RU221391U1 - Насос многоступенчатый - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области производства насосов и может найти применение при создании гидравлических и компрессорных машин, а также может быть использована для перекачки многофазных сред при добыче нефти и газа. Насос многоступенчатый содержит корпус с входом и выходом, вал, размещенный по его оси, последовательно установленные в корпусе направляющие аппараты с разделителями потока и размещенные в направляющих аппаратах лопастные вихревые колеса, при этом в разделителях потока выполнены входные и выходные каналы направляющих аппаратов, каждый из которых снабжен фиксатором для обеспечения, соответственно, их заданного взаимного расположения в полости корпуса и гидравлической связи выходного канала каждого направляющего аппарата с входным каналом следующего направляющего аппарата через выполненное в диске каждого направляющего аппарата сквозное отверстие, с образованием кольцеобразных проточных рабочих камер между дисками соседних направляющих аппаратов, причем периферийные участки проточных рабочих камер, входных и выходных каналов направляющих аппаратов и сквозных отверстий в дисках направляющих аппаратов имеют гладкие цилиндрические поверхности с равным радиусом цилиндра, образующие сопряжение поверхностей входного и выходного каналов с поверхностью проточной рабочей камеры, при этом вышеупомянутый радиус цилиндра превышает радиус лопастного вихревого колеса. 6 ил.

Description

Полезная модель относится к области производства насосов и может найти применение при создании гидравлических и компрессорных машин, а также может быть использована для перекачки многофазных сред при добыче нефти и газа.

Известен насос, содержащий корпус с входом и выходом, вал, последовательно установленные в корпусе направляющие аппараты с размещенными в них лопастными вихревыми колесами, при этом направляющие аппараты оснащены разделителями потока, выходной канал каждого направляющего аппарата гидравлически связан с входным каналом следующего направляющего аппарата с образованием кольцеобразных проточных рабочих камер между дисками соседних направляющих аппаратов (RU 2277185, 2006).

Недостатком известного технического решения является относительно слабая защищенность корпуса от гидроабразивного износа при наличии механических примесей в перекачиваемой жидкости, поскольку поток перекачиваемой жидкости контактирует с внутренней стенкой корпуса в местах, где он меняет направление с выхода одного направляющего аппарата на вход последующего направляющего аппарата.

Известна ступень многоступенчатого центробежного насоса, содержащая рабочее колесо открытого типа с разделительным диском и направляющий аппарат с входным и выходным кольцевым каналами. Направляющий аппарат имеет направляющие лопатки, размещенные между верхним диском и нижним диском. Разделительный диск размещен между рабочим колесом и выходным кольцевым каналом направляющего аппарата с образованием нижнего радиального канала между выходным кольцевым каналом направляющего аппарата и разделительным диском, а также с образованием верхнего радиального канала между рабочим колесом и разделительным диском (RU 172460, 2017).

В известном насосе выполнены проточные каналы в направляющем аппарате, в которых реализуется радиальное движение жидкости от центра к периферии и от периферии к центру. При этом создаются условия для сепарации и скопления твердых частиц в вихревых застойных зонах внутри каждой секции насоса. Указанные условия провоцируют ускоренный гидроабразивный износ насосных ступеней и их засорение механическими примесями, что приводит к отказу насосной установки в целом.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является насос, содержащий корпус с входом и выходом, вал, последовательно установленные в корпусе направляющие аппараты с размещенными в них лопастными вихревыми колесами, при этом направляющие аппараты оснащены разделителями потока, а выходной канал каждого направляющего аппарата гидравлически связан с входным каналом следующего направляющего аппарата с образованием кольцеобразных проточных рабочих камер между дисками соседних направляющих аппаратов, причем направляющие аппараты оснащены фиксаторами для обеспечения их заданного взаимного расположения внутри корпуса (US 9453511, 2016).

