РОТОРНАЯ МАШИНА И СПОСОБ ТЕПЛООБМЕНА В РОТОРНОЙ МАШИНЕ Российский патент 2018 года по МПК F04D29/58 F04D7/06 

Изобретение относится к роторной машине для транспортировки текучей среды, а также к способу теплообмена в такой машине, согласно ограничительной части соответствующих независимых пунктов формулы изобретения.

Роторные машины, такие как, например, насосы, используются для транспортировки текучих сред в самых различных областях техники. В обрабатывающей углеводороды промышленности насосы выполняют важную функцию во всей цепи обработки, которая начинается обычно у месторождения нефти или газа, и должны часто работать в технически сложных условиях. Так, например, при добыче нефти возможно, что подлежащая транспортировке среда имеет очень высокую температуру вплоть до 200°С. Такие высокие температуры предъявляют высокие требования к насосу, а также, в частности, к механическим уплотнениям в таком насосе.

Механические уплотнения обычно применяются для герметизации вала, который несет рабочее колесо насоса и который приводится в движение с помощью приводного блока, например, электродвигателя. Эти уплотнения должны предотвращать выход подлежащей транспортировке текучей среды на или вдоль вала. Обычно, механические уплотнения выполнены в виде уплотнений скольжения или кольцевых уплотнений скольжения, которые содержат статор и ротор. При этом ротор соединен без возможности проворачивания с валом, в то время как статор фиксирован относительно корпуса насоса, так что он защищен от вращения. Таким образом, во время вращения вала ротор и статор скользят друг по другу, что приводит к большой механической нагрузке этих частей. Для правильной работы таких механических уплотнений необходимо, чтобы на эти уплотнения в рабочем состоянии не воздействовали очень высокие термические нагрузки. Поэтому, в частности, для таких текучих сред, которые транспортируются при высокой температуре, необходимо охлаждать механические уплотнения. Слишком высокая температура в зоне механического уплотнения может приводить к деградации материала на поверхностях скольжения или других частях уплотнения, к повреждениям вторичных уплотнений, к не желательным фазовым переходам в подлежащей транспортировке текучей среде или к термически обусловленным изменениям вала, например, к изгибаниям.

И наоборот, в таких применениях, в которых подлежащая транспортировке текучая среда является слишком холодной, например, в криотехнике при транспортировке сжиженных газов, необходимо нагревать механические уплотнения для обеспечения правильной работы.

Таким образом, в зависимости от применения необходимо обеспечивать охлаждение или нагревание механического уплотнения, соответственно, его окружения, т.е. удерживание в правильном диапазоне температуры посредством теплообмена.

Для этого теплообмена на механических уплотнениях, т.е. отвода или подвода тепла, из уровня техники известны две возможности. В первом способе в окружении механического уплотнения предусмотрен теплообменный кожух, который в зависимости от применения является охлаждающим кожухом для отвода тепла или нагревательным кожухом для подвода тепла. Этот кожух содержит полое пространство, которое окружает механическое уплотнение, например, в виде кольцевого пространства, и через которое протекает текучий теплоноситель, который подводит или отводит тепло. Полое пространство не имеет соединения с пространством, в котором расположено механическое уплотнение, так что не происходит непосредственный контакт между теплоносителем и механическим уплотнением. При таком виде отвода или подвода тепла обычно применяются внешние вспомогательные системы, например, внешний насос, с целью подачи текучего теплоносителя в полое пространство теплообменного кожуха, соответственно, с целью обеспечения циркуляции теплоносителя.

