходимого места. Кроме этого на работу насоса отрицательно влияет большая длина спиральных отводов, полуспиральных подводов и переводных каналов. Рабочая жидкость двигается не только по кругу, но и меняет несколько раз направление то вправо, то влево. Как следствие, создается расслоение потока жидкости, возникают пузыри воздуха, которые усиливают шум и вибрацию.
Большие неприятности создает горизонтальный разъем, который уплотняется прокладкой. Зажать равномерно прокладку по всему периметру разъема невозможно, так как ширина его разная. Вдобавок в процессе работы насоса прокладка размывается. Как в первом случае, так и во втором, рабочая жидкость протекает через неплотности.
Также недостатком указанного насоса является установление на приводном валу полого вала с гидроприводом и предвключенным колесом двустороннего входа. Это значит, что приводной вал, меньший в диаметре, является опорой для полого вала, большего в диаметре, и всегда находится под своей нагрузкой и нагрузкой, созданной полым валом, что приводит к прогибанию приводного вала. Кроме того, опорой для полого вала является подшипник, который нужно всегда смазывать. Конструктивно выполнить надежную смазку подшипника и создать качественное уплотнение его, от попадания рабочей жидкости, слишком сложно. Такой узел нуждается в увеличении габаритов, которое снижает экономичность насоса и суживает сферу его применения.
Для устранения указанных недостатков поставлена задача создания комбинированного многоступенчатого центробежного насоса улучшенной компоновки, обеспечивающей надежность его работы и повышение удобства сборки насоса.
Для решения поставленной задачи в комбинированном многоступенчатом центробежном насосе, включающем корпус с входным и напорным патрубками, внутри корпуса по оси установлены два вала, на которых закреплены рабочие колеса разных ступеней насосов низкого и высокого давления, согласно изобретению валы, независимые один от другого, и находится один вал в насосе низкого давления, а второй вал находится в насосе высокого давления, при этом корпус состоит из трех частей с кольцевыми разъемами, средняя часть корпуса имеет внутренний радиальный выступ с отверстием по центру, указанный выступ расположен между насосами низкого и высокого давления, кроме того, насос низкого давления включает рабочее колесо и направляющий аппарат, последний имеет осевой выступ с плавным основанием, при этом осевой выступ находится перед отверстием радиального выступа, а вал насоса высокого давления расположен за отверстием радиального выступа и имеет выпуклый торец, округленный при вершине, которая направлена в сторону указанного ранее отверстия, вдобавок, рабочие колеса направлены в одну сторону. К тому же валы имеют приводные концы. Насосы низкого и/или высокого давления снабжены предвключенным колесом. Вал насоса низкого давления снабжен турбиной, соединенной трубопроводом с выходом от промежуточной ступени или с выходом от последней ступени насоса высокого давления.
Отличительные признаки изобретения являются существенными, взаимосвязаны между собой, необходимы и достаточны для достижения технического результата, а именно:
- валы независимые один от другого, и находится один вал в насосе высокого давления, а второй вал находится в насосе низкого давления. Такая компоновка обеспечивает качественное уплотнение этих валов и надежное их удержание в подшипниках. Независимые валы создают независимую работу как насоса высокого давления, так и насоса низкого давления;
- корпус состоит из трех частей. Три части корпуса - это оптимальное количество частей насоса. При таком количестве частей не только обеспечена удобная сборка насоса, но и повышается качество сборки, так как выемную часть насоса собирают, испытывают, затем вставляют в корпус. Кроме того, если выполнить корпус с большим количеством частей, увеличивается количество разъемов, которые приводят к увеличению возможности появления протекания жидкости. Если же выполнить корпус с меньшим количеством частей, то насос невозможно собрать;
