RU204975U1

RU204975U1 - Multistage centrifugal pump

Info

Publication number: RU204975U1
Application number: RU2020143312U
Authority: RU
Inventors: Станислав Викторович Акимов; Андрей Александрович Ковров; Никита Юрьевич Прокопенко
Original assignee: Публичное акционерное общество «Транснефть» (ПАО «Транснефть»); Акционерное общество «Транснефть Нефтяные Насосы» (АО «ТНН»)
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-06-21

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкциям многоступенчатых центробежных насосов, и может быть использована для перекачивания жидких сред на объектах трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, в химической, нефтехимической, нефтедобывающей промышленности и других отраслях промышленности.Многоступенчатый центробежный насос, согласно полезной модели, включает секции с корпусными деталями, соединенные с секциями насоса шпильками, расположенные на валу смонтированного в подшипниковых опорах насоса направляющие аппараты, рабочее колесо первой ступени и рабочие колеса промежуточных ступеней, при этом направляющий аппарат содержит четыре лопасти, рабочие колеса первой и промежуточных ступеней содержат по шесть лопастей, рабочее колесо первой ступени состоит из двух рядов, включающих три лопасти в основном ряду и три лопасти во вспомогательном; диаметр входа в рабочее колесо первой ступени равен 185 мм, а диаметр рабочих колес промежуточных ступеней - 154 мм.В результате использования заявляемой полезной модели обеспечивается технический результат, заключающийся в увеличении экономичности (КПД) и энергоэффективности насоса, особенно при перекачивании вязких жидкостей.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to the designs of multistage centrifugal pumps, and can be used for pumping liquid media at pipeline transport facilities for oil and oil products, in the chemical, petrochemical, oil extracting industries and other industries. , includes sections with body parts connected to the pump sections with pins, guide vanes located on the shaft of the pump mounted in the bearing supports, the first stage impeller and intermediate stage impellers, while the guide vanes contain four blades, the first and intermediate stages impellers contain six blades, the first stage impeller consists of two rows, including three blades in the main row and three blades in the auxiliary; the diameter of the entrance to the impeller of the first stage is 185 mm, and the diameter of the impellers of the intermediate stages is 154 mm. As a result of using the claimed utility model, a technical result is provided, which consists in increasing the efficiency (efficiency) and energy efficiency of the pump, especially when pumping viscous liquids.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкциям многоступенчатых центробежных насосов, и может быть использована для перекачивания жидких сред, в том числе сред, обладающих высокой вязкостью, на объектах трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, в химической, нефтехимической, нефтедобывающей промышленности и других отраслях промышленности.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to the designs of multistage centrifugal pumps, and can be used for pumping liquid media, including media with high viscosity, at oil and oil products pipeline transportation facilities, in the chemical, petrochemical, oil-extracting industries and others. industries.

Известны насосы ЦНС по ГОСТ 34183-2017, которые находят применение во многих отраслях промышленности. Известны различные конструкции насосов [Насосы АЭС: Справочное пособие/ П.Н. Пак, А.Я. Белоусов, А.И. Тимшин и др.; Под общ. Ред. П.Н. Пака. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 328 с.: ил.]. Насосы - секционные, с односторонним расположением рабочих колес. Насосы ЦНС имеют в конструкции комплект секций с направляющими аппаратами, крышки всасывания и нагнетания, которые соединяются между собой стяжными болтами, образуя корпус насоса. К крышкам корпуса крепятся корпуса подшипников. Для восприятия осевых сил используется гидравлическая пята. При этом к насосам типа ЦНС предъявляются достаточно высокие требования в части допускаемого кавитационного запаса (до 4 м). Known pumps CNS according to GOST 34183-2017, which are used in many industries. Various designs of pumps are known [NPP Pumps: Reference Manual / P.N. Pak, A. Ya. Belousov, A.I. Timshin and others; Under total. Ed. P.N. Pak. - M .: Energoatomizdat, 1989. - 328 p .: ill.]. The pumps are sectional, with one-sided impellers. CNS pumps have in their design a set of sections with guide vanes, suction and discharge covers, which are interconnected by tightening bolts, forming a pump casing. Bearing housings are attached to the housing covers. A hydraulic heel is used to absorb the axial forces. At the same time, rather high requirements are imposed on pumps of the CNS type in terms of the permissible cavitation reserve (up to 4 m).