Вторая возможность теплообмена основывается на непосредственном контакте механического уплотнения с текучим теплоносителем и обычно называется омыванием (flushing). При этом механическое уплотнение или, по меньшей мере, часть его приводится в непосредственный контакт с текучим теплоносителем, с целью отвода или подвода за счет этого тепла. Для этого вида теплообмена известно применение циркуляции текучего теплоносителя в замкнутом контуре, который в этом случае содержит внешний теплообменник, в котором теплоноситель отдает принятое от механического уплотнения тепло (при охлаждении уплотнения), или в котором теплоноситель принимает тепло, которое он подводит к механическому уплотнению (при нагревании уплотнения). При этом циркуляция теплоносителя обеспечивается с помощью внешнего насоса. В качестве альтернативного решения или дополнительно к внешнему насосу, может быть также, например, на механическом уплотнении предусмотрена крыльчатка, которая приводится во вращение вращающимся валом и приводит в циркуляцию теплоноситель.

В качестве альтернативы замкнутым системам омывания известно также применение открытых систем, в которых теплоноситель не циркулирует в замкнутом контуре, а изымается из источника и после прохождения через насос удаляется, например, в систему отвода воды. В этих открытых системах можно, как правило, отказаться от внешнего теплообменника.

Кроме того, известно применение в насосах двух отдельных, работающих независимо друг от друга охлаждающих систем, из которых одна работает с охлаждающим кожухом, а другая выполнена в виде системы омывания. При этом обе системы могут работать с различными теплоносителями. Однако такие решения являются весьма сложными, дорогостоящими и требуют обычно много конструктивного пространства.

Исходя из этого уровня техники, задачей изобретения является создание роторной машины с новой теплообменной системой для механического уплотнения, которая является простой и обеспечивает также при высоких температурных нагрузках за счет тепла или холода подлежащей транспортировке текучей среды эффективное охлаждение или нагревание механического уплотнения. В частности, роторная машина должна быть пригодна для применений при высоких температурах, в которых подлежащая транспортировке текучая среда является очень горячей. Кроме того, задачей изобретения является создание соответствующего способа теплообмена в роторной машине.

Решающие эту задачу предметы изобретения характеризуется признаками соответствующих независимых пунктов формулы изобретения.

Таким образом, согласно изобретению, предлагается роторная машина для транспортировки текучей среды, содержащая приводной блок для привода вала, расположенное на валу рабочее колесо для транспортировки текучей среды, по меньшей мере одно механическое уплотнение для герметизации вала, первую и вторую теплообменную систему для охлаждения или нагревания механического уплотнения, при этом первая теплообменная система предназначена для непосредственного воздействия на механическое уплотнение текучим теплоносителем, и вторая теплообменная система содержит теплообменный кожух, который предназначен для прохождения потока текучего теплоносителя без непосредственного контакта с механическим уплотнением. Первая и вторая теплообменная система образуют общую теплообменную систему, предназначенную для циркуляции общего текучего теплоносителя, и предусмотрена крыльчатка для циркуляции текучего теплоносителя в теплообменной системе.

Таким образом, согласно изобретению, предлагается комбинировать теплообменную систему, которая работает по принципу омывания, с теплообменной системой, которая работает с кожухом, с образованием общей системы, в которой циркулирует лишь один текучий теплоноситель, циркуляция которого обеспечивается самой роторной машиной. Таким образом, в этой теплообменной системе комбинируются преимущества обеих теплообменных систем, без необходимости для этого внешних циркуляционных устройств, таких как внешние насосы. Это обеспечивает очень простое, компактное и эффективное решение, с помощью которого можно надежно отводить из зоны механического уплотнения большие количества тепла (при охлаждении), соответственно, подводить в эту зону (при нагревании).

На основании высокой эффективности теплообмена, роторная машина, согласно изобретению, пригодна, в частности, также для применений при высокой температуре, в которых подлежащая транспортировке текучая среда может иметь температуру до 200ºС или выше.

В одном предпочтительно примере выполнения роторная машина выполнена в виде насоса, при этом приводной блок содержит электродвигатель, который расположен в корпусе электродвигателя.

При этом предпочтительно, когда рабочее колесо расположено в корпусе насоса, который соединен с корпусом электродвигателя с образованием общего корпуса, так что насос, включая электродвигатель, заключены в единственный корпус. Это компактное и закрытое наружу выполнение обеспечивает работу насоса также в трудных окружающих условиях.

