КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ НАСОСОВ

Центробежный насос (рис. 12) простейшей конструкции состоит из следующих основных деталей: корпуса 6, крышки 4, рабочего колеса 5; уплотнения 3, подшипникового кронштейна 2, вала 1. На рис. 12 показан насос с направляющим аппаратом 7, оснащенный уплотняющими кольцами 8 плавающего типа. В этом насосе жид­кая среда поступает в центробежное рабочее колесо через осевой подвод и выходит из него через спиральный отвод в корпусе. Саль­никовое уплотнение предотвращает вытекание жидкости из корпуса наружу и поступление атмосферного воздуха при вакууме в полости корпуса. Возникающее осевое усилие воспринимается радиально-упорными подшипниками.

Рабочее колесо лопастных насосов состоит из •втулки и лопастей, соединенных с ней непосредственно или при по­мощи одного, или двух дисков. В зависимости от числа дисков эти колеса изготавливают открытыми (без дисков), полуоткрытыми (один диск) и закрытыми (два диска) с односторонним (рис. 13, а, в, а, е) или двусторонним входом (рис. 13,6, г).

Лопасти могут быть отогнуты назад (передача потоку жидкости потенциальной энергии — статический напор), радиальными или отогнуты вперед (передача потоку проходящей жидкости наиболь­шего количества энергии с преобладанием скоростной).

У насосов, предназначенных для перекачивания суспензий (пес­ка, шлама, грунта и т.д.), каналы в рабочих колесах значительно расширены, а число лопастей уменьшено (до двух и даже до одной).

Форма лопастей вихревых насосов (рис. 14) прямоугольная, трапециевидная или серповидная (наиболее распространенная). Форма лопастей тихоходных закрытовихревых насосов — прямо­угольная, открытовихревых — серпообразная. Форма сечения кана­лов у тихоходных насосов — круглая, у быстроходных насосов — квадратная или со скругленными концами.

Подвод — канал для направления жидкой среды к рабочему колесу, обеспечивающий осесимметричный ее поток с равномерным распределением скоростей с минимальными гидравлическими по­терями.

Конструктивно подводы выполняют в виде: конического прямого патрубка (конфузора), применяемого в консольных насосах; коленообразного входного патрубка;

со спиральной формой канала (наиболее распространенная кон­струкция).

Подвод потока жидкой среды к рабочим колесам многоступен­чатых насосов с лопаточными отводами осуществляется с помощью переводных каналов.

Рис. 14. Форма сечений проточной части (а—е) и лопа­ток (ж—к) вихревых насосов

Отвод—устройство для направления жидкой среды из рабо­чего колеса в отводящий трубопровод насоса или в рабочее колесо следующей ступени, предусмотренное для снижения скорости потока с наименьшими гидравлическими потерями и обеспечения его осе-симметричности, чтобы поток стал установившимся.

Конструктивно изготавливают спиральные, кольцевые и двухзавитковые отводы. Спиральный отвод состоит из канала переменной ширины и диффузора.

Кольцевой отвод представляет собой цилиндрический канал пос­тоянной ширины.

Двухзавитковый отвод применяют для уменьшения поперечной гидравлической силы, возникающей вследствие нарушения осевой симметрии потока.

Направляющий аппарат (лопаточный отвод), приме­няемый в многоступенчатых насосах, состоит из нескольких каналов со спиральными и диффузорными участками.

Уравновешивание осевого усилия. Во время экс­плуатации насоса на рабочее колесо действует осевая сила — ре­зультат воздействия потока жидкости на внутреннюю и наружную поверхности этого колеса.

Рис. 15 Схема уравновешивания осевого усилия

Осевая сила может быть значительной и в аварийной ситуации 5ызывать смещение рабочего колеса, нагрев подшипников, а при смещении ротора — соприкосновение колеса с неподвижными частя­ми корпуса, в результате чего происходят истирание стенок рабочего колеса иполомка насоса.

Для уравновешивания осевой силы в одноступенчатых насосах применяют: рабочие колеса с двусторонним входом; разгрузочную камеру, сообщающуюся с областью всасывания с помощью трубки или через отверстия в заднем диске (рис. 15, а); недостаток камеры — снижение к. п. д. насоса на 4—6%; радиальные ребра (рис. 15,6), уменьшающие воздействие осевойсилы за счет снижения давления жидкости на заднем диске; упорные подшипники.

