Многоступенчатый насос
Многоступенчатый насос предназначен для перекачки жидкости, содержащей твердые частицы и/или химически активные вещества, преимущественно для закачки воды в нефтяные пласты или при перекачки мокрой пульпы в металлургии. Насос содержит рабочие колеса и выправляющие аппараты осевого типа, отличающиеся тем, что осевое усилие ротора, складывающиеся из отдельных осевых усилий, действующих на рабочие колеса всех ступеней, не возрастает по мере износа в процессе эксплуатации. Это позволяет устранить катастрофический износ гидравлической пяты. Дроссель установлен за торцевым зазором гидравлической пяты и выполнен в виде штуцера с отверстием. Лопасти рабочих колес и выправляющих аппаратов выполнены отдельно от втулок и соединены с ними. При этом лопасти могут соединяться с втулками под различным углом, относительно торцов втулок. К насосу предусмотрено несколько комплектов рабочих колес. Углы установки лопастей рабочего колеса в одном комплекте одинаковы. В остальных комплектах использованы рабочие колеса с иным, большим или меньшим, углами установки лопастей. Это позволяет получить ряд унифицированных насосов на разные рабочие подачи. Углы установки лопастей выправляющих аппаратов в каждом комплекте выбраны в зависимости от углов установки лопастей рабочих колес с учетом обеспечения минимальных гидравлических потерь.
Изобретение относится к области перекачки жидкости, содержащей твердые частицы и/или химически активные вещества, преимущественно в нефтяной промышленности при закачки воды в нефтяные пласты и в металлургии при перекачке мокрых пульп.
Известны грунтовые одноступенчатые центробежные насосы (Животовский Л.С., Самойловская Л.А., Техническая механика жидкостей и грунтовые насосы, «Машиностроение», М., 1986 г., стр.54, рис.13).
Недостатком такого насоса является низкий ресурс работы, так как для создания напора одной ступенью необходима и соответствующая скорость потока в рабочем колесе, а износ пропорционален кубу этой скорости.
Частично указанный недостаток устранен в многоступенчатом секционном центробежном насосе с гидравлической пятой (Лопастные насосы, справочник под. ред. Зимницкого В.А.. и Умова В.А., «Машиностроение», Л., 1986 г., стр.215, рис.7.8.), в котором напор в рабочем колесе составляет только часть общего напора. Соответственно скорость жидкости в рабочем колесе может быть существенно ниже, чем в одноступенчатом центробежном насосе.
Недостатки указанной конструкции заключаются в следующем.
Уравновешивание осевого усилия ротора, определяемого суммарным осевым усилием со стороны рабочих колес в этих насосах, осуществляется гидравлической пятой или упорным подшипником. При даже незначительном износе передних щелевых уплотнений рабочих колес осевое усилие ротора многократно возрастает и гидравлическая пята это усилие уравновесить не может. Происходит непосредственный контакт вращающегося и неподвижного дисков гидравлической пяты с соответствующим катастрофическим износом этих элементов. При многократном увеличении осевого усилия ротора выходит из строя и упорный подшипник.
Дроссель в этих насосах выполнен в виде цилиндрической щели перед входом утечек в торцевой зазор. Зазор в цилиндрической щели устанавливается в пределах нескольких десятых долей миллиметра. Даже при незначительном износе деталей, образующих цилиндрическую щель, площадь щели существенно возрастает, и, соответственно, увеличиваются утечки через гидравлическую пяту, и уменьшается подача насоса.
Рабочее колесо центробежных секционных насосов имеет ведущий и покрывной диски, между которыми расположены лопасти. Рабочие колеса такой конструкции сложно выполнить из материалов, имеющих необходимую стойкость при абразивном износе и коррозии.
Для каждой рабочей подачи необходим центробежный насос соответствующего исполнения. Поэтому унификация ряда насосов на заданный диапазон подач усложнена и ограничена.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в увеличении ресурса работы, исключении катастрофического износа гидравлической пяты или какого-либо другого устройства для восприятия осевой силы ротора, упрощении технологии изготовления рабочих колес и выправляющих аппаратов и расширении возможностей унификации насосов в заданном интервале подач.
Для достижения указанного технического результата применен многоступенчатый насос, содержащий в каждой ступени, как рабочее колесо так и в выправляющий аппарат осевого типа с лопастями, которые выполнены отдельно от втулок и соединены с ними с возможностью установки лопастей как в рабочем колесе так и в выправляющем аппарате под различными углами относительно торца их втулок, а дроссель установлен за торцевым зазором гидравлической пяты и выполнен в виде штуцера с отверстием.
Отличительными признаками предлагаемого многоступенчатого насоса от указанного выше, наиболее близкого к нему многоступенчатого центробежного насоса, являются наличие рабочих колес осевого типа и
выправляющих аппаратов осевого типа, лопасти которых выполнены отдельно от втулок и соединены с ними с возможностью установки лопастей как в рабочем колесе, так и в выправляющем аппарате, под различными углами относительно торцов втулок, а дроссель установлен за торцевым зазором гидравлической пяты и выполнен в виде штуцера с отверстием.
Благодаря наличию этих признаков, при перекачке жидкости, содержащей твердые частицы и/или химически активные вещества предотвращается за счет использования рабочих колес осевого типа, в которых отсутствует переднее щелевое уплотнение, увеличение осевого усилия ротора по мере износа и, соответственно, катастрофический износ гидравлической пяты или любого другого узла, воспринимающего это осевое усилие. Применение дросселя, установленного за торцевым зазором гидравлической пяты и выполненного в виде штуцера с отверстием, обеспечивает увеличение долговечности дросселя.
