Многоступенчатый насос
Полезная модель «Многоступенчатый насос» может быть использована для подачи питательной воды в энергоблоки атомных электростанций. Наружный корпус образует с напорной крышкой плоскость главного разъема, закрепленную шпильками с удлиненной концевой частью и уплотненную прокладкой из терморасширенного графита. Корпус секционного типа содержит направляющие аппараты, рабочие колеса, установленные на валу. Вал опирается на подшипники скольжения с принудительной смазкой. Предвключенное колесо, установленное перед первым рабочим колесом, выполнено с выступом на тыльной поверхности лопасти. Концевые уплотнения торцового типа обеспечены внешними теплообменниками, соединенными с ними трубопроводами с помощью отверстий во входной крышке и корпусе уплотнения, крепящемся к напорной крышке. Количественное соотношение лопастей рабочих колес к лопаткам направляющих аппаратов равно 6/9. Наружный корпус, входная и напорная крышки изготовлены из высокохромистой стали. Технический результат - повышение экономичности и надежности насоса. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к питательным центробежным многоступенчатым насосам и может быть использована для подачи питательной воды в энергоблоки атомных электростанций.
Известен многоступенчатый насос с корпусом секционного типа, содержащим направляющие аппараты и рабочие колеса, установленные на валу, опирающемся на подшипники скольжения с принудительной смазкой. Перед первым рабочим колесом установлено предвключенное колесо. Разгрузка осевого усилия ротора осуществляется с помощью автоматического саморегулирующего разгрузочного устройства с уравновешивающим диском (гидропята). Концевые уплотнения щелевого типа с подводом холодного запирающего конденсата. [Насосное оборудование атомных станций / Под общей редакцией П.Н.Пака. - М.: Энергоатомиздат, 2003 - с.98]. Данная конструкция насоса выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
Опыт эксплуатации этих насосов показывает их несоответствие необходимым показателям экономичности и надежности по следующим причинам:
- секционный корпус ввиду наличия стыков между секциями, а также секциями и крышками не обеспечивает внешнюю герметичность и безопасную эксплуатацию высоконапорных и горячеводных насосов;
- применение гидропяты может вызвать контакт деталей ротора и статора, в частности, на нерасчетных, переходных режимах, при разгоне и выбеге;
- использование щелевого уплотнения не позволяет снизить утечки перекачиваемой среды и требует подвода конденсата в качестве вспомогательной среды;
- конструкция предвключенного колеса с формой профиля лопасти - пластина не исключает опасности кавитационного разрушения;
- применяемое сочетание лопастей рабочих колес и лопаток направляющих аппаратов не является оптимальным;
- материал корпусных деталей не обладает достаточно высокими антикоррозионными свойствами.
В основу полезной модели поставлена задача создания многоступенчатого насоса, в котором, путем введения новых конструктивных элементов, нового исполнения существующих конструктивных элементов, наличия нового материала обеспечиваются внешняя герметичность и безопасность эксплуатации насоса, уменьшение вероятности металлического контакта деталей ротора и статора, снижение утечек перекачиваемой среды и конденсата, как вспомогательной среды, снижение интенсивности кавитационного разрушения предвключенного колеса, улучшение виброакустических характеристик, результатом чего является повышение экономичности и надежности насоса.
Поставленная задача достигается тем, что в многоступенчатом насосе, содержащем входную и напорную крышки, корпус секционного типа с направляющими аппаратами и рабочими колесами, установленными на валу, опирающемся на подшипники скольжения, предвключенное колесо, установленное перед первым рабочим колесом, устройство разгрузки осевого усилия, концевые уплотнения вала, согласно полезной модели вводятся:
- наружный корпус, образующий с напорной крышкой плоскость главного разъема, перпендикулярную оси вала, при этом плоскость главного разъема закреплена шпильками с удлиненной концевой частью и уплотнена прокладкой из терморасширенного графита;
- материал наружного корпуса, крышек входной и напорной - высокохромистая сталь;
- концевые уплотнения вала - механические торцового типа, с применением внешних теплообменников;
- устройство разгрузки осевого усилия - разгрузочный поршень и упорный подшипник;
- выступ на тыльной поверхности лопасти предвключенного колеса;
- количественное соотношение лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата равно 6/9.
Введение наружного корпуса позволяет уменьшить количество стыков и свести к минимуму вероятность вытока перекачиваемой воды в окружающую среду, что обеспечивает внешнюю герметичность и безопасность эксплуатации насоса. Кроме того, за счет быстрой замены корпуса секционного типа улучшается ремонтопригодность насоса. Плоскость главного разъема, перпендикулярная оси насоса и образованная наружным корпусом и напорной крышкой, закреплена шпильками с удлиненной концевой частью и уплотнена прокладкой из терморасширенного графита. Предлагаемая конструкция шпилек дает возможность выполнять затяжку шпилек путем их вытяжки с помощью гидроключа, специально разрабатываемого и входящего в комплект поставки. Таким образом, обеспечивается качественное и надежное уплотнение стыка за счет равномерного и контролируемого усилия по всем шпилькам при выполнении ремонтных и профилактических работ насосов, что снижает трудоемкость, повышает качество ремонтных работ. Изготовление прокладки из терморасширенного графита повышает надежность уплотнения за счет высоких упругих свойств материала, способности выдерживать высокие температуры и давления, снижение напряжения на контактных поверхностях крышка напорная - корпус наружный.
