ГИДРАВЛИЧЕСКИ СКОМПЕНСИРОВАННЫЙ НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ НАСОСА Российский патент 2019 года по МПК F04D29/60 F04D29/40 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[001] Настоящее изобретение относится в целом к области насосных систем и, в частности, без ограничений, к механизму для соединения нагнетательного узла насосной системы с расположенным дальше по потоку трубопроводом.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] Горизонтальные насосные системы используются в различных отраслях промышленности для различных целей. Например, в нефтегазовой промышленности горизонтальные насосные системы используются для перекачивания текучих сред, например, воды, отделенной от нефти, в удаленное место, например, в резервуар или в скважину для захоронения отходов. Обычно такие горизонтальные насосные системы состоят из насоса, двигателя и всасывающей камеры, расположенной между насосом и двигателем. Между двигателем и всасывающей камерой расположена камера упорных подшипников. Насос содержит нагнетательный узел, соединенный с расположенным дальше по потоку трубопроводом.

[003] Как проиллюстрировано на Фиг.1, который изображает предшествующий уровень техники, типичная известная наземная насосная система 500 содержит нагнетательную головку 502 и втулку 504 под фланец, соединяющуюся при помощи резьбы с нагнетательной головкой 502. Втулка 504 под фланец может быть соединена с фланцем 506, соединенным, в свою очередь, с расположенным дальше по потоку трубопроводом 508. После ввинчивания втулки 504 в нагнетательную головку 502 и соединения с фланцем 506 и трубопроводом 508, практически отсутствует или наблюдается лишь незначительное перемещение в осевом направлении между насосной системой 500 и трубопроводом 508. Отсутствие перемещения между насосной системой 500 и трубопроводом 508 создает сложности при установке насосной системы 500, так как компоненты должны быть точно изготовлены и совмещены во время монтажа. Кроме того, в процессе использования компоненты могут расширяться и сжиматься в связи с изменениями рабочей температуры и температуры окружающей среды. Расширение и сжатие трубопровода 508 и насосной системы 500 могут привести к износу компонентов и соединений. Поэтому существует необходимость в создании усовершенствованной системы соединения расположенного дальше по потоку трубопровода с горизонтальной насосной системой, устраняющей недостатки предшествующего уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[004] В предпочтительных вариантах выполнения настоящее изобретение представляет собой горизонтальную насосную систему, предназначенную для нагнетания текучих сред в расположенный дальше по потоку трубопровод. Горизонтальная насосная система содержит двигатель и насос, приводимый в действие двигателем. Насос содержит нагнетательный узел для использования при соединении насоса в горизонтальной насосной системе с расположенным дальше по потоку трубопроводом. Нагнетательный узел содержит нагнетательную головку и втулку под фланец, выполненную с возможностью скользящего соединения с нагнетательной головкой.

[005] В наиболее предпочтительных вариантах выполнения втулка под фланец удерживается в нагнетательной головке в гидравлически скомпенсированном положении. Нагнетательный узел содержит гидравлическую компенсационную камеру и подвижный фланец, расположенный в гидравлической компенсационной камере. Подвижный фланец прикреплен к втулке под фланец.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[006] На Фиг.1 изображена горизонтальная насосная система предшествующего уровня техники.

[007] Фиг.2 изображает вид сбоку горизонтальной насосной системы, выполненной в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения.

[008] Фиг.3 изображает вид в разрезе соединения нагнетательного узла, выполненного в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения, в первом положении.

