ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Российский патент 2008 года по МПК F04D9/04 F04D13/12 

Изобретение относится к области насосостроения и предназначено для использования в насосах для перекачивания жидкости, например нефти из безнапорных емкостей сбора утечек.

Известна установка для перекачки жидкостей с высокой упругостью паров, в частности при выкачке нефтепродуктов из судов, железнодорожных цистерн и других емкостей, содержащая центробежный насос с всасывающим трубопроводом и расположенный на нем эжектор (авторское свидетельство СССР №112968, F17D 1/12, 1959).

Известна насосная установка, преимущественно для перекачивания жидкостей из трюма судна в береговой резервуар, содержащая основной насос с всасывающим трубопроводом и расположенный на всасывающем трубопроводе подпорный насос (авторское свидетельство №637551, F04D 13/12, 1978 - ближайший аналог).

Недостатком известных насосных установок является невозможность их работы при низких давлениях на входе в насосную установку из-за возникновения кавитации в насосе, когда в процессе откачки давление на входе уменьшается до 0,06 кг/см² сверх давления насыщенных паров при данной температуре.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение - шнекоцентробежный насос, преимущественно для перекачивания нефти из безнапорной емкости сбора утечек, заключается в обеспечении возможности работы насоса при снижении давления на входе в процессе откачки до 0,06 кг/см² сверх давления насыщенных паров при данной температуре, при одновременном обеспечении простой конструкции насоса.

Для достижения указанного выше технического результата в шнекоцентробежном насосе, преимущественно для перекачивания нефти из безнапорной емкости сбора утечек, содержащем основной насос с всасывающим трубопроводом и расположенный на всасывающем трубопроводе подпорный насос, согласно изобретению основной насос выполнен центробежным и по меньшей мере одноступенчатым с предвключенным цилиндрическим шнеком постоянного шага, а подпорный насос выполнен в виде подпорного цилиндрического шнека постоянного шага и охватывающей его неподвижной втулки с лопатками, направленными противоположно направлению лопаток подпорного шнека.

Выполнение основного насоса центробежным и по меньшей мере одноступенчатым с предвключенным цилиндрическим шнеком постоянного шага, а подпорного насоса в виде подпорного цилиндрического шнека постоянного шага и охватывающей его неподвижной втулки с лопатками, направленными противоположно направлению лопаток подпорного шнека, обеспечивает возможность работы шнекоцентробежного насоса при снижении давления на входе в процессе откачки до 0,06 кг/см² сверх давления насыщенных паров при данной температуре, при одновременном обеспечении простой конструкции насоса за счет создания требуемого давления перед входом в предвключенный цилиндрический шнек для устранения кавитационного срыва потока простым по конструкции подпорным цилиндрическим шнеком постоянного шага и охватывающей его неподвижной втулки с лопатками, направленными противоположно направлению лопаток подпорного шнека, позволяющей увеличивать напор и исключить пульсации давления.

Выполнение основного насоса центробежным с предвключенным цилиндрическим шнеком постоянного шага позволяет при простой конструкции согласовать параметры подпорного насоса и основного насоса для обеспечения возможности работы шнекоцентробежного насоса при снижении давления на входе в процессе откачки до 0,06 кг/см² сверх давления насыщенных паров при данной температуре. Выполнение основного насоса не менее чем одноступенчатым позволяет получать различные напоры, кратные числу ступеней. Выбор указанных сочетаний характеристик шнекоцентробежного насоса для предотвращения кавитационного срыва при снижении давления на входе в процессе откачки до 0,06 кг/см² сверх давления насыщенных паров при данной температуре основан на экспериментальной проверке.

Выполнение центробежного насоса основного насоса в виде осерадиального колеса с основным и покрывным дисками и расположенными между ними плавно изогнутыми лопатками, наружного диаметра входного-осевого участка осерадиального колеса, равного наружному диаметру предвключенного шнека, а угла установки лопаток на входном-осевом участке осерадиального колеса, равного углу установки лопастей предвключенного шнека на выходе, густоты решетки на входном-осевом участке осерадиального колеса, равной 1-1,5, число лопаток осерадиального колеса выполнено переменным и составляет на входном-осевом участке Z₁=3-6, на диагональном участке Z₂=(3-6)Z₁, на выходном-радиальном участке Z₃=(1-8)Z₂ создает согласование параметров предвключенного цилиндрического шнека и осерадиального колеса, обеспечивающее наибольший гидравлический коэффициент полезного действия, улучшение кавитационных качеств, уменьшение давления в насосе.

