RU2773263C1 - Multiphase vane pump - Google Patents
Multiphase vane pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773263C1 RU2773263C1 RU2021115896A RU2021115896A RU2773263C1 RU 2773263 C1 RU2773263 C1 RU 2773263C1 RU 2021115896 A RU2021115896 A RU 2021115896A RU 2021115896 A RU2021115896 A RU 2021115896A RU 2773263 C1 RU2773263 C1 RU 2773263C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- inlet
- rotor
- stage
- pump
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 27
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 7
- 230000037250 Clearance Effects 0.000 claims description 6
- 230000035512 clearance Effects 0.000 claims description 6
- 230000000284 resting Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 3
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 11
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000023298 conjugation with cellular fusion Effects 0.000 description 4
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000021037 unidirectional conjugation Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 2
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 2
- 239000000789 fastener Substances 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к лопаточным машинам, а именно к конструкции многофазных лопаточных насосов, предназначенных для перекачки нефтепродуктов и газожидкостных смесей, например продукции нефтяных скважин, в том числе в режиме компрессора.The invention relates to vane machines, and in particular to the design of multiphase vane pumps designed for pumping oil products and gas-liquid mixtures, such as oil well products, including in compressor mode.
Известен шнеко-центробежный насос, состоящий из подвода с входным патрубком, предвключенного осевого колеса, центробежного колеса, спирального сборника на выходе центробежного колеса, конического диффузора, выходного патрубка, уплотнительных элементов с «плавающими» кольцами, уплотнительного элемента с импеллером (Высокооборотные лопаточные насосы // Под ред. д-ра техн. наук Б.В. Овсянникова и д-ра техн. наук В.Ф. Чебаевского. - М.: Машиностроение, 1975. - 336 с.).Known screw-centrifugal pump, consisting of a supply with an inlet pipe, an upstream axial wheel, a centrifugal wheel, a spiral collector at the outlet of the centrifugal wheel, a conical diffuser, an outlet pipe, sealing elements with "floating" rings, a sealing element with an impeller (High-speed vane pumps / / Under the editorship of Doctor of Engineering Sciences B.V. Ovsyannikov and Doctor of Engineering Sciences V.F. Chebaevsky - M.: Mashinostroenie, 1975. - 336 p.).
Основным недостатком шнеко-центробежного насоса является ограничение по содержанию свободного газа в перекачиваемой жидкости - не более 30÷34%. The main disadvantage of the screw-centrifugal pump is the limitation on the content of free gas in the pumped liquid - no more than 30÷34%.
Известен компрессор, содержащий корпус, в котором установлен ротор, имеющий упорный подшипник с колодками, установленными на упругих пластинах. Компрессор также имеет устройство для разгрузки упорного подшипника от осевых усилий, включающее разгрузочный поршень и полость, сообщенную с полостью всасывания компрессора с помощью посредством линии с регулирующим клапаном. В подшипнике установлен датчик для измерения прогиба упругих пластин (а.с. SU 903570, МПК F01D 3/04, F01D 25/16, F01D 29/04, опубл. 07.02.1982 г.).Known compressor containing a housing in which a rotor is installed, having a thrust bearing with pads mounted on elastic plates. The compressor also has a device for unloading the thrust bearing from axial forces, including an unloading piston and a cavity communicated with the compressor suction cavity by means of a line with a control valve. The bearing has a sensor for measuring the deflection of elastic plates (AS SU 903570, IPC F01D 3/04, F01D 25/16, F01D 29/04, publ. 02/07/1982).
Основным недостатком известной конструкции является большая погрешность регулирования усилия, приходящегося на подшипник, из-за влияния разброса механических характеристик материала пластин, воздействия теплового расширения на конструкцию, влияющую на прогиб пластин, а также сложность отладки системы регулирования в условиях эксплуатации.The main disadvantage of the known design is a large error in the regulation of the force applied to the bearing, due to the influence of the variation in the mechanical characteristics of the plate material, the effect of thermal expansion on the structure, which affects the deflection of the plates, and the complexity of debugging the control system under operating conditions.
Известен насос для транспортировки текучей среды с изменяющейся вязкостью (патент RU 2703164, МПК F04D 7/02, F04D 29/041, опубл. 16.10.2019 г.), который может быть выполнен в виде многофазного насоса. Насос имеет корпус с входом и выходом для текучей среды, которая подлежит транспортировке, а также, по меньшей мере, одно лопастное колесо для перемещения текучей среды от входа к выходу, причем лопастное колесо размещено на вращающемся валу, а также балансировочный барабан для снятия осевого давления. Балансировочный барабан содержит ротор, жестко соединенный с возможностью вращения с валом, причем ротор имеет сторону высокого давления и сторону низкого давления. Статор, неподвижный по отношению к корпусу, и разгрузочный канал, который проходит между ротором и статором от стороны высокого давления к стороне низкого давления ротора. При этом дополнительно выполнен возвратный канал, который соединяет сторону низкого давления ротора с входом. Кроме того, выполнен по меньшей мере один промежуточный канал, который открывается в разгрузочный канал между стороной высокого давления и стороной низкого давления ротора, при этом выполнен блокирующий элемент для воздействия на поток через промежуточный канал.A pump for transporting a fluid with varying viscosity is known (patent RU 2703164, IPC F04D 7/02, F04D 29/041, publ. 10/16/2019), which can be made in the form of a multiphase pump. The pump has a housing with an inlet and outlet for the fluid to be transported, as well as at least one impeller for moving the fluid from the inlet to the outlet, the impeller being placed on a rotating shaft, as well as a balancing drum for relieving axial pressure . The balancing drum comprises a rotor rotatably connected to the shaft, wherein the rotor has a high pressure side and a low pressure side. A stator fixed in relation to the housing and a relief passage that runs between the rotor and the stator from the high pressure side to the low pressure side of the rotor. At the same time, a return channel is additionally made, which connects the low pressure side of the rotor with the inlet. In addition, at least one intermediate channel is provided that opens into a discharge channel between the high pressure side and the low pressure side of the rotor, wherein a blocking element is provided to influence the flow through the intermediate channel.
Недостатком аналога является инерционность системы разгрузки с управлением потока, проходящего через рабочий зазор между балансировочным барабаном и статором, с помощью блокирующего устройства (например - электроприводного клапана) в условиях эксплуатации, отличительной особенностью которой является сильная пульсация давления в потоке. Такие условия всегда имеют место при перекачке газожидкостных смесей и смеси жидких взаимонерастворимых сред с разной плотностью (Гужов А.И. - Совместный сбор и транспорт нефти и газа. - М.: Недра, 1973-280 с.).The disadvantage of analogue is the inertia of the unloading system with flow control passing through the working gap between the balancing drum and the stator, using a blocking device (for example, an electric valve) under operating conditions, the distinguishing feature of which is a strong pressure pulsation in the flow. Such conditions always occur when pumping gas-liquid mixtures and mixtures of mutually insoluble liquid media with different densities (AI Guzhov - Joint collection and transport of oil and gas. - M.: Nedra, 1973-280 S.).
Известны гелико-осевые многофазные насосы (https://sulzer.nt-rt.ru/images/manuals/mnogofru.pdf). Helical-axial multiphase pumps are known (https://sulzer.nt-rt.ru/images/manuals/mnogofru.pdf).
Известен многофазный насос https://www.sulzer.com/-/media/files/products/pumps/multiphase-pumps/brochures/mpp_high_performance_multi_phase_pump_e00601.ashx?la=ru-ru). Known multiphase pump https://www.sulzer.com/-/media/files/products/pumps/multiphase-pumps/brochures/mpp_high_performance_multi_phase_pump_e00601.ashx?la=ru-ru).
Принято за прототип.Taken as a prototype.
