Насос с колесом с двусторонним всасыванием, создающий осевое давление

Изобретение касается вертикального насоса с двусторонним всасыванием. Насос имеет спускной трубный узел, узел электродвигателя, расположенный на узле подвески и присоединенный к валу (15), спускные отверстия (120, 122), присоединенные к спускному трубному узлу, корпус (12) и колесо (14) с двусторонним всасыванием. Корпус (12) имеет стенку (16) и присоединен к спускным отверстиям (120, 122). Колесо (14) расположено в корпусе (12), присоединено к валу (15) и имеет верхний и нижний бандажи (18, 20) с металлическими ободьями (22, 24). Ободья (22, 24) образуют верхний и нижний кольцевые зазоры (22, 24) между колесом (14) и стенкой (16), препятствующие воздействию рециркуляционного потока (F) из спускных отверстий (120, 122) на бандажи (18, 20), чтобы ослаблять рециркуляцию вторичных потоков в корпусе (12) и изолировать такие потоки, не допуская вибрации бандажей (18, 20). Т.о. уменьшается воздействие нежелательной осевой вибрации на роторную систему насоса. Кольцевые зазоры (22, 24) являются геометрически различными между верхним и нижним бандажами (18, 20) для создания перепада давления в направлении, параллельном оси (А) вращения колеса (14) вследствие дифференцированных гидравлических сил на бандажах (18, 20), чтобы прикладывать осевую нагрузку (L_A) к валу (15), работающему на растяжение, для повышения динамической жесткости роторной системы насоса. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка испрашивает преимущество заявки на патент США серийный №13/207,473 (досье №: 911-002.043-1 (F-GI-1102US)), поданной 11 августа 2011 г., которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к насосу или насосному агрегату, установке или их комбинации и, более конкретно, к новому методу обеспечения осевого давления в таком насосе или насосном агрегате, установке или их комбинации, например, включая вертикальный насос с двусторонним всасыванием.

2. Краткое описание смежной области

Колеса с односторонним всасыванием формируют гидравлический напор в направлении вдоль своей оси вращения. В вертикально подвешенном насосе эти осевые ударные нагрузки передаются от колеса (колес) в нижней части роторного узла насоса через вал насоса и амортизируются упорным подшипником в электродвигателе в верхней части насоса. Осевые ударные нагрузки выгодно использовать в вертикальных насосах по двум причинам:

1) Осевые ударные нагрузки, прилагаемые к валам насоса, работающим на растяжение, повышают динамическую жесткость роторной системы.

2) Осевые ударные нагрузки, прилагаемые к валам насоса, улучшают внутреннюю центровку вращающихся элементов насоса с неподвижными элементами.

Типовые колеса с двусторонним всасыванием не создают осевых ударных нагрузок под действием гидравлических сил, поскольку вследствие симметрии их геометрической формы относительно центральной оси колеса на оба бандажа действует одинаковое давление. Поэтому при использовании типовых колес с двусторонним всасыванием в вертикально подвешенных насосах преимущества валов насосов с осевыми ударными нагрузками не реализуются, при этом данные типы насосов отличаются низкой надежностью.

Ввиду вышеизложенного в сфере производства промышленных насосов давно ощущается потребность в усовершенствованной конструкции или способе, которые решали бы проблемы, связанные с реализацией осевых ударных нагрузок в промышленном насосе или насосном агрегате, установке или их комбинации, включая вертикальный насос с двусторонним всасыванием.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предлагается устройство, включающее, например, вертикальный насос с двусторонним всасыванием, имеющее корпус насоса и колесо с двусторонним всасыванием, расположенное в нем на валу. Корпус насоса имеет стенку корпуса насоса. Колесо с двусторонним всасыванием имеет верхний и нижний бандажи с металлическими ободьями, выполненными с возможностью образования верхнего и нижнего изолирующих кольцевых или круговых зазоров между колесом с двусторонним всасыванием и стенкой корпуса насоса с целью воспрепятствовать воздействию рециркуляционного потока из спускного отверстия колеса на верхний и нижний бандажи и создать управляемую осевую ударную нагрузку на основе дифференцированного гидравлического давления на верхний и нижний бандажи.

