RU2308617C2

RU2308617C2 - Centrifugal pump stage

Info

Publication number: RU2308617C2
Application number: RU2005109346/06A
Authority: RU
Inventors: Алексей Иванович Голубев (RU); Алексей Иванович Голубев; Михаил Владимирович Колонтай (RU); Михаил Владимирович Колонтай
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2007-10-20
Also published as: RU2005109346A

Abstract

FIELD: hydraulic machine engineering.

SUBSTANCE: proposed centrifugal pump stage contains impeller with blades forming interblade spaces and fitted for sliding of shaft. Adjacent blades of impeller are connected in turn by front and rear end face walls square to axis of impeller. Front and rear end face walls are of similar form, narrowing towards periphery of impeller and composition 25-50% of area of section of interblade space square to axis of impeller.

EFFECT: provision of centrifugal pump stage featuring high reliability and efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в конструкциях водяных и нефтяных одноступенчатых и многоступенчатых скважинных насосов.The invention relates to hydraulic engineering and can be used in the construction of water and oil single-stage and multi-stage borehole pumps.

Известны конструкции ступеней скважинных насосов с центробежными рабочими колесами закрытого типа с радиальными щелевыми уплотнениями с жесткой посадкой на вал [Лопастные насосы: Справочник / В.А.Зимницкий, А.В.Каплун, А.И.Папир, В.А.Умов. - Л.: Машиностроение, 1986, с.199]. При работе насоса возникает осевая сила, вызванная разностью давлений, действующих на наружные поверхности покрывного и заднего дисков. Эта сила воспринимается упорным подшипником, определяющим надежность насоса. С целью уменьшения равнодействующей осевых сил используются разгрузочные отверстия, соединяющие вход ступени с камерой за ведущим диском рабочего колеса, образованной дополнительным щелевым уплотнением. При износе уплотнений разгрузка теряет работоспособность, осевые усилия возрастают, увеличивая износ упорного подшипника.Known designs of the stages of borehole pumps with centrifugal impellers of a closed type with radial gap seals with a rigid fit on the shaft [Vane pumps: Reference / V.A. Zimnitsky, A.V. Kaplun, A.I. Papir, V.A. Umov. - L .: Mechanical Engineering, 1986, p.199]. When the pump is operating, axial force occurs due to the pressure difference acting on the outer surfaces of the cover and rear discs. This force is perceived by a thrust bearing, which determines the reliability of the pump. In order to reduce the resultant axial forces, unloading holes are used that connect the stage inlet to the chamber behind the driving wheel of the impeller formed by an additional gap seal. When the seals wear, the unloading loses its working capacity, axial forces increase, increasing the wear of the thrust bearing.

Используются также закрытые рабочие колеса с "плавающей" посадкой на вал, снабженные со стороны всасывания кольцевым уплотнением-подпятником, воспринимающим осевую гидростатическую силу, действующую на рабочее колесо, и образующим, совместно с торцом покрывного диска рабочего колеса, уплотнение [Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. М.: 1977, с.240]. Рабочие колеса в этом случае устанавливаются свободно на вал для того, чтобы осевая гидростатическая сила передавалась на уплотнение-подпятник. С целью снижения износа уплотнения-подпятника, для уменьшения осевой силы могут использоваться разгрузочные отверстия, соединяющие вход ступени с камерой за ведущим диском колеса, образованной дополнительным щелевым уплотнением. С износом подпятника рабочие колеса смещаются. Зазор дополнительного щелевого уплотнения увеличивается и увеличивается осевая сила. Наличие дополнительных конструктивных элементов, снижающих воздействие изнашивающегося зазора на эффективность разгрузки [Патент РФ 2133379, F04D 1/00, 1999] повышает стоимость ступени, трудоемкость изготовления и обслуживания.Closed impellers with a “floating” fit on the shaft are also used, equipped with an annular thrust seal on the suction side, which receives axial hydrostatic force acting on the impeller and forms, together with the end face of the impeller cover disk, a seal [Mikhailov A.K. , Malyushenko V.V. Vane pumps. Theory, calculation and construction. M .: 1977, p.240]. In this case, the impellers are mounted freely on the shaft so that the axial hydrostatic force is transmitted to the thrust seal. In order to reduce the wear of the thrust bearing, in order to reduce the axial force, unloading holes can be used that connect the stage inlet to the chamber behind the drive wheel disk formed by an additional gap seal. With the wear of the thrust bearing, the impellers shift. The clearance of the additional gap seal increases and the axial force increases. The presence of additional structural elements that reduce the effect of the wearing gap on the unloading efficiency [RF Patent 2133379, F04D 1/00, 1999] increases the cost of the step, the complexity of manufacturing and maintenance.