Указанный насос содержит наружный корпус в виде трубы с приемным и выходным патрубками, внутренний корпус с горизонтальным разъемом, перфорированный цилиндрический участок на входе в гелико-осевую многоступенчастую проточную часть, состоящую из статора с направляющими аппаратами и надроторными кольцами во внутреннем корпусе и из ротора с имеющими цилиндрическую проточку по внешнему диаметру лопастей рабочими колесами на валу, опирающемся на радиальные подшипники скольжения в корпусах передней опоры - со стороны приемного патрубка, и задней опоры - со стороны выкидного патрубка, которые отделены от гелико-осевой проточной части концевыми уплотнениями, а один из концов вала выполнен под установку полумуфты привода, при этом ротор зафиксирован в осевом направлении самоустанавливающимся сегментным упорным подшипником скольжения, корпус которого крепится к корпусу задней опоры. Said pump contains an outer casing in the form of a pipe with inlet and outlet nozzles, an inner casing with a horizontal split, a perforated cylindrical section at the inlet to the helico-axial multi-stage flow part, consisting of a stator with guide vanes and over-rotary rings in the inner casing and from a rotor with cylindrical groove along the outer diameter of the blades by impellers on a shaft supported by radial plain bearings in the housings of the front support - on the side of the intake pipe, and the rear support - on the side of the discharge pipe, which are separated from the helical-axial flow part by end seals, and one of the ends The shaft is made for the installation of the drive coupling half, while the rotor is fixed in the axial direction by a self-aligning segmental thrust bearing, the housing of which is attached to the rear support housing.
Недостатки прототипа заключаются в следующем:The disadvantages of the prototype are as follows:
1. Большое гидравлическое сопротивление перфорированного цилиндрического участка на входе в проточную часть насоса. 1. High hydraulic resistance of the perforated cylindrical section at the inlet to the flow part of the pump.
2. Недостаточная всасывающая способность рабочего колеса первой ступени вследствие недостаточности мер по предотвращению закрутки потока на входе проточной части насоса. 2. Insufficient suction capacity of the first stage impeller due to insufficient measures to prevent flow swirling at the inlet of the pump flow path.
3. Недостаточная надежность упорного подшипника скольжения с самоустанавливающимися сегментами из-за больших окружных скоростей по поверхностям трения скольжения (около 70 м/с), большие затраты на эксплуатацию и поддержание эффективности упорного подшипника скольжения и связанных с этим подшипником систем хранения, подготовки.3. Insufficient reliability of the thrust plain bearing with self-aligning segments due to high circumferential velocities on the sliding friction surfaces (about 70 m/s), high operating costs and maintaining the efficiency of the thrust plain bearing and the storage and preparation systems associated with this bearing.
4. Высокая себестоимость насоса из-за нетехнологичности наружного и внутреннего корпусов насоса и отсутствия возможности их применения для насосов других типоразмеров по подаче и напору.4. The high cost of the pump due to the low technology of the outer and inner casings of the pump and the lack of the possibility of their use for pumps of other sizes in terms of flow and pressure.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание многофазного лопастного насоса, лишенного недостатков аналогов, обладающего улучшенными антикавитационными характеристиками, повышенной энергетической эффективностью, надежностью и технологичностью изготовления, соответственно, повышенным ресурсом и сроком работы. The technical problem solved by the invention is the creation of a multi-phase vane pump, devoid of the disadvantages of analogues, with improved anti-cavitation characteristics, increased energy efficiency, reliability and manufacturability, respectively, increased resource and service life.
Технический результат - повышение надежности и эффективности работы многофазного лопастного насоса. The technical result is an increase in the reliability and efficiency of the multiphase vane pump.
Проблема решается, а технический результат достигается многофазным лопастным насосом с горизонтальной осью, содержащим корпус с приемным и выкидным патрубками, гелико-осевую многоступенчатую проточную часть корпуса, состоящую из статора с направляющими аппаратами и надроторными кольцами и из ротора с рабочими колесами, имеющими цилиндрическую проточку по внешнему диаметру лопастей, при этом рабочие колеса установлены на валу, опирающемся на радиальные подшипники скольжения в корпусах передней и задней опор со стороны приемного и выкидного патрубка соответственно, причем указанные опоры отделены от гелико-осевой проточной части концевыми уплотнениями, а один из концов вала выполнен под установку полумуфты привода. В отличие от прототипа корпус выполнен составным и включает входной корпус с приемным патрубком, выходной корпус с выкидным патрубком и расположенные между указанными корпусами секции в виде колец, при этом корпуса и секции стянуты по периферии, причем секции в виде колец выполнены с фланцами по внутреннему диаметру для каждой ступени проточной части, к которым закреплены направляющие аппараты и надроторные уплотнительные кольца с осевыми разъемами, а в проточной части входного корпуса расположены отделенная от проточной части корпусом полость гидрозатвора, в которой расположено соответствующее концевое уплотнение, и кольцо проставки для подвода потока к лопастям рабочего колеса первой ступени, при этом проточная часть входного корпуса выполнена с плавным переходом от приемного патрубка в кольцевое пространство подвода, имеющее, как минимум, одно радиальное ребро, установленное по направлению потока, а в окружном направлении ось ребра расположена под углом 200-250° от оси приемного патрубка по направлению вращения ротора насоса, причем стык кольца проставки с уплотнительным кольцом первой ступени выполнен с большим диаметром по уплотнительному кольцу и меньшим соответственно по проставке, кроме того, насос включает систему разгрузки, состоящую из полости разгрузки и смонтированных на валу ротора кольца торцового импеллера и разгрузочного барабана, расположенного в кольцевом пространстве выходного корпуса и имеющего запрессованную втулку разгрузки, формирующую с барабаном щелевое уплотнение, причем полость разгрузки образована корпусом разгрузки, закрепленным к выходному корпусу со стороны задней опоры ротора, и соединена с полостью гидрозатвора и далее с проточной частью входного корпуса посредством как минимум одного вспомогательго трубопровода, а торцы лопастей на рабочем колесе первой ступени имеют проточку по конусу с уменьшением наружного диаметра лопастей от входного к выходному сечению при постоянном размере втулки рабочего колеса, при этом в состав задней опоры ротора для фиксации ротора в осевом направлении входит «плавающий» узел радиально - упорных или упорных подшипников качения в отдельном корпусе, прикрепленном к корпусу задней опоры ротора. The problem is solved, and the technical result is achieved by a multiphase vane pump with a horizontal axis, containing a housing with intake and discharge pipes, a helical-axial multistage flow part of the housing, consisting of a stator with guide vanes and over-rotor rings and a rotor with impellers having a cylindrical groove along the outer diameter of the blades, while the impellers are mounted on a shaft supported by radial plain bearings in the housings of the front and rear supports from the side of the inlet and outlet pipes, respectively, and these supports are separated from the helico-axial flow part by end seals, and one of the ends of the shaft is made for the installation of the drive coupling half. In contrast to the prototype , the body is made composite and includes an inlet body with a suction pipe, an outlet body with an outlet pipe and sections in the form of rings located between said bodies, while the bodies and sections are tightened around the periphery, and the sections in the form of rings are made with flanges along the inner diameter for each stage of the flow part, to which guide vanes and over-rotary sealing rings with axial connectors are fixed, and in the flow part of the inlet body there is a hydraulic seal cavity separated from the flow part by the body, in which the corresponding end seal is located, and a spacer ring for supplying flow to the blades of the working wheels of the first stage, while the flow part of the inlet body is made with a smooth transition from the inlet pipe to the inlet annulus, having at least one radial fin installed in the direction of flow, and in the circumferential direction the axis of the fin is located at an angle of 200-250° from receiving stalemate axis cabin in the direction of rotation of the pump rotor, and the joint of the spacer ring with the sealing ring of the first stage is made with a large diameter along the sealing ring and a smaller one, respectively, along the spacer, in addition, the pump includes an unloading system consisting of an unloading cavity and end impeller rings mounted on the rotor shaft and unloading drum located in the annular space of the outlet body and having a pressed unloading sleeve forming a slotted seal with the drum, the unloading cavity being formed by the unloading body fixed to the outlet body from the side of the rear support of the rotor, and connected to the hydraulic seal cavity and further to the flow part of the inlet body through at least one auxiliary pipeline, and the ends of the blades on the impeller of the first stage have a groove along the cone with a decrease in the outer diameter of the blades from the inlet to the outlet section at a constant size of the impeller hub, while the rear The rotor support for fixing the rotor in the axial direction includes a “floating” assembly of radial-thrust or thrust rolling bearings in a separate housing attached to the housing of the rear rotor support.
