RU2265753C2

RU2265753C2 - Centrifugal pump unloading device

Info

Publication number: RU2265753C2
Application number: RU2003109646/06A
Authority: RU
Inventors: М.Т. Козлов (RU); М.Т. Козлов; Ю.Н. Парамонов (RU); Ю.Н. Парамонов; А.П. Котин (RU); А.П. Котин; Р.Р. Тухватуллин (RU); Р.Р. Тухватуллин; В.Б. Куимов (RU); В.Б. Куимов; Ю.В. Кузнецов (RU); Ю.В. Кузнецов; В.В. Кузнецов (RU); В.В. Кузнецов
Original assignee: ООО ПКФ "Техновек"
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2005-12-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps.

SUBSTANCE: proposed unloading device contains hydraulic balancing device with vertical partition and cylindrical recesses and main and additional pairs of sliding rings. One ring is each is rotating, and the other is fixed. It has also cups connected to each other, and throttling slot between cups and cover of vertical partition hydraulically communicating with suction zone of last impeller. Hydraulic balancing device is furnished with leaf springs installed between walls of vertical partitions and rotating sliding rings. Slots are made on sections of spring and projections on periphery of end faces of rotating sliding rings. Slots on peripheral sections of springs interact with projections of rotation sliding rings, and slots on inner sections of springs, with pins on hub of vertical partition. Rotating sliding rings are installed with clearance in recesses of vertical partition, and sealing rings are fitted on. Contacting surfaces of sliding rings are provided with wedge-like curvilinear channels with narrow and deep sections at inlet and smoothly widening and decreasing in height at outlet. Direction of tilting of channels of sliding rings of main and additional pairs is opposite, and direction of tilting of channels of rotating sliding rings of main pair is opposite to direction of rotation of pump shaft.

EFFECT: improved reliability and increased service life.

8 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к центробежным насосам с разгруженными рабочими колесами. Оно может быть также использовано в центробежных насосах с неразгруженными рабочими колесами взамен гидравлических разгрузок.The invention relates to the field of pump engineering, namely to centrifugal pumps with unloaded impellers. It can also be used in centrifugal pumps with unloaded impellers instead of hydraulic unloading.

Известно разгрузочное устройство центробежного насоса, включающее гидропяту с вращающимся и неподвижным кольцами, подвижную и неподвижную втулки, дросселирующую щель между ними, опорную крышку и отводящую трубку (Паспорт Ясногорского машзавода на центробежные насосы, 1990, с.11, рис.3).A centrifugal pump unloading device is known, which includes a spider with rotating and fixed rings, a movable and fixed sleeve, a throttling gap between them, a support cover and a discharge tube (Passport of the Yasnogorsk Machine Plant for Centrifugal Pumps, 1990, p. 11, Fig. 3).

Недостатки устройства:The disadvantages of the device:

- значительные объемные утечки жидкости через дросселирующую щель (до 6%);- significant volumetric leakage of fluid through the throttling gap (up to 6%);

- гидравлическое уравновешивание осевых сил на переходных режимах и при изменении давления на входе в насосе переходит в механическое уравновешивание. В результате кольца соприкасаются между собой, что приводит к износу, а в конечном итоге - к выходу из строя устройства.- hydraulic balancing of axial forces in transient conditions and when the pressure at the inlet of the pump changes, goes into mechanical balancing. As a result, the rings come into contact with each other, which leads to wear, and ultimately to failure of the device.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее гидропяту, включающую вертикальную перегородку с цилиндрическими выборками и установленными по обе ее стороны основной и дополнительной парами колец скольжения, причем в каждой паре одно из колец вращающееся, а другое - неподвижное; соединенные друг с другом стаканы, дросселирующую щель между ними и крышкой вертикальной перегородки, зона всасывания последнего рабочего колеса со стороны нагнетания гидравлически соединена с дросселирующей щелью, опорную крышку и отводную трубку (Патент РФ № 2136976, МКИ 6 F 04 D 29/04, 1999).The closest in technical essence to the proposed one is a device containing a hydrospot, including a vertical partition with cylindrical samples and installed on both sides of the main and additional pairs of slip rings, with each pair rotating one and the other stationary; cups connected to each other, a throttling gap between them and the vertical baffle cover, the suction area of the last impeller on the discharge side is hydraulically connected to the throttling slot, a support cover and a branch tube (RF Patent No. 2136976, MKI 6 F 04 D 29/04, 1999 )

