Многоступенчатый центробежный насос
Изобретение относится к области насосостроения. Насос содержит корпус (К) с направляющим аппаратом, рабочие колеса (РК), зафиксированные на валу стопорным элементом, расположенным перед РК первой ступени, и радиальные опоры вала. Также насос содержит узел уплотнения (УУ) вала, расположенный со стороны всасывающего канала, и расположенную в разгрузочной полости К гидропяту, включающую разгрузочный диск, установленный на валу, и опорный элемент, закрепленный на К. Полость, заключенная между разгрузочным диском и опорным элементом, сообщена с напорным каналом насоса через зазор между РК последней ступени и К. УУ содержит закрепленный на К цилиндрический кожух с упорным буртом, рубашку, герметично охватывающую вал, аксиально подвижную втулку, уплотненную в кожухе, пружину, расположенную между упорным буртом и аксиально подвижной втулкой, пару уплотнительных колец, закрепленных соответственно на втулке и рубашке и контактирующих друг с другом своими плоскими поверхностями. Каждая радиальная опора содержит пару расположенных одна в другой обойм с антифрикционными вкладышами. Между обоймами выполнены сквозные продольные каналы. Внутренняя обойма одной из радиальных опор зажата между рубашкой УУ и стопорным элементом, расположенным на валу. Внутренняя обойма другой опоры зажата между разгрузочным диском и РК последней ступени, торец вала размещен в разгрузочной полости, а в кожухе выполнено отверстие, к которому подключен трубопровод, сообщенный с разгрузочной полостью. Изобретение направлено на упрощение конструкции и уменьшение габаритов насоса. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области насосостроения, в частности к многоступенчатым центробежным насосам, предназначенным для перекачки жидкости, например для поддержания пластового давления при добыче нефти.
Известен центробежный насос, содержащий корпус с направляющим аппаратом, рабочие колеса, связанные с валом, радиальные опоры вала и узлы уплотнения вала (см. В.М.Черкасский и др. "Насосы, компрессоры, вентиляторы". Энергия, Москва, 1968, стр.106, рис.4-23).
Недостатком данного насоса является то, что для уравновешивания осевых усилий рабочая ступень включает два рабочих колеса. Это приводит к увеличению длины вала и к увеличению расстояния между опорами вала, что отрицательно сказывается на габаритах насоса в целом и на надежности его работы за счет низкой жесткости вала.
Наиболее близким к заявленному является центробежный насос, содержащий разъемный корпус с направляющим аппаратом, рабочие колеса, зафиксированные на рабочем валу от осевого смещения стопорным элементом, расположенным перед колесом первой ступени, радиальные опоры вала, узел уплотнения вала, расположенный со стороны всасывающего канала, и расположенную в разгрузочной полости корпуса гидропяту, включающую разгрузочный диск, установленный на валу, и опорный элемент, закрепленный на корпусе, при этом полость, заключенная между разгрузочным диском и опорным элементом, сообщена с напорным каналом насоса через зазор между рабочим колесом последней ступени и корпусом (см. В.М.Черкасский и др. "Насосы, компрессоры, вентиляторы", Москва, Энергия, 1968, стр.116, рис.4-40).
Недостатком этого насоса является сложность конструкции и большие габариты.
Для упрощения конструкции и уменьшения габаритов в многоступенчатом центробежном насосе, содержащем разъемный корпус с направляющим аппаратом, рабочие колеса, зафиксированные на рабочем валу от осевого смещения стопорным элементом, расположенным перед колесом первой ступени, радиальные опоры вала, узел уплотнения вала, расположенный со стороны всасывающего канала, и расположенную в разгрузочной полости корпуса гидропяту, включающую разгрузочный диск, установленный на валу, и опорный элемент, закрепленный на корпусе, при этом полость, заключенная между разгрузочным диском и опорным элементом, сообщена с напорным каналом насоса через зазор между рабочим колесом последней ступени и корпусом, согласно изобретению узел уплотнения вала содержит соединенный с корпусом цилиндрический кожух с упорным буртом, рубашку, герметично охватывающую вал, аксиально подвижную втулку, уплотненную в кожухе, пружину, расположенную между упорным буртом и аксиально подвижной втулкой, пару уплотнительных колец, закрепленных соответственно на втулке и рубашке и контактирующих друг с другом своими плоскими поверхностями, каждая радиальная опора содержит пару расположенных одна в другой обойм с антифрикционными вкладышами, при этом между обоймами выполнены сквозные продольные каналы, внутренняя обойма одной из радиальных опор зажата между рубашкой узла уплотнения вала и к стопорным элементом, расположенным на валу, внутренняя обойма другой радиальной опоры зажата между разгрузочным диском и рабочим колесом последней ступени, торец вала размещен в разгрузочной полости, а в кожухе выполнено отверстие, к которому подключен трубопровод, сообщенный с разгрузочной полостью.
