Многоступенчатый центробежный насос с разгрузочным устройством
Полезная модель относится к области насосостроения и может быть использована в многоступенчатых центробежных насосах с разгрузочными устройствами, воспринимающими осевые нагрузки роторов насосов. Данной полезной моделью решается задача повышения срока службы и к.п.д. многоступенчатых центробежных насосов повышением надежности разгрузочного устройства, уменьшением расхода рабочей жидкости через гидропяту на номинальных режимах работы выравниванием торцового зазора по всей рабочей плоскости, исключая неточности изготовления, сборки и прогибы ротора. Для этого предлагается разгрузочное устройство центробежного насоса, содержащее цилиндрическую втулку, гидропяту, разгрузочный диск, кольцевую и торцовую щели, причем гидропята установлена на крышку насоса посредством сферической опорной шайбы. При этом сферическая опора выполнена с радиусом R, и центр сферы, расположенный на оси вала, находится на расстоянии не более 1/2 R от плоскости торцовой щели. Торцовые рабочие поверхности гидропяты и разгрузочного диска нефтяных насосов покрыты разнородными материалами, не вызывающими при их трении искрообразование. На фиг.1 изображен продольный разрез многоступенчатого центробежного насоса, содержащего входную 1 и напорную 2 крышки, корпус с секциями направляющих аппаратов 3, ротор с рабочими колесами 4 и разгрузочное устройство 5. На фиг.2 изображен продольный разрез разгрузочного устройства, который содержит втулку 6, разгрузочный диск 7, гидропяту 8 со сферической опорой, сферическую шайбу 9, крепежные винты 10, установочный штифт 11, уплотнительные кольца 12 и 13.
Полезная модель относится к области насосостроения и, в частности, к многоступенчатым центробежным насосам с разгрузочными устройствами, воспринимающими осевые нагрузки роторов насосов.
Известны центробежные насосы с разгрузочным устройством, содержащие корпус насоса, ротор и закрепленные соответственно на корпусе и роторе неподвижное и вращающееся кольца, образующие разгрузочную камеру и торцовую щель. В начале эксплуатации разгрузочное устройство функционирует с определенной шириной щели и уравновешивает осевую силу, действующую на ротор. В процессе эксплуатации из-за износа уплотнений рабочих колес осевая сила возрастает и, соответственно, уменьшается щель. Когда щель становится минимально допустимой, производят замену колец [SU №1523740].
Недостатком данного центробежного насоса с разгрузочным устройством является повышенная утечка рабочей жидкости через увеличенную торцовую щель из-за неточностей изготовления посадочных поверхностей корпуса и деталей разгрузочного устройства. Непараллельность рабочих плоскостей, образующих торцовую щель, увеличивает зазор на величину их перекоса. При пуске и остановке насоса возможно нарушение баланса осевых сил, угловое касание плоскостей с большим удельным давлением и разрушение рабочих плоскостей.
Известно, что с целью повышения надежности и ресурса гидропяты в насосах ЦНС180 производства ОАО «СМПО им. Фрунзе», используют кольца, торцовые поверхности которых выполнены из износостойкого материала. Однако, такая конструкция гидропяты также не лишена недостатков, основным из которых является повышенная чувствительность к качеству изготовления
как самих износостойких колец, так и сопрягаемых с ними деталей. [Труды 11-й Международной научно-технической конференции «Герметичность, вибронадежность и экологическая безопасность насосного и компрессорного оборудования», г.Сумы, том 2, с.215].
Известен многоступенчатый центробежный насос с разгрузочным устройством с податливым упорным кольцом, основными элементами системы уравновешивания осевых сил которого являются упорное кольцо, разгрузочный диск, цилиндрический дроссель с постоянным гидравлическим сопротивлением и торцовая щель, сопротивление которой меняется в результате изменения торцового зазора вследствие осевых смещений ротора. Предполагается, что данная конструкция частично устраняет недостатки предшествующих типов разгрузочных устройств, отслеживая перекосы разгрузочного диска [Труды 11-й Международной научно-технической конференции «Герметичность, вибронадежность и экологическая безопасность насосного и компрессорного оборудования», г.Сумы, том 2, с.206].