Выполнение густоты решетки на входном-осевом участке осерадиального колеса 1-1,5, числа лопаток осерадиального колеса переменным и составляющим на входном участке Z₁=3-6, на диагональном участке Z₂=(3-6)Z₁, на выходном участке Z₃=(1-8)Z₂ обеспечивает постепенный подвод энергии к перекачиваемой жидкости за счет оптимизации формы меридионального сечения, постепенно плавного увеличения изгиба лопатки по длине тока от входной кромки лопатки до выходной, а также оптимального распределения углов лопаток по радиусу.

Фиг.1 - вид сбоку на шнекоцентробежный насос (схематичное изображение); на фиг.2 - вид сбоку в разрезе на центробежный насос с предвключенным цилиндрическим шнеком; на фиг.3 - вид сбоку в разрезе на подпорный насос; на фиг.4 - неподвижная втулка подпорного цилиндрического шнека; на фиг.5 - осерадиальное колесо; на фиг.6 - вид по А на фиг.5; на фиг.7 - вид с торца на осерадиальное колесо без покрывного диска.

Шнекоцентробежный насос, преимущественно для перекачивания нефти из безнапорной емкости сбора утечек (на чертежах не показана), содержит основной насос 1 с всасывающим трубопроводом 2 и расположенным на нем подпорным насосом 3. Основной насос 1 выполнен центробежным и по меньшей мере одноступенчатым с предвключенным цилиндрическим шнеком 4 постоянного шага.

Основной насос 1 включает корпус 5 с входом 6 в корпус 5 и выходом 7 из корпуса и установленное в корпусе 5 на валу 8 по меньшей мере одно центробежное колесо 9 (по меньшей мере одна ступень) с направляющим аппаратом 10. На фиг.2 изображено шесть ступеней основного насоса 1. Различное число ступеней с центробежными колесами 9 позволяет получать напоры, кратные числу ступеней. Центробежные колеса 9 всех ступеней имеют одинаковую проточную часть. Привод шнекоцентробежного насоса осуществляется электродвигателем 11, соединенным с валом через муфту. Трансмиссия (вал) 12 соединяет вал 8 для центробежных колес 9 с подпорным насосом, выполненным в виде цилиндрического шнека 10 с лопатками 15 постоянного шага и охватывающую его неподвижную втулку 27 с лопатками 13, направленными противоположно направлению лопаток 15 подпорного цилиндрического шнека 10. На неподвижной втулке 27 могут быть выполнены как основной ряд лопаток 13, так и, например, два дополнительных ряда лопаток 13. За подпорным цилиндрическим шнеком 10 установлен спрямляющий аппарат 14.

Привод подпорного цилиндрического шнека 10 осуществляется от вала 8 через трансмиссию 12.

Заборная труба 15 гидравлически соединена с входом 16 подпорного цилиндрического шнека 10. Вход 6 корпуса 5 гидравлически соединен с выходом 17 подпорного цилиндрического шнека 10 трубой 18. Заборная труба 15 может непосредственно устанавливаться в безнапорную емкость сбора утечек нефти (на чертежах не показано) либо устанавливаться в стакан 19, в котором есть входное отверстие 20 для поступления нефти из безнапорной емкости сбора утечек.

Центробежный насос основного насоса может быть выполнен в виде осерадиального колеса 20 с основным диском 21 и покрывным диском 22 и расположенными между ними плавно изогнутыми лопатками 23. Наружный диаметр входного-осевого участка 24 осерадиального колеса 20 равен наружному диаметру выхода предвключенного цилиндрического шнека 4, а угол установки лопаток 23 на входном-осевом участке 24 осерадиального колеса 20 равен углу установки лопастей предвключенного цилиндрического шнека 4 на выходе, густота решетки на входном-осевом участке 24 осерадиального колеса 20 равна 1-1,5, число лопаток 23 осерадиального колеса 20 выполнено переменным и составляет на входном-осевом участке Z₁=3-6, на диагональном участке 25 Z₂=(3-6)Z₁, на выходном-радиальном участке 26 Z₃=(1-8)Z₂.

Шнекоцентробежный насос работает следующим образом.