Для увеличения долговечности за счет уменьшения износа гидропята может быть снабжена антифрикционными кольцами, герметично закрепленными в разгрузочном диске и опорном элементе.
Для поддержания требуемых перепадов давлений в гидропяте и радиальных опорах трубопровод может быть дополнительно сообщен с всасывающим каналом.
Для регулировки условий работы узлов насоса в зависимости от условий эксплуатации путем изменения перепадов давлений в гидропяте и радиальных опорах в трубопроводе могут быть установлены запорно-регулирующие устройства.
Для повышения надежности работы внутренняя обойма может включать пару прижимных колец с коническими расточками, расположенных с противоположных сторон антифрикционной втулки, при этом на втулке должны быть выполнены фаски, ответные расточкам колец.
Для упрощения изготовления разгрузочный диск и/или рубашка узла уплотнения вала и/или стопорный элемент, расположенный на валу, и/или разгрузочный диск и/или рабочее колесо последней ступени, могут быть снабжены дистанционными проставками, каждая из которых выполнена в виде шайбы, охватывающей рабочий вал.
Кроме того, для упрощения конструкции опорный элемент гидропяты и обойма радиальной опоры могут быть выполнены за одно целое.
На фиг.1 представлен продольный разрез насоса, на фиг.2 - продольный разрез узла уплотнения вала, на фиг.3 - продольный разрез гидропяты, на фиг.4 - поперечный разрез радиальной опоры, расположенной перед всасывающим каналом, на фиг 5 представлен общий вид насоса.
Насос содержит разъемный корпус 1 с направляющим аппаратом 2, рабочие колеса 3, рабочий вал 4, радиальные опоры вала, узел уплотнения вала, расположенный со стороны всасывающего канала 5, и расположенную в разгрузочной полости 6 корпуса гидропяту. Рабочие колеса 3 зафиксированы на рабочем валу 4 от осевого смещения стопорным элементом 7, расположенным перед колесом первой ступени, и от вращения шпонками 8. Гидропята содержит разгрузочный диск 9, установленный на валу 4, и опорный элемент 10, закрепленный на корпусе. Полость 11, заключенная между разгрузочным диском и опорным элементом, сообщена с напорным каналом 12 через зазор 13 между рабочим колесом последней ступени и корпусом. Узел уплотнения вала содержит герметично соединенный с корпусом цилиндрический кожух 14 с упорным буртом 15, рубашку 16, герметично охватывающую вал, аксиально подвижную втулку 17, уплотненную в кожухе, пружину 18, расположенную между упорным буртом и аксиально подвижной втулкой, пару уплотнительных колец 19 и 20, закрепленных соответственно на втулке и рубашке и контактирующих друг с другом своими плоскими поверхностями. Радиальные опоры содержат по паре расположенных одна в другой обойм 21, 22 и 23, 24 с антифрикционными вкладышами. Между обоймами 21 и 22 а также обоймами 23 и 24 выполнены сквозные продольные каналы 25 и 26 соответственно. Внутренняя обойма 21 одной из радиальных опор зажата между рубашкой узла уплотнения вала и стопорным элементом, расположенным на валу, а внутренняя обойма 23 другой радиальной опоры зажата между разгрузочным диском и рабочим колесом последней ступени. На валу установлен ограничитель перемещения разгрузочного диска в виде упорной гайки 27, ближайший к ней торец вала 28 размещен в разгрузочной полости. В кожухе выполнено отверстие 29, к которому подключен трубопровод 30, сообщенный с разгрузочной полостью.