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что данная система является неустойчивой из-за наличия упругого элемента, который вызывает колебательный характер процесса автоматического регулирования осевой нагрузки из-за колебаний торцевого зазора.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран многоступенчатый центробежный питательный насос тепловых электростанций с разгрузочным устройством, самоустанавливающейся гидропятой, где устранение соприкосновения торцовых рабочих поверхностей гидропяты происходит путем применения сферических поверхностей. Диск и неподвижная пята выполняются из двух частей, одна из которых подвижная и опирается на другую по сферической поверхности радиусом R. Равномерность зазора обеспечивается за счет действия на подвижные детали гидродинамического момента благодаря эпюре давления. Уплотнение между обеими частями достигается уплотнительным шнуром и давлением воды. [Чегурко А.Е.
Разгрузочные устройства питательных насосов тепловых электростанций. М., Энергия, 1978, с.11, 24-25].
Недостатком прототипа является то, что с целью устранения соприкосновения рабочих поверхностей гидропяты применены две сферические пары поверхностей, где диск и неподвижная пята выполнены из двух частей со сферическими поверхностями, одна из частей которых подвижна и упирается на другую, и между частями установлены уплотнительные шнуры. На высоконапорных насосах уплотнение, установленное на вращающемся диске, разрушается и пропускает рабочую жидкость, при этом нарушается равномерность зазора торцевой щели и происходит соприкосновение рабочих поверхностей. Поэтому целесообразно применение этой пяты при небольших перепадах давлений. Изготовление двух пар сферических поверхностей увеличивают трудоемкость и стоимость деталей.
Техническим результатом, который может быть получен при использовании предполагаемой полезной модели является повышение сроков службы и к.п.д. многоступенчатых центробежных насосов путем повышения надежности работы разгрузочного устройства, уменьшения расхода рабочей жидкости через гидропяту на номинальных режимах работы, выравниванием торцового зазора по всей рабочей плоскости, отслеживанием перекосов разгрузочного диска.
Надежность работы и сроки службы разгрузочного устройства зависят от режимов работы, точности изготовления сопрягаемых деталей и жесткости системы и др. Неточности изготовления и нежесткость системы влияют на взаимное расположение рабочих плоскостей гидропяты и разгрузочного диска, в частности на непараллельность рабочих плоскостей, которая влияет на величину торцового зазора (Фиг.3). Но исключить неточности изготовления сопрягаемых деталей, увеличить жесткость системы, обеспечивая параллельность рабочих поверхностей в пределах 0,01 мм, практически
невозможно. Поэтому при работе насоса величина зазора должна быть установлена с учетом перекоса плоскостей.
Величина расхода рабочей жидкости через разгрузочное устройство зависит от величины зазора. Чем меньше зазор, тем меньше расход, тем выше к.п.д. насоса. Для нормальной бесконтактной работы насоса, при условии параллельности плоскостей, минимальная величина зазора составляет 0,02...0,03 мм, что обеспечивает достаточный минимальный расход рабочей жидкости через разгрузочное устройство, нормальную работу насоса и баланс осевых сил.
При пуске и остановке насоса, а также при изменениях режимов работы с увеличением зазоров в уплотнениях рабочих колес и др. возможны контакты рабочих плоскостей гидропяты и диска, и может произойти сухое трение при больших осевых усилиях и быстрый износ рабочих плоскостей гидропяты и диска, а для нефтяных насосов опасность возгорания и взрыв паров нефти. Чтобы этого не происходило, рабочие поверхности покрывают твердым износостойким сплавом.
Сущность полезной модели заключается в достижении указанного выше технического результата в многоступенчатом центробежном насосе с разгрузочным устройством, содержащем входную и напорную крышки, корпус с секциями направляющих аппаратов, ротор и разгрузочное устройство, которое состоит из гидропяты, разгрузочного диска, кольцевой и торцовой щели, при этом гидропята со сферической поверхностью находится во взаимодействии со сферической поверхностью шайбы, причем последняя закреплена в крышке насоса, при этом центр сферы с радиусом R находится на оси вала на расстоянии не более ½ R от плоскости торцовой щели.