В зависимости от применения может быть предпочтительным, когда роторная машина работает с вертикальным расположением. В этом случае предпочтительно, что приводной блок расположен в обычном рабочем положении над насосным блоком, поскольку в этом случае приводной блок не нагружается весом рабочего колеса.

Другой предпочтительной мерой относительно охлаждения, смазки и защиты приводного блока, например, с помощью подлежащей транспортировке текучей среды, является заполнение корпуса электродвигателя в режиме эксплуатации уплотняющей жидкостью.

В этом случае особенно предпочтительно, когда в качестве текучего теплоносителя предусмотрена уплотняющая жидкость.

С конструктивной точки зрения предпочтительно, когда крыльчатка для циркуляции теплоносителя приводится в действие с помощью приводного блока и предусмотрена предпочтительно на противоположной рабочему колесу стороне приводного блока.

Согласно, в частности, предпочтительному применению, роторная машина, согласно изобретению, выполнена в виде подводного насоса.

Предпочтительным применением роторной машины является транспортировка горячих текучих сред, температура которых составляет по меньшей мере 150°С.

Кроме того, согласно изобретению, предлагается способ теплообмена в роторной машине для транспортировки текучей среды, которая имеет приводной блок для привода вала, расположенное на валу рабочее колесо для транспортировки текучей среды, а также по меньшей мере одно механическое уплотнение для уплотнения вала, при этом способ содержит охлаждение или нагревание механического уплотнения с помощью первой и второй теплообменной системы, при этом с помощью первой теплообменной системы механическое уплотнение подвергается непосредственно воздействию текучего теплоносителя, и во второй теплообменной системе через теплообменный кожух проходит поток текучего теплоносителя без непосредственного контакта с механическим уплотнением. Первая и вторая теплообменная система объединены в общую теплообменную систему, в которой циркулирует общий текучий теплоноситель, при этом текучий теплоноситель циркулирует в теплообменной системе с помощью крыльчатки.

Преимущества этого способа соответствуют преимуществам, которые уже были пояснены в связи с роторной машиной, согласно изобретению.

В одном предпочтительном примере выполнения общая теплообменная система является охлаждающей системой.

Способ пригоден, в частности, когда роторная машина является насосом, при этом приводной блок содержит электродвигатель, который расположен в корпусе электродвигателя, при этом текучий теплоноситель применяется в качестве уплотняющей жидкости, которой заполнен корпус электродвигателя, и при этом крыльчатка приводится в действие предпочтительно с помощью приводного блока.

Предпочтительно, когда текучий теплоноситель является жидкостью на основе воды, поскольку эти жидкости являются, как правило, дешевыми, имеют достаточную теплоемкость и не загрязняют окружающую среду. В частности, в качестве текучего теплоносителя пригодна смесь из воды и гликоля.

Способ, согласно изобретению, пригоден, в частности, для применений при высоких температурах, в которых подлежащая транспортировке текучая среда имеет температуру по меньшей мере 150°С.

Способ, согласно изобретению, особенно пригоден также для таких применений, в которых роторная машина является подводным насосом.

Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично, частично в разрезе изображено:

фиг. 1 - пример выполнения роторной машины, согласно изобретению, в виде насоса; и

фиг. 2 – частичный разрез механического уплотнения с компонентами теплообменной системы.

В последующем описании роторной машины, согласно изобретению, и способа теплообмена, согласно изобретению, используется в качестве примера особенно важный на практике случай, когда роторная машина является насосом. Однако понятно, что изобретение не ограничивается этим случаем, а охватывает все другие роторные машины, в которых для герметизации вала предусмотрено механическое уплотнение. Роторная машина может быть также, например, компрессором, турбиной или генератором.

Кроме того, теплообмен в качестве примера является охлаждением, при котором из системы отводится тепло. Понятно, что изобретение по смыслу одинаковым образом охватывает также применения, в которых теплообмен является нагреванием, т.е. применения, в которых в систему подается тепло.