Для уравновешивания осевого усилия в многоступенчатых насосахиспользуют: рабочие колеса при соответствующей системе подвода жидкости от колеса к колесу (рис. 15,5, е, ж); автоматическую гидравлическую пяту (рис. 15, е), установлен­ную за последней ступенью насоса.

Рис. 16. Схемы щелевых уплотнений рабочего колеса

Гидравлическая пята состоит из камеры низкого давления 1, промежуточной камеры 2, отжимного устройства (механической пя­ты 3 и пружины 4) и разгрузочного диска 5. Кольцевой зазор 6 предусмотрен для снижения давления в промежуточной камере, тор­цовый зазор а — для создания осевого усилия в направлении, про­тивоположном осевой силе, действующей на рабочие колеса, и для дальнейшего снижения давления жидкости перед ее входом в каме­ру низкого давления.

Уплотнения. Применяют для уменьшения перетоков жид­костей вследствие разности давлений в соседних полостях, предуп­реждения утечек жидкости и засасывания атмосферного воздуха, в область между вращающимися и неподвижными деталями насоса, применяются щелевые и концевые уплотнения различной конст­рукции.

Щелевые уплотнения — уплотнительные кольца, предназначенные для уменьшения перетоков жидкости в проточной части насоса, об­разуют между корпусом и рабочим колесом щель прямой, ступенча­той или лабиринтной формы (рис. 16, а—з).

В местах выхода вала из корпуса насоса устанавливают кон­цевые уплотнения — сальниковые или торцовые.

Сальниковое уплотнение (рис. 17, а) состоит из эластичной на­бивки 1 и нажимной втулки 2. При давлении всасывания р_о ниже атмосферного в сальнике устанавливают кольцо 3 (рис. 17,6), к ко­торому из отводящего трубопровода насоса подводится поток жид­кости. Этим исключается подсасывание воздуха из атмосферы.

Иногда предусматривают разгрузку сальника (рис. 17, в). Жид­кая среда в этом случае через цилиндрический дросселирующий за­зор длиной l между валом и втулкой поступает в полость с пони­женным давлением.

При перекачивании горячих жидкостей и сжиженных газов сальник сдается водой, омывающей снаружи его корпус (рис. 17, г) рубашку вала (рис. 17, д.)

Рис. 17 Схемы сальниковых уплотнений вала

Торцовые уплотнения по сравнению с сальниковыми, менее чув­ствительные к несносности вала и корпуса, приспособлены к работе в более широком диапазоне температур и давлений. Трение в них уменьшено, а утечки сокращены.

По типу компенсации осевого смещения вала торцовые уплотненияподразделены на две группы: с вращающимся и с невращающимися аксиально-подвижным элементом.

По направлению подвода жидкости различают торцовые уп­лотнения с внешним или внутренним подводом.

Удельное давление в паре трения не всегда соответствует дав­лению уплотняемой жидкости. Это зависит от конструкции уплотнения, которая характеризуется коэффициентом гидравлической разгрузке.

Гидравлическая разгрузка достигается установкой торцового уп­лотнения на ступенчатом валу или на специальной втулке (гильзе), с помощью которых обеспечивается требуемая разность диаметров подвижной и неподвижной втулок.

Неразгруженные уплотнения применяют при легких рабочих ус­ловиях (при низких давлениях уплотняемой жидкости), а разгру­женные— при давлениях более 0,7 МПа (для снижения удельного давления на контактных поверхностях рабочих втулок).

Для центробежных нефтяных насосов используются торцовые уплотнения следующих типов:

Т — торцовое одинарное;

ТП — торцовое одинарное для повышенных температур;

ТВ — торцовое одинарное для высоких температур;

ТД — торцовое двойное;

ТДВ — торцовое двойное для высоких температур.

Область применения торцовых уплотнений указана в табл. 4.

Допускается вязкость при 40°С не более 0,5 см²,с.

Уплотнения типа Т – одинарное гидравлически разгруженное с вращающимся узлом аксиально подвижной втулки 4 (рис.18), установленной в гильзе 8 на закладном кольце 3 круглого сечения. Крутящий момент втулке передается двумя штифтами 2, запрессованными в кольцо 1.

