НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК F04C11/00 

Изобретение относится к гидромашиностроению, а более точно к насосному агрегату, представляющему собой сочетание насоса с приводным гидромотором и предназначенному преимущественно для откачки из емкостей вязких пожароопасных сред.

Широко известны насосные агрегаты с насосом необъемного вытеснения, как правило центробежным, и с приводом от гидравлической или газовой турбины. Однако такие агрегаты неспособны работать с вязкими жидкостями и развивать высокую удельную мощность. Известен погружной насосный агрегат, содержажий соосно расположенные насосную и приводную секции, выполненные в виде одновинтовых гидромашин героторного типа [1] Такой насосный агрегат способен перекачивать вязкие жидкости и развивать высокую удельную мощность при относительно малых поперечных размерах.

Однако, в известном насосном агрегате такого типа, предназначенном для откачки жидкости из буровой скважины, выход приводной секции и напорная камера секции сообщаются с общей магистралью, а поэтому отработанная жидкость гидромотора смешивается с откачиваемой жидкостью. Это ограничивает использование подобного агрегата указанной узкой областью или ставит перед необходимостью использования специальных устройств для разделения смеси жидкостей. Вместе с тем разобщение полостей насосной секции и гидромотора, выполненных в виде одновинтовых гидромашин является сложной проблемой, так как в таких гидромашинах винты кроме вращения совершают также и ротационное движение. Кроме того использование героторных гидромашин обуславливает сравнительно низкую надежность и малых межремонтный ресурс насосного агрегата, а его применение возможно только для перекачки низкотемпературных жидкостей.

Наиболее близким аналогом изобретения является насосный агрегат, содержащий размещенные в корпусе и имеющие общий ведущий вал насосную секцию и приводную секцию в виде трехвинтовой гидромашины, полости которых разобщены разделительным устройством, а входная камера насосной секции предусмотрена в торцевой части корпуса агрегата [2] Такой насосный агрегат, благодаря использованию трехвинтового гидромотора, способе развивать высокую удельную мощность и обладает достаточно высокой надежностью и долговечностью в эксплуатации. При этом в нем обеспечено разделение потоков рабочей и перекачиваемой сред.

Однако выполнение насосной секции в известном агрегате в виде центробежной гидромашины не позволяет эффективно использовать его для перекачки вязких сред и увеличивает поперечный габарит, что ограничивает возможности его работы в стесненных условиях, в частности при откачке жидкостей из резервуаров. Вместе с тем, уплотнение, примененное для разобщения полостей насосной секции и гидромотора, способно надежно функционировать только благодаря более высокому давлению в напорной полости гидромотора, при этом в моменты отключения последнего возможно проникновение перекачиваемой жидкости в его полость, что может привести к нежелательным последствиям.

В основу изобретения поставлена задача создания насосного агрегата, в котором было бы такое сочетание насосной секции и приводной, которое при надежном разделении полостей насосной секции и приводной, позволяло бы перекачивать любые жидкие среды и обладало высокой маневренностью и большим межремонтным ресурсом.

Эта задача решена в насосном агрегате, содержащем размещенные в корпусе и имеющие общий ведущий вал насосную секцию и приводную секцию в виде трехвинтовой гидромашины, полости которых разобщены разделительным устройством, а входная камера насосной станции предусмотрена в торцевой части корпуса агрегата, в котором, в соответствии с сущностью настоящего изобретения, насосная секция, как и приводная, выполнена в виде аналогичной трехвинтовой гидромашины, а разделительное устройство в виде двух размещенных в расточках корпуса втулок, одна из которых со стороны полости приводной секции закреплена на ведущем валу и выполнена с наружной винтовой поверхностью в качестве винтового отражателя, а вторая со стороны полости насосной секции установлена в корпусе неподвижно и образует уплотнительное соединение с одним из подвижных элементов.