- части корпуса имеют кольцевые разъемы. В сравнении с горизонтальным разъемом, кольцевые более надежные, равномерно поддаются обжатию по всей их площади, а значит, не будет происходить протекание жидкости;
- средняя часть корпуса имеет внутренний радиальный выступ с отверстием по центру. Выступ разделяет полости насосов низкого и высокого давления, а отверстие связывает эти полости по центру;
- указанный выступ расположен между насосами низкого и высокого давления. Наличием выступа обеспечивается качественная сборка выемных частей обеих насосов, отдельно от корпусов, с дальнейшим их установлением в корпус и прижатием с обеих сторон к указанному выступу, как к ограничителю;
- насос низкого давления включает рабочее колесо и направляющий аппарат. Это указывает на то, что насос низкого давления имеет полную комплектацию, как насос, который пригоден к независимой работе;
- направляющий аппарат имеет осевой выступ с плавным основанием, при этом осевой выступ находится перед отверстием радиального выступа. Наличие осевого выступа с плавным основанием обеспечивает плавное схождение рабочей жидкости из направляющего аппарата и его выступа в отверстие радиального выступа;
- вал насоса высокого давления расположен за отверстием радиального выступа и имеет выпуклый торец, округленный при вершине, которая направлена в сторону указанного отверстия. Расположение вала и его выпуклый и округленный торцы при вершине плавно по кругу разделяют жидкость, которая выходит из отверстия радиального выступа и поступает на рабочее колесо первой степени насоса высокого давления;
- рабочие колеса обоих насосов направлены в одну сторону. Расположение рабочих колес и наличие отверстия по центру во внутреннем радиальном выступе обеспечило осевую подачу жидкости в насосе. При такой подаче возникает минимальное сопротивление жидкости в проточных частях, не создается излишнее расслоение жидкости, в сравнении с аналогом, уменьшилась длина пути, который проходит жидкость в насосе. Это положительно влияет на работу заявленного насоса;
- валы имеют по приводному концу. Это значит, что независимые валы имеют независимые приводы, которые могут обеспечить различную скорость вращения рабочих колес в насосах низкого и высокого давления;
- насосы низкого и/или высокого давления снабжены предвключенным колесом. Предвключенное колесо поддерживает постоянную прямоточную подачу жидкости, к примеру, на рабочее колесо насоса низкого давления. Это значит, что указанное рабочее колесо постоянно находится в нормальном рабочем состоянии. В противном случае, при нехватке жидкости перед рабочим колесом, жидкость перемешивается лопатками этого колеса. Из жидкости выделяются пузырьки воздуха, которые разрушают проточную часть насоса.
В случае установки предвключенного колеса в насосе высокого давления поддерживается подача жидкости на рабочее колесо первой ступени.
В заявленном комбинированном многоступенчатом центробежном насосе каждое следующее рабочее колесо будет обеспечено жидкостью от предыдущего рабочего колеса. Такая компоновка обеспечила последовательное повышение напора на каждой степени;
- вал насоса низкого давления снабжен турбиной, соединенной трубопроводом с выходом от промежуточной ступени или с выходом от последней ступени насоса высокого давления. Наличие турбины позволяет использовать гидравлический привод для создания крутящего момента на валу насоса низкого давления. Подсоединение турбины к разным источникам питания, дает возможность регулировать скорость вращения вала.
Таким образом, созданный насос новой компоновки, который включает два независимых насоса с оптимальным количеством (трех) частей корпуса и с двумя кольцевыми разъемами, обеспечил осевую подачу, которая направлена в одну сторону.
Все отличительные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи и позволяют выполнить поставленную задачу по созданию улучшенной и более надежной конструкции насоса.
Изобретение объясняется чертежом.
На чертеже отображен общий вид комбинированного многоступенчатого центробежного насоса.