Закрытые рабочие колеса подвержены засорению, что снижает надежность работы насоса. Однако при применении открытых рабочих колес возникает более значительная, чем при закрытых колесах, осевая сила [Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы, ГНТИМЛ, М.: 1960, пер. с англ., с.221-222], разгрузить которую на корпус путем установки осевых подпятников нельзя из-за отсутствия в открытом колесе покрывного диска. Открытые рабочие колеса, вследствие перетечек жидкости с рабочей стороны лопатки на тыльную, обладают несколько более низким, чем закрытые колеса, объемным кпд, зависящим от величины зазоров между неподвижными деталями и вращающимся колесом.Closed impellers are prone to clogging, which reduces the reliability of the pump. However, when using open impellers, there is more significant axial force than with closed wheels [A. Stepanov Centrifugal and axial pumps, GNTIML, Moscow: 1960, trans. from English, p.221-222], which cannot be unloaded onto the housing by installing axial thrust bearings due to the absence of a cover disk in the open wheel. Open impellers, due to fluid leakage from the working side of the blade to the rear, have a slightly lower volumetric efficiency than closed wheels, depending on the size of the gaps between the stationary parts and the rotating wheel.

Известно также техническое решение по патенту СССР №197465, МПК F04D 29/22, 1967, которое является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.Also known is a technical solution according to USSR patent No. 197465, IPC F04D 29/22, 1967, which is closest to the proposed technical essence and the achieved result.

Сравниваемые устройства имеют ряд общих конструктивных признаков, а именно в обоих случаях ступень центробежного насоса содержит установленное на валу рабочее колесо с лопатками, образующими межлопаточные полости, причем соседние лопатки рабочего колеса поочередно соединены передними и задними торцевыми стенками, перпендикулярными оси колеса.The compared devices have a number of common design features, namely, in both cases, the centrifugal pump stage contains an impeller mounted on the shaft with blades forming interscapular cavities, and adjacent impeller blades are alternately connected by front and rear end walls perpendicular to the axis of the wheel.

Для повышения надежности и кпд насоса, что является задачей настоящего изобретения, в ступени центробежного насоса, содержащей установленное на валу рабочее колесо с лопатками, образующими межлопаточные полости, причем соседние лопатки рабочего колеса поочередно соединены передними и задними торцевыми стенками, перпендикулярными оси колеса, согласно изобретению передние и задние торцевые стенки выполнены одинаковой формы, сужающейся к периферии рабочего колеса и составляющей 25-50% площади перпендикулярного оси колеса сечения межлопаточной полости, а рабочее колесо установлено на валу по "плавающей" посадке.To increase the reliability and efficiency of the pump, which is the object of the present invention, in a centrifugal pump stage comprising an impeller mounted on the shaft with vanes forming interscapular cavities, the adjacent impeller vanes being alternately connected by front and rear end walls perpendicular to the wheel axis, according to the invention the front and rear end walls are made of the same shape, tapering to the periphery of the impeller and constituting 25-50% of the area perpendicular to the axis of the wheel of the intersection of the intersection exact cavity, and the impeller is mounted on the shaft on a "floating" landing.

Данное решение иллюстрируется двумя чертежами. На фиг.1 показана ступень центробежного насоса, на фиг.2 представлен разрез А-А фиг.1.This solution is illustrated by two drawings. In Fig.1 shows the stage of a centrifugal pump, Fig.2 shows a section aa of Fig.1.