В частных случаях:In special cases:
- корпус полости гидрозатвора имеет плавный переход от поверхности проточной части входного корпуса, а по отношению к проточной части втулочной поверхности диска рабочего колеса первой ступени переход выполнен ступенчатым в сторону занижения входного проточного диаметра диска рабочего колеса и с плавным заходом за счет скругления угла на входном торце диска, при этом полость гидрозатвора сообщена с проточной частью посредством щелевого уплотнения, образованного корпусом полости гидрозатвора и втулкой гидрозатвора на роторе;- the body of the hydraulic seal cavity has a smooth transition from the surface of the flow part of the inlet body, and in relation to the flow part of the bushing surface of the impeller disk of the first stage, the transition is made stepwise towards lowering the inlet flow diameter of the impeller disk and with a smooth entry due to the rounding of the corner at the inlet end disk, while the cavity of the hydraulic seal is communicated with the flow part by means of a slotted seal formed by the body of the cavity of the hydraulic seal and the bushing of the hydraulic seal on the rotor;
- кольцо проставки выполнено отдельно от входного корпуса в виде самостоятельной детали, отделенной от проточной части, при этом со стороны проточной части имеет плавный переход к конусной поверхности уплотнительного кольца первой ступени, а стык кольца проставки с уплотнительным кольцом первой ступени выполнен ступенчатым, то есть величина диаметра кольца проставки меньше диаметра данного уплотнительного кольца на 0,8…1,6 мм и более, с плавным выходом на проточную поверхность уплотнительного кольца, то есть величина диаметра кольца проставки на стыке с уплотнительным кольцом первой ступени гарантированно меньше диаметра уплотнительного кольца первой ступени, причем указанный стык выполнен с зазором;- the spacer ring is made separately from the inlet housing in the form of an independent part, separated from the flow part, while on the side of the flow part it has a smooth transition to the conical surface of the first stage sealing ring, and the joint of the spacer ring with the first stage sealing ring is stepped, that is, the value the diameter of the spacer ring is less than the diameter of this sealing ring by 0.8 ... 1.6 mm or more, with a smooth exit to the flow surface of the sealing ring, that is, the diameter of the spacer ring at the junction with the first stage sealing ring is guaranteed to be less than the diameter of the first stage sealing ring, moreover, the specified joint is made with a gap;
- для уплотнения вала насоса выполнены торцовые уплотнения двойные или тандемного типа, установленные на входном корпусе и корпусе разгрузки соответственно;- mechanical seals of double or tandem type are made for sealing the pump shaft, installed on the inlet housing and the discharge housing, respectively;
- корпус передней опоры ротора со стороны входа установлен на полуфланце кронштейна входного корпуса, а корпус задней опоры ротора со стороны выхода смонтирован на полуфланце корпуса разгрузки;- the housing of the front rotor support on the input side is mounted on the half-flange of the bracket of the input housing, and the housing of the rear rotor support on the output side is mounted on the half-flange of the discharge housing;
- уплотнительное кольцо первой ступени, охватывающее рабочее колесо первой ступени, выполнено конусным с обеспечением радиального зазора по торцам лопастей рабочего колеса;- the sealing ring of the first stage, covering the impeller of the first stage, is made conical with the provision of a radial clearance along the ends of the impeller blades;
- подшипниковый узел состоит из внешнего корпуса, который герметично закреплен к корпусу передней опоры ротора, образуя с полостью задней опоры ротора единую полость, а внутри цилиндрического проема внешнего корпуса с зазором установлен корпус подшипников качения с герметичной крышкой, причем данный зазор со стороны торцов уплотнен резиновыми кольцами, подшипники качения по внешнему диаметру установлены в корпусе, они же по посадочному внутреннему диаметру посажены и закреплены на единой втулке, которая с радиальным зазором посажена на шип вала со стороны выхода и зафиксирована в осевом и окружном направлениях при помощи гайки и шпоночного соединения соответственно, при этом взаимная осевая фиксация корпуса подшипников качения и наружного корпуса выполнена при помощи закрепленного на наружном корпусе кронштейна и центрального болта, опирающегося в кронштейн и ввернутого в герметичную крышку корпуса подшипников качения, причем подшипники скольжения снабжены масляными кольцами;- the bearing assembly consists of an outer housing, which is hermetically fixed to the housing of the front rotor support, forming a single cavity with the cavity of the rear rotor support, and inside the cylindrical opening of the outer housing with a gap, a rolling bearing housing with a sealed cover is installed, and this gap is sealed from the ends with rubber rings, the rolling bearings are installed in the housing along the outer diameter, they are also seated and fixed on a single bushing according to the inner diameter, which is seated with a radial clearance on the shaft spike from the output side and fixed in the axial and circumferential directions with the help of a nut and a keyway, respectively, at the same time, the mutual axial fixation of the rolling bearing housing and the outer housing is made using a bracket fixed on the outer housing and a central bolt resting on the bracket and screwed into the sealed cover of the rolling bearing housing, the sliding bearings being provided with oil rings;
- над торцами лопаток рабочих колес в случае, когда наружный диаметр кольца торцового импеллера меньше диаметра торцов лопастей рабочих колес ротора, установлены неразъемные надроторные уплотнительные кольца;- over the ends of the blades of the impellers in the case when the outer diameter of the ring of the end impeller is less than the diameter of the ends of the blades of the rotor impellers, one-piece over-rotary sealing rings are installed;
- «плавающий» узел радиально - упорных или упорных подшипников качения в корпусе зафиксирован в осевом направлении центральным болтом, опирающимся в жестко закрепленный кронштейн и ввернутым в герметичную крышку корпуса подшипников качения, а для отслеживания остаточного осевого усилия на роторе на цилиндрическом участке указанного центрального болта установлено измерительное устройство в виде первичного датчика пьезометрирования;- a “floating” assembly of angular contact or thrust rolling bearings in the housing is fixed in the axial direction by a central bolt resting on a rigidly fixed bracket and screwed into the sealed cover of the rolling bearing housing, and to monitor the residual axial force on the rotor, a a measuring device in the form of a primary piezometry sensor;
- корпуса и секции стянуты по периферии шпильками, расположенными вне проточной части.- housings and sections are tightened around the periphery with pins located outside the flow path.
Технический результат достигается представленной совокупностью существенных признаков. The technical result is achieved by the presented set of essential features.
Графический материал содержит одно из возможных исполнений многофазного лопастного насоса, отвечающее сущности настоящего изобретения: The graphic material contains one of the possible designs of a multiphase vane pump that meets the essence of the present invention:
фиг. 1 - вид на насос со стороны привода (входной корпус); fig. 1 - view of the pump from the drive side (inlet housing);
фиг. 2 - вид на насос со стороны привода (выходной корпус); fig. 2 - view of the pump from the drive side (outlet casing);
фиг. 3 - продольный разрез насоса по А-А; fig. 3 - longitudinal section of the pump along A-A;
фиг. 4 (вид Б) - увеличенный масштаб продольного разреза входного корпуса (проточной части); fig. 4 (view B) - an enlarged scale of the longitudinal section of the inlet housing (flow path);
фиг. 5 (сечение В-В) - вход насоса в плоскости, поперечной оси вращения и по оси приемного патрубка в увеличенном масштабе; fig. 5 (section B-B) - pump inlet in a plane transverse to the axis of rotation and along the axis of the intake pipe on an enlarged scale;
фиг. 6 (вид Ф) - вход в рабочее колесо первой ступени проточной части в увеличенном масштабе; fig. 6 (view F) - entrance to the impeller of the first stage of the flow part on an enlarged scale;
фиг. 7 (вид К) - узел радиально-упорных подшипников в увеличенном масштабе с пьезоэлектрическим измерителем осевого усилия на роторе; fig. 7 (view K) - an enlarged scale of the angular contact bearing assembly with a piezoelectric axial force meter on the rotor;
фиг. 8 (сечение Ц-Ц) - вход в нижний вспомогательный трубопровод (трубку разгрузки) в сечении, перпендикулярном оси вращения, в увеличенном масштабе;fig. 8 (section C-C) - entrance to the lower auxiliary pipeline (discharge pipe) in a section perpendicular to the axis of rotation, on an enlarged scale;
фиг. 9 (а, б) - показаны треугольники скоростей потока на входе в лопасти рабочего колеса 1-й ступени, а) - осевой вход потока, б) - поток, закрученный по направлению вращения рабочего колеса 1-й ступени ротора.fig. 9 (a, b) - shows the triangles of flow rates at the inlet to the blades of the impeller of the 1st stage, a) - axial flow inlet, b) - flow swirling in the direction of rotation of the impeller of the 1st stage of the rotor.
