Вертикальный центробежный насос

Полезная модель «Вертикальный центробежный насос» относится к отрасли гидромашиностроения. Может быть использована для подачи нефти и нефтепродуктов в системах магистральных трубопроводов для обеспечения бескавитационной работы магистральных насосов либо технологических перекачиваний на объектах насосных станций, а также для перекачивания конденсата водяного пара на тепловых и атомных электростанциях. Насос содержит предвключенное входное устройство, включающее предвключенное осевое колесо и направляющий аппарат. Колесо имеет профилированную втулку с увеличивающимся от входа к выходу диаметром. Лопастная система выполнена с густотой лопастной решетки на наружном диаметре в интервале от 2,0 до 4,0. Возможно исполнение лопастной системы многорядной, а лопаточной системы направляющего аппарата - многокаскадной. Предусмотрен вариант размещения подшипника гидродинамического или гидростатического типа во втулке направляющего аппарата. Технический результат - повышение всасывающей способности и экономичности. 3 з.п., 7 ил.

Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к вертикальным центробежным насосам, и может быть использована для подачи нефти и нефтепродуктов в системах магистральных трубопроводов для обеспечения бескавитационной работы магистральных насосов либо технологических перекачивании на объектах насосных станций, а также для перекачивания конденсата водяного пара на тепловых и атомных электростанциях.

Известен вертикальный центробежный насос, содержащий предвключенное входное устройство в виде одного либо двух осевых предвключенных колес, установленных перед центробежным рабочим колесом [Новое поколение вертикальных подпорных насосов типа НПВ для транспорта нефти и нефтепродуктов/Волченко Г.Г., Давиденко А.К., Елин В.К., Елин А.В. - Материалы конференции «СИНТ'09». Разработка, производство и эксплуатация турбо-, электронасосных агрегатов и систем на их основе T.1. - Воронеж: Научная книга, 2009. - С.249-258]. Предвключенные осевые колеса имеют цилиндрическую втулку и лопастную систему с густотой лопастной решетки на наружном диаметре в интервале от 1,0 до 1,2

Данная конструкция насоса выбрана в качестве прототипа для объекта, который заявляется.

Опыт эксплуатации рассматриваемых насосов свидетельствует о возможности достижения в данных конструкциях показателей всасывающей способности, характеризующихся величиной критического кавитационного коэффициента быстроходности С_кр=3000.

Недостатком таких насосов является снижение коэффициента полезного действия насоса за счет более низкой экономичности осевого предвключенного колеса по сравнению с экономичностью центробежной ступени. Помимо этого, для дальнейшей оптимизации технологических схем перекачивания и снижения капитальных издержек на строительство нефтеперекачивающих, тепловых и атомных станций, в настоящее время к вертикальным центробежным насосам предъявляются требования по повышению всасывающей способности до величины С_кр=5000.

В основу полезной модели поставлена задача создания вертикального центробежного насоса, в котором, путем введения новых конструктивных элементов и нового исполнения существующих конструктивных элементов, достигается повышение всасывающей способности и экономичности насоса.

Поставленная задача достигается тем, что в вертикальном центробежном насосе, содержащем предвключенное входное устройство, включающее предвключенное осевое колесо, согласно полезной модели:

- предвключенное осевое колесо имеет профилированную втулку с увеличивающимся от входа к выходу диаметром и лопастную систему с густотой лопастной решетки на наружном диаметре в интервале от 2,0 до 4,0, с возможностью выполнения лопастной системы колеса многорядной;

- введен лопаточный направляющий аппарат, устанавливаемый между предвключенным осевым колесом и центробежным рабочим колесом, с возможностью выполнения лопаточной системы направляющего аппарата многокаскадной, а также с возможным размещением во втулке направляющего аппарата гидродинамического либо гидростатического подшипника.

Применение предлагаемой конструкции предвключенного осевого колеса по сравнению с прототипом позволяет:

- за счет повышения густоты лопастной решетки на наружном диаметре в интервале от 2,0 до 4,0 повысить всасывающую способность насоса;

- за счет профилирования втулки избежать отрыва потока в лопастной системе предвключенного осевого колеса и, как следствие, повысить экономичность предвключенного входного устройства и всего насоса в целом.