Ступень центробежного насоса состоит из рабочего колеса с плавающей втулкой 1 и лопатками 2, поочередно соединенными передними 3 и задними 4 торцевыми стенками 3 и 4 соответственно вала 5 насоса, межступенного диска 6, направляющего аппарата 7, переводных каналов 8 и уплотнения 9. Лопатки 2 выполнены цилиндрической формы. Передние и задние торцевые стенки 3, 4 колеса, соединяющие попарно лопатки 2, чередуются между собой, образуя совместно с лопатками полуоткрытые в осевом направлении межлопаточные полости 10. Для входа жидкости в межлопаточные полости 10, ограниченные со стороны всасывания передними торцевыми стенками 3, в последних предусмотрены входные отверстия 11.The centrifugal pump stage consists of an impeller with a floating sleeve 1 and blades 2, alternately connected by the front 3 and rear 4 end walls 3 and 4, respectively, of the pump shaft 5, the interstage disk 6, the guide apparatus 7, the transfer channels 8 and the seal 9. The blades 2 are made cylindrical shape. The front and rear end walls 3, 4 of the wheel connecting the vanes 2 in pairs alternate with each other, forming together with the vanes axially half-open interscapular cavities 10. For liquid to enter the interscapular cavities 10, which are limited on the suction side by the front end walls 3, in the latter inlets 11 are provided.

Ступень центробежного насоса работает следующим образом. При вращении центробежного колеса, которое сообщается ему валом насоса 5, жидкость, поступая в межлопаточные полости 10 колеса, напрямую в открытые со стороны всасывания и через входные отверстия 11 передних торцевых стенок 3 в закрытые со стороны всасывания под действием центробежных сил, обтекая лопатки 2, устремляется к периферии рабочего колеса 1, поступая затем через переводные каналы 8 к следующей ступени (на чертеже не показана). Одинаковость формы передних и задних торцевых стенок 3, 4 колеса обеспечивает уравновешение осевого усилия. Рабочее колесо 1 самоцентрируется по "плавающей" посадке втулки 1 на валу 5 относительно межступенного диска 6 и направляющего аппарата 7. Самоцентрирование осуществляется путем выравнивания давлений в зазоре δ₁ со стороны всасывания между межступенным диском 6 и наружными поверхностями передних торцевых стенок 3 рабочего колеса и в зазоре δ₂ между направляющим аппаратом 7 и наружными поверхностями задних торцевых стенок 4 рабочего колеса.The centrifugal pump stage operates as follows. When the centrifugal wheel rotates, which is communicated to it by the pump shaft 5, the liquid enters the interscapular cavities 10 of the wheel, directly into the front end walls 3 open from the suction side and through the inlet openings 11 to the closed from the suction side by centrifugal forces, flowing around the blades 2, rushes to the periphery of the impeller 1, then coming through the transfer channels 8 to the next stage (not shown in the drawing). The same shape of the front and rear end walls 3, 4 of the wheel provides a balance of axial force. The impeller 1 is self-centered by the "floating" landing of the sleeve 1 on the shaft 5 relative to the interstage disk 6 and the guide apparatus 7. Self-centering is carried out by equalizing the pressure in the gap δ ₁ from the suction side between the interstage disk 6 and the outer surfaces of the front end walls 3 of the impeller and the gap δ ₂ between the guide apparatus 7 and the outer surfaces of the rear end walls 4 of the impeller.

Для повышения общего кпд перпендикулярные оси колеса торцевые стенки 3, 4 выполнены сужающимися в сторону периферии рабочего колеса и составляют 25-50% площади перпендикулярного оси колеса сечения межлопаточной полости 10, что объясняется аналитическими расчетами.To increase the overall efficiency, the end walls 3, 4 perpendicular to the axis of the wheel are made tapering towards the periphery of the impeller and comprise 25-50% of the cross section of the interscapular cavity 10 perpendicular to the wheel axis, which is explained by analytical calculations.

Данная конструкция благодаря выбранной форме торцевых стенок и плавающей посадке колеса на валу позволяет разгрузить осевые подшипники двигателя, что увеличивает их долговечность. Это обеспечивает повышение надежности насоса с такой ступенью по сравнению с аналогами.This design, due to the selected shape of the end walls and the floating wheel fit on the shaft, allows the axial bearings of the engine to be unloaded, which increases their durability. This provides an increase in the reliability of the pump with such a step in comparison with analogues.

Claims

A centrifugal pump stage containing an impeller mounted on the shaft with vanes forming interscapular cavities, the adjacent impeller vanes being alternately connected by front and rear end walls perpendicular to the axis of the wheel, characterized in that the front and rear end walls are made of the same shape, tapering to the periphery the impeller and a component of 25-50% of the area perpendicular to the axis of the wheel of the interscapular cavity section, and the impeller is mounted on the shaft in a "floating" fit.