ХИМИЧЕСКИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ С РАБОЧИМ КОЛЕСОМ ЗАКРЫТОГО ТИПА И СПОСОБ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ХИМИЧЕСКИ АГРЕССИВНЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2014 года по МПК F04D7/02 F04D13/08 F04D29/08 F04D29/22 

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям химических вертикальных электронасосных агрегатов с центробежным насосом с рабочим колесом закрытого типа, предназначенных для перекачивания химически агрессивных жидкостей, а также к способам перекачивания указанных жидкостей.

Известен погружной центробежный насос, который содержит спиральный отвод, криволинейный диффузор и поворотное колено. В отводе на валу установлено рабочее колесо. Ось криволинейного диффузора изогнута к оси вращения рабочего колеса и переходит без изломов в среднюю линию поворотного колена, которая в проекциях продольного сечения поворотного колена на горизонтальную и вертикальную плоскости представляет собой клофоиды (RU 2175732 С2, опубл. 10.11.2001).

Известен центробежный насос с погруженной в перекачиваемую среду проточной частью, содержащий двигатель, валопровод, образованный одной или несколькими подвесками, проточную часть, образованную крыльчаткой, расположенной в корпусе насоса и отводом. Верхняя часть верхней подвески расположена выше уровня плиты (RU 71711 U1, опубл. 20.03.2008).

Известен вертикальный химический электронасосный агрегат, содержащий опорную плиту с вертикально закрепленными на ней электродвигателем и центробежным насосом, во всасывающем патрубке которого установлен подкачивающий шнек. Всасывающий патрубок выполнен удлиненным с возможностью монтажа электронасосного агрегата над уровнем перекачиваемой среды. Шнек расположен в нижней части всасывающего патрубка и закреплен с центробежным колесом на общем удлиненном валу (RU 83814 U1, опубл. 20.06.2009).

Известен погружной центробежный насос для перекачивания агрессивных жидкостей, содержащий установленное в корпусе рабочее колесо, закрепленное на приводном валу электродвигателя винтовым соединением с защитным колпачком. Проточная часть насоса, включая рабочее колесо, выполнена из материала, стойкого в агрессивных средах. Рабочее колесо выполнено в виде диска с радиальными отверстиями и пазами импеллеров на нижней и верхней поверхностях диска (RU 98498 U1, опубл. 20.10.2010).

Недостатками известных технических решений являются негарантированная надежность защиты от протечек химически агрессивной перекачиваемой жидкости при длительной работе насоса в процессе эксплуатации, пониженный ресурс насоса и недостаточно высокая эффективность перекачивания рабочих сред с повышенной концентрацией агрессивных компонентов, что, в конечном счете, снижает отраслевую конкурентноспособность насоса и выполняемых на их основе электронасосных агрегатов.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке химического вертикального электронасосного агрегата с центробежным насосом, наделенным повышенной защитой от протечек химически агрессивной перекачиваемой жидкости и загрязнения атмосферного воздуха ядовитыми испарениями и наделенным повышенными ресурсом, надежностью работы и эффективностью перекачивания указанных сред, а также в разработке способа перекачивания химически агрессивных сред.

Поставленная задача в части электронасосного агрегата решается тем, что химический вертикальный электронасосный агрегат с крыльчаткой открытого типа согласно изобретению включает насос с корпусом, опорной плитой, ротором с валом и рабочим колесом в виде многозаходной крыльчатки закрытого типа, привод в виде электродвигателя с корпусом и валом ротора, а также переходник с силовой муфтой, упруго соединяющей валы упомянутых роторов с образованием валопровода для передачи крутящего момента на рабочее колесо, при этом переходник содержит силовой корпус, охватывающий по контуру упомянутую муфту и в качестве опоры соединяющий корпуса насоса и электродвигателя, причем насос выполнен центробежным, полупогружным, предпочтительно однокорпусным и, по меньшей мере, одноступенчатым с осевым подводом и тангенциальным или радиальным отводом перекачиваемой жидкости, для чего снабжен входным подводящим и выходным напорным патрубками, кроме того, корпус насоса выполнен сборным и включает размещенный над опорной плитой корпус ходовой части, по меньшей мере, с двумя подшипниковыми опорами, а также содержит прикрепленный к опорной плите снизу корпус подвески, сблокированный с корпусом проточной части, причем вал ротора насоса выполнен двухконсольным, установлен в подшипниковых опорах корпуса ходовой части и нижней консолью пропущен через корпус подвески с выходом в корпус проточной части, в котором жестко съемно соединен со ступицей рабочего колеса, а верхняя консоль вала ротора заведена в силовую муфту переходника, при этом рабочее колесо содержит снабженную ступицей многозаходную крыльчатку закрытого типа, включающую основной и покрывной диски с закрепленной на каждом из них системой криволинейных лопаток, вариантно устанавливаемых в рабочем колесе в количестве 3÷24, предпочтительно 5÷7, лопаток, равномерно разделенных межлопаточными каналами, оси которых во фронтальной проекции выполнены постоянной или переменной кривизны и закручены в сторону, противоположную вектору вращения рабочего колеса со средним градиентом угла установки оси лопатки и идентичным градиентом угловой конфигурации медиальной оси межлопаточного канала, вариантно составляющим на длине лопатки 0÷7,0 рад/м с возможностью расширения диапазона в зону отрицательных значений градиента, причем основной и покрывной диски рабочего колеса защищены с внешней стороны в совокупности двумя гидрозатворами, каждый в виде импеллера, образованного системой лучевидных лопаток, при этом корпус проточной части снабжен кольцевой съемной уступообразной в поперечном сечении тыльной стенкой, меньший из внешних радиусов которой выполнен не менее проходного радиуса рабочего колеса, кроме того, рабочее колесо выполнено с уширенной ступицей, внешний радиус которой принимают из условия обеспечения конгруэнтности с внутренним радиусом центрального проема в кольцевой уступообразной тыльной стенке с образованием при этом щелевого уплотнения и с возможностью выполнения открытого сверху кольцевого канала в теле ступицы.