Недостатком данной конструкции является низкая частота вращения (1500 об/мин) насосов ЦНС с подачами 300 м³/ч и более, а также применение в конструкции направляющих аппаратов, которые имеют в своем составе большое количество каналов с относительно малой площадью сечения. Низкая частота вращения (низкая угловая скорость) в соответствии с исследованиями приводит к большему снижению КПД при работе на вязких жидкостях из-за более низкого числа Рейнольдса Re=r²·ω/ν, где r - радиус рабочего колеса, ω - угловая скорость, ν - кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости. В то же время узкие сечения каналов направляющем аппарате также негативно влияют на энергоэффективность насоса, так как в этом случае Re=V·Dг/ν для отдельно взятого канала снижается из-за небольшой величины его гидравлического диаметра Dг [Суханов Д.Я. Работа лопастных насосов на вязких жидкостях. - М.: Машгиз, 1952. - 34 с.].The disadvantage of this design is the low rotational speed (1500 rpm) of central nervous system pumps with flow rates of 300 m ³ / h or more, as well as the use of guide vanes in the design, which include a large number of channels with a relatively small cross-sectional area. Low rotational speed (low angular velocity), according to studies, leads to a greater decrease in efficiency when working on viscous liquids due to a lower Reynolds number Re = r ² ω / ν, where r is the radius of the impeller, ω is the angular velocity, ν is the kinematic viscosity of the pumped liquid. At the same time, the narrow sections of the channels of the guide vanes also negatively affect the energy efficiency of the pump, since in this case Re = V · Dg / ν for a single channel decreases due to the small value of its hydraulic diameter Dg [Sukhanov D.Ya. The operation of vane pumps on viscous liquids. - M .: Mashgiz, 1952. - 34 p.].

Известен многоступенчатый центробежный насос [RU 121318 U1, «Многоступенчатый центробежный насос», МПК F04D 1/06, опубл. 20.10.2012], содержащий входную и напорную крышки, корпус в виде пакета секций с направляющими аппаратами, имеющими диффузорные каналы, и установленными на валу рабочими колесами, отличающийся тем, что в направляющих аппаратах промежуточных ступеней угол расширения угла ϕ_h диффузорных каналов в радиальном направлении выполнен в интервале от 4 до 8°, а угол расширения ϕ_b диффузорных каналов в осевом направлении - в интервале от 6 до 11°.Known multistage centrifugal pump [RU 121318 U1, "Multistage centrifugal pump", IPC F04D 1/06, publ. 20.10.2012], containing inlet and discharge covers, a housing in the form of a package of sections with guide vanes having diffuser channels and impellers mounted on the shaft, characterized in that in the guide vanes of intermediate stages the angle of expansion of the angle ϕ _{h of} diffuser channels in the radial direction is made in the range from 4 to 8 °, and the angle of expansion ϕ _{b of the} diffuser channels in the axial direction is in the range from 6 to 11 °.

Недостатком данного насоса, как и в предыдущем является малая ширина каналов направляющего аппарата, вследствие их относительно большого количества (7 каналов), что приводит к увеличению гидравлических потерь в направляющем аппарате при перекачивании вязких жидкостей.The disadvantage of this pump, as in the previous one, is the small width of the channels of the guide vane, due to their relatively large number (7 channels), which leads to an increase in hydraulic losses in the guide vane when pumping viscous liquids.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является повышение КПД при перекачивании вязких жидкостей, например, нефти.The technical problem to be solved by the claimed utility model is to increase the efficiency when pumping viscous liquids, for example, oil.

