Многоступенчатый осевой насос
Многоступенчатый насос для перекачки жидкости, содержащей газ в нерастворенном виде, твердые частицы и/или химически активные вещества, преимущественно в нефтяной промышленности. Насос содержит рабочие колеса с лопастями, выполненными отдельно от втулок и соединенными с ними с возможностью установки лопастей под различными углами относительно торцов их втулок. Отличительным признаком предлагаемого насоса является исполнение рабочих колес. В первом от входа в насос рабочем колесе угол установки лопастей выполнен большим, чем в последующих рабочих колесах.
Изобретение относится к области перекачки жидкости, содержащей газ в нерастворенном виде, твердые частицы и/или химически активные вещества, преимущественно в нефтяной промышленности.
Известны трех и двухвинтовые насосы для перекачки жидкости, содержащей газ в нерастворенном виде (Насосы, справочное пособие, пер. с немецкого Малюшенко В.В., Бобка М.К., «Машиностроение», М., 1979, стр.198, рис.122). Эти насосы могут перекачивать газосодержащую жидкость с весьма большим объемным содержанием газа.
Недостатком такого насоса являются достаточно быстрый износ винтовых пар и корпуса или заклинивание ротора при попадании даже незначительного количества твердых частиц, сложность изготовления и высокая стоимость.
Частично указанный недостаток устранен в многоступенчатом насосе осевого типа (Ломакин А.А., Центробежные и осевые насосы изд. второе, «Машиностроение», М.-Л., 1966, стр.348, рис.235 и 237), в котором может перекачиваться жидкость, содержащая газ в нерастворенном виде, твердые частицы и/или химически активные вещества.
Недостатком указанной конструкции является снижение коэффициента полезного действия (КПД) при увеличении объемного содержания газа. Это объясняется тем, что в первое рабочее колесо жидкость попадает с большим объемным содержанием газа, а в последующие рабочие колеса вследствие повышения давления с меньшим. При одинаковых рабочих колесах в первой и последующих ступенях, каждая ступень работает на разных подачах. Изменение подачи от ступени к ступени приводит к тому, что рабочая точка смещается от оптимального режима с соответствующим максимальным КПД и может выйти из рабочего диапазона подач.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в увеличении КПД и допустимого объемного содержания газа в перекачиваемой жидкости.
Для достижения указанного технического результата применен многоступенчатый осевой насос, включающий несколько ступеней, содержащих рабочие колеса с лопастями, выполненными отдельно от втулок и соединенными с ними с возможностью установки лопастей под различными углами относительно торцов втулок, отличающийся тем, что углы установки лопастей рабочего колеса относительно торца его втулки в первом от входа в насос рабочем колесе выполнены большими, чем в последующих рабочих колесах. При этом, углы установки лопастей каждого из последующих рабочих колес выполнены меньшими, чем в предыдущих рабочих колесах.
Благодаря этому признаку, при перекачке жидкости, содержащей газ в нерастворенном виде, твердые частицы и/или химически активные вещества, первое от входа в насос рабочее колесо и каждое последующее рабочее колесо в условиях, когда объемная подача, зависящая от давления, уменьшается от входа в насос к его выходу, работают в режимах близких к режиму максимального КПД. Это позволяет улучшить КПД насоса и увеличить допустимое объемное содержание газа в перекачиваемой жидкости.
Предлагаемый многоступенчатый осевой насос иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.
Многоступенчатый осевой насос (фиг.1) содержит приемную крышку 1, корпус 2, напорную крышку 3, вал 4, ступени, состоящие из рабочих колес 5 и выправляющих аппаратов 6, узел опорного подшипника 7 и узел опорно-упорного подшипника 8.