При этом активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов рабочего колеса может быть выполнен обеспечивающим вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (5,0÷1500)×10^-5 м³/об перекачиваемой среды.

Упомянутые радиусы кривизны осей лопаток и медиальных осей межлопаточных каналов во фронтальной проекции рабочего колеса могут быть выполнены исходящими из центров, рассредоточенных по условной окружности, радиус которой принят, предпочтительно, менее наибольшего радиуса дисков рабочего колеса, а покрывной диск наделен входной горловиной, внутренний заходный радиус которой выполнен не менее радиуса входного проема корпуса проточной части, предпочтительно, заподлицо с ним, кроме того, упомянутая съемная тыльная стенка корпуса проточной части вмонтирована в проем указанного корпуса, имеющий проходной радиус, обеспечивающий возможность ввода и вывода рабочего колеса при монтаже и демонтаже насоса.

Импеллеры на основном и покрывном дисках рабочего колеса могут содержать от 5 до 15, предпочтительно 12, лучевидных лопаток, а радиус импеллеров выполнен достаточным для создания защитного гидродинамического рабочего противодавления перекачиваемой среде.

Вал ротора насоса может быть оперт на корпус ходовой части через упомянутые подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно нижняя, содержит радиальный подшипник, выполненный роликовым, а другая, предпочтительно верхняя, содержит радиально-упорный подшипник, причем полости подшипников защищены манжетами и лабиринтными уплотнениями, а подшипниковые узлы снабжены системой смазки подшипников, для чего в корпусе ходовой части выполнены пресс-масленки.

Вал ротора насоса может быть выполнен состоящим из участков с различными диаметрами, при этом участок с наибольшим диаметром расположен в высотном диапазоне между упомянутыми подшипниковыми опорами, а остальные участки вала выполнены с диаметрами, ступенчато последовательно убывающими в направлении к оконечностям вала.

Корпус проточной части насоса совместно с упомянутой тыльной уступообразной стенкой могут образовывать проточную полость с объемом, достаточным для размещения рабочего колеса, при этом боковая стенка проточной полости образует спиральный сборник, который за пределами контура рабочего колеса имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и выпукло-изогнутой в условной плоскости, нормальной к упомянутой средней плоскости сборника и проведенной через ось вала ротора насоса, при этом спиральный сборник выполнен с соблюдением минимальной дифференциации скоростей на входе и выходе из сборника и сообщен с напорным патрубком, преимущественно, тангенциально, при этом упомянутый напорный патрубок корпуса проточной части выполнен диффузорным с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из патрубка в 1,1÷4,2 раза.

Для устранения утечки перекачиваемой среды по валу может быть установлено сальниковое уплотнение, а для устранения утечки через разъемы упомянутых корпусов установлены резиновые уплотнительные кольца, причем узел сальникового уплотнения включает, по меньшей мере, корпус уплотнения с сальниковой набивкой, при этом корпус уплотнения установлен в ответный проем в кольцевой уступообразной тыльной стенке корпуса проточной части со стороны корпуса подвески.

Силовая муфта, соединяющая консольный вал ротора электродвигателя и обращенную к нему верхнюю консоль вала ротора насоса, может быть выполнена с возможностью передачи крутящего момента от первого ко второму с демпфированием взаимных угловых колебаний указанных валов, для чего силовая муфта выполнена в виде двух полумуфт, жестко соединенных каждая с одним из упомянутых валов роторов и упруго соединенных между собой через амортизатор, преимущественно, в виде системы типа «палец-втулка-упругий кольцевой вкладыш» с количеством втулок по числу «пальцев», но не менее двух.

Напорный патрубок насоса может быть выполнен с внешним фланцем для соединения с напорной магистралью, по меньшей мере, участок которой между напорным патрубком и предназначенным для пропуска указанной магистрали проемом в опорной плите насоса выполнен содержащим не менее одного колена, сопряженные части которого расположены, предпочтительно, под углом α=~π/2, при этом колено снабжено фланцами для присоединения одним из них к фланцу напорного патрубка, а другим для последующего соединения с другими звеньями указанной магистрали, располагая один из них, предпочтительно, в уровне опорной плиты или выше последней с возможностью фиксации магистрали в опорной плите, при этом в месте выхода магистрали в опорную плиту магистраль снабжена фланцем с кольцевым уплотнением, предотвращающим попадание воздуха в напорную магистраль.

Корпус проточной части насоса вариантно может быть снабжен трубой входа для направленного подвода потока перекачиваемой среды к осевому входу рабочего колеса.

Корпус подвески может быть снабжен системой отверстий для сообщения с переменным объемом перекачиваемой среды.