На фиг. 1 схематично показана роторная машина, которая выполнена в виде насоса и обозначена в целом позицией 1. Насос 1 содержит приводной блок 2 с двигателем 21, который расположен в корпусе 22 двигателя и выполнен в данном случае в виде электродвигателя. Электродвигатель 21 имеет вал 22 двигателя, который представляет ротор электродвигателя.

Кроме того, насос 1 содержит насосный блок 3 с корпусом 32 насоса, в котором предусмотрено рабочее колесо 31 для транспортировки текучей среды. Рабочее колесо 31 расположено на валу 5, который с помощью сцепления 9 соединен с валом 25 электродвигателя, и тем самым приводится в действие и во вращение вокруг своей продольной оси А (см. фиг. 2) с помощью электродвигателя 21.

Корпус 22 электродвигателя и корпус 32 насоса неподвижно соединены друг с другом, например, свинчены с помощью нескольких винтов, и образуют тем самым общий корпус 4 для приводного блока 2 и для насосного блока 3.

Вал 5 и вал 25 электродвигателя установлены самим по себе известным образом в нескольких осевых подшипниках 7 и радиальных подшипниках 8.

Кроме того, насосный блок 3 содержит вход 33, через который подлежащая транспортировке текучая среда под действием рабочего колеса 31 всасывается в корпус 32 насоса, а также выход 34, через который выталкивается подлежащая транспортировке текучая среда.

Для герметизации вала 5 в насосе предусмотрены два механических уплотнения 6, а именно, первое уплотнение, которое герметизирует вал 5 на границе между насосным блоком 3 и приводным блоком 2, так что подлежащая транспортировке текучая среда не может проходить вдоль вала 5 в приводной блок 2, и второе уплотнение, которое предусмотрено на чертеже под рабочим колесом 31 и предотвращает проникновение подлежащей транспортировке текучей среды вдоль вала 5 в предусмотренное под рабочим колесом 31 пространство 35 для подшипников, в котором расположен один из радиальных подшипников 8.

Поясняемая в примере выполнения роторная машина, согласно изобретению, является многоступенчатым насосом для применений при высоких температурах, в которых подлежащая транспортировке текучая среда имеет очень высокие температуры, например, 150°С, 180°С, 200°С или даже еще больше. Такие температуры могут возникать, например, при транспортировке природного газа или нефти, поскольку имеются месторождения нефти, в которых нефть имеет температуру 200°С.

В частности, приведенный здесь пример выполнения представляет подводный насос, который монтируется на морском дне и работает там, например, для добычи нефти или газа. Как раз в таких применениях необходима очень компактная конструкция и максимально возможная рабочая надежность.

При применениях под водой насос 1 обычно выполнен с вертикальным расположением с лежащим сверху приводным блоком 2, т.е. на фиг. 1 насос 1 показан в своем обычном рабочем положении. Корпус 22 электродвигателя приводного блока заполнен само по себе известным образом уплотняющей жидкостью 23, которая служит для охлаждения механических и электрических компонентов электродвигателя 21, а также для смазки. Расположенное под рабочим колесом 31 пространство 35 для подшипников также заполнено уплотняющей жидкостью 23.

На фиг. 2 показано в сильно упрощенном виде и схематично одно из механических уплотнений 6. Механические уплотнения сами по себе хорошо известны специалистам в данной области техники и поэтому не нуждаются в более подробном пояснении. Поэтому на фиг. 2 многие детали, такие как, например, фиксирующие элементы частей уплотнения 6 или вторичные уплотнения, например, кольца круглого поперечного сечения, не изображены.

Обычно механические уплотнения выполнены в виде уплотнений скольжения или в виде кольцевых уплотнений скольжения, которые содержат статор 61 и ротор 62. При этом ротор соединен без возможности проворачивания с валом 5, в то время как статор 61 фиксирован относительно общего корпуса 4, соответственно, относительно корпуса 32 насоса так, что он защищен от вращения. Таким образом, во время вращения вала 5 ротор 62 и статор 61 скользят друг по другу.