На фигурах обозначено:The figures indicate:
1 - входной корпус1 - entrance body
2 - опорные лапы входного корпуса 2 - supporting paws of the input body
3 - приемный патрубок 3 - intake pipe
4 - выходной корпус 4 - output housing
5 - опорные лапы выходного корпуса5 - supporting paws of the output body
6 - выкидной патрубок 6 - discharge pipe
7 и 8 - вспомогательные трубопроводы (трубки разгрузки) для соединения полости разгрузки с проточной частью входной части корпуса7 and 8 - auxiliary pipelines (unloading tubes) for connecting the unloading cavity with the flow part of the inlet part of the housing
9 - корпус гидрозатвора 9 - hydraulic seal body
10 - втулка гидрозатвора 10 - hydraulic seal bushing
11 - кольцо проставки для формирования подвода потока к лопастям рабочего колеса (РК) первой ступени11 - spacer ring for forming the flow supply to the blades of the impeller (RK) of the first stage
12 - секция кольцевого сечения первой ступени12 - section of the annular section of the first stage
13 - надроторное кольцо РК первой ступени13 - nadrotorny ring of the RK of the first stage
14 - направляющий аппарат первой ступени14 - guide vanes of the first stage
15 - секция промежуточной ступени15 - intermediate stage section
16 - надроторное кольцо промежуточной ступени16 - nadrotorny ring of the intermediate stage
17 - направляющий аппарат промежуточной ступени 17 - intermediate stage guide vane
18 - секция последней ступени18 - section of the last stage
19 - надроторное кольцо секции 18 19 - nadrotorny ring of
20 - направляющий аппарат последней ступени20 - guide apparatus of the last stage
21 - втулка разгрузки, запрессованная в выходной корпус 421 - unloading sleeve, pressed into the
22 - корпус разгрузки22 - unloading body
23 и 24 - торцовые уплотнения тандемного типа для уплотнения вала насоса23 and 24 - tandem mechanical seals for pump shaft seal
25 и 26 - верхняя и нижняя половина корпуса подшипника насоса соответственно со стороны входа и выхода25 and 26 - the upper and lower half of the pump bearing housing, respectively, from the inlet and outlet sides
27 - радиальный подшипник скольжения27 - radial plain bearing
28 - масляные кольца28 - oil rings
29 - штуцер для подачи масла от внешней масляной системы 29 - fitting for oil supply from an external oil system
30 - наружный корпус узла радиально-упорных подшипников качения 30 - outer housing of the angular contact bearings
31 - корпус подшипника качения 31 - rolling bearing housing
32 - упорный подшипник качения32 - thrust bearing
33 - форсунки подачи масла33 - oil supply nozzles
34 - втулка 34 - sleeve
35 - шайба упорная регулировочная35 - thrust adjusting washer
36 - втулка подшипников36 - bearing sleeve
37 - гайка втулки 3637 -
38 - контровка гайки 38 - nut lock
39 - корпус корпуса подшипников39 - bearing housing housing
40 - силовой болт 40 - power bolt
41 - кронштейн 41 - bracket
42 - первичный датчик тензометрирования42 - primary strain gauge sensor
43 - вал для установки рабочих колес43 - shaft for installing impellers
44 - шпонка под полумуфту привода насоса44 - key for the half-coupling of the pump drive
45 - рабочее колесо первой ступени45 - first stage impeller
46 - рабочие колеса промежуточных ступеней46 - intermediate stage impellers
47 - рабочее колесо последней ступени47 - impeller of the last stage
48 - барабан разгрузки48 - unloading drum
49 и 50 - резьбовые штуцеры49 and 50 - threaded fittings
51 и 52 - штуцеры51 and 52 - fittings
53 - силовые шпильки53 - power studs
54 - гайки54 - nuts
55 - фланец отводящей трубы55 - outlet pipe flange
56 - штуцер для подачи масла, 56 - fitting for oil supply,
57 - регулировочные шайбы57 - shims
58 и 59 - крепеж для фиксации корпуса подшипников 58 and 59 - fasteners for fixing the bearing housing
60 - втулки межступенчатых щелевых уплотнений60 - bushings of interstage slotted seals
61 - торцовый импеллер61 - end impeller
62 - гайка для затягивания на валу кольца торцового импеллера 6162 - nut for tightening the end impeller ring on the shaft 61
63 - резиновые уплотнения корпусов 31 подшипников качения 63 - rubber seals of
64 - шпонка от проворота втулки 36 подшипников. 64 - key from rotation of the
Кроме того, на чертежах обозначено:In addition, the drawings indicate:
П - проточная часть входного корпуса 1;P - flow part of the
Ч - два отверстия в теле входного корпуса 1;H - two holes in the body of the
Г- полость гидрозатвора;G - cavity of the water seal;
И - полость разгрузки;I - unloading cavity;
Б1 - проточная поверхность корпуса 9 гидрозатвора; B1 - flow surface of the
R1 - радиус скругления фаски на входе втулки РК; R1 - chamfer rounding radius at the input of the RC bushing;
R2 - радиус скругления фаски на входе надроторного кольца; R2 - chamfer rounding radius at the inlet of the over-thrust ring;
М - редан на входе втулки рабочего колеса;M - redan at the inlet of the impeller bushing;
Г1 - зазор между торцовыми поверхностями РК и корпуса 9 гидрозатвора, обеспечивающий компенсацию тепловых расширений деталей насоса;G1 - gap between the end surfaces of the valve body and the
Ж - размер, позволяющий проводить монтаж и демонтаж насоса без задевания трубкой разгрузки 8 деталей и сборочных единиц агрегата;Zh - the size that allows for the installation and dismantling of the pump without touching the unloading tube with 8 parts and assembly units of the unit;
Л - редан на входе надроторного кольца; L - redan at the entrance of the supra-torque ring;
Д1 - зазор между торцовыми поверхностями надротоного кольца 13 и кольца проставки 11, обеспечивающий компенсацию тепловых расширений деталей насоса;D1 - gap between the end surfaces of the
С, Ш, Щ - фланцевое болтовое соединение по плоскому осевому разъему направляющих аппаратов 14, 17 и 20 соответственно;С, Ш, Ш - flanged bolted connection along a flat axial connector of
У - выфрезеровка по дуге радиусом R3, заканчивающаяся выступом В1;Y - milling along an arc with a radius R3, ending with a protrusion B1;
Э и Ы - резьбовые отверстия центровочных штифтов к полуфланцу кронштейна входного корпуса;E and Y - threaded holes of the centering pins to the half-flange of the inlet housing bracket;
Ю и Я - резьбовые отверстия к полуфланцу кронштейна корпуса 22 разгрузки.Yu and I - threaded holes to the semi-flange of the bracket of the
Заявляемый насос работает следующим образом.The inventive pump works as follows.
Последовательность монтажа.Installation sequence.