Неподвижная втулка 5 установлена в корпусе 15, прикрепленном к обойме 16 на уплотнительном кольце 6 круглого сечения и удерживается по проворачиванию штифтом 13, запрессованным в лабиринтную втулку 11, зафиксированной в осевом направлении с помощью скобы 14. Гильза 8 крепится к валу насоса клемнным кольцом 7, огражденным перегородкой 12 и стягиваемым болтом 10 и гайкой. Зазор между гильзой и валом насоса герметизируется резиновым кольцом 9. Благодаря возникающей силе трения положение клеммного кольца 7 надежно фиксируется на валу, в результате чего оно способно передать крутящий момент от вала к гильзе 8, а также воспринять осевую силу, прижимающую гильзу к кольцу 7.

По отверстию А в полость между неподвижной и лабиринтной втулками поступает охлаждающая жидкость, стекающая через от­верстие в корпусе уплотнения. Такая жидкостная завеса способству­ет отводу тепла от пары трения, а также препятствует испарению жидкости, отводимой на дренаж.

По отверстию В, соединенному трубкой с напорной спиралью насоса, в камеру уплотнения подводится в небольших количествах перекачиваемая жидкость, отводящая тепло от пары трения, а так­же удаляющая продукты износа рабочих втулок.

Уплотнение типа ТП по конструкции аналогично уплотнению типа Т. Различие заключается лишь в том, что для отвода фрик­ционного тепла с трущейся пары предусмотрена принудительная циркуляция перекачиваемой жидкости через камеру уплотнения, осуществляемая с помощью встроенного импеллера по системе ка­мера уплотнения — охлаждаемый бачок — камера уплотнения.

Уплотнение ТВ — торцовое одинарное с теплообменным устройством. В отличие от уплотнения типа ТП оно имеет специальный холодильник, устанавливаемый в сальниковой камере насоса. Хо­лодильник предусмотрен для охлаждения вала и жидкости, находя­щейся в зазоре между валом и холодильником. Характеристика уп­лотнений приведена в табл. 5.

Таблица 5. Характеристика уплотнений

Уплотнение двойное типа ТД (рис. 19) по конструкции анало­гично уплотнению типа Т. Различие заключается в том, что предус­мотрены вторая (внутренняя) пара трения и стопорное кольцо 10.

В полость, образуемую двумя парами трения и корпусом 5 с переходником 7, поступает уплотнительная (затворная) жидкость с давлением на 0,05—0,15 МПа, превосходящим давление перекачи­ваемой (уплотняемой) жидкости. Благодаря этому предотвращается утечка перекачиваемой жидкости или выделение ее паров в атмосферу.

Рис. 19 Разрез торцевого уплотнения типа ТД

В системе подачи уплотнительной жидкости должна быть предусмотрена ее циркуляция для обеспечения интенсивного отвода фрикционного тепла от пары трения.

Внутренняя пара трения воспринимает перепад давления, равный разности между давлением уплотнительной и уплотняемой жид­кости.Внешняя пара трения воспринимает больший перепад давления, равный разности между давлением уплотнительной жидкости в камере уплотнения и атмосферным давлением. В связи с этим внешняя пара рабочих втулок выполнена гидравлически разгруженной, авнутренняя — неразгруженной. Коэффициент разгрузки составляет примерно 0,7. На гильзе 4 предусмотрены вращающиеся втулки 2, установленные на закладных резиновых уплотнительных кольцах 8 круглого сечения. Крутящий момент от гильзы к каждой втулке передается штифтами.

Пружины 6, опирающиеся опорными поверхностями во вращающиесявтулки и опорное кольцо 1, напрессованное на гильзу, обеспечивают предварительныйконтакт рабочих поверхностей в обеих парах трения. Неподвижные рабочие втулки 3, 11 установлены вкорпусе уплотнения 5 и переходнике 7. Втулка 11 удерживается от проворачивания штифтом 12. Стопорное кольцо 10 предназначено для ограничения перемещения неподвижной втулки при внезапном падении давления уплотнительной жидкости в камере уплотнения.

Уплотнения типа ТД рассчитаны на циркуляционную систему подачи уплотнительной жидкости в камеру уплотнения. Уплотнительная жидкость циркулирует через отверстия в корпусе под дав­лением на 0,05—0,15 МПа выше, чем давление уплотняемой жид­кости.