Для правильной работы механических уплотнений 6 существенно, что уплотнение 6 не становится слишком горячим (при применениях при высоких температурах) или не слишком холодным (при применениях при низких температурах). Для этого, согласно изобретению, предлагается новый способ теплообмена с механическим уплотнением 6, который поясняется ниже на основе показанного на фиг. 1 и 2 примера выполнения.

Предусмотрены первая теплообменная система 41 и вторая теплообменная система 42, в данном случае охлаждающие системы, которые соединены в одну общую теплообменную систему 40. Эта интегрированная теплообменная система 40 служит для охлаждения механических уплотнений 6.

Первая теплообменная система 41 для охлаждения механических уплотнений 6 является так называемой системой омывания, в которой механическое уплотнение 6 или, по меньшей мере, часть его непосредственно взаимодействует с текучим теплоносителем, в данном случае охлаждающей жидкостью. Как показано на фиг. 2, механическое уплотнение 6 расположено в уплотнительном пространстве 63, которое выполнено, например, в виде кольцевого пространства и окружает вал 5. В это уплотнительное пространство 63 вводится теплоноситель через входное отверстие 64. Кроме того, предусмотрено не изображенное выходное отверстие в уплотнительном пространстве 63, через которое теплоноситель может снова покидать уплотнительное пространство 63. Выходное отверстие расположено, например, с поворотом на 45º или 90º относительно продольной оси А входного отверстия 64. Во время работы насоса 1 уплотнительное пространство 64 по существу полностью заполнено теплоносителем, т.е. в единицу времени через входное отверстие 64 в уплотнительное пространство 63 втекает то же количество охлаждающего средства (теплоносителя), что и вытекает из уплотнительного пространства через выходное отверстие. Таким образом, теплообмен, в данном случае охлаждение, происходит за счет непосредственного контакта теплоносителя с механическим уплотнением 6, при котором теплоноситель отводит от уплотнения 6 тепло и тем самым охлаждает.

Вторая теплообменная система 42 для охлаждения механического уплотнения 6 содержит теплообменный кожух 421, который в данном примере выполнения является охлаждающим кожухом 421. При таком виде теплообмена не происходит непосредственного вещественного контакта механического уплотнения 6 с теплоносителем, в данном случае охлаждающей жидкостью. Охлаждающий кожух 421 содержит полое пространство 422, которое выполнено, например, в виде кольцевого пространства и окружает весь вал 5. Предусмотрен вход 423, через который теплоноситель вводится в полое пространство 422, и выход 424, через который теплоноситель покидает полое пространство 422. Во время работы полое пространство 422 полностью заполнено теплоносителем, который циркулирует через полое пространство 422. При таком виде теплообмена, соответственно, охлаждения, нет непосредственного вещественного контакта между теплоносителем и механическим уплотнением 6.

Как показано, в частности, на фиг. 1, охлаждающий кожух 421 расположен на более горячей стороне механического уплотнения 6, т.е. на стороне уплотнения 6, которая в режиме эксплуатации имеет более высокую температуру. Корпус 32 насоса в режиме эксплуатации заполнен, за исключением пространства 35 для подшипников, подлежащей транспортировке текучей средой, т.е. например, горячей нефтью. С помощью охлаждающего кожуха 421 охлаждается, в частности, также подлежащая транспортировке текучая среда вблизи уплотнения 6, т.е., например, также в щели 51, которая ведет к уплотнению 6. За счет этого охлаждения подлежащей транспортировке текучей среды в непосредственной близости механического уплотнения 6, значительно уменьшается тем самым также ввод тепла через подлежащую транспортировке текучую среду в уплотнение 6, что соответствует охлаждению уплотнения 6.

Согласно изобретению, первая теплообменная система 41 и вторая теплообменная система 42 соединены в интегрированную общую теплообменную систему 40. Это приводит к тому, что для общей теплообменной системы 40 должен иметься общий текучий теплоноситель. В то время как в отдельных друг от друга первой и второй теплообменных системах для этих обеих отдельных систем можно применять также различные текучие теплоносители, в решении, согласно изобретению, необходим общий текучий теплоноситель, который может быть, например, одинаковым с теплоносителем первой или второй теплообменной системы.