Опорная плита может быть выполнена не менее чем с двумя проемами, размещенными, предпочтительно, несимметрично с эксцентриситетом относительно центра и/или осей симметрии плиты, при этом диаметр одного из проемов выполнен, предпочтительно, равным внутреннему диаметру корпуса подвески, а диаметр другого вариантно выполнен превышающем внешний диаметр напорной магистрали, по меньшей мере, на технологически необходимую величину внешнего диаметра съемного фланца указанной магистрали, кроме того, опорная плита снабжена строповочными петлями или отверстиями, а также технологическими отверстиями для фиксированного крепления электронасосного агрегата к конструкции внешней емкости, резервуара.

Корпус переходника может быть выполнен, предпочтительно, конической конфигурации и содержит, по меньшей мере, один технологический проем для обслуживания силовой муфты.

Химический вертикальный электронасосный агрегат может быть предназначен для перекачивания химически агрессивных жидкостных сред типа кислот, щелочей, электролитов и других с температурой от 0÷98°C, с водородным показателем 0÷14 pH, плотностью до 1870 кг/м³, кинематической вязкостью до 30×10^-6 м²/с и твердыми включениями до 1 мм с объемной концентрацией последних, не превышающей 5%, либо для перекачивания горячих и кристаллизующихся жидкостей с температурой от 0 до 250°C.

Насос и комплектующий электродвигатель вариантно могут быть выполнены с возможностью подачи от 12,5 до 315 м²/ч и напором от 20 до 90 м, при этом электродвигатель принимают с вариантной мощностью от 5 до 150 кВт, адекватной диапазонам напора и подачи и частотой вращения вала предпочтительно до 1500 об/мин, а при частоте вращения вала, предпочтительно, до 2950 об/мин электронасосный агрегат вариантно выполнен с возможностью подачи от 7,5 до 50 м³/ч с напором от 20 до 90 м, мощностью от 5 до 350 кВт.

Поставленная задача в части способа перекачивания решается тем, что в способе перекачивания химически агрессивных жидкостей, согласно изобретению, перекачивание выполняют в процессе производства, транспорта, закачивания или выкачивания из цистерн, танков или резервуаров для краткосрочного или длительного хранения указанных жидкостей, используя для этого, по меньшей мере, один химический вертикальный электронасосный агрегат, конструктивно описанный выше.

При этом в качестве перекачиваемой среды могут использовать химически агрессивную жидкость типа растворов серной кислоты или сочетания двух, включая сочетания серной и уксусной кислоты, либо трех и более кислот, в том числе сочетания серной, соляной и азотной кислоты, с концентрацией от 0,1 до 98% и температурой от 30 до 100°C, применяя для этого химически стойкие покрытия типа тефлона, наносимого, по меньшей мере, на контактирующие с агрессивной средой детали проточной части насоса.

В качестве перекачиваемой среды могут использовать химически агрессивную жидкость типа азотной кислоты, ее растворов и/или компонентов.

В качестве перекачиваемой среды могут использовать химически агрессивную жидкость типа фосфорной кислоты, ее растворов и/или компонентов с концентрацией от 1 до 90% и температурой от 20 до 100°C.

В качестве перекачиваемой среды могут использовать химически агрессивную жидкость типа соляной кислоты, ее растворов и/или компонентов с концентрацией от 0,2 до 37% и температурой от 20 до 60°C.

В качестве перекачиваемой среды могут использовать химически агрессивную жидкость типа щелочей с концентрацией от 5 до 97% и температурой от 15 до 135°C.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, состоит в разработке химического вертикального электронасосного агрегата с центробежным насосом, наделенным повышенной защитой от протечек химически агрессивной перекачиваемой жидкости и загрязнения атмосферного воздуха ядовитыми испарениями и наделенным повышенными ресурсом, надежностью работы и эффективностью перекачивания указанных сред, а также в разработке способа перекачивания химически агрессивных сред.

Это достигается совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и технологических параметров основных узлов и элементов агрегата, в первую очередь, конструктивного решения системы рабочего колеса закрытого типа, конфигурации лопаток и межлопаточных каналов, спирального сборника и напорного патрубка, обеспечивающих в совокупности эффективное перекачивание указанных экологически опасных сред. Кроме того, технический результат достигается за счет разработанных в изобретении конструкции силового сопряжения валов роторов электродвигателя и насоса, передающей крутящий момент от электродвигателя к насосу с демпфированием вибрации, и усиленной гидродинамической защиты в процессе работы насоса, оптимально дополняемой гидростатической защитой в виде разработанной в изобретении системы сальниковых, щелевых и лабиринтных уплотнений, а также химически стойких кольцевых манжет и прокладок от протечек химически агрессивной среды и ядовитых испарений при перекачивании в процессе производства, транспорта, закачивания или выкачивания из цистерн, танков или резервуаров для краткосрочного или длительного хранения, в том числе в закрытых производственных помещениях, что исключает негативное воздействие на окружающую среду во всех эксплуатационных ситуациях.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен химический вертикальный электронасосный агрегат, продольный разрез;

на фиг.2 - проточная часть насоса, продольный разрез;

на фиг.3 - опорная плита, вид сверху (электродвигатель и силовая муфта не показаны);

на фиг.4 - конструктивная схема силовой муфты, продольный разрез.