Недостатком известного технического решения является узкий диапазон регулирования частоты вращения ротора в осложненных условиях работы, поскольку наблюдается снижение эффективности рабочего процесса из-за гидроабразивного износа лопастного вихревого колеса при увеличении скорости вращения ротора в условиях перекачки жидкостей, содержащих механические примеси и твердые абразивные частицы. С увеличением скорости вращения ротора указанный процесс износа развивается более интенсивно, что приводит к ухудшению характеристики насоса и к снижению эффективности рабочего процесса в целом.

Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности работы насоса в осложненных условиях с высокой концентрацией абразивных частиц в потоке перекачиваемой среды, характеризующихся высокой скоростью процесса гидроабразивного износа вихревого колеса из-за многократного изменения траектории движения твердых частиц в потоке, в особенности в радиальном направлении.

Указанная проблема решается тем, что насос многоступенчатый содержит корпус с входом и выходом, вал, размещенный по его оси, последовательно установленные в корпусе направляющие аппараты с разделителями потока и размещенные в направляющих аппаратах лопастные вихревые колеса, при этом в разделителях потока выполнены входные и выходные каналы направляющих аппаратов, каждый из которых снабжен фиксатором для обеспечения, соответственно, их заданного взаимного расположения в полости корпуса и гидравлической связи выходного канала каждого направляющего аппарата с входным каналом следующего направляющего аппарата через выполненное в диске каждого направляющего аппарата сквозное отверстие, с образованием кольцеобразных проточных рабочих камер между дисками соседних направляющих аппаратов, причем периферийные участки проточных рабочих камер, входных и выходных каналов направляющих аппаратов и сквозных отверстий в дисках направляющих аппаратов имеют гладкие цилиндрические поверхности с равным радиусом цилиндра, образующие сопряжение поверхностей входного и выходного каналов с поверхностью проточной рабочей камеры, при этом вышеупомянутый радиус цилиндра превышает радиус лопастного вихревого колеса.

Достигаемый технический результат заключается в организации сепарационного процесса непосредственно в рабочей камере и в каналах направляющего аппарата, что приводит к снижению скорости движения и концентрации твердых частиц в межлопастных каналах вихревого колеса за счет обеспечения движения твердых частиц вдоль гладкой цилиндрической поверхности на периферии направляющего аппарата, в зоне, наиболее удаленной от лопастного колеса.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез насоса, на фиг. 2 представлен вид Б (по фиг. 1) в увеличенном масштабе, на фиг. 3 представлено сечение А-А (по фиг. 1), на фиг. 4 представлен направляющий аппарат в изометрии, на фиг. 5 представлено лопастное вихревое колесо в изометрии, на фиг. 6 представлена схема, поясняющая траекторию движения жидкости в каналах насоса.

Насос многоступенчатый содержит корпус 1 с входом 2 и выходом 3, вал 4, размещенный по его оси 5, последовательно установленные в корпусе 1 направляющие аппараты 6 с разделителями потока 7 и размещенные в направляющих аппаратах 6 лопастные вихревые колеса 8, при этом в разделителях потока 7 выполнены входные 9 и выходные 10 каналы направляющих аппаратов 6, каждый из которых снабжен фиксатором 11 для обеспечения, соответственно, их заданного взаимного расположения в полости корпуса 1 и гидравлической связи выходного канала 10 каждого направляющего аппарата 6 с входным каналом 9 следующего направляющего аппарата 6 через выполненное в диске 12 каждого направляющего аппарата 6 сквозное отверстие 13, с образованием кольцеобразных проточных рабочих камер 14 между дисками 12 соседних направляющих аппаратов 6, причем периферийные участки проточных рабочих камер 14, входных 9 и выходных 10 каналов направляющих аппаратов 6 и сквозных отверстий 13 в дисках 12 направляющих аппаратов 6 имеют гладкие цилиндрические поверхности, соответственно 15-18 с равным радиусом цилиндра - R, образующие сопряжение поверхностей входного 9 и выходного 10 каналов с поверхностью проточной рабочей камеры 14, при этом вышеупомянутый радиус цилиндра - R превышает радиус - r лопастного вихревого колеса 8.

