ГИДРОПРИВОДНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F04D13/04 F04B17/06 F15B21/04 

Изобретение относится к насосным установкам, где в качестве приводного двигателя применяется гидродвигатель, например гидротурбина, рабочая приводная жидкость в которую поступает от насоса-побудителя, приводимого, например, от ДВС или электродвигателя.

Известны гидроприводные насосные установки, состоящие из центробежного насоса, приводимого от гидромотора, питающегося рабочей гидроприводной жидкостью маслом от приводного масляного насоса.

Недостаток известной установки заключается в применении специальной рабочей гидроприводной жидкости масла, что требует специальных охлаждающих ее теплообменников, возможности вытекания масла в окружающую среду, большое количество трубопроводов для жидкостей два трубопровода (напорный и сливной) для масла и по меньшей мере один напорный трубопровод для откачивающего насоса, что затрудняет монтаж разворачивания установки, особенно если она выполняется как аварийная транспортная установка, предназначаемая для откачивания воды, в том числе горячей, из колодцев различной глубины, например, из колодцев подземных теплотрасс.

Цель предлагаемой установки создание насосной установки, которую легко использовать на транспортном средстве и быстро разворачивать (приводить в рабочее состояние) для откачивания горячей воды из колодцев теплосетей или для забора воды из глубоких колодцев и шахт, например, для пожаротушения. При этом работоспособность установки должна обеспечиваться при использовании откачиваемой жидкости в качестве гидроприводной, которая может быть существенно загрязнена и насыщена воздухом и паром. Таким образом, целью предложения является улучшение эксплуатационных характеристик гидроприводной насосной установки.

Поставленная задача решается тем, что установка снабжена сепарационным баком, нижняя центральная часть которого подключена к входу насоса побудителя, верхняя центральная часть через дроссель сообщена со сливом, боковая нижняя часть бака через нормально закрытый клапан сообщена со сливными патрубками, к нижней части бака тангенциально подключены выходы из гидродвигателя, откачивающего насоса и дополнительного источника жидкости, заполняющего бак перед запуском установки.

При этом для обеспечения автоматического запуска, в том числе после срыва подачи и дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик, бак снабжен дискретным датчиком давления, сообщенным с источником заполнения бака и насосом-побудителем таким образом, что при давлении срыва подачи насоса-побудителя включается источник заполнения бака и выключается насос- побудитель, а при некотором более высоком давлении, превышающем давление кавитационного срыва подачи, включается насос-побудитель. Для дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик путем уменьшения ситуаций, приводящих к срыву подачи насоса-побудителя, нормально закрытый клапан выполнен автоматически открывающимся при достижении в баке давления достаточного для безкавитационной работы насоса-побудителя.

Для улучшения условий запуска установки выходной патрубок в своей верхней части через дроссель сообщен со сливом. Для подачи жидкости в линию высокого давления, например для работы установки в режиме пожаротушения выходной патрубок насоса-побудителя через регулируемый вентиль сообщен с дополнительным отводным патрубком, при этом последовательно вентилю может устанавливаться нормально открытый дроссель, управляемый по давлению в баке.

Для снижения времени подготовки установки к работе напорный трубопровод, сообщающий насос-побудитель с гидродвигателем, расположен внутри откачивающего трубопровода, вход которого сообщен с выходом из гидродвигателя и откачивающего насоса.

Для расширения области применения установки по напорам и расходам откачиваемой жидкости, по меньшей мере, один выход из насоса побудителя сообщен с откачивающим трубопроводом посредством установленного в нем ижекционного сопла.

На чертеже 1 приведена принципиальная схема описываемой установки.