Предпочтительным является вариант, при котором торцовые рабочие поверхности гидропяты и разгрузочного диска нефтяных насосов покрыты разнородными материалами, не вызывающими при их трении искрообразование.
Сферическая опора выполнена с радиусом R, и центр сферы, расположенный на оси вала, находится на расстоянии не более ½ R от плоскости торцовой щели для отслеживания перекосов разгрузочного диска с меньшим скольжением (фиг.3). Торцовые рабочие поверхности гидропяты и разгрузочного диска нефтяных насосов покрыты разнородными материалами, не вызывающими при их трении искрообразование.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез многоступенчатого насоса; на фиг.2 - продольный разрез разгрузочного устройства; на фиг.3 - условное изображение торцовой щели с учетом неточностей изготовления.
Основными узлами многоступенчатого центробежного насоса являются: крышка входная 1, крышка напорная 2, корпус с направляющими аппаратами 3, ротор 4 и разгрузочное устройство 5.
Разгрузочное устройство (Фиг.2) содержит разгрузочный диск 6, гидропяту 7 со сферической опорой, сферическую шайбу 8, крепежные винты 9, установочный штифт 10, уплотнительные кольца 11, 12. Сферическая шайба 8 крепится на крышку насоса винтами 9. От проворота гидропята 7 удерживается штифтами 10, но имеют подвижность за счет посадочных зазоров.
Сферическая шайба 8 закреплена на напорную крышку неподвижно, а гидропята 7 установлена подвижно с упором на сферическую шайбу 8. Для уплотнения стыковочных поверхностей установлены уплотнительные кольца 11 и 12, которые прижимаются при работе от давления жидкости.
В отличие от прототипа разгрузочное устройство содержит одну сферическую опору, которая обеспечивает отслеживание неточности изготовления корпусных деталей, прогибы вала и корпуса, а изготовление рабочей поверхности разгрузочного диска относительно посадочного диаметра с достаточной точностью, биением не более 0,01 мм, не представляет трудности.
При запуске и во время работы насоса жидкость от последней ступени рабочего колеса, через дроссель, образованный кольцевой щелью 13, поступает в разгрузочную камеру 14 и за счет разности давлений в камере и в полости 15 раскрывает камеру 14, образуя торцовую щель 16, и автоматически поддерживает определенную величину зазора. С изменением режима работы насоса меняется величина зазора. Под действием осевого усилия торцовая рабочая плоскость гидропяты, установленная на сферическую опору, самоустанавливается относительно рабочей плоскости разгрузочного диска, обеспечивая необходимый равномерный зазор по всей рабочей плоскости, достаточный для уравновешивания осевого усилия ротора. Все погрешности изготовления корпусных деталей, неточности сборки, прогибы ротора будут компенсированы сферической опорой и обеспечивать минимальный зазор торцовой щели, а для этого необходимо чтобы сферическая опора находилась на торце гидропяты, сферическая шайба установлена на крышке, а центр радиуса сферы R, расположенный на оси вала, должен находиться на плоскости торцовой щели или на расстоянии не более ½ R.
Торцовые рабочие поверхности разгрузочного диска и гидропяты для нефтяных насосов покрыты разнородными материалами.
1. Многоступенчатый центробежный насос с разгрузочным устройством, содержащий входную и напорную крышки, корпус с секциями направляющих аппаратов, ротор и разгрузочное устройство, которое состоит из гидропяты, разгрузочного диска, кольцевой и торцовой щели, отличающийся тем, что гидропята со сферической поверхностью находится во взаимодействии со сферической поверхностью шайбы, причем последняя закреплена в крышке насоса, при этом центр сферы с радиусом R находится на оси вала на расстоянии не более 1/2 R от плоскости торцовой щели.
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что торцовые рабочие поверхности гидропяты и разгрузочного диска нефтяных насосов покрыты разнородными материалами, не вызывающими при их трении искрообразование.
