МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 1998 года по МПК F04D1/06 F04D29/44 

Изобретение относится к гидромашиностроению, более конкретно к конструкциям многоступенчатых центробежных насосов для перекачивания жидкостей, и может быть применено при добыче нефти из малорасходных скважин.

Известен центробежный насос, работающий на криогенных жидкостях с очень низкой температурой кипения, имеющий паровые полости в осевом зазоре между корпусом насоса и дисками рабочего колеса (например, авт.св. 1206484, кл. F 04 D 7/02). Этот насос может работать с высоким КПД лишь на жидкостях, имеющих очень низкую температуру парообразования и плохо используют высокий динамический напор.

Наиболее близким к предлагаемому является многоступенчатый насосный агрегат, содержащий корпус, вал, на котором расположены рабочие колеса, радиальные направляющие аппарата, установленные в корпусе насоса, в котором радиальная часть последующего колеса соединена с радиально-осевой частью предыдущего колеса по средством каналов (авт.св. СССР 1523731 A1, кл. F 04 D 1/06, 29/66, 1987).

Недостатком этого устройства является то, что при большом напоре и малом расходе недостаточно полно используется высокий скоростной напор.

Задача изобретения - увеличение надежности работы многоступенчатого центробежного насоса и КПД.

Для решения этой задачи в известном многоступенчатом насосе, содержащем корпус, вал, на котором установлены центробежные колеса, за каждым из которых располагается радиальный направляющий аппарат, установленный на корпусе насоса, а проточной части направляющих аппаратов установлены пластины, такие что в образуемых между ними каналах углы наклона стенок к соответствующим окружностям увеличиваются от входа к выходу, причем площадь, занимаемая пластинами на входном радиусе направляющего аппарата по крайней мере в несколько раз превышает площадь каналов между ними.

В центробежных высоконапорных колесах, перекачивающих малые расходы жидкости, в насосах с низким коэффициентом быстроходности, меридианальная скорость на выходе из рабочего колеса мала. В следствие этого, исходя из рассмотрения треугольника скоростей на выходе из рабочего колеса, видно, что окружная соответствующая абсолютной скорости будет примерно равна переносной скорости. В обычных насосах по технологическим соображениям углы наклона лопастей на выходе из рабочего колеса и на входе в направляющий аппарат не делают менее 15^o, так как меньше трудно изготовить. Окружная составляющая относительной скорости, равная произведению меридианальной скорости на котангенс угла наклона лопастей, будет мала. Именно поэтому окружная составляющая абсолютной скорости, равная разности переносной и окружной составляющей относительной скорости, будет примерно равна переносной скорости. Высоконапорные центробежные колеса имеют большой диаметр колеса, вследствие чего переносная и окружная составляющия абсолютной скорости значительно превосходят по величине меридианальную скорость. В обычных направляющих аппаратах помимо того, что мы не можем сделать углы лопастей на входе менее 15^o, и в обычных насосах и особенно в насосах, перекачивающих загрязненные жидкости, нельзя сильно уменьшить площадь входа в направляющий аппарат за счет уменьшения ширины входа, уменьшения расстояния между дисками направляющего аппарата. Поэтому в существующих направляющих аппаратах меридианальная скорость на входе остается слишком низкой по сравнению с окружной составляющей абсолютной скорости. В следствие этого возникают углы атаки, составляющие 10^o и более. Это приводит к большим потерям на входе в направляющий аппарат. В ряде случаев при достаточно большом угле атаки скоростной напор, который в насосах такого типа составляет примерно 50%, теряется почти полностью, что сильно ухудшает гидравлический КПД. Пластины, установлены в проточной части направляющих аппаратов такие что в образуемых между ними каналах углы наклона стенок к соответствующим окружностям увеличиваются от входа к выходу, причем площадь, занимаемая пластинами на выходном радиусе направляющего аппарата, по крайней мере в несколько раз превышает площадь каналов между ними, эффективно уменьшают площадь входа в направляющий аппарат, вследствие этого повышается миридианальная скорость и обеспечивается безударный вход. За счет этого увеличивается гидравлический КПД. Также за счет того, что каналы остаются достаточно широкими и не будут забиваться твердыми включаемыми, надежность работы будет высокой.

Указанные меры позволяют повысить надежность работы многоступенчатого центробежного насоса и его КПД.

В просмотренных источниках информации указанные отличительные признаки не обнаружены, следовательно, предложенное решение отвечает критерию существенности отличий.

На фиг. 1 изображен общий вид многоступенчатого центробежного насоса, разрез; на фиг. 2 - вид проточной части направляющих аппаратов, разрез.

Многоступенчатый центробежный насос содержит корпус 1, вал 2, на котором установлены центробежные колеса 3, за каждым из которых располагается радиальный направляющий аппарат 4, установленный в корпусе насоса 1, проточная часть направляющих аппаратов снабжена пластинами 5 и 6, между которыми образуются каналы 7.

Многоступенчатый центробежный насос работает следующим образом.

Жидкость проходит через центробежные колеса 3, установленные на валу 2 и через радиальные направляющие аппарата 4, установленные в корпусе 1, что приводит к увеличению ее давления согласно уравнения гидромашин. Проходя через рабочее колесо 3 насоса низкой быстроходности, которое является высоконапорным (и вследствие этого имеет относительно большой диаметр) и малорасходным, жидкость имеет на выходе большую скорость. Динамический напор в насосах такого типа составляет примерно 50% от полного теоретического напора. В случае наличия углов атаки на входе в направляющий аппарат можно потерять весь этот напор. Для того, чтобы обеспечить безударный вход в проточной части направляющих аппаратов 4, установлены пластины 6 и 5, такие что в образуемых между ними каналах 7 углы наклона стенок к соответствующим окружностям увеличиваются от входа к выходу, причем площадь, занимаемая на входном радиусе направляющего аппарата, по крайней мере в несколько раз превышает площадь каналов между ними. За счет этого уменьшаем площадь входа в направляющий аппарат, благодаря чему возрастает меридианальная скорость, поток входит в направляющий аппарат без углов атаки и, следовательно, без потерь динамического напора. Вследствие этого возрастает КПД насоса. В то же время каналы остаются достаточно широкими для прохождения жидкости, что имеет особенно важное значение в случае перекачивания загрязненных жидкостей. За счет этого возрастает надежность работы насоса.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить надежность работы и сократить затраты электроэнергии.

Использование: в гидромашиностроении, более конкретно в конструкциях многоступенчатых центробежных насосов для перекачивания жидкостей, и может быть применено при добыче нефти на малорасходных скважинах. Сущность изобретения: многоступенчатый центробежный насос содержит корпус, вал, на котором установлены центробежные колеса, за каждым из которых располагается радиальный направляющий аппарат, установленный в корпусе насоса. В проточной части направляющих аппаратов пластины, образующие каналы, в которых углы наклона стенок к соответствующим окружностям увеличиваются от входа к выходу, причем площадь, занимаемая пластинами на входном радиусе направляющего аппарата, по крайней мере в несколько раз превышает площадь каналов между ними. 2 ил.

Многоступенчатый центробежный насос, содержащий корпус, вал, на котором установлены центробежные колеса, за каждым из которых располагается радиальный направляющий аппарат, установленный в корпусе насоса, отличающийся тем, что в проточной части направляющих аппаратов установлены пластины такие, что в образуемых между ними каналах углы наклона стенок к соответствующим окружностям увеличиваются от входа к выходу, причем площадь, занимаемая пластинами на входном радиусе направляющего аппарата, по крайней мере в несколько раз превышает площадь каналов между ними.