Установка состоит из откачивающего насоса 1 преимущественно центробежного типа, валом 2 связанного с гидродвигателем 3 преимущественно гидротурбинного типа. Входной патрубок 4 гидродвигателя 3 сообщен с трубопроводом 5 высокого давления, подключенным к выходу насоса- побудителя 6. Установка снабжена сепарационным баком 7, нижняя центральная часть которого подключена к входу 8 насоса-побудителя 6. Верхняя центральная часть бака 7 через дроссель 9 сообщена со сливом. Боковая нижняя часть бака 7 через нормально закрытый клапан 10 сообщена со сливными патрубками 11, 11' и т. д. К нижней части бака 7 (к его днищу или боковой поверхности) тангенциально подключены выходные каналы гидродвигателя 6-12, откачивающего насоса 1-13 и дополнительного источника жидкости 14и15, заполняющего бак 7 перед запуском установки. Каналы 12-14 могут подключаться к баку 7 порознь или в любой комбинации объединяться при подключении к баку 7. В примере решения, показанном на чертеже, эти каналы подключены к общему для них патрубку 16, тангенциально подключенному к днищу бака 7, для обеспечения закрутки жидкости в баке и выполнения им сепарационных функций.

Бак 7 снабжен дискретным датчиком давления, например контактным манометром 17, линиями управления связанным с источником заполнения бака 14, например, посредством управляемого вентиля 18, и двигателем 19 насоса побудителя 6 таким образом, что при достижении в баке некоторого минимально низкого давления включается источник 14, например, путем открытия вентиля 18 и выключается двигатель 19 насоса побудителя 6, а при достижении в баке более высокого давления, достаточного для бессрывной работы насоса побудителя, включается двигатель 19 насоса-побудителя.

Для снижения вероятности срыва подачи насоса-побудителя нормально закрытый клапан 10 выполнен за счет выбора усилия и жесткости пружины 20, нагружающей клапан 10 и связанный с ним поршень (мембрану) 21, открывающийся только в случае достижения в баке 7 давления, достаточного для бескавитационной бессрывной подачи насоса-побудителя 6.

При недопустимом понижении подачи насоса и снижении давления в баке 7 клапан 10 закрывается, не допуская резкого снижения давления и кавитационного срыва подачи насоса 6.

Клапан 10 может снабжаться датчиком его перемещения и использоваться как дискретный датчик давления вместо контактного манометра 17. Выходной патрубок насоса-побудителя 6 в его верхней части 22 через дроссель 23 сообщен со сливом непосредственно или через внутреннюю полость бака 7. К напорному трубопроводу 5 насоса 6, например, в его верхней части 22 подключен через регулируемый вентиль 24 дополнительный отводной патрубок 25 для подключения насоса 6 и установки в целом к внешнему высоконапорному потребителю жидкости, например, в случае работы установки в режиме пожаротушения.

Для защиты насоса 6 от кавитационного срыва отбор жидкости через патрубок 25 может автоматически ограничиваться за счет установки последовательно регулируемому вентилю 24 дополнительного нормально открытого управляемого по давлению в баке 7 регулируемого дросселя 26.

Для ускорения приведения установки в рабочее состояние, а также для повышения безопасности обслуживающего персонала и надежности высоконапорный трубопровод 5, сообщающий насос-побудитель 6 с гидродвигателем 3, расположен внутри малонапорного откачивающего трубопровода 27, что обеспечивает его частичную силовую разгрузку и защищает от механических повреждений. Трубопроводы 27 и 5 разделяются фланцами 28 на отдельные участки ограниченной длины для упрощения монтажа трубопроводной части установки. Входной канал трубопровода 27, образующийся между внутренними стенками трубопровода 27 и наружными стенками трубопровода 5, сообщен с выходом из гидродвигателя 3 трубопровода 12 и выходом откачивающего насоса 1 (трубопровод 13). Рационально гидродвигатель 3 выполнять в виде гидротурбины, а откачивающий насос 1 в виде лопастного, например, центробежного насоса. Для защиты насоса 1 на входе установлен фильтр грубой очистки 29. Последовательно насосу 1 установлен обратный клапан 30. Если насос 1 выполняется в виде насоса объемного типа, клапан 30 может не устанавливаться. Клапан 30 шунтируется дросселем 31 для слива жидкости из трубопроводов 5 и 27 при включении установки. Сечение дросселя 31 выполняется из условия, чтобы источник 4 мог бы заполнить трубопроводы и бак 7 установки, несмотря на некоторый расход сливаемой через дроссель 31 жидкости. Вместо дросселя 31 может быть установлен и управляемый от пульта клапан.

