ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1995 года по МПК F04D13/08 

Изобретение относится к насосостроению, а именно к центробежным насосам, откачивающим жидкость из колодцев или скважин, диаметр которых ограничен.

Известны центробежные погружные многоступенчатые насосные агрегаты с погружным электродвигателем, имеющим литую изоляцию статора и подшипники скольжения, охлаждаемым перекачиваемой жидкостью и работающим при повышенной скорости вращения [1].

Известны также центробежные насосные агрегаты, колеса которых максимально используют ограниченный диаметр корпуса, создавая наибольший напор за счет применения бокового отвода и увеличенного диаметра колеса с открытыми лопатками [2].

Такие насосы создают максимальный напор, так как полностью используют заданный диаметр корпуса, однако трение между высокоскоростным потоком на периферии колес и корпусом вызывает большие потери и снижает экономичность насоса. Эти насосы не обеспечивают условия для эффективного применения устройств, осуществляющих разгрузку подшипников от возникающих при работе несимметричного бокового отвода осевых нагрузок. К недостаткам вышеуказанных электронасосов следует отнести рост потерь мощности двигателя на гидравлическое трение ротора при повышенной скорости вращения.

Целью изобретения является повышение экономичности, создаваемого напора, технологичности изготовления, надежности, долговечности и прочности конструкции при повышенной скорости вращения.

Цель достигается за счет того, что лопатки рабочего колеса выполнены плоскими, плоскость каждой лопатки расположена под углами к радиальной плоскости и плоскости ведущего диска, обращенной к покрывному диску, причем плоскость каждой лопатки наклонена от указанных плоскостей назад относительно направления вращения колеса, каждая лопатка снабжена участком, выступающим в осевой зазор, периферийная часть покрывного диска выполнена перекрывающей ведущий диск с образованием осевого выхода колеса, а торцевая поверхность периферийной части покрывного диска установлена с минимальным зазором относительно ответной кольцевой поверхности корпуса. Периферийная часть покрывного диска может в предпочтительном варианте перекрывать и входную часть лопаток отвода по наружному диаметру, что позволяет дополнительно повысить напор и экономичность электронасоса.

На фиг.1 изображен центробежный погружной насосный агрегат; на фиг.2 - рабочее колесо с шестью основными и шестью вспомогательными лопатками; на фиг. 3 - колесо насоса, периферийная часть покрывного диска которого выполнена перекрывающей по наружному диаметру лопаток входную часть лопаточного отвода.

Центробежный насосный агрегат содержит корпус 1 с электродвигателем, включающим статор с литой изоляцией 2 и ротор 3, вращающийся на подшипниках скольжения 4, переднюю крышку 5, закрытое рабочее колесо 6 с боковым отводом 7 и заднюю крышку 8 с выходным патрубком 9, уплотнением кабеля 10 и уплотнением корпуса 11. Рабочее колесо содержит ступицу с ведущим диском 12, плоские повернутые на выходе назад относительно направления вращения лопатки 13 и покрывной диск 14, перекрывающий его периферию по окружности на выходе. Плоские лопатки установлены и закреплены в нерадиальных прорезях ведущего диска так, что обеспечивается их поворот назад относительно направления вращения колеса, причем задние кромки лопаток выступают в осевой зазор между колесом и корпусом со стороны бокового лопаточного отвода, а торцевая поверхность периферийной части покрывного диска установлена с малым зазором по отношению к ответной кольцевой поверхности корпуса насоса. В предпочтительном варианте (см. фиг.3) периферийная часть покрывного диска 14 может быть вытянута в осевом направлении и может перекрывать по наружному диаметру входную часть лопаток 15 отвода с радиальным зазором между ее внутренней поверхностью и лопатками. Со стороны входа насоса торцевая поверхность покрывного диска используется в качестве щелевого уплотнения рабочего колеса и с этой целью установлена с малым зазором к ответной поверхности передней крышки 5.

Насосный агрегат работает следующим образом.