Насос включает корпус, состоящий из трех частей 1, 2 и 3. Составные части 1, 2 и 3 корпуса имеют кольцевые разъемы 4, 5, которые скреплены шпильками 6, 7. Части 1 и 3 корпуса имеют входной и, соответственно, напорный патрубки 8, 9. Внутри корпуса по оси установлены два независимых один от другого вала 10 и 11. На валу 10 закреплены рабочие колеса 12, 13, 14, 15 разных ступеней, которые с направляющими аппаратами 16 и секциями 17 создают насос высокого давления. На валу 11 установлены винтовое предвключенное 18 и рабочее колесо 19, которые с направляющим аппаратом 20 образовали насос низкого давления. Средняя часть 2 корпуса имеет внутренний радиальный выступ 21 с отверстием 22 по центру. Указанный выступ 21 расположен между насосом высокого давления и насосом низкого давления. Направляющий аппарат имеет осевой выступ 23 с плавным основанием. Осевой выступ 23 установлен перед отверстием 22 радиального выступа 21. За отверстием 22 радиального выступа 21, по ходу движения жидкости, расположен вал 10, торец которого выпуклый и округленный при вершине 24. Вершина 24 торца вала 10 направлена в сторону указанного ранее отверстия 22. Оба вала 10, 11 имеют по приводному концу 25 и 26. Вал 11 снабжен турбиной 27, соединенной трубопроводом 28 с выходом 29 от промежуточной ступени или с выходом 30 от последней ступени насоса высокого давления
Комбинированный многоступенчатый центробежный насос работает так.
Через входной патрубок 8 жидкость поступает в полость насоса низкого давления и попадает на предвключенное колесо 18. Оборачиваясь на валу, предвключенное колесо 18 подхватывает и непрерывным потоком направляет жидкость на рабочее колесо 19 этого насоса. В свою очередь, рабочее колесо 19 прибавило жидкости кинетической энергии и направило жидкость в направляющий аппарат 20. Пройдя через каналы направляющего аппарата 20, жидкость попадает на осевой выступ 23. Осевой выступ 23 направляет сходящую плавно из него жидкость, в отверстие 22 радиального выступа 21. Далее жидкость поступает в полость насоса высокого давления, плавно разделяется по кругу выпуклым и округленным при вершине 24 торцом вала 10 и поступает на рабочее колесо первой ступени 12. После рабочего колеса 12 первой ступени жидкость направляется на следующие ступени насоса высокого давления. Пройдя последнюю ступень, жидкость поступает в напорный патрубок 9, часть этой жидкости по трубопроводу 28 направляется на турбину 27, которая вращает вал 11. Так же на турбину может проводиться отбор жидкости с промежуточных ступеней насоса высокого давления.
Сборку комбинированного многоступенчатого центробежного насоса выполняют следующим образом.
Учитывая то, что заявляемый насос состоит из насоса высокого давления и насоса низкого давления, сборку их выполняют раздельно.
На вал 10 насоса высокого давления устанавливают рабочее колесо 12 первой ступени, направляющий аппарат 16 и секцию 17. Далее устанавливают рабочие колеса 13, 14, 15 остальных ступеней, чередуя их с направляющими аппаратами и секциями этих ступеней. Собранный внутренний узел испытывают на плотность, осматривают, если есть течь, устраняют ее, и устанавливают вовнутрь части 2 корпуса. К этой части 2 корпуса подсоединяют часть 1 корпуса и стягивают шпильками 6.
Сборку насоса низкого давления проводят с установки вала 11 в часть 3 корпуса. Далее на вал 11 устанавливают предвключенное колесо 18 и рабочее колесо 19. В собранном виде этот узел подсоединяют с другой стороны к части 2 корпуса, предварительно установив в эту часть 2 направляющий аппарат 20. Части 2 и 3 корпуса стягивают шпильками 7. Вал 11 связывают с турбиной 27, а последнюю трубопроводом 28 соединяют с выходом 29 из промежуточной ступени или с выходом 30 из последней ступени насоса высокого давления.
Описанный комбинированный многоступенчатый центробежный насос является новым и отличается от известных насосов своей компоновкой, причем данная компоновка направлена на улучшение работы насоса с увеличением срока его работы. Кроме того, компоновка направлена на улучшение качества сборки насоса и сокращение трудозатрат. Насос -  высокотехнологичный, может изготовляться на стандартном оборудовании и стандартным инструментом. Все детали заявленного насоса механически обрабатываются. Это значит, что поверхности деталей имеют высокую чистоту обработки, которая минимально влияет на сопротивление жидкости, а значит, положительно влияет на характеристику насоса.
Данный насос может широко использоваться для замены более металлоемких и энергоемких насосов.