Для расширения области применения по напорам и расходам откачиваемой жидкости по меньшей мере один выход из насоса побудителя может быть сообщен с откачивающим трубопроводом 27 посредством установленного в нем ижекционного сопла 32, например, подключенного через вентиль 33 с напорным трубопроводом 5. Сопло 32 может запитываться и от источника заполнения 14, в качестве которого может использоваться, например, погружной электронасос небольшой мощности или водопроводная, пожарная или другая магистраль под давлением.

Работает установка следующим образом.

При открывании вентиля 18 или включении двигателя насоса-источника заполняющей жидкости эта жидкость тангенциально поступает в бак 7, в этом баке поток этой жидкости начинает вращаться относительно оси бака, что организует этот поток, обеспечивает выделение из него воздуха. При этом происходит заполнение трубопроводов 27 и 5, а также гидродвигателя 3 и откачивающего насоса 1. За счет сброса воздуха через дроссель 23 заполняется жидкостью насос-побудитель 6. Из бака воздух сбрасывается через дроссель 9. При полном заполнении указанной гидросистемы, когда через дроссель 9 начнет уже вытекать жидкость (вода), давление в баке 7 под давлением источника 14 начнет подниматься, что приведет к срабатыванию датчика 17 и запуску насоса-побудителя 6. Источник 14 отключается, например, через некоторое время по сигналу реле времени (не показан). После включения насоса 6 жидкость по трубопроводу 5 поступает в гидродвигатель 3, что приводит во вращение вал 2 и насос 1, который начинает откачивать, например, горячую воду из колодца теплосети, в который на трубопроводах 28 и 5 опущен турбонасосный агрегат 34. Жидкость из гидродвигателя 3 и насоса 1 поступает в трубопровод 27 и далее через патрубок 16 в бак 7, что приводит к дополнительному повышению давления и открытию клапана 10. При этом откачивается насосом жидкость вместе с отбрасываемой на периферию бака 7 грязью, содержащейся в откачиваемой воде, поступает в отводные патрубки 11, 11'и т. д. и отводится по шлангам (не показаны) от установки, например, в канализационную систему, а очищенная жидкость за счет сепарации поступает на вход насоса 6. При больших расходах насоса 1, т.е. при повышенном давлении в баке (определяется по манометру 17) могут быть открыты дополнительные сливные патрубки 35. Открытие этих патрубков может осуществляться и автоматически по давлению в баке 7. К баку 7 могут быть подключены два и более клапанов 10, которые рационально выполнить открывающимися последовательно по мере повышения давления в баке 7.

Клапаны 10 нагружающей пружиной 20 настраиваются на давление открытия, при котором гарантируется бессрывная подача насоса-побудителя 6. В этом случае срыв подачи возможен, например, в конце откачки, когда уровень жидкости в колодце опустится ниже агрегата 34. При срыве подачи давление в баке 7 резко падает, поэтому при необходимости защиты, например, насоса 6 и его двигателя 19 по сигналу датчика 17 может быть включен источник заполнения 14 и включен двигатель 19. При этом происходит сепарация попавшего в систему воздуха и повторный запуск, который может быть необходим при дополнительном поступлении жидкости в колодец.

Для увеличения расхода откачки при относительно малых нагружающих напорах на насосе 1 может быть открыт вентиль 35 и часть жидкости из высоконапорного трубопровода 5 поступит в сопло 32 и за счет передачи энергии откачиваемой насосом 1 жидкости в канале патрубка 16 или трубопровода 27 произойдет снижение нагрузки на насос 1 и увеличение расхода откачиваемой жидкости.

Для использования установки в режиме пожаротушения или при необходимости откачивания жидкости из глубоких колодцев, глубина которых соизмерима напору насоса 1 в метрах столба жидкости, откачивание может осуществляться отбором жидкости из напорного трубопровода через патрубок 25. При этом открытием вентиля 24 регулируется отбираемый расход так, чтобы давление в баке 7 не понизилось бы до давления, при котором возможен срыв подачи насоса 6. Для дополнительной защиты от этой нежелательной ситуации и установлен управляемый по давлению дроссель 26, который ограничит расход из патрубка 25 в случае недопустимого снижения давления в баке 7.

