Центробежный насос с рабочим колесом двустороннего входа
Полезная модель "Центробежный насос с рабочим колесом двустороннего входа" относится к области гидромашиностроения и может быть использована преимущественно в нефтяном трубопроводном транспорте. Насос содержит полуспиральный подвод и спиральной отвод, образованные полостями в крышке и корпусе. За рабочим колесом установлен направляющий аппарат с 4-мя предлагаемыми вариантами конструктивного выполнения. Применение направляющего аппарата в сменном блоке с рабочим колесом двустороннего входа позволяет получить максимальный к.п.д. в диапазоне подач от 0,3 Qном до 1,25 Qном с обеспечением требуемых напоров, минимальные радиальные силы и вибрацию. 1 н.п., 4 з.п., 5 ил.
Полезная модель относится к области гидромашиностроения, а именно, к центробежным горизонтальным одноступенчатым спиральным насосам с рабочим колесом двустороннего входа для перекачивания нефти, нефтепродуктов, воды и других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности, и может быть использована преимущественно в нефтяном трубопроводном транспорте.
Известен центробежный горизонтальный одноступенчатый насос типа НМ с рабочим колесом двустороннего входа для перекачивания нефти по магистральным трубопроводам, содержащий полуспиральный подвод и двухзавитковый спиральный отвод, образованные полостями в крышке и корпусе. Рабочее колесо закреплено на валу, установленном на выносных подшипниках скольжения. Остаточное осевое усилие ротора воспринимают радиально-упорные подшипники. Концевые уплотнения ротора - торцового типа [Центробежные нефтяные насосы для магистральных трубопроводов: Каталог / Под общей редакцией В.А.Головина. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1989. - С.5]. Данная конструкция насоса выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
Эксплуатация существующих насосов на магистральных трубопроводах с основным ротором на номинальную подачу подтверждает высокую экономичность и надежность насосов спирального типа с двухзавитковой спиралью. Однако, технология ввода в действие и эксплуатация магистральных трубопроводов требует изменения подачи насосов. Так, на первой стадии эксплуатации перекачивание нефти проводится при подаче, примерно равной 0,5Qном (где Q ном - подача
номинальная), на второй стадии - на Qном, а на последующих стадиях подача может достигать 1,25Qном или, наоборот, уменьшаться.
В связи с этим в существующих магистральных насосах предусмотрены сменные роторы с рабочими колесами на 0,5 Qном ; 0,7 Qном и 1,25Qном . Замена только рабочих колес, хотя и приводит к повышению экономичности и несколько увеличивает надежность по сравнению с работой насоса с основным ротором на этих режимах, однако это улучшение относительно невелико, так как отвод рассчитан на основной номинальный режим.
В основу полезной модели поставлена задача создания центробежного насоса с рабочим колесом двустороннего входа, в котором путем наличия нового конструктивного элемента - направляющего аппарата в его 4-х возможных вариантах исполнения: многоканальный направляющий аппарат с формой канала в виде прямоосного диффузора, состоящий из двух симметричных половин; многоканальный направляющий аппарат с формой канала в виде прямоосного диффузора, состоящий из двух симметричных половин, разделенных диском; многолопаточный направляющий аппарат с формой канала в виде кривоосного диффузора; многолопаточный направляющий аппарат с пространственной формой лопаток, - обеспечивается максимальный к.п.д. в диапазоне подач от 0,3 Q ном до 1,25 Qном в одном корпусе, вмещающем подвод и спиральный отвод, при возможном варьировании напора с непрерывно падающей формой характеристики Q-Н (подача - напор), минимальными радиальными силами и вибрацией, в результате чего повышается экономичность и надежность насоса.
Поставленная задача достигается тем, что в центробежном насосе с рабочим колесом двустороннего входа, содержащем полуспиральный подвод и спиральный отвод, образованные полостями в крышке и корпусе, подшипники скольжения, торцовые уплотнения вала, согласно полезной
модели вводится направляющий аппарат, устанавливаемый за рабочим колесом.
Применение направляющего аппарата определенного конструктивного исполнения в сменном блоке с рабочим колесом двустороннего входа позволяет получить максимальный к.п.д. в диапазоне от 0,3 Qном до 1,25 Q ном с обеспечением требуемых напоров. При расчете этого блока проточной части на заданные параметры получается оптимальная проточная часть, при этом подвод и отвод при проектировании рассчитаны на максимальную подачу. Входные условия каждого рабочего колеса согласованы с выходными условиями подвода, а выходные условия каждого направляющего аппарата - со спиральным отводом.
Для обеспечения непрерывно падающей напорной характеристики и уменьшения пульсаций давления и вибрации входные условия в направляющих аппаратах выполнены с предшествующим безлопаточным диффузором, который выполняется шириной, равной 0,94-1,03 от ширины рабочего колеса на выходе и началом на радиусе не более 1,015 радиуса наружных диаметров покрывающих дисков рабочего колеса, входные кромки лопаток направляющего аппарата расположены на радиусе, который не менее, чем на 4% превышает наружный радиус лопастей рабочего колеса. Указанные соотношения получены в результате экспериментальных исследований, проведенных во ВНИИАЭН.