Такое решение, благодаря выполнению насосной секции в виде трехвинтовой гидромашины, обеспечивает перекачку насосным агрегатом жидкостей с любой вязкостью, а использование сочетания трехвинтовых гидромашин позволяет создать очень надежную и компактную конструкцию агрегата с малым поперечным габаритом, что обуславливает его высокую маневренность и возможность эффективного использования при откачке жидкостей из резервуаров. Вместе с тем, так как в трехвинтовых гидромашинах, в отличие от одновинтовых, не происходит ротации валов, обеспечивается возможность применения относительно простого разделительного устройства, которое при указанном исполнении позволяет надежно разобщить полости обеих трехвинтовых гидромашин.

Выполнение уплотнительного соединения неподвижной втулки с сопряженными с ней подвижными элементами может быть различным. Одним из наиболее целесообразных вариантов является использование уплотнения лабиринтного типа между торцевыми поверхностями обеих втулок, расположенных в контакте друг с другом, и организация винтовых линий ведущих роторов обеих гидромашин в одном направлении с передачей осевого усилия через втулку, закрепленную на ведущем валу, на неподвижную втулку, выполненную в виде опорного функционального элемента. При таком исполнении в процессе работы обеспечивается постоянный надежный контакт противолежащих поверхностей лабиринтного уплотнения за счет усилия прижима, создаваемого осевым усилием ведущего вала. Вместе с тем взаимодействующие друг с другом втулки в указанном решении выполняют совмещенные функции как элементов разделения полостей обеих гидромашин, так и опорных элементов.

Изображенный на чертеже насосный агрегат предназначен для откачки вязких нефтяных продуктов из резервуаров с верхним люком, например из железнодорожных цистерн.

Насосный агрегат содержит корпус 1, в котором расположена насосная секция А и приводная секция Б. В нижней торцевой крышке корпуса 1 выполнено окно 2 для прохода откачиваемой жидкости к рабочим органам винтовой секции. Вокруг нижней части корпуса 1 закреплен фланец 3 для установки насосного агрегата на плавучем несущем средстве, отслеживающем уровень откачиваемой среды. В верхней торцевой крышке корпуса 1 имеется патрубок 4 для выхода рабочей жидкости приводной секции, в качестве которой используются минеральные масла, в частности, турбинное, индустриальное и т.п. Боковая цилиндрическая стенка корпуса 1 выполнена с патрубком 5 для подачи рабочей жидкости и патрубком 6 для отвода откачиваемой жидкости.

Насосная секция А и приводная секция Б выполнены в виде аналогичных по конструкции трехвинтовых гидромашин, имеющих общий ведущий вал 7, несущий ведущие винтовые роторы 8 и 9 насосной и приводной гидромашин, соответственно. Винтовые линии роторов 8 и 9 выполнены с одинаковым направлением. С ведущими винтовыми роторами 8 и 9 взаимодействуют по два взаимозаменяемых ведомых винтовых ротора 10 и 11, соответственно.

Между насосной секцией А и приводной Б в расточках корпуса 1 размещены две втулки 12 и 13. Втулка 12 неподвижно закреплена в корпусе 1, например с помощью посадки с натягом, упираясь своим буртом 14 в осевом направлении в соответствующий бурт корпуса 1. Втулка 13 неподвижно закреплена на ведущем валу 1, в частности с помощью штифта 15, контактируя одной из своих торцевых поверхностей со смежной торцевой поверхностью втулки 12. При этом в зоне их контакта сформировано уплотнение 16 лабиринтного типа. На наружной боковой цилиндрической поверхности втулки 13 сделана винтовая накатка 17, выполняющая функцию винтового отражателя. Втулка 12 выполнена из антифрикционного материала, например, из чугуна антифрикционного серого, а втулка 13 из каленой стали так, что при этом втулка 12, упираясь в осевом направлении своим буртом 14 в соответствующий бурт корпуса 1, способна выполнять функцию опорной плиты, воспринимая через втулку 13 осевое усилие от ведущего вала. Втулка 13 служит также одной из опор ведомых роторов 9.