Существенными недостатками устройства являются:Significant disadvantages of the device are:

- неудовлетворительный срок службы колец скольжения, обусловленный тем, что касание их между собой происходит не по всей рабочей поверхности, а только по отдельным их участкам. Это в свою очередь происходит из-за ограниченных технологических возможностей обеспечения параллельности колец скольжения и трудоемкости изготовления деталей и узлов насоса;- unsatisfactory service life of the slip rings, due to the fact that they touch each other not on the entire working surface, but only on their individual sections. This, in turn, is due to the limited technological capabilities to ensure the parallelism of the slip rings and the complexity of manufacturing parts and components of the pump;

- недостаточная надежность работы устройства вследствие ощутимого повышения давления на контактирующих поверхностях колец скольжения, обусловленная значительным износом трущихся поверхностей.- insufficient reliability of the device due to a noticeable increase in pressure on the contacting surfaces of the slip rings, due to significant wear of the rubbing surfaces.

Задачей изобретения является создание устройства, обладающего повышенной надежностью и значительными сроками службы.The objective of the invention is to provide a device with increased reliability and significant service life.

Указанная задача решается предлагаемым разгрузочным устройством центробежного насоса, содержащим гидропяту, включающую вертикальную перегородку с цилиндрическими выборками и установленными по обе ее стороны основной и дополнительной парами колец скольжения, причем в каждой паре одно из колец вращающееся, а другое - неподвижное, стаканы, соединенные между собой, дросселирующую щель между ними и крышкой вертикальной перегородки, гидравлически сообщенную с зоной всасывания последнего рабочего колеса насоса со стороны нагнетания, опорную крышку и отводную трубку, в котором согласно изобретению гидропята снабжена тарельчатыми пружинами, установленными между стенками вертикальной перегородки и вращающимися кольцами скольжения, на периферийных и внутренних участках упомянутых пружин выполнены пазы, а на периферии тыльных торцев вращающихся колец скольжения - выступы, причем пазы на периферийных участках пружин взаимодействуют с выступами вращающихся колец скольжения, а пазы на внутренних участках пружин - со штифтами на ступице вертикальной перегородки, вращающиеся кольца скольжения с гарантированным зазором установлены в цилиндрических выборках вертикальной перегородки и на них размещены уплотнительные кольца, причем на первом по ходу движения жидкости кольце основной пары - по внутреннему и наружному его диаметрам, а на втором по ходу движения жидкости кольце дополнительной пары - по его наружному диаметру, контактирующие поверхности колец скольжения снабжены клиновидными криволинейными каналами с узкими и углубленными участками на входе в них жидкости и плавно расширяющимися и уменьшающимися по высоте на выходе из них жидкости, направление наклона каналов колец скольжения основной и дополнительной пар - противоположное, а направление наклона каналов вращающегося кольца скольжения основной пары - обратное направлению вращения вала насоса, при этом полости, расположенные в цилиндрических выборках вертикальной перегородки, сообщены между собой.This problem is solved by the proposed unloading device of a centrifugal pump containing a hydraulic spike, including a vertical baffle with cylindrical samples and mounted on both sides of the main and additional pairs of slip rings, each pair having one ring rotating and the other stationary, cups interconnected a throttling gap between them and the cover of the vertical partition, hydraulically connected to the suction zone of the last impeller of the pump on the discharge side, support the lid and the outlet tube, in which according to the invention, the hydrofoil is equipped with cup springs installed between the walls of the vertical partition and the rotating slip rings, grooves are made on the peripheral and internal sections of the said springs, and protrusions are made on the periphery of the rear ends of the rotating sliding rings, and grooves on the peripheral sections of the springs interact with the protrusions of the rotating slip rings, and the grooves in the inner sections of the springs interact with the pins on the hub of the vertical partition, rotating slip rings with a guaranteed clearance are installed in cylindrical samples of the vertical partition and O-rings are placed on them, with the first and the second diameters along the inner and outer diameters of the main pair along the outer and the outer rings of the second pair, the second, along the outer the diameter, the contacting surfaces of the slip rings are provided with wedge-shaped curved channels with narrow and deep sections at the liquid inlet and gradually expanding and decreasing I am in height at the outlet of the liquid, the direction of the inclination of the channels of the sliding rings of the main and additional pairs is opposite, and the direction of the inclination of the channels of the rotating sliding ring of the main pair is the opposite to the direction of rotation of the pump shaft, while the cavities located in the cylindrical samples of the vertical partition are between by myself.