Для снижения уровня вибрации насоса, вызванной гидродинамическими силами, сочетание числа лопастей рабочего колеса и каналов (лопаток) направляющего аппарата выбрано оптимальными (7/9 и 7/12), а половины рабочего колеса развернуты в окружном направлении на полшага, что обеспечивает снижение вибрации на лопастной частоте и, соответственно, общего уровня вибрации.
Кроме того, размещение направляющего аппарата между рабочим колесом и спиральным отводом разгружает насос от радиальных сил.
Предлагаемые варианты конструкций направляющих аппаратов следующие:
Вариант 1. Многоканальный направляющий аппарат, в котором каналы состоят из спиральных входных участков, переходящих в прямоосные диффузорные каналы. Конструктивное решение обеспечивает технологичность конструкции направляющего аппарата, изготавливаемого из двух симметричных половин, соединяемых в одно целое, а также высокую чистоту поверхностей каналов, в результате их доступности для механической обработки, а значит - и уменьшение путевых потерь.
Вариант 2. Многоканальный направляющий аппарат, в котором каналы состоят из спиральных входных участков, переходящих в прямоосные диффузорные каналы, и состоящий из двух симметричных половин, разделенных диском. Конструктивное решение обеспечивает, как и в 1-ом варианте, высокую чистоту поверхностей каналов и уменьшение путевых потерь, а также оптимальность геометрии диффузорных каналов в результате применения диска.
Вариант 3. Многолопаточный направляющий аппарат, в котором кривоосный диффузор образован лопатками соответствующей формы, расположенными между боковыми стенками. Конструктивное решение обеспечивает высокую чистоту каналов и меньшие габариты по сравнению с 1-ым и 2-ым вариантами.
Вариант 4. Многолопаточный направляющий аппарат, в котором между боковыми стенками расположены профилированные пространственные лопатки с переменным по высоте лопатки углом на входе, причем поверхность каждой лопатки выполнена в виде криволинейного желоба. Конструктивное решение обеспечивает уменьшение потерь в межлопаточных каналах за счет безударного натекания потока и безотрывного обтекания лопаток.
В результате использования заявляемой полезной модели обеспечивается технический результат, заключающийся в повышении экономичности и надежности насоса.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - центробежный одноступенчатый горизонтальный насос с колесом двустороннего входа, продольный разрез;
фиг.2 - многоканальный направляющий аппарат с формой канала в виде прямоосного диффузора и состоящий из двух симметричных половин, сечение А-А на фиг.1;
фиг.3 - многоканальный направляющий аппарат с формой канала в виде прямоосного диффузора и состоящий из двух симметричных половин, разделенных диском, выносной элемент Б;
фиг.4 - многолопаточный направляющий аппарат с формой межлопаточного пространства в виде кривоосного диффузора, сечение А-А на фиг.1;
фиг.5 - многолопаточный направляющий аппарат с пространственной формой лопаток, сечение А-А на фиг.1.
Насос содержит корпус 1 и крышку 2, полости в которых образуют полуспиральный подвод и спиральный отвод. Рабочее колесо 3 двустороннего входа закреплено на валу 4, опирающемся на подшипники скольжения 5. За рабочим колесом 3 установлен направляющий аппарат 6 с возможными вариантами исполнения: многоканальный направляющий аппарат с формой канала в виде прямоосного диффузора и состоящий из двух симметричных половин; многоканальный направляющий аппарат с формой канала в виде прямоосного диффузора и состоящий из двух симметричных половин, разделенных диском 7; многолопаточный направляющий аппарат с формой межлопаточного пространства в виде кривоосного диффузора; многолопаточный направляющий аппарат с пространственной формой лопаток. В качестве концевого уплотнения вала 4 применено торцовое уплотнение 8.
Насос работает следующим образом. При вращении вала 4 от привода перекачиваемая среда через входной патрубок и полуспиральные подводы поступает к рабочему колесу 3. В результате взаимодействия лопастей рабочего колеса 3 с потоком жидкости происходит преобразование энергии привода в энергию потока. Из рабочего колеса 3 перекачиваемая среда поступает в направляющий аппарат 6, где происходит выравнивание потока. Из направляющего аппарата 6 перекачиваемая среда поступает в спиральный отвод и через напорный патрубок - в трубопровод.
Использование предлагаемой конструкции насоса по сравнению с прототипом обеспечивает повышение экономичности и надежности.
1. Центробежный насос с рабочим колесом двустороннего входа, содержащий полуспиральный подвод и спиральный отвод, образованные полостями в крышке и корпусе, подшипники скольжения, торцовое уплотнение вала, отличающийся тем, что за рабочим колесом установлен направляющий аппарат.
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что направляющий аппарат выполнен многоканальным с формой канала в виде прямоосного диффузора и состоящим из двух симметричных половин.
3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что симметричные половины разделены диском.
4. Насос по п.1, отличающийся тем, что направляющий аппарат выполнен многолопаточным с формой межлопаточного пространства в виде кривоосного диффузора.
5. Насос по п.1, отличающийся тем, что направляющий аппарат выполнен многолопаточным с пространственной формой лопаток.