Химический вертикальный электронасосный агрегат с крыльчаткой закрытого типа включает насос 1 с корпусом, опорной плитой 2, ротором с валом 3 и рабочим колесом 4 в виде многозаходной крыльчатки закрытого типа, привод в виде электродвигателя 5 с корпусом 6 и валом 7 ротора. Электронасосный агрегат включает также переходник 8 с силовой муфтой 9, упруго соединяющей валы 3 и 7 упомянутых роторов с образованием валопровода для передачи крутящего момента на рабочее колесо 4.

Переходник 8 содержит силовой корпус 10, охватывающий по контуру силовую муфту 9 и в качестве опоры соединяющий корпуса насоса 1 и электродвигателя 5.

Насос 1 выполнен центробежным, полупогружным, предпочтительно, однокорпусным и, по меньшей мере, одноступенчатым с осевым подводом и тангенциальным или радиальным отводом перекачиваемой жидкости, для чего снабжен входным подводящим и выходным напорным патрубками 11 и 12 соответственно.

Корпус насоса 1 выполнен сборным и включает размещенный над опорной плитой 2 корпус 13 ходовой части, по меньшей мере, с двумя подшипниковыми опорами 14, а также содержит прикрепленный к опорной плите 2 снизу корпус 15 подвески, сблокированный с корпусом 16 проточной части.

Вал 3 ротора насоса 1 выполнен двухконсольным, установлен в подшипниковых опорах 14 корпуса 13 ходовой части и нижней консолью 17 пропущен через корпус 15 подвески с выходом в корпус 16 проточной части, в котором жестко съемно соединен со ступицей 18 рабочего колеса 4. Верхняя консоль 19 вала 3 ротора насоса 1 заведена в силовую муфту 9 переходника 8.

Рабочее колесо 4 содержит снабженную ступицей 18 многозаходную крыльчатку закрытого типа, включающую основной и покрывной диски 20 и 21 соответственно с закрепленной на каждом из них системой криволинейных лопаток 22. Лопатки 22 вариантно установлены в рабочем колесе 4 в количестве 3÷24, предпочтительно 5÷7, лопаток. Лопатки 22 равномерно разделены межлопаточными каналами, оси которых во фронтальной проекции выполнены постоянной или переменной кривизны и закручены в сторону, противоположную вектору вращения рабочего колеса 4. Средний градиент угла установки оси лопатки 22 и идентичный градиент угловой конфигурации медиальной оси межлопаточного канала вариантно составляет на длине лопатки 0÷7,0 рад/м с возможностью расширения диапазона в зону отрицательных значений градиента. Основной и покрывной диски 20 и 21 рабочего колеса 4 защищены с внешней стороны в совокупности двумя гидрозатворами, каждый в виде импеллера 23, образованного системой лучевидных лопаток.

Корпус 16 проточной части насоса снабжен кольцевой съемной уступообразной в поперечном сечении тыльной стенкой 24, меньший из внешних радиусов которой выполнен не менее проходного радиуса рабочего колеса 4. Рабочее колесо 4 выполнено с уширенной ступицей 18, внешний радиус которой принимают из условия обеспечения конгруэнтности с внутренним радиусом центрального проема в кольцевой уступообразной тыльной стенке 24 с образованием при этом щелевого уплотнения 25 и с возможностью выполнения открытого сверху кольцевого канала 26 в теле ступицы 18.

Активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов рабочего колеса 4 выполнен обеспечивающим вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (5,0÷500)×10^-5 м³/об перекачиваемой среды.

Упомянутые радиусы кривизны осей лопаток 22 и медиальных осей межлопаточных каналов во фронтальной проекции рабочего колеса 4 выполнены исходящими из центров, рассредоточенных по условной окружности, радиус которой принят, предпочтительно, менее наибольшего радиуса дисков 20, 21 рабочего колеса 4. Покрывной диск 21 рабочего колеса 4 наделен входной горловиной 27, внутренний заходный радиус которой выполнен не менее радиуса входного проема корпуса 16 проточной части, предпочтительно, заподлицо с ним. Съемная тыльная стенка 24 корпуса 16 проточной части вмонтирована в проем указанного корпуса, имеющий проходной радиус, обеспечивающий возможность ввода и вывода рабочего колеса 4 при монтаже и демонтаже насоса.

Импеллеры 23 на основном и покрывном дисках 20 и 21 рабочего колеса 4 содержат от 5 до 15, предпочтительно 12, лучевидных лопаток, а радиус импеллеров 23 выполнен достаточным для создания защитного гидродинамического рабочего противодавления перекачиваемой среде.

Вал 3 ротора насоса 1 оперт на корпус 13 ходовой части через подшипниковые опоры 14. Предпочтительно, нижняя подшипниковая опора содержит радиальный подшипник 28, выполненный роликовым. Предпочтительно, верхняя подшипниковая опора содержит радиально-упорный подшипник 29. Полости подшипников 28, 29 защищены манжетами и лабиринтными уплотнениями 30. Подшипниковые узлы снабжены системой смазки подшипников 28, 29, для чего в корпусе 13 ходовой части выполнены пресс-масленки 31.

Вал 3 ротора насоса 1 выполнен состоящим из участков с различными диаметрами. Участок 32 вала 3 с наибольшим диаметром расположен в высотном диапазоне между подшипниковыми опорами 14, а остальные участки вала выполнены с диаметрами, ступенчато последовательно убывающими в направлении к оконечностям вала 4.