Техническая задача достигается тем, что многоступенчатый центробежный насос, согласно полезной модели, включает секции с корпусными деталями, соединенные с секциями насоса шпильками, расположенные на валу смонтированного в подшипниковых опорах насоса направляющие аппараты, рабочее колесо первой ступени и рабочие колеса промежуточных ступеней; при этом направляющий аппарат содержит четыре лопасти, рабочие колеса первой и промежуточных ступеней содержат по шесть лопастей, рабочее колесо первой ступени состоит из двух рядов, включающих три лопасти в основном ряду и три лопасти во вспомогательном; диаметр входа в рабочее колесо первой ступени равен 185 мм, а диаметр рабочих колес промежуточных ступеней -154 мм.The technical problem is achieved by the fact that the multistage centrifugal pump, according to the utility model, includes sections with body parts connected to the pump sections by pins, guide vanes located on the shaft of the pump mounted in the bearing bearings, the first stage impeller and intermediate stages impellers; the guide vane contains four blades, the impellers of the first and intermediate stages each contain six blades, the impeller of the first stage consists of two rows, including three blades in the main row and three blades in the auxiliary; the diameter of the entrance to the impeller of the first stage is 185 mm, and the diameter of the impellers of the intermediate stages is 154 mm.

На фиг. 1 представлен общий вид многоступенчатого центробежного насоса.FIG. 1 shows a general view of a multistage centrifugal pump.

На фиг. 2 разрез А-А, рабочее колесо первой ступени 3 (покрывной диск условно не показан) FIG. 2 section А-А, impeller of the first stage 3 (cover disk is not shown conventionally)

Многоступенчатый центробежный насос (фиг. 1, 2), состоит из секций, включающих корпуса секций 1, направляющие аппараты 2, рабочее колесо первой ступени 3 и рабочие колеса промежуточных ступеней 4, установленных на валу насоса 5, смонтированного в подшипниковых опорах 6, а также из корпусных деталей 7, 8, которые стягиваются совместно с секциями насоса шпильками 9, при этом вал, рабочее колесо первой ступени и рабочие колеса промежуточных ступеней вращаются с частотой от 2900 до 6000 об/мин, количество лопастей направляющего аппарата равно четырем, а количество лопастей рабочих колес первой ступени и промежуточных ступеней равно шести. Рабочее колесо первой ступени имеет расширенный вход по отношению к рабочим колесам промежуточных ступеней и двухрядную лопастную решетку, состоящую из основного и вспомогательного ряда лопастей, при этом количество лопастей в каждом ряду составляет 1/2 от общего количества лопастей рабочего колеса первой ступени. Рабочие колеса промежуточных ступеней имеют однорядную лопастную решетку.A multistage centrifugal pump (Fig. 1, 2), consists of sections, including the housing of sections 1, guide vanes 2, the impeller of the first stage 3 and the impellers of the intermediate stages 4, mounted on the shaft of the pump 5, mounted in bearing supports 6, as well as from body parts 7, 8, which are pulled together with the pump sections by pins 9, while the shaft, the impeller of the first stage and the impellers of the intermediate stages rotate at a frequency from 2900 to 6000 rpm, the number of guide vanes is equal to four, and the number of blades impellers of the first stage and intermediate stages is equal to six. The impeller of the first stage has an enlarged entrance with respect to the impellers of intermediate stages and a two-row blade cascade consisting of a main and an auxiliary row of blades, while the number of blades in each row is 1/2 of the total number of blades of the impeller of the first stage. The impellers of the intermediate stages have a single-row blade cascade.