Направляющие аппараты 6 оснащены фиксаторами 11 для обеспечения их заданного взаимного расположения, при котором обеспечена гидравлическая связь выходных каналов 10 с входными каналами 9 в соседних направляющих аппаратах 6.

Насос многоступенчатый может иметь исполнение, в котором фиксатор 11 выполнен в виде соединения типа «шип-паз», когда на наружной цилиндрической поверхности направляющего аппарата 6 выполнен паз 19, а на торцевой поверхности направляющего аппарата 6 выполнен в виде шипа фиксатор 11. Причем паз 19 смещен относительно шипа 11 на угол β, обеспечивающий выполнение условия, при котором выходной канал 10 каждого направляющего аппарата 6 гидравлически связан с входным каналом 9 следующего направляющего аппарата 6 через сквозное отверстие 13 в диске 12.

Для предпочтительного исполнения насоса ширина - h лопастного вихревого колеса 8 связана с шириной - Н направляющего аппарата 6 следующим соотношением h/H=0,8…0,9. Количество направляющих аппаратов 6 и лопастных вихревых колес 8 подбирают с учетом требуемого напора насоса и с учетом известных теорий для многоступенчатых насосов.

Насос работает следующим образом.

Через вход 2 поступает жидкость (перекачиваемая среда) в последовательно установленные в корпусе 1 направляющие аппараты 6 с размещенными в них лопастными вихревыми колесами 8. Вал 4 размещен по оси 5 корпуса 1. Через вращающийся вал 4 механическая энергия подводится к лопастным вихревым колесам 8. В качестве источника механической энергии может выступать погружной электрический двигатель, как в известных технических решениях (на фигурах двигатель не показан). Лопастные вихревые колеса 8 при вращательном движении оказывают силовое воздействие на жидкость, формируя поток жидкости, направленный через проточные рабочие камеры 14, при этом механическая энергия преобразуется в гидравлическую энергию. Поскольку направляющие аппараты 6 оснащены разделителями потока 7, а выходной канал 10 каждого направляющего аппарата 6 гидравлически связан с входным каналом 9 следующего направляющего аппарата 6, обеспечивается повышение давления в каждой проточной рабочей камере 14 при последовательном соединении направляющих аппаратов 6. Поток жидкости при повышенном давлении отводится из насоса через выход 3, выполненный в корпусе 1.

При перекачке многофазной среды или жидкости, в которой присутствуют твердые частицы, в проточной рабочей камере 14 одновременно осуществляется два процесса: насосный процесс и сепарационный процесс. В процессе сепарации твердые частицы под действием центробежных сил оттесняются к периферии проточной рабочей камеры 14, поскольку жидкость и твердые частицы участвуют во вращательном движении вдоль кольцеобразных проточных рабочих камер 14, между дисками 12 соседних направляющих аппаратов 6. Под действием центробежных сил твердые частицы концентрируются преимущественно на периферии проточной рабочей камеры 14 в направляющем аппарате 6 насоса, а входные 9 и выходные 10 каналы в насосе являются частью той же цилиндрической поверхности с радиусом цилиндра - R, что и на периферии рабочей камеры 14.

За счет сепарационного процесса твердые частицы преимущественно движутся на периферии проточной рабочей камеры 14, на периферии входного 9 и в выходного 10 каналов и в сквозном отверстии 13 в диске 12 направляющего аппарата 6, где выполнены гладкие цилиндрические поверхности 15-18 с равным радиусом цилиндра - R.

Предложенная конструкция насоса исключает образование застойных зон в каналах проточной части, где могли бы скапливаться твердые частицы, и что могло бы привести к перекрытию каналов с последующим отказом в работе насоса. Это достигается тем, что цилиндрические поверхности 15-18 расположены концентрично с валом 4, и по радиусу - R выполнено сопряжение поверхностей 16, 17 входного 9 и выходного 10 каналов с поверхностью 15 проточной рабочей камеры 14. При этом радиус - R превышает радиус - r лопастного вихревого колеса 8. Непрерывное движение твердых частиц вместе с жидкостью обеспечивается также тем, что входной 9 и выходной 10 каналы направляющего аппарата 6 выполнены в разделителе потока 7, при этом выходной канал 10 каждого направляющего аппарата 6 гидравлически связан с входным каналом 9 следующего направляющего аппарата 6 через сквозное отверстие 13, выполненное в диске 12 направляющего аппарата 6.

