Многоступенчатый центробежный насос
Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения и может быть использована в нефтедобывающей промышленности для поддержания пластового давления в нефтяных скважинах, а также для транспортировки нефти. Многоступенчатый центробежный насос содержит входную и напорную крышки, корпус в виде пакета секций с направляющими аппаратами и установленными на валу рабочими колесами. В направляющих аппаратах промежуточных ступеней угол расширения диффузорных каналов в радиальном направлении выполнен в интервале от 4 до 8°, а угол расширения диффузорных каналов в осевом направлении - в интервале от 6 до 11°. Технический результат: снижение радиальных габаритов и массы насоса без уменьшения его экономичности. 3 ил.
Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к многоступенчатым центробежным насосам и может быть использована в нефтедобывающей промышленности для поддержания пластового давления в нефтяных скважинах, а также для транспортировки нефти.
Известен многоступенчатый центробежный насос типа ЦНС, содержащий входную и напорную крышки, корпус в виде пакета секций с направляющими аппаратами, имеющими диффузорные каналы, и установленными на валу рабочими колесами. Разгрузка осевого усилия ротора осуществляется с помощью гидропяты.
Для получения максимальной экономичности насоса диффузорные каналы направляющего аппарата выполняются с осредненным углом расширения 
экв, находящимся в интервале:
,
где F4 - площадь выходного сечения диффузорного канала;
F3 - площадь входного сечения диффузорного канала;
l - длина диффузорного канала.
При этом угол расширения b диффузорного канала в осевом направлении (угол, связывающий ширину направляющего аппарата на входе и выходе диффузорного канала с длиной диффузорного канала) составляет от 4 до 6°, а угол расширения h диффузорного канала в радиальном направлении (угол, связывающий высоту входного и выходного сечений диффузорного канала с длиной диффузорного канала) составляет от 9 до 11°.
[Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. - М.: Машиностроение. - 1977. - с.87, 235-237.]. Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
Недостатком известной конструкции являются повышенные радиальные габариты и, как следствие, большая масса насосов, что приводит к повышенным капитальным издержкам изготовителей и потребителей.
В основу полезной модели поставлена задача создания многоступенчатого центробежного насоса, в котором путем изменения параметров существующих конструктивных элементов обеспечивается снижение радиальных габаритов и массы насоса без уменьшения его экономичности.
Поставленная задача достигается тем, что в многоступенчатом центробежном насосе, содержащем входную и напорную крышки, корпус в виде пакета секций с направляющими аппаратами, имеющими диффузорные каналы, и установленными на валу рабочими колесами, согласно полезной модели направляющие аппараты промежуточной ступени имеют:
- угол расширения h диффузорного канала в радиальном направлении от 4 до 8°;
- угол расширения b, диффузорного канала в осевом направлении от 6 до 11°.
Выполнение угла расширения h диффузорного канала направляющих аппаратов в радиальном направлении в интервале от 4 до 8° позволяет уменьшить радиальные размеры направляющего аппарата и насоса в целом и, как следствие, снизить массу насоса.
Выполнение угла расширения b диффузорного канала направляющих аппаратов в осевом направлении в интервале от 6 до 11° обеспечивает сохранение значения осредненного угла расширения экв диффузорного канала в оптимальном интервале от 7 до 9° при уменьшении угла расширения h диффузорного каналав радиальном направлении до интервала от 4 до 8° и, как следствие, сохранение высокой экономичности насоса при снижении его радиальных габаритов.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками, на которых представлены:
фиг.1 - многоступенчатый центробежный насос, продольный разрез;
фиг.2 - направляющий аппарат, поперечный разрез;
фиг.3 - развертка диффузорного канала, сечение А-А на фиг.2.
Многоступенчатый центробежный насос содержит входную крышку 1, напорную крышку 2, корпус в виде пакета секций 3 с направляющими аппаратами 4 и установленными на валу 5 рабочими колесами 6. В направляющих аппаратах 4 промежуточных ступеней угол расширения h диффузорного канала 7 (фиг.2) в радиальном направлении выполнен в интервале от 4 до 8°.
Опытным путем установлено, что выполнение угла расширения h диффузорного канала 7 направляющих аппаратов 4 в радиальном направлении в интервале от 4 до 8°, определяемого по формуле:
,
где a4 - высота выходного сечения диффузорного канала;
a3 - высота входного сечения диффузорного канала;
l - длина диффузорного канала
позволяет уменьшить радиальные размеры направляющего аппарата 4 и насоса в целом, и, как следствие, снизить массу насоса. Уменьшение значения угла h менее 4° приводит к падению экономичности насоса вследствие резкого увеличения скорости перекачиваемой жидкости на выходе из диффузорного канала 7. Увеличение угла h более 8° приводит к значительному увеличению радиальных размеров направляющего аппарата 4. Угол расширения b (фиг.3) диффузорного канала 7 направляющих аппаратов 4 в осевом направлении выполнен в интервале от 6 до 11°.
Выполнение угла расширения b диффузорного канала 7 направляющих аппаратов 4 в осевом направлении в интервале от 6 до 11°, определяемого по формуле:
,
где b4 - ширина направляющего аппарата на выходе из диффузорного канала;
b 3 - ширина направляющего аппарата на входе в диффузорного канала;
l - длина диффузорного канала
обеспечивает сохранение значения осредненного угла расширения экв диффузорного канала в оптимальном интервале от 7 до 9° при уменьшении угла расширения h диффузорного канала 7 в радиальном направлении до интервала от 4 до 8° и, как следствие, сохранение высокой экономичности насоса при снижениие его радиальных габаритов. Увеличение значения угла b более 11° при выполнении угла расширения h диффузорного канала 7 в радиальном направлении в интервале от 4 до 8° приводит к увеличению значения осредненного угла расширения экв диффузорного канала более 9° и, как следствие, к падению экономичности насоса. Уменьшение значения угла b менее 6° при выполнении угла расширения h диффузорного канала 7 в радиальном направлении в интервале от 4 до 8° приводит к уменьшению значения осредненного угла расширения экв диффузорного канала менее 7°, и как следствие к падению экономичности насоса.
Насос работает следующим образом. При вращении вала 5 перекачиваемая жидкость через всасывающий патрубок поступает к рабочему колесу 6 и направляющему аппарату 4 первой ступени, проходит по всем ступеням насоса и из направляющего аппарата 4 последней ступени поступает в камеру отвода и напорный патрубок и далее в напорный трубопровод.
Таким образом, в результате использования заявляемой полезной модели обеспечивается технический результат, заключающийся в снижении радиальных габаритов и массы насоса без уменьшения его экономичности. По заявляемой полезной модели изготовлены образцы, которые подтверждают ее работоспособность и ожидаемый технический результат.
Многоступенчатый центробежный насос, содержащий входную и напорную крышки, корпус в виде пакета секций с направляющими аппаратами, имеющими диффузорные каналы, и установленными на валу рабочими колесами, отличающийся тем, что в направляющих аппаратах промежуточных ступеней угол расширения угла h диффузорных каналов в радиальном направлении выполнен в интервале от 4 до 8°, а угол расширения b диффузорных каналов в осевом направлении - в интервале от 6 до 11°.