При выключении установки трубопроводы автоматически опоражниваются через дроссель 21, что облегчает демонтаж установки при завершении работ. Таким образом, данная установка обеспечивает откачку жидкости (воды), в том числе и горячей (порядка 100^oC), из колодцев различной глубины в широком диапазоне расходов и нагрузок со стороны сливных трубопроводов (шлангов), автоматически может самозапускаться, в том числе и при внезапном срыве подачи, например, при подходе к агрегату 34 большой воздушной пробки.

Наличие малого числа трубопроводов, связывающих наземную часть установки с погружной частью, упрощает процесс разворачивания установки в рабочее состояние при аварийных ситуациях, особенно при варианте выполнения, когда напорный трубопровод 5 располагается внутри откачивающего трубопровода 27.

Расположение напорного трубопровода внутри трубопровода 27 обеспечивает его частичную разгрузку по давлению, а в случае его прорыва горячая вода будет выбрасываться не наружу, что опасно для обслуживающего персонала (особенно при откачивании горячей воды 100^oC), а внутрь малонапорного шланга 27, вероятность прорыва которого очень мала. При этом существенно снижается вес трубопроводов, что облегчает их монтаж и демонтаж.

Использование: в насосостроении. Сущность: в гидроприводной насосной установке, состоящей из откачивающего насоса, связанного с валом гидродвигателя, входной патрубок сообщен с трубопроводом высокого давления, подключенным к выходу насоса побудителя. Установка снабжена сепарационным баком, нижняя центральная часть которого подключена к входу насоса-побудителя, верхняя центральная часть через дроссель сообщена со сливом, боковая нижняя часть бака через нормально закрытый клапан сообщена со сливными патрубками, к нижней части бака тангенциально подключены выходные каналы из гидродвигателя, откачивающего насоса и дополнительного источника жидкости. 7 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидроприводная насосная установка, состоящая из откачивающего насоса, связанного с валом гидродвигателя, входной патрубок гидродвигателя сообщен с трубопроводом высокого давления, подключенным к выходу насоса побудителя, отличающаяся тем, что установка снабжена сепарационным баком, нижняя центральная часть которого подключена к входу насоса-побудителя, верхняя центральная часть через дроссель сообщена со сливом, боковая нижняя часть бака через по меньшей мере один нормально закрытый клапан сообщена со сливными патрубками, к нижней части бака тангенциально подключены выходные каналы из гидродвигателя откачивающего насоса и дополнительного источника жидкости, заполняющего бак перед запуском установки. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что бак снабжен дискретным датчиком давления, сообщенным с источником заполнения бака и насосом-побудителем таким образом, что при некотором предельно низком давлении включается источник заполнения бака и выключается насос-побудитель, а при некотором более высоком давлении включается насос-побудитель. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что нормально закрытый клапан выполнен автоматически открывающимся при достижении в баке давления, достаточного для безкавитационной работы насоса-побудителя. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что выходной патрубок насоса-побудителя в своей верхней части через дроссель сообщен со сливом. 5. Установка по пп.1 4, отличающаяся тем, что выходной патрубок насоса-побудителя через регулируемый вентиль сообщен с дополнительными отводом патрубком для подключения к внешнему высоконапорному потребителю жидкости. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что последовательно регулируемому вентилю установлен регулируемый по давлению в баке нормально открытый дроссель. 7. Установка по пп.1 6, отличающаяся тем, что напорный трубопровод, сообщающий насос-побудитель с гидродвигателем, расположен внутри откачивающего трубопровода, вход которого сообщен с выходами из гидродвигателя и откачивающего насоса. 8. Установка по пп.1 7, отличающаяся тем, что по меньшей мере один выход из насоса побудителя сообщен с откачивающим трубопроводом посредством установленного в нем ижекционного сопла.