Гидропята может быть снабжена антифрикционными кольцами 31 и 32, герметично закрепленными в разгрузочном диске и опорном элементе.
Трубопровод 30 может быть дополнительно сообщен с всасывающим каналом.
В трубопроводе 30 могут быть установлены запорно-регулирующие устройства 33 и 34.
Внутренняя обойма может включать пару прижимных колец 35 и 36 с коническими расточками, расположенных с противоположных сторон антифрикционной втулки, при этом на втулке должны быть выполнены фаски 37 и 38, ответные расточкам колец.
Разгрузочный диск и/или рубашка узла уплотнения вала и/или стопорный элемент, расположенный на валу, и/или разгрузочный диск, и/или рабочее колесо последней ступени могут быть снабжены дистанционными проставками, каждая из которых выполнена в виде шайбы, охватывающей рабочий вал.
Опорный элемент гидропяты и обойма радиальной опоры могут быть выполнены за одно целое.
Упорный бурт может быть выполнен в виде отдельной детали, соединенной с кожухом по резьбе.
Насос работает следующим образом.
При работе насоса жидкость под действием на нее вращающихся рабочих колес поступает из всасывающего 5 в нагнетательный 12 канал. Из нагнетательного канала, зазору 13 между рабочим колесом последней ступени и корпусом по продольным каналам 26 жидкость поступает в полость 11 между разгрузочным диском и опорным элементом, откуда по зазору между разгрузочным диском и опорным элементом поступает в разгрузочную полость 6. Из разгрузочной полости 6 жидкость по трубопроводу 30 поступает в кожух, откуда по продольным каналам 25 - во всасывающий канал 5. Кроме того, жидкость из трубопровода 30 может поступать во всасывающий канал непосредственно.
Под действием перепада давлений в полости 11 и разгрузочной полости 6 на разгрузочном диске 9 создается усилие, направленное против осевых усилий на рабочих колесах. При увеличении давления в полости 11 выше допустимого разгрузочный диск 9 смещается в сторону от опорного элемента, вынуждая вал и рабочие колеса смещаться в сторону напорного канала. В результате зазор между разгрузочным диском и опорным элементов увеличивается. Давление в полости 11 снижается и опорный диск под действием осевых усилий на рабочих колесах возвращается в исходное положение. Поскольку внутренняя обойма 23 радиальной опоры зажата между разгрузочным диском и м рабочим колесом последней ступени, то есть радиальная опора расположена между рабочим колесом последней ступени и гидропятой, обеспечивается возможность использования жидкости, перетекающей из зазора 13 в полость 11, не только для изменения положения разгрузочного диска гиропяты, но и для охлаждения и смазки радиальной опоры, и кроме того позволяет расположить один торец вала в разгрузочной полости, что упрощает конструкцию и повышает надежность работы насоса в целом, снижая потери на трение, за счет использования только одного узла уплотнения вала.
Наличие в узле уплотнения рубашки, герметично охватывающей вал, аксиально подвижной втулки, уплотненной в кожухе, и пары уплотнительных колец, препятствует вытеканию жидкости из полости кожуха в атмосферу, при этом пружина обеспечивает компенсацию износа и неточности изготовления деталей насоса и одновременно обеспечивает возможность смещения вала при работе гидропяты без изменения взаимного расположения приработанных поверхностей уплотнительных колец, что положительно сказывается на надежности и долговечности работы. Поток жидкости, поступающей во всасывающий канал через кожух и продольные каналы, обеспечивает не только возможность поддержания перепада давлений в полостях 6 и 11, необходимого для работы гидропяты, но и охлаждение трущихся уплотнительных элементов узла уплотнения вала, а также смазку и охлаждение радиальной опоры.
Сквозные продольные каналы 25 и 26, выполненные между обоймами радиальных опор, обеспечивают равномерное по всей длине поступление жидкости к трущимся поверхностям вкладышей.