[009] Фиг.4 изображает вид в разрезе соединения нагнетательного узла, выполненного в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения, во втором положении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

[010] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, на Фиг.2 изображен вид сбоку горизонтальной насосной системы 100. Горизонтальная насосная система 100 содержит двигатель 102, всасывающую камеру 104, насос 106, камеру 108 упорных подшипников, раму 110 и опору 112. Всасывающая камера 104 установлена между насосом 106 и камерой 108 упорных подшипников. Камера 108 установлена между всасывающей камерой 104 и двигателем 102. Как правило, двигатель 102 приводит в действие насос 106 через ряд валов (не видны на Фиг.1), проходящих через камеру 108 упорных подшипников и всасывающую камеру 104. Перекачиваемые текучие среды подаются под давлением во всасывающую камеру 104 с помощью насоса 106. В предпочтительном варианте выполнения насос 106 представляет собой центробежный насос. В наиболее предпочтительном варианте выполнения насос 106 представляет собой многоступенчатый центробежный насос. Каждый из компонентов горизонтальной насосной системы 100 предпочтительно опирается на раму 110, которая, в свою очередь, опирается на опору 112. Хотя на Фиг.2 показан только один из компонентов, следует понимать, что при необходимости могут быть установлены дополнительные компоненты, так что другое размещение компонентов является желательным и что данные дополнительные конфигурации включены в объем предпочтительных вариантов выполнения.

[011] Насос 106 содержит нагнетательный узел 114, соединенный с расположенным дальше по потоку или последующим трубопроводом 116. Используемый здесь термин «расположенным дальше по потоку трубопровод 116» может относиться к трубам, трубопроводам, шлангам или другим стационарным установкам, в том числе резервуарам и емкостям. [012] На Фиг.3 и 4 показаны продольные разрезы нагнетательного узла 114, выполненного в соответствии с наиболее предпочтительным в настоящее время вариантом выполнения. На Фиг.3 показан нагнетательный узел 114 в первом, сжатом положении, а на Фиг.4 показан нагнетательный узел 114 во втором, расширенном положении. Нагнетательный узел 114 обычно допускает возможность определенного осевого и вращательного перемещения между насосом 106 и трубопроводом 116. Обеспечение возможности определенного перемещения между насосом 106 и трубопроводом 116 упрощает совмещение и установку системы 100, а также уменьшает износ, возникающий при расширении и сжатии системы 100 и трубопровода 116 во время использования.

[013] В предпочтительных вариантах выполнения нагнетательный узел 114 содержит нагнетательную головку 118, втулку 120 под фланец, подвижный фланец 122 и торцевой фланец 124. Нагнетательная головка 118 содержит внутренний канал 126, по которому проходят перекачиваемые жидкости под давлением. В наиболее предпочтительных вариантах выполнения внутренний канал 126 имеет круглое поперечное сечение. Следует понимать, что внутренний канал в нагнетательной головке 118 может отличаться по размеру и конфигурации от разгрузочного поршня насоса 106. Нагнетательная головка 118 дополнительно содержит гидравлическую компенсационную камеру 128, расположенную рядом с открытым концом нагнетательной головки 118.

[014] Втулка 120 под фланец содержит проксимальную часть 130, дистальную часть 132 и уступ 134, отделяющий проксимальную часть 130 от дистальной части 132. Размер и геометрическая конфигурация проксимальной части 130 обеспечивают возможность ее скольжения во внутреннем канале 126. Дистальная часть 132 втулки 120 под фланец выполнена с возможностью соединения с промежуточным фланцем (не показан) или непосредственно с трубопроводом 116.

[015] Размер подвижного фланца 122 обеспечивает его посадку вокруг внешней поверхности проксимальной части 130 и в пределах внутренней поверхности гидравлической компенсационной камеры 128. Подвижный фланец 122 удерживается вплотную к уступу 134 с помощью фиксатора 136. В предпочтительном варианте выполнения фиксатор 136 представляет собой гайку или шайбу, выполненную с возможностью резьбового соединения с втулкой 120. Хотя зажимная гайка в настоящее время является предпочтительной, следует иметь в виду, что фиксатор 136 может, в качестве альтернативы, состоять из других фиксирующих механизмов, которые включают, например, стопорные кольца, компрессионные фитинги и штифты.