На фиг.1 изображен общий вид центробежного насоса, включающего в себя разгрузочное устройство.Figure 1 shows a General view of a centrifugal pump, including a discharge device.

На фиг.2 - продольный разрез той части насоса, в которой размещено разгрузочное устройство.Figure 2 is a longitudinal section of the part of the pump in which the discharge device is located.

На фиг.3 - тарельчатая пружина.Figure 3 - Belleville spring.

На фиг.4 - вид на вращающееся кольцо скольжения с тыльной стороны.Figure 4 is a view of a rotating sliding ring from the back.

На фиг.5 - разрез вращающегося кольца скольжения по Н-Н фиг.4.In Fig.5 is a section of a rotating slip ring along H-N of Fig.4.

На фиг.6 и 7 - трущаяся поверхность колец скольжения соответственно основной и дополнительной пар.In Fig.6 and 7 - the rubbing surface of the slip rings, respectively, the main and additional pairs.

На фиг.8 - картина смыкания каналов колец скольжения основной пары.On Fig - picture of the closure of the channels of the slip rings of the main pair.

Устройство состоит из гидропяты 1 (фиг.2), включающей в себя вертикальную перегородку 2, состоящую из крышки 3 и цилиндрических выборок 4 и 5, и закрепленной на конце вала 6 центробежного насоса со стороны нагнетания. С противоположных сторон вертикальной перегородки 2 установлены две пары колец скольжения, одна из них (со стороны насоса) основная, причем кольцо 7 этой пары неподвижное и находится в выборке стакана 8, а кольцо 9 - вращающееся и поджатое со стороны перегородки 2 тарельчатой пружиной 10. Вторая пара колец скольжения дополнительная. Вращающееся кольцо 11 дополнительной пары установлено в выборке перегородки 2 вместе с тарельчатой пружиной 12, а ее неподвижное кольцо 13 установлено в выборке опорной крышки 14, соединенной с отводной трубкой 15.The device consists of a heel 1 (figure 2), which includes a vertical partition 2, consisting of a cover 3 and cylindrical samples 4 and 5, and fixed to the end of the shaft 6 of the centrifugal pump on the discharge side. On the opposite sides of the vertical partition 2, two pairs of slip rings are installed, one of them (on the pump side) is the main one, the ring 7 of this pair being stationary and located in the sample of the cup 8, and the ring 9 is rotating and pressed from the side of the partition 2 by a spring disk 10. The second pair of slip rings is optional. The rotating ring 11 of the additional pair is installed in the sample of the partition 2 together with the cup spring 12, and its stationary ring 13 is installed in the sample of the support cover 14 connected to the outlet pipe 15.

Опорная крышка 14, кольца 7, 9, 11, 13 скольжения и тарельчатые пружины 10 и 12 расположены внутри соединенных друг с другом стаканов 8 и 16. Причем стакан 16 и опорная крышка 14 жестко зафиксированы между собой шайбой 17.The support cover 14, the slip rings 7, 9, 11, 13 and the disk springs 10 and 12 are located inside the cups 8 and 16 connected to each other. Moreover, the cup 16 and the support cover 14 are rigidly fixed to each other by a washer 17.

Гидропята 1 вместе со стаканами 8 и 16 и опорной крышкой 14 помещена в полость "а" нагнетательного патрубка 18, соединенного с крышкой 19 центробежного насоса. В ступице последнего рабочего колеса 20 выполнены каналы 21, сообщающие зону всасывания "в" этого колеса через дросселирующую щель с полостью "б" (фиг.1).Hydropanel 1 together with glasses 8 and 16 and a support cover 14 is placed in the cavity "a" of the discharge pipe 18 connected to the cover 19 of the centrifugal pump. In the hub of the last impeller 20, channels 21 are made, which inform the suction zone "c" of this wheel through a throttling slot with a cavity "b" (Fig. 1).