Лопасти рабочего колеса предлагаемого многоступенчатого насоса осевого типа насоса могут быть установлены для каждого конкретного исполнения рабочего колеса под определенным углом установки по отношению к торцу втулки.
Многоступенчатый насос с комплектом рабочих колес осевого типа, в каждом из которых угол установки лопастей относительно торца втулки увеличен, обеспечивает подачу большую, чем при меньшем угле установки. Габаритные и присоединительные размеры рабочих колес с разным углом установки одинаковы.
Выправляющие аппараты так же имеют возможность установки лопастей под разным углом относительно торца втулки с целью обеспечения минимальных гидравлических потерь при различных подачах. Габаритные и присоединительные размеры выправляющих аппаратов с разными углами установки одинаковы.
Соответственно, габаритные и присоединительные размеры ступени в многоступенчатом насосе осевого типа одинаковы для ряда рабочих подач,
что позволяет использовать достаточно широкую унификацию предлагаемых наосов.
Исполнение лопастей рабочих колес и выправляющих аппаратов в предлагаемом насосе отдельно от втулок позволяет упростить изготовление лопастей и обеспечить их изготовление из специальных износоустойчивых материалов.
Предлагаемый многоступенчатый насос иллюстрируется чертежами, предоставленными на фиг.1-3.
Многоступенчатый насос (фиг.1) содержит приемную крышку 1, корпус 2, напорную крышку 3, ступени, состоящие из рабочих колес 5 осевого типа и выправляющих аппаратов 6 осевого типа. Рабочие колеса 5 закреплены на валу 4, а выправляющие аппараты 6 в корпусе 2. Гидравлическая пята, состоит из неподвижного диска 8, закрепленного в напорной крышке 3, и вращающегося диска 9, закрепленного на валу 4. При работе насоса между неподвижным диском 8 и вращающимся диском 9 имеется торцевой зазор 10, в котором проходит часть жидкости, перекачиваемой насосом. Дроссель 11, расположен за торцевым зазором 10 и выполнен в виде штуцера с отверстием.
Смазка опорных подшипников скольжения 7 предусмотрена перекачиваемой жидкостью.
Лопасти 12 рабочего колеса 5 (фиг.2) осевого типа выполнены отдельно и соединены с втулкой 13 рабочего колеса. При этом предусмотрена возможность в ряде исполнений рабочих колес устанавливать лопасти 12 под различными углами установки.
Выправляющий аппарат 6 (фиг.3) осевого типа имеет корпусную втулку 14, втулку подшипника 15, лопасти 16 и подшипник скольжения 7. Лопасти 16 имеют возможность сборки с втулкой подшипника 15 с тем или иным углом установки.
Многоступенчатый насос может быть снабжен комплектом рабочих колес, угол установки лопасти 12 которых во всех рабочих колесах 5
одинаков, а по величине минимален, например 13°, что соответствует минимальной рабочей подаче. Предусмотрена возможность установки в насосе и ряда комплекта рабочих колес 5 с увеличенными углами установки лопастей, например 35°, что обеспечивает рабочую подачу, в 1,5-2 раза превышающую минимальную рабочую подачу. Предусмотрена установка лопастей 12 с промежуточными углами установки.
При заданной подаче насоса и соответствующем угле установки лопастей 12 рабочих колес 5 обеспечена возможность установки в насос соответствующего комплекта выправляющих аппаратов 6 с конкретными углами установки лопастей 16. Угол установки лопастей 16 выправляющих аппаратов 6 при этом выбирается из условий минимальных гидравлических потерь по расчету или экспериментальным данным. Габаритные и присоединительные размеры выправляющих аппаратов с различным углом установки лопастей 16 одинаковы.
Такое конструктивное решение рабочих колес 5 и выправляющих аппаратов 6 позволяет унифицировать конструкцию многоступенчатого насоса внутри заданного интервала рабочих подач и при каждой рабочей подаче обеспечить работу насоса с максимальным коэффициентом полезного действия.
Работа многоступенчатого насоса осуществляется следующим образом.
Перекачиваемая жидкость поступает через приемную крышку 1 к рабочему колесу 5 первой ступени, которая сообщает жидкости энергию. Вторая и последующие ступени обеспечивают дополнительное приращение энергии.
Осевое усилие ротора насоса, состоящее из суммы осевых усилий каждого рабочего колеса 5, уравновешивается гидравлической пятой, состоящей из неподвижного диска 8, закрепленного в крышке 3, и вращающегося диска 9. закрепленного на валу 4. Часть подачи насоса в виде утечек проходит через торцевой зазор 10, в котором происходит уменьшение давления. Разность давлений по обе стороны вращающегося диска 9,
обеспечивает уравновешивание осевого усилия ротора. Дроссель 11 обеспечивает заданные давление за вращающимся диском 9, величину утечек и торцевой зазор 10.
Дроссель 11, смонтирован на внешней стороне напорной крышки 3 и легко доступен для замены при износе без разборки насоса.
Многоступенчатый насос для перекачки жидкости, содержащей твердые частицы и/или химически активные вещества, включающий в каждой ступени рабочее колесо и выправляющий аппарат с втулками, и гидравлическую пяту с дросселем, отличающийся тем, что как рабочее колесо, так и выправляющий аппарат использованы осевого типа с лопастями, выполненными отдельно от втулок и соединенными с ними с возможностью установки лопастей, как в рабочем колесе, так и в выправляющем аппарате, под различными углами относительно торцов их втулок, а дроссель установлен за торцевым зазором гидравлической пяты и выполнен в виде штуцера с отверстием.
