ВИДЫ ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ

Лопастные насосы вместе с объемными различаются по следующим общим конструктивным признакам.

1. Направление оси расположения и вращения рабочих органов: горизонтальные или вертикальные.

2. Число ступеней и потоков: одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые; однопоточные, двухпоточные, многопоточные.

3. Расположение рабочих органов и опор: консольные, у которых рабочие органы расположены на консольной части их вала; моноблочные — с рабочими органами, расположенными на валу двигателя; с выносными опорами, изолированными от перекачиваемой жидкости; с внутренними опорами, которые соприкасаются с перекачиваемой жидкостью.

4. Расположение входа в насос — с осевым, боковым и двухсторонним входами.

5. Конструкция и вид разъема корпуса: с торцовым разъемом корпуса в плоскости, перпендикулярной к оси насоса; секционные — с торцовым разъемом каждой ступени; с осевым разъемом в плоскости, проходящей через ось насоса; двухкорпусные — с дополнительным внешним корпусом, рассчитанным на большое давление; с защитным корпусом — со съемной внутренней оболочкой, предохраняющей основной корпус от абразивной среды в песковых насосах; футерованные, проточная часть которых защищена от химически агрессивных или абразивных сред керамикой, резиной и другими материалами.

Рассмотрим типовые конструкции насосов.

Консольные насосы. Достоинство консольных насосов — только одно уплотнение вала. «Классическая» конструкция одноступенчатого насоса — с горизонтальным исполнением на опорной стойке, в которой размещены две

выносные опоры качения (рис. 1.9, а). В некоторых моделях в стойке предусмотрен только один подшипник, а второй опорой служит бронзовая или резиновая втулка, установленная в корпусе насоса и смазываемая перекачиваемой жидкостью.

На рис. 1.9, б показан вариант многоступенчатого секционного насоса.

В моноблочном исполнении насоса опорная стойка отсутствует, поскольку насос не имеет собственного вала. Насос крепится к фланцу электродвигателя (рис. 1.9, в) или, наоборот, двигатель подвешивается к корпусу насоса, снабженному массивными лапами (рис. 1.9, г).

В герметичном моноблочном насосе (рис. 1.9, д) перекачиваемая жидкость используется для охлаждения электродвигателя и смазки подшипников. Такие насосы служат для перекачивания токсичных жидкостей, сжиженных газов и других жидкостей в широком диапазоне температур (от —80 до +450° С) и давлений (до 75 МПа).

Консольные насосы для горячих нефтепродуктов и сжиженных газов отличаются развитой по длине крышкой корпуса, вмещающей разгрузочное устройство для снижения давления перед уплотнением вала. При перекачивании горячего нефтепродукта в рубашку крышки подается холодная вода. В случае работы на сжиженном газе крышку насоса приходится, наоборот, подогревать горячей водой для предотвращения обмерзания уплотнения при вытекании и испарении сжиженного газа. Корпус насоса установлен на отдельной массивной стойке, охлаждаемый подшипниковый кронштейн присоединен фланцем к крышке насоса, а опорной лапой — к фундаментной плите (рис. 1.9, е).

Нефтяные консольные насосы разделяются на несколько групп: одноступенчатые с рабочим колесом одностороннего входа; одноступенчатые с рабочим колесом двустороннего входа с двухзавитковым спиральным отводом или направляющим аппаратом; двухступенчатые с колесами одностороннего входа.

Консольные вертикальные насосы в проточной части идентичны горизонтальным, но отличаются от последних компоновкой корпуса и опор. При вертикальном расположении экономится площадь, занимаемая насосным агрегатом и в некоторых случаях облегчается соединение трубопроводов. Рассмотрим варианты компоновки вертикальных насосов.

1. Подвесной насос (рис. 1.9, ж). Удлиненный корпус подшипников 1 подвешен на опорном фонаре 2, сверху которого установлен фланцевый электродвигатель 3. Фонарь имеет окна для доступа к соединительной муфте. Силу тяжести ротора и осевое гидравлическое усилие воспринимает верхний подшипник насоса.

2. Колодезное исполнение (рис. 1.9, а). Насосный агрегат состоит из насоса с осевым входом 1, трубопровода 2, вмещающего вал насоса и защищающую его трубу, опорной станины 8 с выходным патрубком, корпуса подшипников 4 и фланцевого двигателя 5. Агрегат удобен для откачки жидкости из заглубленных резервуаров.

3. Моноблочное исполнение (преимущественно герметичных насосов). Двигатель расположен над корпусом насоса или под ним (рис. 1.9, и).

4. Безопорный моноблочный насос с одноосным расположением входного и выходного патрубков (рис. 1.9, к). Для таких линейных насосов не нужно сооружать фундаменты, благодаря чему в последнее время их стали широко применять для различных целей.

5. Крупные консольные насосы, используемые на заглубленных насосных станциях систем подготовки и закачки воды в пласты (рис. 1.9, л). Сила тяжести ротора и осевое усилие воспринимаются пятой электродвигателя 1.

Насосы с осевым разъемом широко используются для промышленного и коммунального водоснабжения, для транспорта нефти. Осевой разъем корпуса обеспечивает осмотр и извлечение ротора без демонтажа трубопроводов и двигателя. Ротор насоса выполняется в виде самостоятельного узла. Насосы этого типа имеют, как правило, спиральные отводы, две симметрично расположенные выносные опоры, два одинаковых

узла концевых уплотнений и гидравлически уравновешенный ротор. Входной и выходной патрубки отливаются за одно целое с корпусом под углом 180° (иногда 90°) друг к другу.