Вращающиеся кольца 9 и 11 скольжения установлены в цилиндрических выборках 4 и 5 вертикальной перегородки 2 с гарантированным зазором и снабжены уплотнительными кольцами 22 и 23, а их тыльные торцы на периферии имеют выступы 24 (фиг.4 и 5), входящие в зацепление с пазами 25 тарельчатых пружин 10 и 12. На вращающихся кольцах 9, 11 скольжения размещены уплотнительные кольца 22, 23, причем на первом по ходу движения жидкости кольце 7 основной пары - по внутреннему и наружному его диаметрам, а на втором по ходу движения жидкости кольце 11 дополнительной пары - по его наружному диаметру. Вертикальная перегородка 2 имеет штифты 26, входящие в зацепление с внутренними пазами 27 тарельчатых пружин 10, 12. Кроме того, она снабжена каналами 28, сообщающими полости, расположенные в ее цилиндрических выборках 4, 5.Rotating slip rings 9 and 11 are installed in cylindrical samples 4 and 5 of the vertical partition 2 with a guaranteed clearance and are equipped with o-rings 22 and 23, and their rear ends on the periphery have protrusions 24 (Figs. 4 and 5) that engage with grooves 25 disk springs 10 and 12. O-rings 22, 23 are placed on the sliding sliding rings 9, 11, and on the first in the direction of the fluid movement ring 7 of the main pair — along the inner and outer diameters thereof, and on the second in the second direction of travel of the ring ring 11 of the additional pair - by of the outer diameter. The vertical partition 2 has pins 26 engaged with the internal grooves 27 of the Belleville springs 10, 12. In addition, it is equipped with channels 28 communicating cavities located in its cylindrical samples 4, 5.

На контактирующих поверхностях колец 7, 9 и 11, 13 скольжения (фиг.6, 7 и 8) выполнены клиновидные криволинейные каналы 29 с узкими и углубленными участками на входе в них жидкости и плавно расширяющимися и уменьшающимися по высоте на выходе из них жидкости. Каждая пара колец 7, 9 и 11, 13 скольжения имеет каналы одного направления. Направление каналов 29 дополнительной пары колец 11, 13 скольжения противоположное направлению каналов 29 основной пары колец 7, 9 скольжения. Направление наклона каналов 29 вращающегося кольца 9 основной пары - обратное направлению вращения вала насоса.On the contacting surfaces of the sliding rings 7, 9 and 11, 13 (FIGS. 6, 7 and 8), wedge-shaped curved channels 29 are made with narrow and recessed portions at the liquid inlet and gradually expanding and decreasing in height at the liquid outlet. Each pair of slip rings 7, 9 and 11, 13 has channels of one direction. The direction of the channels 29 of an additional pair of slip rings 11, 13 is opposite to the direction of the channels 29 of the main pair of slip rings 7, 9. The direction of inclination of the channels 29 of the rotating ring 9 of the main pair is the opposite to the direction of rotation of the pump shaft.

Вместо тарельчатых пружин 10, 12 могут быть использованы витые пружины сжатия, расположенные по периферии колец 7, 9, 11, 13 скольжения.Instead of Belleville springs 10, 12, twisted compression springs located on the periphery of the slip rings 7, 9, 11, 13 can be used.

Работает устройство следующим образом. Перекачиваемая жидкость из полости "в" (фиг.2) последнего рабочего колеса 20 по радиальным каналам направляется в полость "а", далее в полость "г", сообщенную с напорным трубопроводом (на фиг. не показан). Одновременно перекачиваемая жидкость по каналам 21 попадает в полость "ж", из которой она направляется в клиновидные криволинейные каналы 29 колец 7 и 9 основной пары скольжения под действием перепада давления между полостями "ж" и "и". Когда вершинные участки 30 каналов 29 вращающегося колеса 9 скольжения основной пары (фиг.8) подходят к таким же участкам 31 неподвижного кольца 7, между этими участками жидкость защемляется и выносится на их контактирующие поверхности. Это способствует тому, что между последними образуется тонкий слой жидкости, приводящий к жидкостному трению между кольцами скольжения.The device operates as follows. The pumped liquid from the cavity "in" (Fig.2) of the last impeller 20 is directed through the radial channels into the cavity "a", then into the cavity "g" in communication with the pressure pipe (not shown in Fig.). At the same time, the pumped liquid through the channels 21 enters the cavity "g", from which it is directed into the wedge-shaped curved channels 29 of the rings 7 and 9 of the main slip pair under the action of a pressure differential between the cavities "g" and "and". When the vertex sections 30 of the channels 29 of the rotating wheel 9 of the slide of the main pair (Fig. 8) approach the same sections 31 of the fixed ring 7, between these sections the liquid is pinched and carried to their contacting surfaces. This contributes to the fact that between the latter a thin layer of liquid is formed, leading to liquid friction between the slip rings.