На стапель монтируется входной корпус 1 в сборе с установленным корпусом 9 гидрозатвора. Приемный патрубок 3 плавно переходит в кольцевое пространство проточной части, в котором выполнено как минимум одно радиальное ребро, установленное по направлению потока, причем выходная кромка ребра предпочтительно должна находиться по отношению к рабочему колесу первой ступени на расстоянии не менее двух - трех высот входной кромки лопасти колеса, допускается скос выходной кромки ребра со стороны оси насоса, а в окружном направлении ось ребра находится предпочтительно под углом около 225° от оси приемного патрубка по направлению вращения ротора насоса. Входной корпус 1 имеет два отверстия и, соответственно, два резьбовых штуцера для присоединения вспомогательных трубопроводов (трубок разгрузки), а также фланцевое соединение болтами с корпусом гидрозатвора.The
Со стороны привалочной плоскости входного корпуса 1 последовательно устанавливаются: From the side of the mating plane of the
- кольцо проставки 11 с плотным прижатием к привалочной плоскости входного корпуса (кольцо проставки может быть выполнено отдельно от входного корпуса в виде самостоятельной детали, как на фиг. 3 поз. 11);-
- отбалансированный ротор с валом 43 и установленными на нем втулкой 10 гидрозатвора, рабочими колесами 45, 46 и 47, втулками 60 межступенчатых уплотнений с резиновыми уплотнениями по валу, кольца торцового импеллера 61 и барабана разгрузки 48, затянутых на валу гайкой 62 с последующей контровкой, при этом вал 43 монтируется на технологические опоры соосно крышке входной части 1 и кольцу проставки 11; система разгрузки состоит из смонтированных на валу ротора кольца торцового импеллера 61, барабана 48 и запрессованной в выходной крышке втулки разгрузки, формирующей с барабаном щелевое уплотнение, утечки которого во время работы насоса сбрасываются в полость разгрузки, образованную корпусом разгрузки; - a balanced rotor with a
- секция 12 первой ступени с плотным прижатием к привалочной плоскости кольца проставки 11, к которой крепят болтовым соединением уплотнительное кольцо 13 и направляющий аппарат 14 первой ступени, при этом плоский осевой разъем на направляющих аппаратах монтируется с поворотом на 90° по отношению к разъему уже установленного уплотнительного кольца 13, причем стыки горизонтальных разъемов уплотнительного кольца 13 и направляющего аппарата 14 первой ступени покрывают перед сборкой герметиком; над торцами лопаток рабочих колес в случае, когда наружный диаметр кольца торцового импеллера меньше диаметра торцов лопастей рабочих колес ротора, установлены неразъемные уплотнительные кольца;-
- положение секции 12 первой ступени фиксируется технологическим домкратом, при этом за счет регулирования по вертикали обеспечивается равномерность зазоров в окружном направлении между торцами лопастей рабочего колеса 45 первой ступени и уплотнительным кольцом 13, и по межступенчатому уплотнению первой ступени;- the position of the
- проверяется и при необходимости выставляется положение ротора в осевом направлении по зазору между торцами рабочего колеса 45 первой ступени и уплотнительным кольцом 13, при этом фиксируется и заносится в сопроводительную документацию размер А1 от торца вала 43 со стороны привода до торца кронштейна на входной части 1 корпуса (см. фиг. 3);- the position of the rotor in the axial direction is checked and, if necessary, set in the axial direction along the gap between the ends of the
- аналогично сборке секции 12 первой ступени выполняется монтаж секций 15 промежуточных ступеней с уплотнительными кольцами 16 и направляющими аппаратами 17 промежуточных ступеней, и секции 18 последней ступени с уплотнительным кольцом 19 и направляющим аппаратом 20 последней ступени;- similarly to the assembly of the
- к секции 18 последней ступени вплотную приставляется и прижимается соотвествующей привалочной поверхностью выходная часть 4 корпуса, которая должна быть установлена на стапеле и прижата к нему; - to the
- секция каждой ступени в сборе включает собственно секцию в виде стального кольца, к которому с внутренней стороны крепятся при помощи фланцевого соединения уплотнительное кольцо и направляющий аппарат, полукольца которых состыкованы по плоскому осевому разъему, причем направляющий аппарат монтируется с поворотом на 90° по отношению к плоскому разъему уже установленного уплотнительного кольца; на рабочих поверхностях уплотнительных колец нанесено износостойкое покрытие, а стыки плоских осевых разъемов уплотнительных колец и направляющих аппаратов перед окончательной сборкой могут покрываться герметиком;- the section of each stage assembly includes the section itself in the form of a steel ring, to which a sealing ring and a guide vane are attached from the inside by means of a flange connection, the half rings of which are joined along a flat axial connector, and the guide vane is mounted with a rotation of 90 ° with respect to a flat connector of an already installed sealing ring; wear-resistant coating is applied on the working surfaces of the sealing rings, and the joints of the flat axial connectors of the sealing rings and guide vanes can be coated with a sealant before final assembly;
- устанавливаются шпильки 53 и затягиваются гайками 54 на момент, указанный в конструкторской документации на насос. В процессе сборки должны контролироваться и обеспечиваться с помощью домкратов зазор между втулкой разгрузки 21 и барабаном 48, и плавность без заеданий проворачивание ротора на технологических опорах. После окончательной затяжки гаек 54 технологические домкраты отводятся, проверяется размер А1;-
- монтируются торцовые уплотнения 23 и 24, прижатие контакных колец которых прослабляется на время дальнейшего монтажа насоса;-
- устанавливаются нижние половины 26 корпусов подшипников со стороны входа и выхода насоса, заводятся масляные кольца 28 и нижние половины подшипников скольжения 27, поверхности которых смзываются технологической смазкой. Вал ротора ставится на собственные подшипники скольжения 27, при отсутствии проворачивания ротора осуществляется предварительная центрация ротора за счет нивелировки положения корпусов половин 26 подшипников насоса регулирировочными болтами, установленными в резьбовые отверстия Ы, Э, Ю, Я; подшипниковый узел состоит из внешнего корпуса, который герметично крепится к корпусу передней опоры ротора, образуя с полостью задней опоры ротора единую полость, а внутри цилиндрического проема внешнего корпуса с зазором установлен корпус подшипников качения с герметичной крышкой, причем данный зазор со стороны торцов уплотнен резиновыми кольцами, что позволяет за счет упругой радиальной подвижки компенсировать перекосы вала, кроме этого, в корпус подшипников качения подается масло для смазки и охлаждения подшипников, которое затем самотеком удаляется через полость задней опоры ротора, и кроме того, что подшипники качения по внешнему диаметру установлены в корпусе, они же по посадочному внутреннему диаметру посажены и закреплены на единой втулке, которая с радиальным зазором садится на шип вала со стороны выхода и фиксируется в осевом и окружном направлениях при помощи гайки и шпоночного соединения соответственно, а что касается взаимной осевой фиксации корпуса подшипников качения и наружного корпуса, то она выполнена при помощи закрепленного на наружном корпусе кронштейна и центрального болта, опирающегося в кронштейн и ввернутого в герметичную крышку корпуса подшипников качения;- the lower halves of bearing
- проверяются и при необходимости дорабатываются зазоры в подшиниках скольжения, устанавливаются верхние половины 25 корпусов подшипников со стороны входа и выхода насоса. Выполняется доцентровка ротора с целью обеспечения легкости вращения за счет нивелировки положения половин 26 корпусов подшипников насоса регулирировочными болтами, технологические опоры отводятся; на цилиндрическом участке центрального болта, опирающегося в кронштейн и ввернутого в герметичную крышку корпуса подшипников качения для отслеживания остаточного осевого усилия на роторе установлено измерительное устройство (например, в виде первичного датчика пьезометрирования, сигнал которого задействован в системе автоматизированного управления, например, для блокировки работы насоса по уставке в случае превышении допустимого значения сигнала остаточного осевого усилия на роторе);- the clearances in the plain bearings are checked and, if necessary, improved, the upper halves of the 25 bearing housings are installed on the pump inlet and outlet sides. The rotor is centered in order to ensure ease of rotation by leveling the position of the halves of 26 pump bearing housings with adjusting bolts, technological supports are retracted; a measuring device is installed on the cylindrical section of the central bolt resting on the bracket and screwed into the sealed cover of the rolling bearing housing to monitor the residual axial force on the rotor (for example, in the form of a primary piezometric sensor, the signal of which is used in the automated control system, for example, to block the operation of the pump according to the setting in case of exceeding the permissible value of the signal of the residual axial force on the rotor);
- после завершения регулировки положения ротора корпуса подшипников фиксируются штифтами и крепежом 58 и 59, регулирировочные болты демонтируются, монтируются верхние крышки корпусов опор ротора, торцовые уплотнения 23 и 24 приводятся в рабочее состояние. Проводится подготовка и проведение предварительных или приемо-сдаточных испытаний насоса.- after completion of the adjustment of the position of the rotor, the bearing housings are fixed with pins and
В условиях эксплуатации насоса процессы останова и пуска насоса, как правило, автоматизированы, однако, изначальный пуск насоса в эксплуатацию сопровождается пуско-наладочными работами, и связанными с ними проверками работоспособности всех систем насосного агрегата, включая систему автоматизированного управления.Under the operating conditions of the pump, the processes of stopping and starting the pump are usually automated, however, the initial commissioning of the pump is accompanied by commissioning and related checks of the performance of all systems of the pump unit, including the automated control system.