Существенными признаками предлагаемой полезной модели являются: количество лопастей направляющего аппарата, равное четырем, количество лопастей рабочих колес первой ступени и промежуточных ступеней, равное шести, а рабочее колесо первой ступени имеет расширенный по отношению к рабочим колесам промежуточных ступеней вход и двухрядную лопастную решетку, состоящую из основного и вспомогательного ряда лопастей, при этом количество лопастей в каждом ряде составляет 1/2 от общего количества лопастей рабочего колеса первой ступени. Рабочие колеса промежуточных ступеней имеют однорядную лопастную решетку.The essential features of the proposed utility model are: the number of blades of the guide vane is equal to four, the number of blades of the impellers of the first stage and intermediate stages is equal to six, and the impeller of the first stage has an entrance widened in relation to the impellers of the intermediate stages and a two-row blade cascade consisting of the main and auxiliary row of blades, when this, the number of blades in each row is 1/2 of the total number of blades of the first stage impeller. The impellers of the intermediate stages have a single-row blade cascade.

Пример: насос по предлагаемой полезной модели имеет 4 лопасти направляющего аппарата и 6 лопастей рабочих колес первой и промежуточных ступеней, а диаметр входа в рабочее колесо первой ступени расширен до 185 мм по сравнению с 154 мм у рабочих колес промежуточных ступеней. Рабочее колесо первой ступени имеет 3 лопасти в основном ряду и 3 лопасти во вспомогательном ряду.Example: a pump according to the proposed utility model has 4 vanes of the guide vane and 6 blades of the impellers of the first and intermediate stages, and the diameter of the entrance to the impeller of the first stage is expanded to 185 mm compared to 154 mm for the impellers of the intermediate stages. The first stage impeller has 3 blades in the main row and 3 blades in the auxiliary row.

Расширенный вход и двухрядная лопастная решетка рабочего колеса первой ступени позволяют насосу работать на повышенной частоте вращения от 2900 до 6000 об/мин без увеличения допускаемого кавитационного запаса, выполнение количества лопастей - 4 лопасти направляющего аппарата и 6 лопастей рабочих колес первой и промежуточных ступеней приводит к увеличению их площади и снижению гидравлических потерь за счет увеличения числа Рейнольдса Re=V·Dг/ν. Сочетание 4/6 для количества лопастей направляющих аппаратов и рабочих колес является допустимым в соответствии с учебным пособием МГТУ им. Н.Э. Баумана [Кузнецов А.В., Панаиотти С.С., Савельев А.И. Автоматизированное проектирование многоступенчатого центробежного насоса / Учебное пособие. - Калуга, 2013. - 170 с., ил. 54.] с точки зрения обеспечения приемлемой виброактивности насоса. При этом, в соответствии с указанным источником, количество лопастей - 4 лопасти является минимально допустимым для направляющих аппаратов, а количество лопастей - 6 лопастей является минимально допустимым значением из ряда 6, 10, 14 допустимых значений для рабочих колес, предназначенных для работы с направляющими аппаратами, имеющими 4 лопасти. The extended inlet and the double-row vane cascade of the first stage impeller allow the pump to operate at an increased rotational speed from 2900 to 6000 rpm without increasing the allowable cavitation margin, the implementation of the number of blades - 4 blades of the guide vanes and 6 blades of the impellers of the first and intermediate stages leads to an increase their area and a decrease in hydraulic losses due to an increase in the Reynolds number Re = V · Dg / ν. The combination of 4/6 for the number of guide vanes and impellers is permissible in accordance with the textbook of the Moscow State Technical University. N.E. Bauman [Kuznetsov A.V., Panaiotti S.S., Savelyev A.I. Computer-Aided Design of Multistage Centrifugal Pump / Tutorial. - Kaluga, 2013 .-- 170 p., Ill. 54.] from the point of view of ensuring acceptable vibration activity of the pump. At the same time, in accordance with the specified source, the number of blades - 4 blades is the minimum permissible for guide vanes, and the number of blades - 6 blades is the minimum permissible value from the series 6, 10, 14 permissible values for impellers designed to work with guide vanes having 4 blades.