Выполнение лопастной системы предвключенного осевого колеса, имеющего густоту лопастной решетки на наружном диаметре в интервале от 2,0 до 4,0, многорядной позволяет сократить осевые габариты предвключенного осевого колеса при сохранении повышенной густоты его лопастной системы. При этом также увеличивается напор предвключенного осевого колеса, и тем самым повышается располагаемый кавитационный запас на входе в центробежное рабочее колесо насоса.

Использование направляющего аппарата, устанавливаемого между предвключенным осевым колесом и центробежным рабочим колесом насоса, по сравнению с прототипом, позволяет использовать динамическую составляющую напора предвключенного осевого колеса для увеличения располагаемого кавитационного запаса на входе в центробежное рабочее колесо. При этом повышается экономичность насоса также за счет оптимального согласования потока, выходящего из предвключенного осевого колеса, с входным участком лопастной системы центробежного рабочего колеса.

Выполнение лопаточной системы направляющего аппарата предвключенного входного устройства многокаскадной позволяет избежать технологических трудностей, связанных с технологией изготовления закрытых длинных искривленных лопаток, при сохранении значения густоты его лопаточной системы направляющего аппарата, необходимой для предотвращения отрыва потока и обеспечения высокой экономичности предвключенного входного устройства и насоса в целом.

Размещение во втулке направляющего аппарата предвключенного входного устройства гидродинамического или гидростатического подшипника обеспечивает дополнительное повышение всасывающей способности насоса по сравнению с прототипом за счет возможности формирования осевого подвода перекачиваемой жидкости к предвключенному входному устройству насоса.

Таким образом, использование совокупности приведенных существенных признаков заявляемой модели обеспечивает технический результат, подразумевающий повышение всасывающей способности и экономичности.

Заявляемая полезная модель поясняется рисунками, на которых представлены:

фиг.1 - вертикальный центробежный насос, продольный разрез;

фиг.2 - развертка кольцевого сечения лопастной системы предвключенного осевого колеса на наружном диаметре (однорядная решетка);

фиг.3 - развертка кольцевого сечения лопастной системы предвключенного осевого колеса на наружном диаметре (двухрядная решетка);

фиг.4 - развертка кольцевого сечения лопастной системы предвключенного осевого колеса на наружном диаметре (трехрядная решетка);

фиг.5 - график, показывающий зависимость критического кавитационного коэффициента быстроходности вертикального центробежного насоса от густоты лопастной решетки;

фиг.6 - вертикальный центробежный насос, продольный разрез с вариантом размещения нижнего подшипника скольжения во втулке направляющего аппарата предвключенного входного устройства;

фиг.7 - развертка кольцевого сечения лопастной системы направляющего аппарата предвключенного входного устройства на наружном диаметре (двухкаскадная решетка);

фиг.8 - развертка кольцевого сечения лопастной системы направляющего аппарата предвключенного входного устройства на наружном диаметре (однокаскадная решетка).

Вертикальный центробежный насос содержит внешний корпус (стакан) 1 (фиг.1) с входным патрубком, закрепленный шпильками 2 и уплотнительным кольцом 3 с внутренним корпусом (выемной частью) насоса 4. Внутренний корпус 4 имеет статорную и роторную части. Статорная часть состоит из фонаря 5, неподвижной втулки нижнего подшипника скольжения 6, подвода 7, трубы подводящей 8, в которой установлен направляющий аппарат 9 предвключенного входного устройства. Роторная часть внутреннего корпуса 4 состоит из вала 10, на котором установлены предвключенное осевое колесо 11 и центробежное рабочее колесо (колеса) 12. Предвключенное осевое колесо 11 выполнено с профилированной втулкой с увеличивающимся от входа к выходу диаметром. Кроме однорядного исполнения лопастной системы (фиг.2) предвключенного осевого колеса 11, в конструкции насоса предусмотрены также варианты исполнения лопастной системы многорядной: двухрядной (фиг.3) и трехрядной (фиг.4). Выполнение лопастной системы предвключенного осевого колеса 11 с густотой лопастной решетки (фиг - ы 2, 3, 4) на наружном диаметре в интервале от 2,0 до 4,0 повышает всасывающую способность насоса. Это подтверждают результаты обобщения расчетных и экспериментальных исследований, выполненных в ОАО «ВНИИАЭН». Так, на фиг.5 представлен график, показывающий зависимость критического кавитационного коэффициента быстроходности вертикального центробежного насоса с предвключенным устройством в виде осевого колеса от густоты лопастной решетки последнего. Критический кавитационный коэффициент быстроходности определяется по формуле:

C_кр=(5,62×n^0,5)/h_кр^0,75,

где n - частота вращения насоса, об/мин;

Q - подача насоса, м³ /с;

h_кр - критический кавитационный запас насоса, соответствующий 3%-му снижению напора, м.