1. Одноступенчатые насосы (типа Д и др.) имеют рабочее колесо с двусторонним входом и общий входной патрубок (рис. 1.10, а). Такие насосы устанавливают на насосных станциях системы подготовки и закачки воды в нефтяные пласты. Существует модификация с вертикальным исполнением для заглубленных насосных станций.

2. Многоступенчатые насосы (типа М и др.) отличаются сложной коробчатой формой корпуса с переводными каналами, соединяющими ступени (рис. 1.10, б, в). Рабочие колеса с односторонним входом расположены по схемам, рассмотренным выше (см. рис. 1.5, е). При нечетном числе ступеней первое рабочее колесо имеет двусторонний вход. Для уменьшения радиальных сил спиральные отводы в ступенях смещены относительно друг друга по окружности. В некоторых моделях предусмотрены внешние переводные трубы (рис. 1.10, г). Межступенчатые перегородки корпуса используются для установки в них подшипников скольжения, служащих промежуточными внутренними опорами ротора. Внешний радиально-упорный подшипник воспринимает неуравновешенную часть осевого усилия.

3. Двухкорпусные насосы. При высоких давлениях и температуре трудно обеспечить плотность прилегающих поверхностей, вследствие чего насос приходится усложнять установкой наружного корпуса. Давление в межкорпусном пространстве такое же, как в выходном патрубке. Благодаря этому внутренний корпус сжат, и соединительные фланцы могут затягиваться более слабо, чем в том случае, когда давление внутри корпуса больше давления снаружи. Для перекачивания сжиженных газов применяют вертикальные двухкорпусные многоступенчатые насосы, устанавливаемые в шахтах.

Секционные насосы преимущественно распространены для откачки воды из шахт, для питания паровых котлов при высоких давлениях (до 45 МПа) и температуре, для закачки холодной или горячей воды в пласты, для перекачивания горячих нефтепродуктов и сжиженных газов. Особенность и достоинство секционных насосов — использование одинаковых секций для ряда однотипных насосов, рассчитанных на различное давление. Рабочие колеса с односторонним входом расположены на валу входным отверстием в одну сторону, и для восприятия большого осевого усилия служит автоматическая гидропята. Секционные насосы бывают однокорпусные и двухкорпусные.

Одинарный корпус (рис. 1.11, а) состоит из секций 2 и крышек 1 и 3. Секции и крышки центрируются на цилиндрических заточках. Уплотнение стыков происходит за счет металлического контакта притертых поясков и при помощи резиновых колец. Уплотняющее усилие создается стяжными шпильками, которые воспринимают также усилия от температурных деформаций корпуса. Крышки литые, либо сварно-литые; секции — литые или кованые. Внутри секции зафиксированы направляющие аппараты, выполненные с обратными подводящими каналами в одной или в двух литых деталях. Чтобы избежать разборки ротора, в некоторых насосах применяют разъемные направляющие аппараты (рис. 1.11, б).

Двойной корпус (рис. 1.1, в) состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 корпусов, Секции внутреннего корпуса объединены в общий узел при помощи длинных шпилек. Уплотнение стыков создается за счет наружного давления жидкости. При разборке внутренний корпус извлекается вместе с ротором. Двухкорпусная конструкция позволяет производить сборку и разборку насоса без демонтажа присоединительных трубопроводов, что особенно важно для крупных машин. В однокорпусном насосе все стыки секций внешние, а двухкорпусный имеет только один внешний стык между наружным корпусом и крышкой, что повышает безопасность эксплуатации таких насосов. Вместе с тем двухкорпусные насосы сложнее в изготовлении и обладают большой металлоемкостью, вследствие чего они применяются для специальных целей при крайней необходимости.

Скважинные насосы в зависимости от расположения электродвигателя делятся на две группы: с трансмиссионным валом и погружные.

Насосы с трансмиссионным валом подвешивают в скважине на колонне нагнетательных труб (рис. 1.12, а). Фланцевый электродвигатель 1 установлен над устьем скважины на опорной станине 2. Приводной вал, нагнетательные трубы и корпус насоса собирают из секций (рис. 1.12, б, в). Насосы различаются:

а) расположением опорного подшипника, воспринимающего вес вращающихся частей насоса, — с опорой в двигателе и с опорой в станине;

б) системой смазки промежуточных опор приводного вала — со смазкой чистой водой (насосы, имеющие лигнофолевые или резиновые подшипники) и со смазкой маслом (насосы, у которых приводной вал помещен в маслоподающую трубу). Насосы данной группы устанавливают в артезианских и подрусловых скважинах глубиной не более 100 м, в частности, на водозаборных станциях для подачи воды на станции второго подъема систем заводнения нефтяных пластов.

Погружные насосы (рис. 1.12, г) отличаются от предыдущих непосредственным соединением с электродвигателем 1, который устанавливают в скважине вместе с насосом под уровнем жидкости. Кабель питания 2 двигателя спускается параллельно колонне нагнетательных труб.

Погружные насосы различаются:

а) системой защиты электродвигателя — .сухие, маслозаполненные, полусухие и мокрые электродвигатели;

б) соединением ступеней — бескорпусные с фланцевыми соединениями секций (рис. 1.12, г) и с корпусом в виде трубы, внутри которой помещены ступени насоса. Такие насосы используют для откачки жидкости из глубоких скважин, и они являются одним из основных средств механизированной добычи нефти. Их устройство рассматривается в специальном курсе, посвященном машинам и оборудованию для добычи нефти и газа.