Заявляемый насос приводится в движение от электродвигателя через муфты привода, повышающий редуктор, или без редуктора в случае применения высокооборотного двигателя.The inventive pump is driven by an electric motor through a drive clutch, a step-up gearbox, or without a gearbox in the case of a high-speed engine.
В процессе работы на вход насоса подается тот или иной продукт нефтепереработки, а в случае перекачки газожидкостной смеси (далее - ГЖС) - предварительно подготовленная ГЖС в части сглаживания пульсаций и содержания свободного газа (далее именуемые перекачиваемой средой). В насосе перекачиваемая среда проходит от патрубка 3 в кольцевую зону П входного корпуса 1, перераспределяется по всему объему П и, благодаря установке направленного вдоль оси радиального ребра, оказывается на входе рабочего колеса 45 первой ступени с минимальной окружной составляющей абсолютной скорости потока. Коническая форма периферии лопастей рабочего колеса первой и ступенчатое исполнение переходов от кольца проставки 11 к уплотнительному кольцу 12 с плавным заходом, а также плавные переходы от корпуса 9 гидрозатвора к втулочной поверхности диска рабочего колеса 45 первой ступени способствуют минимизации гидравлических потерь. In the process of operation, one or another refined product is supplied to the pump inlet, and in the case of pumping a gas-liquid mixture (hereinafter referred to as GZhM), a previously prepared GZhM in terms of smoothing pulsations and free gas content (hereinafter referred to as the pumped medium). In the pump, the pumped medium passes from the
При вращении ротора насоса механическая энергия преобразуется в гидравлическую посредством рабочих колес 45, 46 и 47, а также совместно работающих с ними направляющих аппартов 14, 17 и 20. При этом в межлопаточных каналах рабочих колес и направляющих аппаратов насоса за счет гидродинамических процессов повышается давление перекачиваемой среды. Перекачиваемая среда под давлением, с осевой и окружной составляющей абсолютной скорости, под воздействием реакции от кольца торцового импеллера 61 направляется в кольцевое пространство и выкидной патрубок 6 корпуса 4, отчасти - в разгрузочное устройство, и прежде всего в зазор между втулкой 21 разгрузки и корпусом 22 разгрузки. When the pump rotor rotates, mechanical energy is converted into hydraulic energy by means of
В процессе эксплуатации с повышением давления перекачиваемой среды растут динамическое сопротивление перекачиваемой среды, приходящееся на лопасти рабочих колес, и перепад давления на элементах ротора насоса, которые вызывают появление осевой силы на роторе, передаваемой на вал 43. Для компенсации основной части осевой силы в насосе применено устройство разгрузки барабанного типа (см. фиг. 3), состоящего из втулки 21 разгрузки, барабана 22, полости разгрузки И, соединенной полостью гидроразгрузки Г трубками разгрузки 7 и 8, и отверстиями Ч в теле входной крышки части корпуса 1, и далее - посредством щелевого уплотнения Б1 с полостью П проточной части входного корпуса.During operation, with an increase in the pressure of the pumped medium, the dynamic resistance of the pumped medium, which falls on the blades of the impellers, and the pressure drop on the elements of the pump rotor increase, which cause the appearance of an axial force on the rotor transmitted to the
Примененное разгрузочное устройство барабанного типа является типовым решением среди известных динамических насосов и обеспечивает работу в условиях парообразования, на ГЖС и газе, обеспечивает разгрузку практически на всех режимах, при этом полная разгрузка осевой силы на роторе имеет место на одном из выбранных режимов, например, на номинальном или максимальном. Для уравновешивания остаточной осевой сил в заявляемом насосе используют упорный подшипник, остаточная осевая сила передается валом 43 к узлу радиально-упорных подшипников качения 32, узел которых выполнен «плавающим».The used drum-type unloader is a typical solution among the known dynamic pumps and ensures operation in conditions of vaporization, on GLS and gas, provides unloading in almost all modes, while complete unloading of the axial force on the rotor takes place in one of the selected modes, for example, in nominal or maximum. To balance the residual axial forces in the inventive pump, a thrust bearing is used, the residual axial force is transmitted by the
Применение предлагаемого устройства имеет следующие преимущества:The use of the proposed device has the following advantages:
1. Позволяет уменьшить потери напора в подводе из-за снижения гидравлического сопротивления путем перехода от двухкорпусной схемы насоса - прототипа на секционную и замены перфорированного цилиндра на входной корпус 1 с приемным фланцевым патрубком 3, плавно переходящим проточной частью в кольцевое пространство Г подвода, имеющее, как минимум, одно радиальное ребро Р, установленное по направлению потока, а в окружном направлении ось ребра Р находится под углом 200÷250° от оси входного патрубка Н по направлению вращения ротора насоса. 1. Allows you to reduce pressure losses in the supply due to a decrease in hydraulic resistance by switching from a double-casing pump scheme - a prototype to a sectional one and replacing the perforated cylinder with an
Подвод насоса подобен конструкции, которая рекомендована для осевых насосов (Высокооборотные лопаточные насосы. - Под ред. д-ра техн. наук Б.В. Овсянникова и д-ра техн. наук В.Ф. Чебаевского. - М.: Машиностроение, 1975. - 336 с.), при этом потери энергии в подводе Lподв. с патрубком диаметром Dвх, отнесенные к скорости потока с1 в сечении (0,3÷0,4)⋅Dвх, составят Lподв.=ξподв. ⋅ с1 2/2 (там же на с. 21), где коэффициент сопротивления подвода ξподв.=0,75÷1. Для сравнения гидравлическое сопротивление перфорированного цилиндра можно оценить по гидравлическим сопротивлениям аналогичных элементов (решетки, сетки и др.), которые устанавливают на входе труб в качестве фильтров и прочего (Горлин С.М. - Экспериментальная аэромеханика. - Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1970. - 423 с.), при этом потери напора элементах зависят от отношения F0/F1=0,25÷0,30, где F0 - площадь живого сечения перфорации, а F1 - сечение внутреннего диаметра перфорированного участка цилиндра, коэффициент сопротивления перфорированного участка составит ξподв.=10÷7 (там же с. 417, рис. Х16). Таким образом, потери энергии потока в подводе, в заявляемом насосе, будут уменьшены в 7÷14 раз.The pump inlet is similar to the design recommended for axial pumps (High-speed vane pumps. - Edited by Dr. Tech. Sciences B.V. Ovsyannikov and Dr. Tech. Sciences V.F. Chebaevsky. - M .: Mashinostroenie, 1975 . - 336 s.), while the energy loss in the supply L sub. with a branch pipe with a diameter D in , referred to the flow rate c 1 in the section (0.3 ÷ 0.4) ⋅D in , will be L sub. =ξ sub. ⋅ s 1 2 /2 (ibid. on p. 21), where the supply resistance coefficient ξ sub. =0.75÷1. For comparison, the hydraulic resistance of a perforated cylinder can be estimated from the hydraulic resistance of similar elements (grids, grids, etc.), which are installed at the pipe inlet as filters and other things (Gorlin S.M. - Experimental aeromechanics. - Textbook for universities. - M .: Higher school, 1970. - 423 p.), while the pressure loss of the elements depends on the ratio F 0 /F 1 \u003d 0.25 ÷ 0.30, where F 0 is the area of the live section of the perforation, and F 1 is the cross section the inner diameter of the perforated section of the cylinder, the resistance coefficient of the perforated section will be ξ sub. =10÷7 (ibid. p. 417, Fig. X16). Thus, the loss of flow energy in the supply, in the inventive pump, will be reduced by 7÷14 times.