Таким образом, обеспечивается повышение эффективности работы насоса при его использовании в осложненных условиях работы с высокой концентрацией абразивных частиц в потоке перекачиваемой среды, устраняются условия для многократного изменения траектории движения твердых частиц в потоке, в особенности в радиальном направлении. Предлагаемое техническое решение позволяет снизить скорость движения и концентрацию твердых частиц в межлопастных каналах вихревого колеса 8 за счет организации движения твердых частиц преимущественно вдоль гладкой цилиндрической поверхности 15 на периферии направляющего аппарата 6, в зоне, наиболее удаленной от лопастного колеса 8, где под действием центробежных сил твердые частицы концентрируются преимущественно на периферии проточной рабочей камеры 14 в направляющем аппарате 6 насоса. При этом открываются возможности для расширения диапазона регулирования частоты вращения ротора насоса, в осложненных условиях работы, поскольку из-за организованного сепарационного процесса ослаблен процесс гидроабразивного износа лопастного вихревого колеса 8.

Надежная и эффективная работа заявляемого насоса обеспечивается также тем, что направляющие аппараты 6 оснащены фиксаторами 11 для обеспечения заданного взаимного расположения направляющих аппаратов 6, при котором обеспечена гидравлическая связь выходных каналов 10 с входными каналами 9. Фиксаторы исключают нарушения в позиционировании направляющих аппаратов 6. Экспериментально проверена возможность практической реализации исполнения, в котором фиксатор 11 выполнен в виде соединения типа «шип-паз», когда на наружной цилиндрической поверхности направляющего аппарата 6 выполнен паз 19, а на торцевой поверхности направляющего аппарата 6 выполнен фиксатор 11 в виде шипа. Причем паз 19 смещен относительно шипа 11 на угол, обеспечивающий выполнение условия, при котором выходной канал 10 каждого направляющего аппарата 6 гидравлически связан с входным каналом 9 следующего направляющего аппарата 6 через сквозное отверстие 13 в диске 12. Такое конструктивное исполнение фиксатора 11 не влечет за собой увеличение наружного габаритного диаметра направляющего аппарата 6 и насоса в целом, что способствует улучшению эксплуатационных показателей нового насоса по сравнению с известными аналогами. Такое конструктивное исполнение также исключает ошибки при сборке и при ремонте насоса, так как гарантированно обеспечивается заданное значение угла β.

В ходе проведенных экспериментальных исследований было установлено, что для предпочтительного исполнения насоса ширина - h лопастного вихревого колеса 8 связана с шириной - Н направляющего аппарата 6 следующим соотношением h/H=0,8…0,9.

Claims (1)

1. Насос многоступенчатый, содержащий корпус с входом и выходом, вал, размещенный по его оси, последовательно установленные в корпусе направляющие аппараты с разделителями потока и размещенные в направляющих аппаратах лопастные вихревые колеса, при этом в разделителях потока выполнены входные и выходные каналы направляющих аппаратов, каждый из которых снабжен фиксатором для обеспечения, соответственно, их заданного взаимного расположения в полости корпуса и гидравлической связи выходного канала каждого направляющего аппарата с входным каналом следующего направляющего аппарата через выполненное в диске каждого направляющего аппарата сквозное отверстие, с образованием кольцеобразных проточных рабочих камер между дисками соседних направляющих аппаратов, причем периферийные участки проточных рабочих камер, входных и выходных каналов направляющих аппаратов и сквозных отверстий в дисках направляющих аппаратов имеют гладкие цилиндрические поверхности с равным радиусом цилиндра, образующие сопряжение поверхностей входного и выходного каналов с поверхностью проточной рабочей камеры, при этом вышеупомянутый радиус цилиндра превышает радиус лопастного вихревого колеса.