Корпус 16 проточной части насоса совместно с упомянутой тыльной уступообразной стенкой 24 образуют проточную полость 33 с объемом, достаточным для размещения рабочего колеса 4. Боковая стенка проточной полости 33 образует спиральный сборник, который за пределами контура рабочего колеса 4 имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и выпукло-изогнутой в условной плоскости, нормальной к упомянутой средней плоскости сборника и проведенной через ось вала 3 ротора насоса. Спиральный сборник выполнен с соблюдением минимальной дифференциации скоростей на входе и выходе из сборника и сообщен с напорным патрубком 12, преимущественно, тангенциально.

Напорный патрубок 12 выполнен диффузорным с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из патрубка в 1,1÷4,2 раза.

Для устранения утечки перекачиваемой среды по валу 3 насоса установлено сальниковое уплотнение, а для устранения утечки через разъемы упомянутых корпусов 13, 15, 16 насоса установлены резиновые уплотнительные кольца. Узел упомянутого сальникового уплотнения включает, по меньшей мере, корпус 35 уплотнения с сальниковой набивкой 36. Корпус 35 уплотнения установлен в ответный проем в кольцевой уступообразной тыльной стенке 24 корпуса 16 проточной части со стороны корпуса 15 подвески.

Силовая муфта 9, соединяющая консольный вал 7 ротора электродвигателя 5 и обращенную к нему верхнюю консоль 19 вала 3 ротора насоса 1, выполнена с возможностью передачи крутящего момента от первого ко второму с демпфированием взаимных угловых колебаний указанных валов 3, 7. Для чего силовая муфта 9 выполнена в виде двух полумуфт - полумуфты 37 электродвигателя и полумуфты 38 насоса, жестко соединенных каждая с одним из упомянутых валов роторов и упруго соединенных между собой через амортизатор 39, преимущественно, в виде системы типа «палец-втулка-упругий кольцевой вкладыш» с количеством втулок по числу «пальцев», но не менее двух.

Напорный патрубок 12 насоса 1 выполнен с внешним фланцем 40 для соединения с напорной магистралью 41. По меньшей мере, участок напорной магистрали 41 между напорным патрубком 12 и предназначенным для пропуска указанной магистрали 41 проемом 42 в опорной плите 2 насоса 1 выполнен содержащим не менее одного колена 43, сопряженные части которого расположены, предпочтительно, под углом α=~π/2. Колено 43 снабжено фланцами. Фланец 44 предназначен для присоединения к фланцу 40 напорного патрубка 12, а фланец 45 - для последующего соединения с другими звеньями указанной магистрали 41, располагая один из них, предпочтительно, в уровне опорной плиты 3 или выше последней с возможностью фиксации магистрали 41 в опорной плите 2. В месте выхода магистрали 41 в опорную плиту 2 магистраль 41 снабжена фланцем 46 с кольцевым уплотнением 47, предотвращающим попадание воздуха в напорную магистраль 41.

Корпус 16 проточной части насоса 1 вариантно снабжен трубой 48 входа для направленного подвода потока перекачиваемой среды к осевому входу рабочего колеса 4.

Корпус 15 подвески снабжен системой отверстий 49 для сообщения с переменным объемом перекачиваемой среды.

Опорная плита 2 насоса 1 выполнена не менее чем с двумя проемами 42, 50, размещенными, предпочтительно, несимметрично с эксцентриситетом относительно центра и/или осей симметрии плиты. Диаметр проема 50 выполнен, предпочтительно, равным внутреннему диаметру корпуса 15 подвески. Диаметр проема 42 вариантно выполнен превышающим внешний диаметр напорной магистрали 41, по меньшей мере, на технологически необходимую величину внешнего диаметра съемного фланца 46 указанной магистрали 41. Опорная плита 2 снабжена строповочными петлями или отверстиями 51, а также технологическими отверстиями 52 для фиксированного крепления электронасосного агрегата к конструкции внешней емкости, резервуара.

Корпус 15 переходника выполнен, предпочтительно, конической конфигурации и содержит, по меньшей мере, один технологический проем 53 для обслуживания силовой муфты 9.

Химический вертикальный электронасосный агрегат предназначен для перекачивания химически агрессивных жидкостных сред типа кислот, щелочей, электролитов и других с температурой от 0÷98°C, с водородным показателем 0÷14 pH, плотностью до 1870 кг/м³, кинематической вязкостью до 30×10^-6 м/с и твердыми включениями до 1 мм с объемной концентрацией последних, не превышающей 5%, либо для перекачивания горячих и кристаллизующихся жидкостей с температурой от 0 до 250°C.

Насос 1 и комплектующий электродвигатель 5 вариантно выполнены с возможностью подачи от 12,5 до 315 м³/ч и напором от 20 до 90 м, при этом электродвигатель принимают с вариантной мощностью от 5 до 150 кВт, адекватной диапазонам напора и подачи и частотой вращения вала, предпочтительно, до 1500 об/мин, а при частоте вращения вала, предпочтительно, до 2950 об/мин электронасосный агрегат вариантно выполнен с возможностью подачи от 7,5 до 50 м³/ч с напором от 20 до 90 м, мощностью от 5 до 350 кВт.

В способе перекачивания химически агрессивных жидкостей перекачивание выполняют в процессе производства, транспорта, закачивания или выкачивания из цистерн, танков или резервуаров для краткосрочного или длительного хранения указанных жидкостей, используя для этого, по меньшей мере, один химический вертикальный электронасосный агрегат, описанный выше.

В качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа растворов серной кислоты или сочетания двух, включая сочетания серной и уксусной кислоты, либо трех и более кислот, в том числе сочетания серной, соляной и азотной кислоты, с концентрацией от 0,1 до 98% и температурой от 30 до 100°C, применяя для этого химически стойкие покрытия типа тефлона, наносимого, по меньшей мере, на контактирующие с агрессивной средой детали проточной части насоса.

В качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа азотной кислоты, ее растворов и/или компонентов.

В качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа фосфорной кислоты, ее растворов и/или компонентов с концентрацией от 1 до 90% и температурой от 20 до 100°C.

В качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа соляной кислоты, ее растворов и/или компонентов с концентрацией от 0,2 до 37% и температурой от 20 до 60°C.

В качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа щелочей с концентрацией от 5 до 97% и температурой от 15 до 135°C.

Перекачивание химически агрессивных жидкостей предлагаемым химическим вертикальным электронасосным агрегатом осуществляют следующим образом.

Опускают агрегат в емкость с перекачиваемой жидкостью и контролируют высоту уровня залитой части агрегата. Закрывают задвижку на напорном трубопроводе. Запускают электродвигатель 1. Открывают задвижку на напорной магистрали.

Перекачиваемая химически агрессивная жидкая среда через входной подводящий патрубок 11, попадая на вход во вращающееся центробежное рабочее колесо 4, перемещается от центра к периферии под действием центробежных сил и диффузного расширения в межлопаточных каналах рабочего колеса 4, приобретая при этом кинетическую энергию и получая закрутку в направлении вращения рабочего колеса 4.

После выхода из рабочего колеса 4 поток переходит в диффузорный спиральный сборник, расширяющийся к напорному патрубку 12 в режиме, приближенном к соблюдению равенства скоростей потока на протяжении сборника. Из сборника перекачиваемая среда попадает в напорный патрубок 12, выполненный диффузорным со снижением скорости при прохождении в патрубке в два раза с одновременным переходом части кинетической энергии потока в потенциальную и поступает в напорную магистраль 41.

При этом в процессе работы агрегата от утечки перекачиваемой среды по валу 3 насоса 1 защищает уплотнение с сальниковой набивкой 36, а от утечки перекачиваемой среды через разъемы корпусов 13, 15, 16 защищают резиновые уплотнительные кольца 34.

Остановку агрегата производят в следующем порядке: плавно закрывают задвижку на напорном трубопроводе, отключают электродвигатель.

При этом перекачивание выполняют в процессе производства, транспорта, закачивания или выкачивания из цистерн, танков или резервуаров для краткосрочного или длительного хранения указанных жидкостей. В качестве перекачиваемой среды используют растворы серной кислоты или сочетания двух, включая сочетания серной и уксусной кислот; либо азотную кислоту, ее растворов и/или компонентов; либо фосфорную кислоту, ее растворов и/или компонентов с концентрацией от 1 до 90% и температурой от 20 до 100°C; либо соляную кислоту, ее растворов и/или компонентов с концентрацией от 0,2 до 37% и температурой от 20 до 60°C; либо жидкость типа щелочей с концентрацией от 5 до 97% и температурой от 15 до 135°C.

Таким образом, за счет разработанных в изобретении конструктивных решений и технологических параметров основных узлов и элементов насоса в составе электронасосного агрегата достигают повышения защиты от протечек химически агрессивной перекачиваемой жидкости и, как следствие, снижения загрязнения атмосферного воздуха ядовитыми испарениями, а также повышения долговечности, надежности работы агрегата и эффективности перекачивания химически агрессивных жидких сред.