Особенно предпочтительно в качестве текучего теплоносителя для общей теплообменной системы 40 предусмотрена уплотняющая жидкость 23, которая применяется также для смазки и охлаждения электродвигателя 21, соответственно, приводного блока 2. Это имеет то преимущество, что необходимо предусматривать лишь одну единственную жидкость, которая применяется как в качестве уплотняющей жидкости 23, так и в качестве текучего теплоносителя для теплообменной системы 40. Как раз для применений под водой эта мера сказывается особенно положительно на расходы на оборудование.

В качестве текучего теплоносителя пригодны, в частности, выполненные на основе воды жидкости, такие как, например, смесь из воды и гликоля.

Как показано на фиг. 1, общая теплообменная система 40 выполнена в виде замкнутой системы, т.е. в виде охлаждающей системы или охлаждающего контура, в котором циркулирует текучий теплоноситель. Для циркуляции теплоносителя предусмотрена крыльчатка 44, которая расположена на валу 25 электродвигателя и тем самым приводится в действие с помощью приводного блока 2, а именно, за счет вращения вала 25 электродвигателя 21.

Крыльчатка 44 подает теплоноситель через основной трубопровод 45 в теплообменник 43, в котором теплоноситель отдает принятое на механическом уплотнении 6 или в приводном блоке 2 или в пространстве 35 для подшипников тепло и тем самым охлаждается. По потоку после теплообменника 43 от основного трубопровода 45 ответвляется несколько трубопроводов, сначала первый трубопровод 451, через который теплоноситель входит в корпус 22, как изображено стрелкой на трубопроводе 451. Теплоноситель заполняет корпус электродвигателя и служит здесь в качестве уплотняющей жидкости 23.

Дальше вниз по потоку от основного трубопровода 45 ответвляется второй трубопровод 452, через который теплоноситель попадает в охлаждающую систему для механического уплотнения 6. Второй трубопровод 452 в свою очередь разветвляется на ветвь, которая ведет к входу 423 (см. фиг. 2) охлаждающего кожуха 421, и на ветвь, которая ведет к входному отверстию 64 уплотнительного пространства 63. Из выходного отверстия (не изображено) уплотнительного пространства 63 и выхода 423 полого пространства 422 охлаждающего кожуха 421 текучий теплоноситель попадает через соответствующие трубопроводы, которые сведены в трубопровод 461, в возвратный трубопровод 46.

Наконец, основной трубопровод 45 переходит в третий трубопровод 453, через который теплоноситель попадает в охлаждающую систему для изображенного внизу механического уплотнения 6. Третий трубопровод 453 разветвляется в свою очередь на первую ветвь, которая ведет к входу 423 (см. фиг. 2) охлаждающего кожуха 421, и на ветвь, которая ведет к входному отверстию 64 уплотнительного пространства 63. В представленном здесь примере выполнения это уплотнительное пространство 63 соединено с пространством 35 для подшипников, так что теплоноситель через один и тот же трубопровод, который ведет к входному отверстию 64 уплотнительного пространства 63, может попадать также в пространство 35 для подшипников. Из выходного отверстия уплотнительного пространства 63 и выхода 424 полого пространства 422 охлаждающего кожуха 421 теплоноситель попадает через соответствующие трубопроводы, которые сведены в трубопровод 462, в возвратный трубопровод 46.

Через возвратный трубопровод 46 теплоноситель попадает снова в зону крыльчатки 44, которая обеспечивает циркуляцию теплоносителя в замкнутом охлаждающем контуре. Также подаваемый через первый трубопровод 451 в корпус 22 электродвигателя теплоноситель снова подвергается циркуляции под действием крыльчатки 44, как обозначено стрелкой 463.

Крыльчатка 44 для циркуляции текучего теплоносителя предпочтительно предусмотрена на противоположной рабочему колесу 31 насосного блока 3 стороне приводного блока 2, соответственно, на противоположной рабочему колесу 31 стороне электродвигателя 21.