[016] Торцевой фланец 124 окружает внешнюю часть дистальной части 132 втулки 120 под фланец и прикреплен к нагнетательной головке 118 с помощью крепежных элементов 138. Торцевой фланец 124 ограничивает расширение втулки 120 под фланец при контакте подвижного фланца 122 с торцевым фланцем 124. Торцевой фланец 124 совместно с нагнетательной головкой 118 и втулкой 120 определяет внутренние границы гидравлической компенсационной камеры 128.

[017] Камера 128 разделена подвижным фланцем 122 на камеру 140 высокого давления и камеру 142 низкого давления. Камера 140 высокого давления проточно сообщается с перекачиваемой текучей средой внутри втулки 120 под фланец через напорное отверстие 144. Камера 142 низкого давления проточно сообщается с давлением внешней окружающей среды через отводящий канал 146.

[018] В наиболее предпочтительном варианте выполнения площадь (A1) поперечного сечения камеры 140 высокого давления по существу равна площади (A2) поперечного сечения торцевой стенки проксимальной части 130 втулки 120. Таким образом, давление, приложенное к концу проксимальной части 130 втулки 120, приблизительно равно давлению, приложенному в противоположном направлении к подвижному фланцу 122 внутри камеры 140 высокого давления гидравлической компенсационной камеры 128.

[019] Уплотнения 148 препятствуют прохождению текучей среды из камеры 128 и через подвижный фланец 122 в камере 128. Уплотнения 148 могут представлять собой уплотнительные кольца, манжетные уплотнения, пружинящие уплотнения, уплотнения вала или механические уплотнения. Следует иметь в виду, что в нагнетательном узле 114 может быть использовано меньшее количество уплотнений или дополнительные уплотнения 148, и что уплотнения 148 могут представлять собой комбинацию различных видов уплотнений.

[020] В процессе работы системы 100 текучая среда под давлением прикладывает силы по существу одинаковой величины в противоположных направлениях на втулку 120. Это обеспечивает возможность свободного скольжения втулки 120, по существу без ограничения со стороны давления, в нагнетательной головке 118. Обеспечение возможности вращательного перемещения и перемещения в осевом направлении втулки 120 в неподвижной нагнетательной головке 118 способствует совмещению и соединению трубопровода 116, при этом снижается износ, связанный с относительным расширением и сжатием компонентов в системе 100 и в трубопроводе 116.

[021] Следует понимать, что, даже если многочисленные особенности и преимущества различных вариантов выполнения настоящего изобретения были рассмотрены в приведенном выше описании вместе с деталями конструкции и функциями различных вариантов выполнения изобретения, это описание служит лишь для иллюстрации изобретения, при этом допускаются изменения в деталях, особенно в отношении конструкции и расположения элементов, в рамках принципов настоящего изобретения, выраженных в полной мере общепринятыми широкими значениями терминов, в которых изложена прилагаемая формула изобретения. Специалистам будет понятно, что основные идеи изобретения могут быть применимы к другим системам, без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к насосным системам, а именно к механизму для соединения нагнетательного узла системы с расположенным далее по потоку трубопроводом. Нагнетательный узел для использования при соединении насоса в горизонтальной насосной системе с расположенным дальше по потоку трубопроводом (116) содержит нагнетательную головку (118) с внутренним каналом (126), втулку (120) под фланец, выполненную с возможностью скользящего взаимодействия с нагнетательной головкой (118), подвижный фланец (122) и торцевой фланец (124). Втулка (120) под фланец содержит проксимальную часть (130), дистальную часть (132) и уступ (134), отделяющий проксимальную часть (130) от дистальной части (132). Проксимальная часть (130) расположена в канале (126) с возможностью скольжения. Изобретения направлены на снижение износа за счет обеспечения возможности вращения и осевого перемещения втулки (120) в неподвижной нагнетательной головке (118). 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Нагнетательный узел для использования при соединении насоса в горизонтальной насосной системе с расположенным дальше по потоку трубопроводом, содержащий нагнетательную головку, которая содержит внутренний канал, и втулку под фланец, выполненную с возможностью скользящего взаимодействия с нагнетательной головкой, причем втулка под фланец содержит проксимальную часть, дистальную часть и уступ, отделяющий проксимальную часть от дистальной части, и проксимальная часть расположена в указанном внутреннем канале с возможностью скольжения.