Густота лопастной решетки _н определяется по формуле:

_н=(z×l_н)/(×D_н),

где z - число лопастей предвключенного осевого колеса;

l_н - длина лопасти предвключенного осевого колеса на наружном диаметре, м;

D_н - наружный диаметр предвключенного осевого колеса, м

При значении густоты лопастной решетки в интервале от 2,0 до 4,0 напор предвключенного осевого колеса 11 имеет максимальное значение и, как, следствие, располагаемый кавитационный запас на входе в центробежное рабочее колесо 12 первой ступени имеет максимальное значение. При увеличении густоты лопастной решетки свыше 4,0 резко увеличиваются гидравлические потери на трение в межлопастных каналах предвключенного осевого колеса 11, приводящие к падению его напора и, как следствие, к уменьшению располагаемого кавитационного запаса на входе в центробежное рабочее колесо 12 первой ступени. Густоты лопастной решетки при значении ее меньше 2,0 недостаточно для обеспечения полного поворота потока в соответствии с кривизной межлопастных каналов предвключенного осевого колеса 11 и, как следствие, располагаемый кавитационный запас на входе в центробежное рабочее колесо первой ступени падает. Таким образом, обеспечение для заданных условий максимального напора предвключенного осевого колеса 11 (максимального располагаемого кавитационного запаса на входе в центробежное колесо первой ступени) предопределяет повышение всасывающей способности вертикального центробежного насоса.

Камера за рабочим колесом 12 последней ступени сообщена при помощи трубки с приемной полостью наружного корпуса 1. Нижний подшипник скольжения 6 расположен в корпусе подвода 7 и работает на перекачиваемой жидкости за счет перепада давления, создаваемого насосом. Нижний подшипник скольжения 6 гидродинамического или гидростатического типа может быть размещен во втулке направляющего аппарата 9 предвключенного входного устройства, который установлен между предвключенным осевым колесом 11 и центробежным рабочим колесом 12 (фиг.6.). Лопаточная система направляющего аппарата 9 предвключенного входного устройства, помимо основного исполнения в виде однокаскадной решетки (фиг.7), может быть выполнена как многокаскадная решетка (фиг.8).

В напорной крышке 13 расположено отводящее устройство. В одноступенчатом насосе возможен вариант выполнения отводящего устройства, состоящего из направляющего аппарата 14 и кольцевого отвода сферической или цилиндрической формы. В случае двух и более ступеней за каждым рабочим колесом 12 устанавливается направляющий аппарат 14.

Насос работает следующим образом. При вращении вала 10 от электродвигателя перекачиваемая жидкость последовательно поступает в подвод 7, далее - на лопасти предвключенного осевого колеса 11, затем через направляющий аппарат 9 предвключенного входного устройства по трубе подводящей 8 - на лопасти центробежного рабочего колеса 12 и/или через направляющий аппарат 14 концевой ступени - в камеру напорной крышки, из которой выходит через выходной патрубок под давлением, создаваемым за счет вращения насоса.

Предлагаемая полезная модель позволяет при ее использовании повысить всасывающую способность и экономичность.

1. Вертикальный центробежный насос, содержащий предвключенное входное устройство, включающее предвключенное осевое колесо, отличающийся тем, что предвключенное входное устройство дополнительно снабжено направляющим аппаратом, состоящим из втулки и лопаточной системы и размещенным между предвключенным осевым колесом и центробежным рабочим колесом, а предвключенное осевое колесо выполнено с профилированной втулкой с увеличивающимся от входа к выходу диаметром и лопастной системой с густотой лопастной решетки на наружном диаметре в интервале от 2,0 до 4,0.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что во втулке направляющего аппарата предвключенного входного устройства размещен гидродинамический либо гидростатический подшипник.

3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что лопастная система осевого колеса предвключенного входного устройства выполнена многорядной.

4. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что лопаточная система направляющего аппарата предвключенного входного устройства выполнена многокаскадной.