В исходном положении внутренняя полость основного насоса 1 залита жидкостью (нефтью). Вал 8 вращается от электродвигателя 11 и приводит во вращение одно или более центробежных колес 9, и жидкость начинает перекачиваться. Подпорный цилиндрический шнек создает необходимый подпор, а основной насос 1 перекачивает жидкость из безнапорной емкости сбора утечек непосредственно в действующий нефтепровод. При температуре окружающей среды -10°С давление насыщенных паров перекачиваемой нефти составляет 0,44 кг/см², а при температуре окружающей среды +40°С давление насыщенных паров перекачиваемой нефти составляет 0,66 кг/см², при этом обеспечивается нормальная работа шнекоцентробежного насоса при снижении давления на входе соответственно до 0,5 кг/см² и 0,72 кг/см².

Исследования показали, что для улучшения энергетических характеристик центробежного колеса 9 необходимо использовать осерадиальное колесо 20 и обеспечить постепенность подвода энергии к жидкости за счет оптимизации формы меридионального сечения, постепенно плавного увеличения изгиба лопатки по длине линии тока от входной кромки лопатки до выходной, а также оптимального распределения углов лопаток по радиусу.

На входном-осевом участке 24 поток жидкости подходит к осерадиальному колесу 20 в осевом направлении и с малыми углами атаки входит в межлопаточные каналы. Назначение входного-осевого участка 24 - обеспечение высоких антикавитационных свойств насоса и плавного натекания потока на лопатки 23 с целью создания равномерной структуры потока на диагональном участке 25. На диагональном участке 25 происходит плавный перевод потока жидкости из осевого направления в радиальное. За счет специально выполненного профилирования меридионального сечения осерадиального колеса 20 и оптимального распределения углов установки лопаток обеспечиваются малые градиенты давления в меридиональном сечении осерадиального колеса 20, что дает возможность перевести поток из осевого направления в радиальное с минимальными гидравлическими потерями. На выходном участке 26 происходит максимальное увеличение энергии жидкости для создания напора и за счет большого числа лопаток 23 на этом участке безотрывное течение в межлопаточных каналах.

Предложенный шнекоцентробежный насос прошел успешные испытания.

Изобретение относится к области насосостроения и предназначено для использования в насосах для перекачивания жидкости, например нефти из безнапорных емкостей сбора утечек. Шнекоцентробежный насос содержит основной насос с всасывающим трубопроводом и расположенным на нем подпорным насосом. Основной насос выполнен центробежным и по меньшей мере одноступенчатым с предвключенным цилиндрическим шнеком постоянного шага. Центробежный насос основного насоса выполнен в виде осерадиального колеса. Подпорный насос выполнен в виде подпорного цилиндрического шнека постоянного шага и охватывающей его неподвижной втулки с лопатками, направленными противоположно направлению лопаток подпорного шнека. Изобретение направлено на обеспечение возможности работы шнекоцентробежного насоса при снижении давления на входе в процессе откачки до 0,06 кг/см² сверх давления насыщенных паров при данной температуре при одновременном обеспечении простой конструкции насоса. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Шнекоцентробежный насос, преимущественно для перекачивания нефти из безнапорной емкости сбора утечек, содержащий основной насос с всасывающим трубопроводом и расположенный на всасывающем трубопроводе подпорный насос, отличающийся тем, что основной насос выполнен центробежным и по меньшей мере одноступенчатым с предвключенным цилиндрическим шнеком постоянного шага, а подпорный насос выполнен в виде подпорного цилиндрического шнека постоянного шага и охватывающей его неподвижной втулки с лопатками, направленными противоположно направлению лопаток подпорного шнека.2. Насос по п.1, отличающийся тем, что центробежный насос основного насоса выполнен в виде осерадиального колеса с основным и покрывным дисками и расположенными между ними плавно изогнутыми лопатками, наружный диаметр входного-осевого участка осерадиального колеса равен наружному диаметру выхода предвключенного шнека, а угол установки лопаток на входном-осевом участке осерадиального колеса равен углу установки лопастей предвключенного шнека на выходе, густота решетки на входном-осевом участке осерадиального колеса равна 1-1,5, число лопаток осерадиального колеса выполнено переменным и составляет на входном-осевом участке Z₁=3÷6, на диагональном участке Z₂=(3÷6)Z₁, на выходном радиальном участке Z₃=(1÷8)Z₂.