Переход жидкости из полости "ж" в полость "и" сопровождается резким падением давления. В дальнейшем жидкость под действием перепада давления из полости "и" направляется в полость "к". Картина перетока жидкости через дополнительную пару колец 11 и 13 скольжения такая же, что и в предыдущем случае. Из полости "к" жидкость по каналу 32 и трубке 15 направляется во всасывающую полость "б" насоса (фиг.1).The transition of fluid from the cavity "g" into the cavity "and" is accompanied by a sharp drop in pressure. Subsequently, the liquid under the action of a differential pressure from the cavity "and" is directed into the cavity "to". The picture of the fluid flow through an additional pair of slip rings 11 and 13 is the same as in the previous case. From the cavity “k”, the fluid is directed through the channel 32 and the tube 15 into the suction cavity “b” of the pump (Fig. 1).

Предлагаемое устройство позволяет:The proposed device allows you to:

- повысить срок службы благодаря тому, что вращающиеся кольца скольжения выполнены самоустанавливающимися в цилиндрических выборках вертикальной перегородки, что позволило добиться касания трущихся участков по всей рабочей поверхности и, следовательно, снизить удельные давления между кольцами скольжения;- increase the service life due to the fact that the rotating slip rings are self-aligning in the cylindrical samples of the vertical partition, which made it possible to touch the rubbing sections along the entire working surface and, therefore, reduce the specific pressure between the slip rings;

- повысить надежность работы как устройства, так и в целом насосной установки благодаря тому, что кольца скольжения воспринимают только ту часть нагрузки, которую гидравлическая разгрузка не уравновешивает в изменяющемся режиме, а также благодаря тому, что между кольцами скольжения обеспечивается жидкостное трение.- increase the reliability of both the device and the pumping unit as a whole due to the fact that the slip rings perceive only that part of the load that the hydraulic unloading does not balance in the changing mode, and also due to the fact that fluid friction is provided between the slip rings.

Claims

An unloading device for a centrifugal pump, containing a hydroheel, including a vertical baffle with cylindrical samples, with the main and additional pairs of sliding rings installed on both sides, one of the rings rotating in each pair and the other stationary, the glasses interconnected, a throttling gap between them and the cover of the vertical partition, hydraulically connected to the suction zone of the last impeller of the pump on the discharge side, a support cover and a branch pipe, characterized the fact that the hydraulic foot is equipped with disk springs installed between the walls of the vertical partition and the rotating slip rings, grooves are made in the peripheral and internal sections of the said springs, and protrusions are made on the periphery of the rear ends of the rotating sliding rings, and the grooves on the peripheral sections of the springs interact with the protrusions of the rotating rings sliding, and the grooves on the inner sections of the springs with pins on the hub of the vertical partitions, rotating slip rings with a guaranteed clearance is installed ovens are arranged in cylindrical samples of a vertical partition and O-rings are placed on them, moreover, on the first ring of the main pair in the direction of the liquid along the inner and outer diameters, and on the second ring of the additional pair along the liquid along the outer diameter, the contacting surfaces of the rings Slides are equipped with wedge-shaped curved channels with narrow and deepened sections at the liquid inlet and smoothly expanding and decreasing in height at the liquid outlet, direction Pull rings sliding channels main and additional pairs - opposite inclination direction and the rotating ring channel slip base pair - reverse direction of rotation of the pump shaft, the cavity located in the cylindrical samples of the vertical walls, are interconnected.