Рабочие колеса 5 закреплены на валу 4, а выправляющие аппараты в корпусе 2. Узел опорного подшипника 7 воспринимает радиальную нагрузку от вала 4, а узел опорно-упорного подшипника 8 воспринимает как радиальную, так и осевую нагрузку от вала 4. Лопасти 9 (фиг.2) рабочего колеса 5 выполнены отдельно от втулки 10 рабочего колеса и соединены с ней при заданном угле установки. В первом от входа в насос рабочем колесе
лопасти 9 установлены под углом к торцу втулки большим, чем в последующих рабочих колесах 5.
Работа многоступенчатого осевого насоса осуществляется следующим образом.
Перекачиваемая жидкость, содержащая твердые частицы, газ в нерастворенном виде и/или химически активные вещества, поступает в приемную крышку 1. Объемное содержание газа при входе в насос, зависящее от давления, определяет и объемную подачу газожидкостной смеси. В соответствии с этой подачей выполняется угол установки лопастей 9 первого рабочего колеса 5. После первого рабочего колеса давление газожидкостной смеси увеличивается, а объемное содержание газа уменьшается. Соответственно, объемная подача газожидкостной смеси уменьшается. Угол установки лопастей 9 второго от входа рабочего колеса 5 выполняется в соответствии с уменьшенной подачей меньшим, чем в первом рабочем колесе 5, в третьем и последующих рабочих колесах углы установки лопастей 9 выполнены так, чтобы в последующем рабочем колесе 5 угол установки лопастей 9 был меньше, чем в предыдущем.
Пример исполнения двух вариантов предлагаемого многоступенчатого осевого насоса (табл.1).
Технические данные вариантов многоступенчатого осевого насоса:
| частота вращения, об/мин | 3000 |
| наружный диаметр рабочего колеса, мм | 190 |
| диаметр втулки рабочего колеса, мм | 156 |
| давление на входе в насос, Мра | 0,1 |
| давление на выходе из насоса, Мра | 0,9 |
| перепад давления в одной ступени, Мра | 0,2 |
| количество ступеней | 4 |
| подача по жидкости, м 3/час | 220 |
подача по газу, Нм3/час:
| 1 вариант | 40 |
| 2 вариант | 80 |
Угол установки лопастей рабочего колеса.
| Параметры | Вариант | ||
| 1 | 2 | ||
| Объемная подача, м 3/час | 1 рабочее колесо | 240 | 260 |
| 2 рабочее колесо | 230 | 240 | |
| 3 рабочее колесо | 227 | 233 | |
| 4 рабочее колесо | 255 | 230 | |
| Угол установки лопастей рабочего колеса, град | 1 рабочее колесо | 20,2 | 21,6 |
| 2 рабочее колесо | 19,4 | 20,1 | |
| 3 рабочее колесо | 19,2 | 19,7 | |
| 4 рабочее колесо | 19,1 | 19,4 | |
| Примечание: угол установки лопастей рабочего колеса назначался с учетом оптимального угла атаки, соответствующего минимуму гидравлических потерь. | |||
Из данных, приведенных в табл.1 видно, что:
- при определенной подаче насоса угол установки лопастей рабочего колеса с первой ступени и последующих ступеней увеличивается при увеличении объемного содержания газа;
- изменение угла установки лопастей рабочего колеса от первой к последующим ступеням происходит более интенсивно при большем содержании газа, чем при меньшем.
1. Многоступенчатый осевой насос для перекачки жидкости, содержащей газ в нерастворенном виде, твердые частицы и/или химически активные вещества, включающий несколько ступеней, содержащих рабочие колеса с лопастями, выполненными отдельно от втулок и соединенными с ними с возможностью установки лопастей под различными углами относительно торцов втулок, отличающийся тем, что углы установки лопастей первого от входа в насос рабочего колеса относительно торца его втулки выполнены большими, чем в последующих рабочих колесах.
2. Многоступенчатый насос по п.1, отличающийся тем, что углы установки лопастей каждого из последующих рабочих колес выполнены меньшими, чем в предыдущих рабочих колесах.