По существу в настоящем изобретении предлагается специальная конструкция колеса с двусторонним всасыванием, создающая управляемую осевую ударную нагрузку на основе дифференцированных гидравлических сил, воздействующих на бандажи колеса. Металлические ободья или кольца на верхнем и нижнем бандажах конструкции колеса с двусторонним всасыванием создают или образуют изолирующие кольцевые или круговые зазоры между колесом с двусторонним всасыванием и стенкой корпуса насоса. Изоляция возникает вследствие того, что металлический обод препятствует воздействию рециркуляционного потока из спускного отверстия колеса на верхний и нижний бандажи колеса. Верхний и нижний изолирующие кольцевые или круговые зазоры могут быть геометрически различными между верхним и нижним бандажами колеса, что создает перепад давления в направлении, параллельном оси вращения колеса. Таким образом, осевая ударная нагрузка создается в конструкции колеса с двусторонним всасыванием, которое, как правило, не имеет существенного гидравлического напора в направлении оси вращения.

Использование этой инновационной конструкции колеса с двусторонним всасыванием в вертикально подвешенных насосах обеспечивает по меньшей мере следующие преимущества:

- Осевые ударные нагрузки, прилагаемые к валам насоса, работающим на растяжение, повышают динамическую жесткость роторной системы и тем самым повышают надежность насоса.

- Осевые ударные нагрузки, прилагаемые к валам насоса, работающим на растяжение, улучшают внутреннюю центровку ротора и корпуса насоса и тем самым повышают износоустойчивость подшипников и валов.

- Встраивание пары изолирующих кольцевых зазоров между колесом и стенкой корпуса насоса уменьшает внутренние утечки в насосе, что повышает объемный кпд и общий кпд насоса.

- Встраивание пары изолирующих кольцевых зазоров между колесом и стенкой корпуса насоса ослабляет рециркуляцию вторичных потоков в корпусе насоса и изолирует такие потоки, не допуская вибрации бандажей колеса. Это уменьшает воздействие нежелательной осевой вибрации на роторную систему насоса.

- Металлическое кольцо, образующее изоляционные кольцевые зазоры на колесе, располагают при минимальной величине посадки относительно наружного диаметра колеса. Это позволяет использовать колеса с различными посадочными диаметрами, не поступаясь преимуществами изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Графический материал включает следующие фигуры, необязательно выполненные в масштабе.

На фиг. 1 представлен вид в частичном поперечном разрезе устройства в форме вертикального насоса с двусторонним всасыванием, имеющего эффективный напор в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлен вид в частичном поперечном разрезе нижней части устройства, показанного на фиг. 1.

На фиг. 3 представлен вид сверху в перспективе колеса с двусторонним всасыванием в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Последующее описание примера осуществления содержит ссылки на прилагаемые фигуры в графическом материале, который составляет неотъемлемую часть настоящего документа и в котором с целью иллюстрации показан вариант осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что, поскольку конструктивные и функциональные изменения могут быть внесены без отступления от объема настоящего изобретения, могут быть использованы и другие варианты осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 приведено устройство, которое в общем случае обозначается номером 10, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения в форме вертикального насоса с двусторонним всасыванием. Хотя в качестве примера настоящее изобретение будет описано применительно к такому вертикальному насосу с двусторонним всасыванием, объем изобретения не ограничивается данным типом или видом насоса, насосного агрегата, установки или их комбинацией. Например, предполагаются варианты осуществления, в которых настоящее изобретение будет реализовано применительно к другим типам или видам насосов, насосных агрегатов, установок или их комбинаций, известных в настоящее время или разработанных в будущем.