Таким образом обеспечивается оптимальное количество лопастей как с точки зрения снижения гидравлических потерь в рабочих колесах и направляющих аппаратах при перекачивании вязких жидкостей, так и с точки зрения исключения недопустимых значений вибрации насоса.This ensures the optimal number of blades both in terms of reducing hydraulic losses in impellers and guide vanes when pumping viscous liquids, and in terms of eliminating unacceptable pump vibration values.

Указанные свойства позволяют полезной модели достигать более высокой энергоэффективности при перекачивании вязких жидкостей, например, нефти.These properties allow the utility model to achieve higher energy efficiency when pumping viscous liquids, such as oil.

Полезная модель работает следующим образом:The utility model works as follows:

Вращение вала насоса 5 приводит во вращение рабочее колеса первой ступени 3 и рабочие колеса промежуточных ступеней 4. Рабочее колесо первой ступени захватывает перекачиваемую жидкость и подает ее к следующей ступени, при этом, вследствие наличия расширенного входа скорость течения жидкости в рабочем колесе первой ступени ниже чем в рабочих колесах промежуточных ступеней, а наличие двухрядной лопастной решетки приводит к тому, что на входе в рабочее колесо первой ступени имеется только 3 кромки лопаток, что также позволяет получить низкий кавитационный запас. После рабочего колеса первой ступени жидкость попадает в направляющий аппарат 2, который снижает скорость течения жидкости и переводит поток к рабочему колесу промежуточной ступени, при этом большая площадь сечения каналов за счет малого количества лопастей направляющего аппарата и рабочего колеса первой ступени обеспечивает снижение гидравлических потерь, особенно на вязких жидкостях. Промежуточные ступени насоса работают аналогичным образом. В последней ступени насоса поток жидкости после направляющего аппарата поступает в каналы корпуса 8 и далее - к потребителю (на фигуре не показано).The rotation of the pump shaft 5 drives the rotation of the impeller of the first stage 3 and the impellers of the intermediate stages 4. The impeller of the first stage captures the pumped liquid and supplies it to the next stage, while, due to the presence of an expanded inlet, the flow rate of the liquid in the impeller of the first stage is lower than in impellers of intermediate stages, and the presence of a two-row blade cascade leads to the fact that at the entrance to the impeller of the first stage there are only 3 blade edges, which also makes it possible to obtain a low cavitation margin. After the impeller of the first stage, the liquid enters the guide vane 2, which reduces the speed of the fluid flow and transfers the flow to the impeller of the intermediate stage, while the large cross-sectional area of the channels due to the small number of blades of the guide vane and the impeller of the first stage provides a decrease in hydraulic losses, especially on viscous liquids. The intermediate pump stages work in a similar way. In the last stage of the pump, the liquid flow after the guide vane enters the channels of the housing 8 and then to the consumer (not shown in the figure).

Таким образом, в результате использования заявляемой полезной модели обеспечивается технический результат, заключающийся в увеличении экономичности (КПД) насоса, особенно при перекачивании вязких жидкостей. Thus, as a result of using the claimed utility model, a technical result is provided, which consists in increasing the efficiency (efficiency) of the pump, especially when pumping viscous liquids.

Стендовые испытания показали, что КПД указанных образцов на 3…4% превосходит КПД насосов типа ЦНС.Bench tests have shown that the efficiency of these samples is 3 ... 4% higher than the efficiency of pumps of the CNS type.

Claims

A multistage centrifugal pump, including pump sections with body parts interconnected by pins, guide vanes located on the shaft of a pump mounted in bearing supports, a first-stage impeller and intermediate-stage impellers, characterized in that the guide vanes contain four blades, the first impellers and intermediate stages contain six blades, the first stage impeller consists of two rows, including three blades in the main row and three blades in the auxiliary one, the diameter of the entrance to the first stage impeller is 185 mm, and the diameter of the intermediate stages impellers is 154 mm.