Уплотнение торцовое двойное с затворной жидкостью и теплообменным устройством типа ТДВ по конструкции отличается от уп­лотнения типа ТД тем, что жидкость, находящаяся в контакте с уз­лом уплотнения, охлаждается до температуры 80°С с помощью спе­циального холодильника, устанавливаемого в сальниковой камере насоса.

НЕФТЯНЫЕ НАСОСЫ

Нефтяные центробежные насосы, рассчитанные на работу в условиях возможного образования взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, применяют в технологических установках нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств для перекачиваемой нефти, сжиженных углеводородных газов, нефтепродуктов и других жидкостей, сходных с указанными по физическим свойствам (плотности, вязкости и др.) и коррозионному воздействию на материал деталей насосов. Максимальное содержание твердых взвешенных частиц в перекачиваемой жидкости не должно превышать 0,2%, а их размеры — 0,2 мм.

Насосы изготавливают следующих типов: К - консольные горизонтальные одно- и двухступенчатые; С — горизонтальные секционные межопорные с осевым разъемом корпуса; СД — горизонтальные секционные межопорные двухкорпусные; ВМ — вертикальные, встраиваемые в трубопровод.

В зависимости от температуры перекачиваемой среды для из­готовления деталей проточной части насоса используют ту или иную сталь (табл. 9).

Таблица 9

Условное давление корпуса р_у — один из параметров, опреде­ляющий соответствие выбранного насоса конкретным условиям экс­плуатации, на которое рассчитаны корпусные детали насоса (табл. 10), при этом давление на входе в насос не должно превышать: для насосов типов К, С, СД — 2,5 МПа, для насосов типа ВМ — 1,0 МПа.

Таблица 10

Примечание: Сталь, из которой изготовлены детали проточной части: С – углеродистая; Х – хромистая; М – малоникелевая; Н – никельсодержащая.

Рабочее давление на выходе из насоса не должно превышать Р_УК, где К — коэффициент, определяемый по графику (рис. 28), за­висящий от материала корпусных деталей и температуры перекачи­ваемой жидкости.

В местах выхода вала из корпуса насоса устанавливают саль­никовые (с подводом или без подвода затворной жидкости) или торцовые одинарные или двойные уплотнения, взаимозаменяемые по присоединительным и посадочным размерам для насоса каждой марки.

Маркировка уплотнения вала:

сальниковое охлаждаемое — СО;

сальниковое охлаждаемое с подачей затворнвй жидкости — СГ;

торцовое одинарное с проточной циркуляцией перекачиваемой насосами жидкости — ОП;

торцовое одинарное с самостоятельным контуром циркуляции перекачиваемой насосом жидкости — ОК;

торцовое одинарное с самостоятельным контуром циркуляции перекачиваемой насосом жидкости и теплообменным устройством ва­ла насоса — ОТ;

двойное торцовое с контуром циркуляции затворной жидкости в теплообменным устройством вала насоса — ДТ;

двойное торцовое с контуром циркуляции затворной жидко­сти – ДК.

Для охлаждения масла в подшипниках и узлах уплотнения ва­ла используют жидкость (пресную воду или антифриз), подаваемую по вспомогательным трубопроводам в полости в соответствующих деталях насоса. В качестве затворной жидкости для сальникового уплотнения или двойного торцового уплотнения применяют мине­ральные масла: индустриальное 20, турбинное 22, трансформаторное и другие вязкостью 10—30 мм²/с (при 59°С). Подвод и отвод зат­ворной жидкости также осуществляется по вспомогательным тру­бопроводам, собираемым в зависимости от условий работы насоса по одной из типовых схем (рис. 29).

Расход охлаждающей и затворной жидкости для насосов типа НК показан в табл. 11.

Насосы типа К, предназначенные для работы в системах Промыслового сбора и транспорта нефти, выпускают в специаль­ном исполнении с охлаждением узлов и деталей перекачиваемой жидкостью.

Основные технические характеристики насосав типа К для пере­качиваемой среды плотностью1000 кг/м³ и вязкостью 0,01 см²/с приведены в табл. 12.

Одноступенчатые насосы с подачей до 250 м³/ч изготовляют с рабочим колесом одностороннего входа, насосы с подачей свыше 250 м³/ч —с рабочим колесом двустороннего входа.

Каждый насос может быть изготовлен с рабочими колесами одного из четырех размеров выходного, диаметра: номинального (ва­риант а) и обточенных (варианты а, в и г), обеспечивающих соответствующие характеристики Q-H.