Жидкость через входное отверстие передней крышки 5 попадает в рабочее колесо на входные кромки лопаток и увлекается ими во вращательное движение. Однако в отличие от обычных центробежных колес периферийная часть покрывного диска, перекрывающая радиальный поток на выходе колеса, ограничивает радиальное перемещение жидкости, поворачивая поток в осевое направление, и способствует достижению максимального давления на выходе колеса. Таким образом, жидкость в колесе перемещается как в радиальном, так и в осевом направлении, причем при больших подачах поток движется ближе к покрывному диску, а при малых - к ведущему, что позволяет получать более пологую зависимость КПД от подачи при повышенном напоре насоса, который создается как за счет увеличенного диаметра колеса, так и за счет преобразования в отводе скоростного напора в давление жидкости, имеющей уже большее начальное давление, создаваемое колесом. Малый образующийся при работе насоса торцевой зазор между периферийной частью покрывного диска и ответной кольцевой поверхностью корпуса дросселирует жидкость, выходящую из колеса в переднюю пазуху, образованную передней крышкой, корпусом насоса, покрывным диском и передним щелевым уплотнением, что позволяет уравновешивать осевое уcилие, возникающее от разности давлений за колесом и на его входе. Причем при перемещении колеса под действием осевого усилия в сторону отвода осевой зазор между периферийной частью покрывного диска и корпусом прикрывается, а зазор щелевого уплотнения со стороны входа увеличивается, что приводит к падению давления в пазухе и появлению противоположно направленной уравновешивающей осевой силы. Аналогично уравновешивается усилие, направленное в сторону подвода. Задние части лопаток, выступающие в осевой зазор между ведущим диском и корпусом, обеспечивают подачу жидкости в подшипники электронасоса для их смазки и охлаждения, которая, выходя из них, используется для охлаждения ротора двигателя при пониженном давлении в его полости, причем давление жидкости, вытекающей из подшипников может уменьшаться до уровня, близкого к давлению упругости паров, что позволяет осуществлять охлаждение ротора двигателя в режиме кипения при пониженном давлении, определяемом работой задних кромок лопаток. Такой режим охлаждения позволяет существенно уменьшить потери гидравлического трения ротора за счет образования парожидкостной смеси, имеющей значительно меньшую плотность и вязкость при сохранении и даже повышении интенсивности теплоотвода. Наклонное положение задних частей плоских лопаток, пересекающих ведущий диск колеса, позволяет сепарировать и подавать в область высокого давления парогазовую фазу, используя отрывные вихревые зоны, образующиеся на кромках их тыльных поверхностей, и перемешивать ее с основным потоком жидкости, проходящей через насос. Конструкция колеса отличается повышенной прочностью, так как выходные кромки лопаток жестко скреплены с периферийной частью покрывного диска, что увеличивает прочность лопаток и крепления покрывного диска на колесе. Технологичность определяется возможностью применения штампосварной конструкции взамен литой.

При выполнении периферийной части покрывного диска, перекрывающей по наружному диаметру лопаток входную часть лопаточного отвода, преобразование скоростного напора закрученного в нем потока в давление в лопаточных каналах отвода происходит более эффективно и с меньшими потерями. Это происходит вследствие меньшей разности скоростей закрученного потока и вращающейся граничной поверхности покрывного диска по сравнению с обычной неподвижной поверхностью корпуса. Кроме того, некоторый подвод энергии от вращающейся поверхности позволяет дополнительно улучшить эффективность преобразования скоростного напора в давление, т.е. увеличить создаваемый напор.

Использование предложенной конструкции позволяет существенно повысить напор ступени насоса, работающего при повышенной скорости вращения и повысить его КПД и массогабаритные показатели.

Использование: для откачивания жидкости из колодцев или скважин. Сущность изобретения: наружные диаметры лопаток и покрывного диска закрытого рабочего колеса выполнены превышающими наружный диаметр ведущего диска, образующего с корпусом осевой зазор. Лопатки выполнены плоскими. Плоскость каждой лопатки расположена под углами к радиальной плоскости и плоскости ведущего диска, обращенной к покрывному диску. Плоскость каждой лопатки наклонена от указанных плоскостей назад относительно направления вращения колеса. Каждая лопатка снабжена участком, выступающим в осевой зазор. Периферийная часть покрывного диска выполнена перекрывающей ведущий диск с образованием осевого выхода колеса. Торцевая поверхность периферийной части покрывного диска установлена с лишним зазором относительно ответной кольцевой поверхности корпуса. Периферийная часть покрывного диска выполнена перекрывающей по наружному диаметру входные участки лопаток бокового отвода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ, содержащий корпус, закрытое рабочее колесо, наружные диаметры лопаток и покрывного диска которого выполнены превышающими наружный диаметр ведущего диска, образующего с корпусом осевой зазор, боковой лопаточный отвод и охлаждаемый перекачиваемой жидкостью электродвигатель с литой изоляцией статора и подшипником скольжения, отличающийся тем, что лопатки рабочего колеса выполнены плоскими, плоскость каждой лопатки расположена под углами к радиальной плоскости и плоскости ведущего диска, обращенной к покрывному диску, причем плоскость каждой лопатки наклонена от указанных плоскостей назад относительно направления вращения колеса, каждая лопатка снабжена участком, выступающим в осевой зазор, периферийная часть покрывного диска выполнена перекрывающей ведущий диск с образованием осевого выхода колеса, а торцевая поверхность периферийной части покрывного диска установлена с минимальным зазором относительно ответной кольцевой поверхности корпуса. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что периферийная часть покрывного диска выполнена перекрывающей по наружному диаметру входные участки лопаток бокового отвода.