Применение в качестве материала наружного корпуса, входной и напорной крышек высокохромистой стали, обладающей более высокими антикоррозионными свойствами по сравнению с углеродистой сталью, повышает надежность насоса.
Использование в качестве концевых уплотнений вала механических уплотнений торцового типа, встроенных во входную крышку и корпус уплотнения, крепящийся к напорной крышке, позволяет снизить утечки перекачиваемой среды до минимума, сэкономить конденсат, подводимый в качестве вспомогательной среды, в результате чего повышается экономичность системы, в которой работает насос. Кроме того, механические уплотнения торцового типа повышают надежность работы насоса. Эффективность охлаждения уплотнений обеспечивают внешние теплообменники, расположенные на стойках плиты насоса и соединенные с трубопроводами, которые, в свою очередь, соединены посредством отверстий в крышке входной и корпусе уплотнения с уплотнениями торцового типа.
Применение для разгрузки осевых сил разгрузочного поршня и упорного подшипника взамен гидропяты повышает надежность насоса, так как уменьшается вероятность контакта деталей ротора и статора.
Выполнение выступа на тыльной поверхности лопасти снижает интенсивность кавитационного разрушения предвключенного колеса, улучшает кавитационно-эррозионные свойства насоса. Снижение кавитационного воздействия в таком предвключенном колесе происходит за счет интенсивного вихреобразования за выступом, с присущим такой форме течения возвратным потоком. В режиме кавитации, когда в вихревой зоне образуется каверна, этот возвратный поток выполняет функцию защитного слоя. В свою очередь каверна за выступом предохраняет поверхность лопасти от основной каверны, образующейся на входной кромке.
Исполнение рабочих колес и направляющих аппаратов с количественным соотношением лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата 6/9 приводит к снижению пульсаций давления, и значит, к снижению шума и вибрации на лопастной частоте без ухудшения экономических показателей. Это подтверждено опытом ОАО «ВНИИАЭН» по созданию и эксплуатации насосов данного типа.
Таким образом, в результате использования заявляемой полезной модели обеспечивается технический результат, заключающийся в повышении экономичности и надежности насоса.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками, на которых представлены:
фиг.1 - многоступенчатый насос, продольный разрез;
фиг.2 - многоступенчатый насос, вид спереди.
Многоступенчатый насос содержит наружный корпус 1 из высокохромистой стали, образующий с напорной крышкой 2 из высокохромистой стали плоскость главного разъема, перпендикулярную оси насоса, закрепленную шпильками 3 с удлиненной концевой частью и уплотненную прокладкой 4 из терморасширенного графита. Корпус секционного типа включает секции 5 и рабочие колеса 6 с направляющими аппаратами 7. Рабочие колеса 6 установлены на валу 8, опирающемся на подшипники скольжения 9 с принудительной смазкой. Предвключенное колесо 10, установленное перед первым рабочим колесом 6, имеет выступ 11 на тыльной поверхности лопасти. В качестве концевых уплотнений вала 8 применены механические уплотнения торцового типа 12, встроенные во входную крышку 13 из высокохромистой стали и корпус уплотнения 14, крепящийся к напорной крышке 2. Механические уплотнения торцового типа 12 охлаждаются внешними теплообменниками 15, соединенными с ними трубопроводами посредством отверстий в крышке входной 13 и корпусе уплотнения 14 и расположенными на стойках 16 плиты 17 насоса. Для разгрузки осевых сил использованы разгрузочный поршень 18 и упорный подшипник сегментного типа 19.
Насос работает следующим образом. При вращении вала 8 перекачиваемая жидкость через входной патрубок, при помощи предвключенного колеса 10 поступает к рабочему колесу 6 и направляющему аппарату 7 первой ступени, проходит по всем ступеням насоса и из направляющего аппарата 7 последней ступени поступает в камеру отвода и напорный патрубок и далее в напорный трубопровод.
По заявляемой полезной модели изготовлены образцы, подтверждающие ее работоспособность и ожидаемый технический результат.
1. Многоступенчатый насос, содержащий входную крышку, напорную крышку, корпус секционного типа с направляющими аппаратами и рабочими колесами, установленными на валу, опирающемся на подшипники скольжения с принудительной смазкой, предвключенное колесо, установленное перед первым рабочим колесом, концевые уплотнения вала, устройство разгрузки осевых сил, отличающийся тем, что в него введен наружный корпус, образующий с напорной крышкой плоскость главного разъема, перпендикулярную оси вала, в качестве концевых уплотнений вала применены механические уплотнения торцевого типа, расположенные во входной крышке и корпусе уплотнения, крепящемся к напорной крышке, а устройство разгрузки осевых сил состоит из разгрузочного поршня и упорного подшипника.
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что плоскость главного разъема закреплена шпильками с удлиненной концевой частью, необходимой для затягивания гидроключом.
3. Насос по п.1, отличающийся тем, что плоскость главного разъема уплотнена прокладкой из терморасширенного графита.
4. Насос по п.1, отличающийся тем, что механические уплотнения торцевого типа обеспечены внешними теплообменниками, соединенными с ними трубопроводами с помощью отверстий во входной крышке и корпусе уплотнения, крепящемся к напорной крышке, и расположенными на стойках плиты насоса.
5. Насос по п.1, отличающийся тем, что наружный корпус, входная и напорная крышки изготовлены из высокохромистой стали.
6. Насос по п.1, отличающийся тем, что предвключенное колесо выполнено с выступом, расположенным на тыльной поверхности лопасти.
7. Насос по п.1, отличающийся тем, что количественное соотношение лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата равно 6/9.