На фиг. 1 и 2 вертикальный насос с двусторонним всасыванием 10 содержит корпус 12 насоса и колесо 14 с двусторонним всасыванием (см. фиг. 3), расположенное в нем на валу 15. Корпус 12 насоса имеет стенку 16 корпуса насоса. Колесо 14 с двусторонним всасыванием имеет верхний и нижний бандажи 18 и 20 с металлическими ободьями 22 и 24, выполненными с возможностью образования верхнего и нижнего изолирующих кольцевых зазоров между колесом 14 с двусторонним всасыванием и стенкой 16 корпуса 12 насоса с целью воспрепятствовать воздействию рециркуляционного потока F из спускного отверстия 120, 122 колеса на верхний и нижний бандажи 18 и 20 и создать управляемую осевую ударную нагрузку L_A на основе дифференцированного гидравлического давления на верхний и нижний бандажи 18 и 20 колеса 14 с двусторонним всасыванием в пределах соответствующих изолированных секций 30, расположенных выше и ниже колеса 14. Изолированные секции 30 образованы изолирующими кольцевыми зазорами 22 и 24 и кольцевыми компенсаторами износа 40, 42 насоса.

Во время работы пара изолирующих кольцевых зазоров 22 и 24 между колесом 14 с двусторонним всасыванием и стенкой 16 корпуса насоса уменьшает внутренние утечки в насосе 10, что повышает объемный кпд и общий кпд насоса, а также ослабляет рециркуляцию вторичных потоков в корпусе насоса и изолирует такие потоки, не допуская вибрации бандажей 18 и 20 колеса 14 с двусторонним всасыванием. Это уменьшает воздействие нежелательной осевой вибрации на общую роторную систему насоса устройства 10.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления верхний и нижний изолирующие кольцевые зазоры 22 и 24 могут быть геометрически различными между верхним и нижним бандажами 18 и 20 колеса 14 с двусторонним всасыванием, что создает перепад давления в направлении, параллельном оси А вращения колеса 14 с двусторонним всасыванием.

Верхний и нижний изолирующие кольцевые зазоры 22 и 24 могут быть выполнены с возможностью создания управляемой осевой ударной нагрузки L_A на колесо 14 с двусторонним всасыванием, которое обычно по существу не имеет гидравлического напора в направлении оси А вращения.

Верхний и нижний изолирующие кольцевые зазоры 22 и 24 могут быть выполнены с возможностью образования изолированной секции, обозначаемой в общем случае стрелкой 30, вдоль верхнего или нижнего бандажей 18 и 20, проходящей по меньшей мере частично в направлении вала 15. (На фиг. 2 изолированная секция 30 верхнего бандажа 18 колеса показана темной линией, на которую указывает стрелка 30, при этом следует понимать, что нижний бандаж 20 колеса имеет аналогичную изолированную секцию, выполненную и образованную нижним кольцевым зазором 24).

Металлические ободья 22 и 24 могут быть выполнены с возможностью расположения при минимальной величине посадки относительно наружного диаметра колеса 14 с двусторонним всасыванием, как показано, например, на фиг. 2. Однако объем изобретения не ограничивается конкретной конфигурацией, высотой или местоположением металлических ободьев 22 и 24, показанных на фиг. 2. Например, предполагаются варианты осуществления, в которых металлические ободья 22 и 24, выполненные или расположенные на верхнем и нижнем бандажах 18 и 20 в месте, отличном от показанного, например, на фиг. 2, включая расположение на верхнем и нижнем бандажах 18 и 20 ближе к наружному диаметру возле спускных отверстий 120, 122 колеса или включая расположение на верхнем и нижнем бандажах 18 и 20 ближе к его внутренней периферии возле вала 15. Металлические ободья 22 и 24 выполнены в конкретном местоположении на верхнем и нижнем бандажах 18 и 20 на достаточной высоте с целью воспрепятствовать воздействию рециркуляционного потока F из спускного отверстия 120, 122 колеса на верхний и нижний бандажи 18 и 20 колеса и создать управляемую осевую ударную нагрузку L_A на основе дифференцированных гидравлических сил на верхний и нижний бандажи 18 и 20. Как показано на фигуре, металлические ободья 22 и 24 выполнены с возможностью проходить по существу полностью вокруг верхнего или нижнего бандажей 18 и 20.