Наличие антифрикционных колец 32, 31, герметично закрепленных в разгрузочном диске и опорном элементе, позволяет использовать в гидропяте специальные материалы, обладающие, как правило, большой хрупкостью, но характеризующиеся малым трением и большой износостойкостью, что приводит к повышению надежности работы насоса и снижает потери на трение.
Сообщение трубопровода с всасывающим каналом позволяет перепускать жидкость из напорного канала во всасывающий и тем самым поддерживать требуемые при эксплуатации перепады давлений в гидропяте и радиальных опорах, а наличие в трубопроводе запорно-регулирующих устройств - изменять эти перепады в зависимости от условий эксплуатации.
Прижимные кольца с коническими расточками, расположенные с противоположных сторон антифрикционной втулки, на которой выполнены фаски, ответные расточкам колец, обеспечивают передачу крутящего момента от вала тулке, что позволяет выполнить втулку из материала с малой конструкционной прочностью на растяжение.
Снабжение разгрузочного диска и/или рубашки узла уплотнения вала и/или стопорного элемента, расположенного на валу, и/или разгрузочного диска и/или рабочего колеса последней ступени, дистанционными проставками, каждая из которых выполнена в виде шайбы, охватывающей рабочий вал, позволяет упростить их изготовление за счет компенсации неточности продольных размеров подбором толщины дистанционных проставок
Кроме того, для упрощения конструкции опорный элемент гидропяты и обойма радиальной опоры выполнены за одно целое.
1. Многоступенчатый центробежный насос, содержащий разъемный корпус с направляющим аппаратом, рабочие колеса, зафиксированные на рабочем валу от осевого смещения стопорным элементом, расположенным перед колесом первой ступени, радиальные опоры вала, узел уплотнения вала, расположенный со стороны всасывающего канала, и расположенную в разгрузочной полости корпуса гидропяту, включающую разгрузочный диск, установленный на валу, и опорный элемент, закрепленный на корпусе, при этом полость, заключенная между разгрузочным диском и опорным элементом, сообщена с напорным каналом насоса через зазор между рабочим колесом последней ступени и корпусом, отличающийся тем, что узел уплотнения вала содержит закрепленный на корпусе цилиндрический кожух с упорным буртом, рубашку, герметично охватывающую вал, аксиально подвижную втулку, уплотненную в кожухе, пружину, расположенную между упорным буртом и аксиально подвижной втулкой, пару уплотнительных колец, закрепленных соответственно на втулке и рубашке и контактирующих друг с другом своими плоскими поверхностями, каждая радиальная опора содержит пару расположенных одна в другой обойм с антифрикционными вкладышами, при этом между обоймами выполнены сквозные продольные каналы, внутренняя обойма одной из радиальных опор зажата между рубашкой узла уплотнения вала и стопорным элементом, расположенным на валу, внутренняя обойма другой радиальной опоры зажата между разгрузочным диском и рабочим колесом последней ступени, торец вала размещен в разгрузочной полости, а в кожухе выполнено отверстие, к которому подключен трубопровод, сообщенный с разгрузочной полостью.
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что гидропята снабжена антифрикционными кольцами, герметично закрепленными в разгрузочном диске и опорном элементе.
3. Насос по п.1, отличающийся тем, что трубопровод дополнительно сообщен с всасывающим каналом.
4. Насос по п.1, отличающийся тем, что в трубопроводе установлены запорно-регулирующие устройства.
5. Насос по п.1, отличающийся тем, что внутренняя обойма включает пару прижимных колец с коническими расточками, расположенных с противоположных сторон антифрикционной втулки, при этом на втулке выполнены фаски, ответные расточкам колец.
6. Насос по п.1, отличающийся тем, что разгрузочный диск, и/или рубашка узла уплотнения вала, и/или стопорный элемент, расположенный на валу, и/или разгрузочный диск, и/или рабочее колесо последней ступени могут быть снабжены дистанционными проставками, каждая из которых выполнена в виде шайбы, охватывающей рабочий вал.
7. Насос по п.1, отличающийся тем, что опорный элемент гидропяты и обойма радиальной опоры выполнены за одно целое.