2. В предложенной конструкции насоса закрутка потока на входе предотвращается установкой ребра в продольном направлении проточной части. Закрутка потока на входе осевого колеса нецелесообразна (Высокооборотные лопаточные насосы. - Под ред. д-ра техн. наук Б.В. Овсянникова и д-ра техн. наук В.Ф. Чебаевского. - М.: Машиностроение, 1975. - 336 с., с. 166), так анализ треугольников скоростей на входе осевого колеса для случая с закруткой потока («а» на Фиг. 9) и осевым входом («б» на Фиг. 9) показывает, что для поддержания одной и той же подачи, то есть осевой составляющей скорости с1z=Сonst, для схемы «а» с закруткой потока требуется повышение числа оборотов ротора. Этим объясняется влияние закрутки потока на срывные кавитационные характеристики и соотвествующее ограничение по всасывающей способности. В центробежных насосах для нефтяной промышленности для повышения всасывающей способности рабочие колеса 1-й ступени выполнены с расширенной площадью входа (Михайлов А.К., Малюшенко В.В. - Конструкция и расчет центробежных насосов высокого давления. - М.: Машиностроение, 1974. - с. 276-277).2. In the proposed design of the pump, swirling of the flow at the inlet is prevented by installing a rib in the longitudinal direction of the flow path. The swirl of the flow at the inlet of the axial wheel is impractical (High-speed vane pumps. - Edited by Dr. Tech. Sciences B.V. Ovsyannikov and Dr. Tech. Sciences V.F. Chebaevsky. - M .: Mashinostroenie, 1975. - 336 pp., p. 166), so the analysis of the velocity triangles at the input of the axial wheel for the case with flow swirl (“a” in Fig. 9) and axial input (“b” in Fig. 9) shows that in order to maintain the same the same feed, that is, the axial component of the speed with 1z = Сonst, for scheme "a" with swirl of the flow, an increase in the number of revolutions of the rotor is required. This explains the effect of flow swirl on stall cavitation characteristics and the corresponding restriction on suction capacity. In centrifugal pumps for the oil industry, to increase the suction capacity, the impellers of the 1st stage are made with an expanded inlet area (Mikhailov A.K., Malyushenko V.V. - Design and calculation of high pressure centrifugal pumps. - M .: Mashinostroenie, 1974. - pp. 276-277).
Всасывающая способность динамических насосов тесно связана со срывными кавитационными характеристиками. Исследования шнеко-центробежных насосов показали, что экспериментальные точки, полученные при испытании на газожидкостной смеси, хорошо осредняются экспериментальной зависимостью, полученной при испытаниях того же насоса на однофазной жидкости (Высокооборотные лопаточные насосы. - Под ред. д-ра техн. наук Б.В. Овсянникова и д-ра техн. наук В.Ф. Чебаевского. - М.: Машиностроение, 1975. - 336 с., с. 250-251). Антикавитационные свойства шнеко-центробежного насоса определяются предвключенным шнеком, являющимся осевой ступенью, поэтому кавитационные характеристики для гелико-осевого насоса могут быть определены по результатам испытаний на однофазной жидкости. Положительный эффект от применения первой ступени с расширенной площадью входа на нефтяных центробежных насосах также может быть использован в осевых ступенях (там же, с. 38). Для выравнивания поля скоростей за рабочим колесо первой ступени насоса в предлагаемом изобретении колесо выполнено с проточкой по конусу с уменьшением наружного диаметра лопастей от входного к выходному сечению при постоянном размере втулки - это также согласуется с рекомендациям (там же, с. 38), а для снижения отрицательного влияния обратных токов на колесе 45 первой ступени выполнен ступенчатый стык кольца проставки 11 с уплотнительным кольцом 13 первой ступени, выполненный с большим диаметром по уплотнительному кольцу 13 и меньшим соответственно по кольцу проставки 11.The suction capacity of dynamic pumps is closely related to stall cavitation characteristics. Studies of screw-centrifugal pumps have shown that the experimental points obtained when testing on a gas-liquid mixture are well averaged by the experimental dependence obtained when testing the same pump on a single-phase liquid (High-speed vane pumps. - Edited by Dr. Tech. Sciences B.V. Ovsyannikov and Doctor of Technical Sciences V.F. Chebaevsky - M.: Mashinostroenie, 1975. - 336 pp., pp. 250-251). The anti-cavitation properties of a screw-centrifugal pump are determined by the upstream screw, which is an axial stage, therefore, the cavitation characteristics for a helical-axial pump can be determined from the results of tests on a single-phase liquid. The positive effect of using the first stage with an expanded inlet area on oil centrifugal pumps can also be used in axial stages (ibid., p. 38). To equalize the velocity field behind the impeller of the first stage of the pump in the proposed invention, the wheel is made with a groove along the cone with a decrease in the outer diameter of the blades from the inlet to the outlet section with a constant bushing size - this is also consistent with the recommendations (ibid., p. 38), and for to reduce the negative effect of reverse currents on the
3. Сравнительная расчетная оценка технико-энергетической эффективности систем уравновешивания осевых сил, возникающих при работе многофазного лопастного насоса, а именно упорного подшипника скольжения насоса - прототипа переменного направления действия (далее - вариант 1) с одной стороны, и альтернативного технического решения настоящего изобретения, включающего применение устройства разгрузки барабанного типа совместно с узлом радиально-упорных подшипников качения (далее - вариант 2) с другой стороны, при одинаковых осевой нагрузке и частоте вращения ротора насоса показала следующие результаты: 3. Comparative design evaluation of the technical and energy efficiency of systems for balancing axial forces arising during the operation of a multiphase vane pump, namely, a pump thrust bearing - a prototype of a variable direction of action (hereinafter - option 1) on the one hand, and an alternative technical solution of the present invention, including the use of a drum-type unloader in conjunction with an assembly of angular contact rolling bearings (hereinafter - option 2), on the other hand, with the same axial load and pump rotor speed, showed the following results:
а) по энергетической эффективности:a) in terms of energy efficiency:
- основная доля потерь мощности в варианте 1 приходится на преодоление сопротивления вращению диска упорного подшипника скольжения с самоустанавливающимися сегментами со смазочным вязким слоем на рабочих поверхностях, доля этих потерь составляет более 90% с учетом затрат энергии на охлаждение смазочного масла, остальные потери мощности относятся к прокачке и подаче смазочного масла в/на упорный подшипник скольжения; - the main share of power losses in
- основная доля потерь мощности в варианте 2 приходится на утечки перекачиваемой насосом среды через рабочий зазор барабана 48 устройства разгрузки (см. Фиг. 3), полость И которой соединена с полостью гидрозатвора Г и входом насоса при помощи трубок разгрузки 7 и 8, а также преодоление сопротивления вязкости указанных утечек вращению барабана 48, при этом суммарная доля мощности указанных потерь составляет около 85% с учетом случая перекачки жидкости вязкостью около 25 сСт при местном повышении температуры не выше разрешенной (в случае перекачки среды с содержанием паров и свободного газа потери на преодоление сопротивления вязкости утечек вращению барабана резко падают), кроме того, потери мощности на привод узла радиально-упоных подшипников качения, прокачке и подаче смазки составят около 15%, - the main share of power losses in
- в целом, общие потери мощности гелико-осевого насоса в варианте 1 - с упорным подшипником скольжения и в варианте 2 - с устройством разгрузки барабанного типа, совместно применяемого с узлом радиально-упорных подшипников качения, не имеют больших отличий;- in general, the total power losses of the helico-axial pump in option 1 - with a thrust plain bearing and in option 2 - with a drum-type unloading device, jointly used with an assembly of angular contact rolling bearings, do not have big differences;
б) по надежности: b) in terms of reliability:
- в варианте 1 при числе оборотов ротора насоса окружная скорость на внешнем радиусе 140 мм упорного подшипника скольжения равна 73,3 м/с, сравнение этого значения окружной скорости с допустимым значением по ГОСТ 1320-74 «Баббиты оловянные и свинцовые. Технические условия» показал превышение расчетного значения от допустимого (≤50 м/с) на 50%;- in
- в варианте 2 расчет на долговечность радиально-упорного подшипника качения 176220 ГОСТ 8995-75 показал, что полученное значение 170554 ч >> 40000 ч, причем последнее значение является минимально допустимым (Горлин С.М. - Экспериментальная аэромеханика. - Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1970. - 423 с.), при этом максимально число оборотов на гелико-осевом насосе составляет 5000 об/мин, причем это значение для радиально-упорного подшипника качения 176220 согласно ГОСТ 8995-75 не превышает допустимого значения и удовлетворяет требованиям применения в условиях переменного направления осевых усилий.- in
Указанные оценки технико-энергетической эффективности систем уравновешивания осевых сил проведены на основе методик: Чернавский С.А. - Подшипники скольжения. - М.: Госиздат, 1963, 244 с., с. 221-229; Скубачевский Г.С. - Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981, 550 с., с. 467-472.The indicated estimates of the technical and energy efficiency of axial force balancing systems were carried out on the basis of the following methods: Chernavsky S.A. - Plain bearings. - M.: Gosizdat, 1963, 244 p., p. 221-229; Skubachevsky G.S. - Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of details. - 5th ed., revised. and additional - M.: Mashinostroenie, 1981, 550 p., p. 467-472.