Рис. 29 Принципиальная гидравлическая схема насоса с уплотнением типа ДК:

1, 3и 6 – вентиль соответственно запорный, запорный игольчатый и игольчатый; 2 – сосуд разделительный; 4 – манометр; 5 – аккумулятор пружинно-гидравлический; 7 – указатель подачи; трубопроводы: I – охлаждающей жидкости; II – дренажа; III – запорной (уплотнительной) жидкости; IV – передача импульса.

Корпус насоса, отливаемый заодно с опорными лапами, вход­ным и выходными патрубками, устанавливают на стойках фунда­ментной плиты. Опорные поверхности лап расположены в горизон­тальной плоскости, проходящей через ось вала. Крышку подсоеди­няют к корпусу со стороны привода, стык между фланцами крышки и корпуса герметизируют спирально навитой прокладкой.

Вал устанавливают на двух опорах — шариковых подшипниках, смонтированных в подшипниковом кронштейне, который опорной лапой присоединен к фундаментной плите, а фланцем — к крышке корпуса. Подшипниковая опора со стороны привода состоит из двух радиально-упорных подшипников, воспринимающих осевое и радиаль­ные усилия. Между этими подшипниками устанавливают комплек­товочные шайбы, создающие предварительный натяг в подшипниках. Внутренние кольца подшипников от осевого перемещения закрепля­ют с помощью шайбы и гайки, которые одновременно крепят полу­муфты зубчатой муфты и распорную втулку. Другая подшипниковая опора вала (два радиальных шариковых подшипника) предусмот­рена для восприятия радиальных усилий.

Таблица 11

Насосы с приводом монтируют на общей фундаментной плите. Валы их соединяются с помощью зубчатой муфты с промежуточ­ным валом. При этом длина промежуточного вала позволяет разби­рать насос без демонтажа его корпуса, электродвигателя, входного и выходного трубопровода. Зубчатая муфта имеет ограждение, которое крепится к фундаментной раме болтами.

Насосы типа К выпускают с направляющим аппаратом или со спиральным корпусом.

Направляющий аппарат — разборный, состоит из четырех частей. Размещен он в кольцевой расточке корпуса. Если насос выпол­нен со спиральным корпусом, для уравновешивания радиальных сил, действующих на ротор, спиральный отвод выполнен двойным.

Насосы типа С и СД. Секционные межопорные насосы подразделены на два типа: НС — нефтяные секционные и НСД — нефтяные секционные двухкорпусные (рис. 32). Основные техниче­ские характеристики насосов этого типа для перекачиваемой среды плотностью 1000 кг/м³ и вязкостью 0,01 см²/с приведены в табл. 15.

Примечание: Частота вращения вала насосов типов НК35/50 – НК1000/320 составляют 2950 мин^-1, наосов типов НК1000/50 – НК1600/80 – 1475 мин^-1.

Рис. 32. Продольный разрез секционного межопорного насоса:

1 и 9 — опоры вала; 2 — вал; 3 — уплотнение; 4 и 5 — входная камера соответственно I и II ступеней; 6 — рабочее коле­со; 7 — корпус

Таблица 15

Примечание. Частота вращения вала насосов составляет 2950 мин^-1.

Секционные насосы типов С и СД аналогично насосам типа К изготавливают с рабочими колесами одного из четырех размеров выходного диаметра: номинального (вариант а) и обточенных (ва­рианты б, в, г). Размеры рабочих колес в зависимости от варианта исполнения указаны в табл. 16.

Таблица 16

В горизонтальных секционных межопорных нефтяных насосах типа С (с осевым разъемом корпуса) и типа НС (с торцовым разъе­мом корпуса) используют рабочие колеса одностороннего входа. Ус­танавливают их на валу между двумя выносными опорами. В каче­стве опор используют два радиальных шарикоподшипника, воспри­нимающих радиальные нагрузки, и два радиально-упорных шарикоподшипника, воспринимающих осевые усилия и радиальные нагрузки. Уплотнения вала — сальниковые (с подводом или без подвода затворной жидкости) и торцовые одинарные или двойные.

Насос и электродвигатель привода, соединенные с помощью зуб­чатой муфты с промежуточным валом, монтируют на общей фунда­ментной плите.

Марки сталей, применяемых для изготовления основных деталей; секционных насосов, указаны в табл. 17.

Таблица 17