Изобретение относится к насосостроению, а именно к химическим вертикальным центробежным электронасосным агрегатам. Агрегат включает привод - электродвигатель, переходник с силовой муфтой и центробежный полупогружной насос. Корпус насоса выполнен сборным и включает размещенный над опорной плитой корпус ходовой части, а также содержит прикрепленный к опорной плите снизу корпус подвески, сблокированный с корпусом проточной части. Вал установлен в подшипниковых опорах корпуса ходовой части и нижней консолью пропущен через корпус подвески с выходом в корпус проточной части, в котором жестко съемно соединен со ступицей колеса. Верхняя консоль вала ротора заведена в силовую муфту переходника. Рабочее колесо включает основной и покрывной диски с системой криволинейных лопаток. Средний градиент угла установки оси лопатки и идентичный градиент угловой конфигурации медиальной оси межлопаточного канала составляет на длине лопатки 0÷7,0 рад/м. Основной и покрывной диски рабочего колеса защищены гидрозатворами в виде импеллера. Колесо выполнено с уширенной ступицей с открытым сверху кольцевым каналом в теле ступицы. Группа изобретений направлена на защиту от протечек перекачиваемой среды и, как следствие, снижение загрязнения атмосферного воздуха ядовитыми испарениями, а также на повышение долговечности и надежности работы агрегата и эффективности перекачивания рабочих сред. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа, характеризующийся тем, что включает насос с корпусом, опорной плитой, ротором с валом и рабочим колесом в виде многозаходной крыльчатки закрытого типа, привод в виде электродвигателя с корпусом и валом ротора, а также переходник с силовой муфтой, упруго соединяющей валы упомянутых роторов с образованием валопровода для передачи крутящего момента на рабочее колесо, при этом переходник содержит силовой корпус, охватывающий по контуру упомянутую муфту и в качестве опоры соединяющий корпуса насоса и электродвигателя, причем насос выполнен центробежным, полупогружным, предпочтительно однокорпусным и, по меньшей мере, одноступенчатым с осевым подводом и тангенциальным или радиальным отводом перекачиваемой жидкости, для чего снабжен входным подводящим и выходным напорным патрубками, кроме того, корпус насоса выполнен сборным и включает размещенный над опорной плитой корпус ходовой части, по меньшей мере, с двумя подшипниковыми опорами, а также содержит прикрепленный к опорной плите снизу корпус подвески, сблокированный с корпусом проточной части, причем вал ротора насоса выполнен двухконсольным, установлен в подшипниковых опорах корпуса ходовой части и нижней консолью пропущен через корпус подвески с выходом в корпус проточной части, в котором жестко съемно соединен со ступицей рабочего колеса, а верхняя консоль вала ротора заведена в силовую муфту переходника, при этом рабочее колесо содержит снабженную ступицей многозаходную крыльчатку закрытого типа, включающую основной и покрывной диски с закрепленной на каждом из них системой криволинейных лопаток, вариантно устанавливаемых в рабочем колесе в количестве 3÷24, предпочтительно 5÷7, лопаток, равномерно разделенных межлопаточными каналами, оси которых во фронтальной проекции выполнены постоянной или переменной кривизны и закручены в сторону, противоположную вектору вращения рабочего колеса со средним градиентом угла установки оси лопатки и идентичным градиентом угловой конфигурации медиальной оси межлопаточного канала, вариантно составляющим на длине лопатки 0÷7,0 рад/м с возможностью расширения диапазона в зону отрицательных значений градиента, причем основной и покрывной диски рабочего колеса защищены с внешней стороны в совокупности двумя гидрозатворами, каждый в виде импеллера, образованного системой лучевидных лопаток, при этом корпус проточной части снабжен кольцевой съемной уступообразной в поперечном сечении тыльной стенкой, меньший из внешних радиусов которой выполнен не менее проходного радиуса рабочего колеса, кроме того, рабочее колесо выполнено с уширенной ступицей, внешний радиус которой принимают из условия обеспечения конгруэнтности с внутренним радиусом центрального проема в кольцевой уступообразной тыльной стенке с образованием при этом щелевого уплотнения и с возможностью выполнения открытого сверху кольцевого канала в теле ступицы.

2. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов рабочего колеса выполнен обеспечивающим вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (5,0÷1500)×10^-5 м³/об перекачиваемой среды.

3. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что упомянутые радиусы кривизны осей лопаток и медиальных осей межлопаточных каналов во фронтальной проекции рабочего колеса выполнены исходящими из центров, рассредоточенных по условной окружности, радиус которой принят, предпочтительно, менее наибольшего радиуса дисков рабочего колеса, а покрывной диск наделен входной горловиной, внутренний заходный радиус которой выполнен не менее радиуса входного проема корпуса проточной части, предпочтительно, заподлицо с ним, кроме того, упомянутая съемная тыльная стенка корпуса проточной части вмонтирована в проем указанного корпуса, имеющий проходной радиус, обеспечивающий возможность ввода и вывода рабочего колеса при монтаже и демонтаже насоса.

4. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что импеллеры на основном и покрывном дисках рабочего колеса содержат от 5 до 15, предпочтительно 12, лучевидных лопаток, а радиус импеллеров выполнен достаточным для создания защитного гидродинамического рабочего противодавления перекачиваемой среде.

5. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что вал ротора насоса оперт на корпус ходовой части через упомянутые подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно нижняя, содержит радиальный подшипник, выполненный роликовым, а другая, предпочтительно верхняя, содержит радиально-упорный подшипник, причем полости подшипников защищены манжетами и лабиринтными уплотнениями, а подшипниковые узлы снабжены системой смазки подшипников, для чего в корпусе ходовой части выполнены пресс-масленки.

6. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что вал ротора насоса выполнен состоящим из участков с различными диаметрами, при этом участок с наибольшим диаметром расположен в высотном диапазоне между упомянутыми подшипниковыми опорами, а остальные участки вала выполнены с диаметрами, ступенчато последовательно убывающими в направлении к оконечностям вала.

7. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что корпус проточной части насоса совместно с упомянутой тыльной уступообразной стенкой образуют проточную полость с объемом, достаточным для размещения рабочего колеса, при этом боковая стенка проточной полости образует спиральный сборник, который за пределами контура рабочего колеса имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и выпукло-изогнутой в условной плоскости, нормальной к упомянутой средней плоскости сборника и проведенной через ось вала ротора насоса, при этом спиральный сборник выполнен с соблюдением минимальной дифференциации скоростей на входе и выходе из сборника и сообщен с напорным патрубком, преимущественно, тангенциально, при этом упомянутый напорный патрубок корпуса проточной части выполнен диффузорным с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из патрубка в 1,1÷4,2 раза.

8. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что для устранения утечки перекачиваемой среды по валу установлено сальниковое уплотнение, а для устранения утечки через разъемы упомянутых корпусов установлены резиновые уплотнительные кольца, причем узел сальникового уплотнения включает, по меньшей мере, корпус уплотнения с сальниковой набивкой, при этом корпус уплотнения установлен в ответный проем в кольцевой уступообразной тыльной стенке корпуса проточной части со стороны корпуса подвески.

9. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что силовая муфта, соединяющая консольный вал ротора электродвигателя и обращенную к нему верхнюю консоль вала ротора насоса, выполнена с возможностью передачи крутящего момента от первого ко второму с демпфированием взаимных угловых колебаний указанных валов, для чего силовая муфта выполнена в виде двух полумуфт, жестко соединенных каждая с одним из упомянутых валов роторов и упруго соединенных между собой через амортизатор, преимущественно, в виде системы типа «палец-втулка-упругий кольцевой вкладыш» с количеством втулок по числу «пальцев», но не менее двух.

10. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что напорный патрубок насоса выполнен с внешним фланцем для соединения с напорной магистралью, по меньшей мере, участок которой между напорным патрубком и предназначенным для пропуска указанной магистрали проемом в опорной плите насоса выполнен содержащим не менее одного колена, сопряженные части которого расположены, предпочтительно, под углом α=~π/2, при этом колено снабжено фланцами для присоединения одним из них к фланцу напорного патрубка, а другим - для последующего соединения с другими звеньями указанной магистрали, располагая один из них, предпочтительно, в уровне опорной плиты или выше последней с возможностью фиксации магистрали в опорной плите, при этом в месте выхода магистрали в опорную плиту магистраль снабжена фланцем с кольцевым уплотнением, предотвращающим попадание воздуха в напорную магистраль.

11. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что корпус проточной части насоса вариантно снабжен трубой входа для направленного подвода потока перекачиваемой среды к осевому входу рабочего колеса.

12. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что корпус подвески снабжен системой отверстий для сообщения с переменным объемом перекачиваемой среды.

13. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.10, отличающийся тем, что опорная плита выполнена не менее чем с двумя проемами, размещенными, предпочтительно, несимметрично с эксцентриситетом относительно центра и/или осей симметрии плиты, при этом диаметр одного из проемов выполнен, предпочтительно, равным внутреннему диаметру корпуса подвески, а диаметр другого вариантно выполнен превышающим внешний диаметр напорной магистрали, по меньшей мере, на технологически необходимую величину внешнего диаметра съемного фланца указанной магистрали, кроме того, опорная плита снабжена строповочными петлями или отверстиями, а также технологическими отверстиями для фиксированного крепления электронасосного агрегата к конструкции внешней емкости, резервуара.

14. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что корпус переходника выполнен, предпочтительно, конической конфигурации и содержит, по меньшей мере, один технологический проем для обслуживания силовой муфты.

15. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что предназначен для перекачивания химически агрессивных жидкостных сред типа кислот, щелочей, электролитов и других с температурой от 0÷98°C, с водородным показателем 0÷14 pH, плотностью до 1870 кг/м³, кинематической вязкостью до 30×10^-6 м²/с и твердыми включениями до 1 мм с объемной концентрацией последних, не превышающей 5%, либо для перекачивания горячих и кристаллизующихся жидкостей с температурой от 0 до 250°C.

16. Химический вертикальный электронасосный агрегат с рабочим колесом закрытого типа по п.1, отличающийся тем, что насос и комплектующий электродвигатель вариантно выполнены с возможностью подачи от 12,5 до 315 м³/ч и напором от 20 до 90 м, при этом электродвигатель принимают с вариантной мощностью от 5 до 150 кВт, адекватной диапазонам напора и подачи и частотой вращения вала, предпочтительно, до 1500 об/мин, а при частоте вращения вала, предпочтительно, до 2950 об/мин электронасосный агрегат вариантно выполнен с возможностью подачи от 7,5 до 50 м³/ч с напором от 20 до 90 м, мощностью от 5 до 350 кВт.

17. Способ перекачивания химически агрессивных жидкостей, характеризующийся тем, что перекачивание выполняют в процессе производства, транспорта, закачивания или выкачивания из цистерн, танков или резервуаров для краткосрочного или длительного хранения указанных жидкостей, используя для этого, по меньшей мере, один химический вертикальный электронасосный агрегат, который выполнен по любому из пп.1-16.

18. Способ перекачивания химически агрессивных жидкостей по п.17, отличающийся тем, что в качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа растворов серной кислоты или сочетания двух, включая сочетания серной и уксусной кислоты, либо трех и более кислот, в том числе сочетания серной, соляной и азотной кислоты, с концентрацией от 0,1 до 98% и температурой от 30 до 100°C, применяя для этого химически стойкие покрытия типа тефлона, наносимого, по меньшей мере, на контактирующие с агрессивной средой детали проточной части насоса.

19. Способ перекачивания химически агрессивных жидкостей по п.17, отличающийся тем, что в качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа азотной кислоты, ее растворов и/или компонентов.

20. Способ перекачивания химически агрессивных жидкостей по п.17, отличающийся тем, что в качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа фосфорной кислоты, ее растворов и/или компонентов с концентрацией от 1 до 90% и температурой от 20 до 100°C.

21. Способ перекачивания химически агрессивных жидкостей по п.17, отличающийся тем, что в качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа соляной кислоты, ее растворов и/или компонентов с концентрацией от 0,2 до 37% и температурой от 20 до 60°C.

22. Способ перекачивания химически агрессивных жидкостей по п.17, отличающийся тем, что в качестве перекачиваемой среды используют химически агрессивную жидкость типа щелочей с концентрацией от 5 до 97% и температурой от 15 до 135°C.