Согласно результатам расчетов видно, что наиболее предпочтительным вариантом системы уравновешивания осевых сил для многофазного лопастного насоса является вариант применения устройства разгрузки барабанного типа совместно с узлом радиально-упорных подшипников качения.According to the calculation results, it can be seen that the most preferable variant of the axial force balancing system for a multiphase vane pump is the variant of using a drum-type unloading device in conjunction with an assembly of angular contact rolling bearings.
Заявляемая конструкция позволяет уменьшить потери напора в подводе из-за снижения гидравлического сопротивления на входе в гелико-осевую проточную часть путем перехода от двухкорпусной схемы насоса - прототипа на секционную, что позволяет отказаться от перфорированного цилиндра (в прототипе), а входной корпус с приемным фланцевым патрубком выполнить с проставкой и с плавным переходом в кольцевое пространство подвода, имеющее, как минимум, одно радиальное ребро. Установка ребра, как описано, предотвращает закрутку потока на входе в проточную часть рабочего колеса первой ступени. Кроме того, для выравнивания поля скоростей потока и снижения отрицательного влияния обратных токов торцы лопастей на рабочем колесе первой ступени имеют проточку по конусу с уменьшением наружного диаметра лопастей от входного к выходному сечению при постоянном размере втулки, при этом стык кольца проставки с уплотнительным кольцом первой ступени выполнен с большим диаметром по уплотнительному кольцу и меньшим соответственно по кольцу проставки. Перечисленные осробенности позволяют улучшить антикавитационные характеристики и снизить энергозатраты при работе насоса. The claimed design makes it possible to reduce pressure losses in the supply due to a decrease in hydraulic resistance at the inlet to the helical-axial flow part by switching from a double-casing pump scheme - a prototype to a sectional one, which makes it possible to abandon the perforated cylinder (in the prototype), and the inlet casing with a receiving flange pipe with a spacer and with a smooth transition into the annular supply space, which has at least one radial rib. Installing the rib as described prevents swirling of the flow at the inlet to the first stage impeller. In addition, to equalize the field of flow velocities and reduce the negative effect of reverse currents, the ends of the blades on the impeller of the first stage have a groove along the cone with a decrease in the outer diameter of the blades from the inlet to the outlet section at a constant size of the sleeve, while the joint of the spacer ring with the sealing ring of the first stage made with a large diameter along the sealing ring and a smaller one, respectively, along the spacer ring. These features make it possible to improve anti-cavitation characteristics and reduce energy consumption during pump operation.
Кроме того, многофазный лопастной насос, в отличие от прототипа, включает устройство разгрузки барабанного типа совместно с “плавающим” узлом радиально-упорных подшипников качения (например, книга Подшипники качения. Справочник-каталог. - Под ред. В.Н. Нарышкина и Р.В. Коросташевского. - М.: Машиностроение, 1984, 280 с., с. 89) для компенсации основной части остаточной после устройства разгрузки осевой силы, воспринимающим осевую силу переменного направления и фиксирующим ротор в осевом направлении, что ведет к повышению надежности системы уравновешивания осевых сил ротора, так как отсутствуют поверхности скольжения на упорном подшипнике, которой применен на прототипе. При этом также снижется расход масла на охлаждение подшипников в целом.In addition, a multi-phase vane pump, unlike the prototype, includes a drum-type unloading device together with a “floating” assembly of angular contact rolling bearings (for example, the book Rolling Bearings. Directory-catalog. - Edited by V.N. Naryshkin and R .V. Korostashevsky. - M.: Mashinostroenie, 1984, 280 pp., p. 89) to compensate for the main part of the residual axial force after the unloading device, perceiving the axial force of a variable direction and fixing the rotor in the axial direction, which leads to an increase in the reliability of the system balancing the axial forces of the rotor, since there are no sliding surfaces on the thrust bearing, which is used on the prototype. This will also reduce the oil consumption for cooling the bearings as a whole.
Таким образом, заявляемый насос обеспечивает надежность и эффективность работы по перекачке нефтепродуктов и газожидкостных смесей.Thus, the inventive pump ensures the reliability and efficiency of pumping oil products and gas-liquid mixtures.
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773263C1 true RU2773263C1 (en) | 2022-06-01 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU74976U1 (en) * | 2008-03-04 | 2008-07-20 | ОАО "НК "Роснефть" | GAS-STABILIZING CENTRIFUGAL PUMP MODULE FOR OIL PRODUCTION |
RU2667532C1 (en) * | 2014-02-03 | 2018-09-21 | Нуово Пиньоне СРЛ | Multistage turbomachine with built-in electric motors |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU74976U1 (en) * | 2008-03-04 | 2008-07-20 | ОАО "НК "Роснефть" | GAS-STABILIZING CENTRIFUGAL PUMP MODULE FOR OIL PRODUCTION |
RU2667532C1 (en) * | 2014-02-03 | 2018-09-21 | Нуово Пиньоне СРЛ | Multistage turbomachine with built-in electric motors |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Буклет SULZER, MPP High Performance Multiphase Pump, SULZER LTD, 2015, https://www.sulzer.com/-/media/files/products/pumps/multiphase-pumps/brochures/mpp_high_performance _multi_phase_pump_e00601.ashx?la=ru-ru). * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Girdhar et al. | Practical centrifugal pumps | |
US3861825A (en) | Multistage pump and manufacturing method | |
CN105626540B (en) | Sectional multi-stage centrifugal pump | |
US3677659A (en) | Multi-stage pump and components therefor | |
US2678606A (en) | Centrifugal pump or compressor | |
KR102193340B1 (en) | Primary circulating pump assembly | |
US4443152A (en) | Axial slurry pump | |
RU2773263C1 (en) | Multiphase vane pump | |
US2955536A (en) | Fuel pump | |
EP3896288A1 (en) | Centrifugal pump for conveying a fluid | |
US1837873A (en) | Centrifugal pump | |
Sulzer Pumps | Sulzer centrifugal pump handbook | |
RU2485352C1 (en) | Oil delivery rotary pump with rotor running in antifriction bearings and method of improving pump performances | |
CN201090516Y (en) | Middle opening single suction multilevel diffuser centrifugal pump | |
Mohammadi et al. | Centrifugal pumps | |
CN205401146U (en) | Festival segmentation multistage centrifugal pump | |
US2947468A (en) | Multi-stage centrifugal compressor | |
US5147179A (en) | Turbine pump with multistage venting of lubricating fluid flow | |
US2395793A (en) | Centrifugal pump | |
CN105402171B (en) | A kind of multistage centrifugal pump group with external axial thrust balancing devices | |
RU2708480C1 (en) | Vertical single-stage centrifugal electrical pump unit | |
CN109654024B (en) | Double-shell axial split type ultrahigh pressure coke cutting water pump | |
EP4227535A1 (en) | Rotary pump for conveying a fluid | |
RU188870U1 (en) | HORIZONTAL CONSOLE VALVE PUMP | |
EP0223335A2 (en) | Improvements in or relating to rotary positive displacement fluid machines |