Кроме того, устройство 10, например, показанное на фиг. 1 и 2, включает также другие элементы или компоненты, не являющиеся частью раскрываемого изобретения, описанного в настоящем документе, как будет понятно специалисту в данной области, и поэтому не описанные в настоящем документе подробно, включая спускной трубный узел 100, узел 110 электродвигателя, расположенный на узле 115 подвески двигателя и присоединенный к валу 15, спускные отверстия 120, 122 колеса, присоединенные между корпусом 12 насоса и спускным трубным узлом 100, устройство механического торцевого уплотнения сильфонного типа, расположенное между узлом 125 корпуса и валом 15 и в общем случае обозначенное стрелкой 130, которое является частью другой патентной заявки авторов настоящего изобретения, и т.д.

Объем изобретения

Следует понимать, что, если в настоящем документе не предусмотрено иное, любые признаки, характеристики, альтернативные варианты или модификации, описанные здесь в связи с конкретным вариантом осуществления, могут также применяться, использоваться или включаться в любой другой описанный в настоящем документе вариант осуществления. Кроме того, приведенные здесь чертежи выполнены не в масштабе.

Хотя изобретение описано и проиллюстрировано со ссылкой на примеры его осуществления, упомянутые выше и различные другие дополнения и удаления могут быть сделаны в нем и по отношению к нему без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.

1. Вертикальный насос (10) с двусторонним всасыванием, содержащий
спускной трубный узел (100),
узел (110) электродвигателя, расположенный на узле (115) подвески двигателя и присоединенный к валу (15),
спускные отверстия (120, 122), присоединенные к спускному трубному узлу (100),
корпус (12) насоса, имеющий стенку (16) корпуса насоса и присоединенный к спускным отверстиям (120, 122), и
колесо (14) с двусторонним всасыванием, расположенное в корпусе (12) насоса и присоединенное к валу (15), имеющее верхний и нижний бандажи (18, 20) с металлическими ободьями (22, 24), выполненными с возможностью образования верхнего и нижнего изолирующих кольцевых зазоров (22, 24) между колесом (14) с двусторонним всасыванием и стенкой (16) корпуса (12) насоса, препятствующих воздействию рециркуляционного потока (F) из спускных отверстий (120, 122) колеса на верхний и нижний бандажи (18, 20), с тем чтобы ослаблять рециркуляцию вторичных потоков в корпусе насоса и изолировать такие потоки, не допуская вибрации бандажей (18, 20) колеса (14) с двусторонним всасыванием, в связи с чем уменьшается воздействие нежелательной осевой вибрации на роторную систему вертикального насоса (10) с двусторонним всасыванием, причем верхний и нижний изолирующие кольцевые зазоры (22, 24) являются геометрически различными между верхним и нижним бандажами (18, 20) для создания перепада давления в направлении, параллельном оси (А) вращения колеса (14) с двусторонним всасыванием вследствие дифференцированных гидравлических сил на верхнем и нижнем бандажах (18, 20), с тем чтобы прикладывать осевую нагрузку (L_A) к валу (15), работающему на растяжение, для повышения динамической жесткости роторной системы насоса.

2. Вертикальный насос (10) с двусторонним всасыванием по п. 1, в котором металлические ободья (22, 24) проходят по существу полностью вокруг верхнего или нижнего бандажей (18, 20).

3. Вертикальный насос (10) с двусторонним всасыванием по п. 1, в котором колесо (14) с двусторонним всасыванием имеет наружный диаметр, и металлические ободья (22, 24) выполнены или расположены на верхнем и нижнем бандажах (18, 20) ближе к указанному наружному диаметру возле спускных отверстий (120, 122) колеса.

4. Вертикальный насос (10) с двусторонним всасыванием по п. 1, в котором колесо (14) с двусторонним всасыванием имеет внутреннюю периферию, и металлические ободья (22, 24) выполнены или расположены на верхнем и нижнем бандажах (18, 20) ближе к указанной внутренней периферии возле вала (15).

5. Вертикальный насос (10) с двусторонним всасыванием по п. 1, в котором металлические ободья (22, 24) выполнены в конкретном местоположении на верхнем и нижнем бандажах (18, 20) на достаточной высоте, чтобы воспрепятствовать воздействию рециркуляционного потока (F) из спускного отверстия (120, 122) колеса на верхний и нижний бандажи (18, 20) колеса и создать управляемую осевую нагрузку (L_A) на основе дифференцированных гидравлических сил на верхний и нижний бандажи (18, 20).