В качестве вспомогательного опорного элемента ведущего вала 7 для процессов включения и выключения насосного агрегата, когда меняется направление осевого усилия, предусмотрена опорная пята 18. Имеются соответствующие опорные пяты 19, 20, 21 и для ведомых винтовых роторов.

Насосный агрегат работает следующим образом.

Насосный агрегат закрепляют на плавучем несущем средстве. Патрубки 4 и 5 подключают к гидросистеме, управляющей работой гидромашины Б, а патрубок 6 к трубопроводу перекачки жидкости из резервуара. Затем насосный агрегат через горловину резервуара опускают в него и, включая работу гидросистемы подают масло в полость гидромашины Б. Она начинает работать как обычный трехвинтовой гидромотор, приводя во вращение ведущий вал 7. При этом вступает в работу насосная секция А, функционируя как обычный трехвинтовой насос, т.е. осуществляя забор жидкости через окно 2 и подавая ее под напором к патрубку 6. В процессе работы осевые усилия ведущего вала 7 передаются через втулку 13 на втулку 12, функционирующую как опора. При вращении ведущего вала 7 масло, поступающее в щелевой зазор между расточкой корпуса 1 и втулкой 13 из напорной камеры моторной секции Б, отбрасывается винтовым отражателем, функцию которого выполняет винтовая накатка 17.

Как следует из изложенного, насосный агрегат в соответствии с изобретением достаточно прост в управлении. При этом он состоит из относительно малого числа деталей, что обуславливает его высокую надежность.

Достаточно широки и возможности применения насосного агрегата в соответствии с изобретением. Он может использоваться для перекачки высокотемпературных жидкостей, например для выгрузки разогретого битума из емкостей. Насосный агрегат может быть использован на подвижных транспортных средствах с подключением к их гидросистеме. Благодаря простоте управления насосный агрегат может быть использован и в качестве дозирующего устройства или другого подобного насосного оборудования с регулируемой производительностью.

Использование: преимущественно для откачки из емкостей вязких пожароопасных сред. Сущность изобретения: насосная секция А и приводная секция Б размещены в одном корпусе 1, имеют общий ведущий вал 7 и выполнены в виде одинаковых трехвинтовых гидромашин, полости которых разобщены разделительным устройством. Последнее содержит две втулки 12 и 13. Втулка 13 закреплена на валу 7 и на наружной поверхности имеет винтовую нарезку, а втулка 12 неподвижно установлена в расточке корпуса 1. Между плоcкими торцевыми поверхностями контактирующих друг с другом втулок 12 и 13 выполнено лабиринтное уплотнение 16. Винтовые линии ведущих роторов 8, 9 имеют одинаковое направление и их осевое усилие через втулку 13 передается на втулку 12, которая выполняет функцию опорного элемента. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Насосный агрегат, содержащий размещенные в корпусе и имеющие общий ведущий вал насосную секцию и приводную секцию в виде трехвинтовой гидромашины, полости которых разобщены разделительным устройством, а входная камера насосной секции предусмотрена у торцевой части вала, отличающийся тем, что насосная секция выполнена в виде трехвинтовой гидромашины, аналогичной трехвинтовой гидромашине приводной секции, а разделительное устройство в виде двух размещенных в расточках корпуса втулок, одна из которых со стороны полости приводной секции закреплена на ведущем валу и выполнена с наружной винтовой поверхностью в качестве винтового отражателя, а вторая со стороны полости насосной секции установлена в корпусе неподвижно и образует уплотнительное соединение с одним из подвижных элементов. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что винтовые линии ведущих роторов обеих гидромашин выполнены в одном направлении с вектором осевого усилия от втулки на ведущем валу к неподвижной втулке, при этом втулки контактируют одна с другой плоскими торцевыми поверхностями, между которыми образовано лабиринтное уплотнение.