Таким образом, первая теплообменная система 41 для механических уплотнений 6 и вторая теплообменная система 42 для механических уплотнений 6 соединены в одну общую теплообменную систему 40, которая образует интегральную теплообменную систему 40 для механических уплотнений 6. Одновременно общая теплообменная система 40 служит еще для снабжения корпуса электродвигателя уплотняющей жидкостью 23, которая идентична текучему теплоносителю.

Как обычно при применениях под водой, соответственно, в подводных насосах, уплотняющая жидкость 23 удерживается в корпусе 22 электродвигателя под более высоким давлением, чем подлежащая транспортировке текучая среда в насосном корпусе 32. Давление уплотняющей жидкости 23 в корпусе 22 электродвигателя, например, на 20-25 бар выше, чем давление в насосном корпусе 32.

Способ согласно изобретению или, соответственно, роторная машина согласно изобретению пригодны для множества применений. Так, они пригодны, в частности, для применений при высоких температурах и специально для применения под водой. Выполненную в качестве насоса роторную машину, согласно изобретению, можно использовать для транспортировки нефти, газа, морской воды или же так называемой «добываемой воды». Насос может быть выполнен в виде однофазного, многофазного или же гибридного насоса с соответствующим согласованными рабочими колесами. Возможно выполнение как в виде одноступенчатых, так и многоступенчатых насосов.

В частности, для применений в море под водой, предлагаемое в соответствии с изобретением решение с интегрированной теплообменной системой представляет эффективную, надежную, простую и компактную возможность для охлаждения, соответственно, для нагревания механических уплотнений.

Как указывалось выше, при выполнении насоса в качестве подводного насоса предпочтительным является вертикальное расположение, при котором приводной блок 2 расположен над насосным блоком 3. Естественно, возможно также горизонтальное расположение, при котором приводной блок 2 и насосный блок 3 расположены рядом друг с другом. Такое расположение является часто предпочтительным, когда насос используется не под водой, а, например, на суше или на судах или на буровых платформах.

Как указывалось выше, роторная машина, согласно изобретению, соответственно, способ, согласно изобретению, пригодны также для применений при низких температурах, например, для насосов для сжиженных газов в криотехнике. При таких применениях механические уплотнения подогреваются или нагреваются с помощью теплоносителя. В этом случае теплообменник 43 служит для подачи тепла в теплоноситель, который затем транспортирует его по смыслу тем же образом к механическим уплотнениям. При таких применениях теплообменный кожух второй теплообменной системы расположен на более холодной стороне механического уплотнения 6, т.е. на той стороне механического уплотнения 6, которая в режиме эксплуатации обращена к зоне с меньшей температурой.

Естественно, что изобретение не ограничивается насосами, а пригодно также для всех других роторных машин, в которых предусмотрены механические уплотнения, например, компрессоров, турбин или генераторов.

Группа изобретений относится к роторным машинам для транспортировки текучей среды, требующей охлаждения или нагревания механических уплотнений машины для обеспечения их работоспособности. Машина содержит приводной блок (2) для привода вала (5), расположенное на валу (5) рабочее колесо (31) для транспортировки текучей среды, по меньшей мере одно механическое уплотнение (6) для герметизации вала (5), первую и вторую теплообменную систему (41; 42) для охлаждения или нагревания механического уплотнения (6). Первая система (41) предназначена для непосредственного воздействия на уплотнение (6) текучим теплоносителем. Вторая система (42) содержит теплообменный кожух (421), который предназначен для прохождения потока текучего теплоносителя без непосредственного контакта с уплотнением (6). Первая и вторая системы (41; 42) образуют общую теплообменную систему (40), предназначенную для циркуляции общего текучего теплоносителя. Для циркуляции теплоносителя в теплообменной системе (40) предусмотрена крыльчатка (44). Изобретения направлены на создание простой системы теплообмена, обеспечивающей эффективное охлаждение или нагревание уплотнения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Роторная машина для транспортировки текучей среды, содержащая приводной блок (2) для привода вала (5), расположенное на валу (5) рабочее колесо (31) для транспортировки текучей среды, по меньшей мере одно механическое уплотнение (6) для герметизации вала (5), первую и вторую теплообменную систему (41; 42) для охлаждения или нагревания механического уплотнения (6), при этом первая теплообменная система (41) предназначена для непосредственного воздействия на механическое уплотнение (6) текучим теплоносителем, и вторая теплообменная система (42) содержит теплообменный кожух (421), который предназначен для прохождения потока текучего теплоносителя без непосредственного контакта с механическим уплотнением (6), отличающаяся тем, что первая и вторая теплообменная система (41; 42) образуют общую теплообменную систему (40) для циркуляции общего текучего теплоносителя, причем предусмотрена крыльчатка (44) для циркуляции текучего теплоносителя в теплообменной системе (40).

2. Роторная машина по п. 1, которая выполнена в виде насоса, при этом приводной блок (2) содержит электродвигатель (21), который расположен в корпусе (22) электродвигателя.

3. Роторная машина по п. 2, в которой рабочее колесо (31) расположено в корпусе (32) насоса, который соединен с корпусом (32) электродвигателя с образованием общего корпуса (4).

4. Роторная машина по любому из пп. 1-3, в которой приводной блок (2) расположен в обычном рабочем положении над насосным блоком (3).

5. Роторная машина по любому из пп. 2-4, в которой корпус (22) электродвигателя заполнен в режиме эксплуатации уплотняющей жидкостью (23).

6. Роторная машина по п. 5, в которой в качестве текучего теплоносителя предусмотрена уплотняющая жидкость (23).

7. Роторная машина по любому из пп. 1-6, в которой крыльчатка (44) для циркуляции теплоносителя приводится в действие с помощью приводного блока (2) и предпочтительно предусмотрена на противоположной рабочему колесу (31) стороне приводного блока (2).

8. Роторная машина по любому из пп. 1-7, которая выполнена в виде подводного насоса.

9. Применение роторной машины по любому из пп. 1-8 для транспортировки горячих текучих сред, температура которых составляет по меньшей мере 150°С.

10. Способ теплообмена в роторной машине для транспортировки текучей среды, которая имеет приводной блок (2) для привода вала (5), расположенное на валу рабочее колесо (31) для транспортировки текучей среды, а также по меньшей мере одно механическое уплотнение (6) для герметизации вала (5), включающий охлаждение или нагревание механического уплотнения (6) с помощью первой и второй теплообменной системы (41; 42), при этом с помощью первой теплообменной системы (41) механическое уплотнение (6) подвергают непосредственному воздействию текучего теплоносителя, и во второй теплообменной системе (42) через теплообменный кожух (421) пропускается поток текучего теплоносителя без непосредственного контакта с механическим уплотнением (6), отличающийся тем, что первая и вторая теплообменная система (41; 42) объединены в общую теплообменную систему (40), в которой циркулирует общий текучий теплоноситель, причем текучий теплоноситель циркулирует в теплообменной системе с помощью крыльчатки (44).

11. Способ по п. 10, в котором общая теплообменная система является охлаждающей системой.

12. Способ по любому из пп. 10 или 11, в котором роторная машина является насосом, при этом приводной блок (2) содержит электродвигатель (21), который расположен в корпусе (22) электродвигателя, при этом текучий теплоноситель применяют в качестве уплотняющей жидкости (23), которой заполнен корпус (22) электродвигателя, и при этом крыльчатка (44) приводится в действие предпочтительно с помощью приводного блока (2).

13. Способ по любому из пп. 10-12, в котором текучий теплоноситель является жидкостью на основе воды.

14. Способ по любому из пп. 10-13, в котором подлежащая транспортировке текучая среда имеет температуру по меньшей мере 150°С.

15. Способ по любому из пп. 10-14, в котором роторная машина является подводным насосом.