2. Нагнетательный узел по п.1, дополнительно содержащий гидравлическую компенсационную камеру и подвижный фланец, расположенный в гидравлической компенсационной камере, при этом подвижный фланец прикреплен к указанной втулке под фланец.

3. Нагнетательный узел по п.2, в котором гидравлическая компенсационная камера содержит камеру высокого давления и камеру низкого давления.

4. Нагнетательный узел по п.3, в котором втулка под фланец имеет внутреннюю часть и напорное отверстие, через которое камера высокого давления проточно сообщается с внутренней частью.

5. Нагнетательный узел по п.3, в котором втулка под фланец имеет проксимальную торцевую стенку, задающую площадь поперечного сечения втулки под фланец, причем площадь поперечного сечения камеры высокого давления по существу равна площади поперечного сечения втулки под фланец.

6. Нагнетательный узел по п.3, в котором нагнетательная головка имеет отводящий канал, через который камера высокого давления проточно сообщается с окружающей средой.

7. Нагнетательный узел по п.2, в котором подвижный фланец прикреплен к втулке под фланец с помощью зажимного приспособления, выбранного из группы, состоящей из зажимных гаек, стопорных колец, штифтов и соединений для посадки с натягом.

8. Горизонтальная насосная система для нагнетания текучих сред в расположенный дальше по потоку трубопровод, содержащая двигатель и насос, приводимый в действие двигателем, при этом насос содержит нагнетательный узел для использования при соединении насоса в горизонтальной насосной системе с расположенным дальше по потоку трубопроводом, при этом нагнетательный узел содержит нагнетательную головку, которая содержит внутренний канал, и втулку под фланец, выполненную с возможностью скользящего взаимодействия с нагнетательной головкой, причем втулка под фланец содержит проксимальную часть, дистальную часть и уступ, отделяющий проксимальную часть от дистальной части, и проксимальная часть расположена в указанном внутреннем канале с возможностью скольжения.

9. Горизонтальная насосная система по п.8, в которой нагнетательный узел дополнительно содержит гидравлическую компенсационную камеру и подвижный фланец, расположенный в гидравлической компенсационной камере, при этом подвижный фланец прикреплен к втулке под фланец.

10. Горизонтальная насосная система по п.9, в которой гидравлическая компенсационная камера содержит камеру высокого давления и камеру низкого давления.

11. Горизонтальная насосная система по п.10, в которой втулка под фланец имеет внутреннюю часть и напорное отверстие, через которое камера высокого давления проточно сообщается с внутренней частью.

12. Горизонтальная насосная система по п.10, в которой втулка под фланец содержит проксимальную торцевую стенку, задающую площадь поперечного сечения втулки под фланец, причем площадь поперечного сечения камеры высокого давления по существу равна площади поперечного сечения втулки под фланец.

13. Горизонтальная насосная система по п.10, в которой нагнетательная головка имеет отводящий канал, через который камера высокого давления проточно сообщается с окружающей средой.

14. Горизонтальная насосная система по п.10, в которой подвижный фланец прикреплен к втулке под фланец с помощью зажимного приспособления, выбранного из группы, состоящей из зажимных гаек, стопорных колец, штифтов и соединений для посадки с натягом.

15. Горизонтальная насосная система для нагнетания текучих сред в расположенный дальше по потоку трубопровод, содержащая двигатель и насос, приводимый в действие двигателем, причем насос содержит нагнетательную головку, которая содержит внутренний канал, и втулку под фланец, которая выполнена с возможностью осевого и вращательного перемещения в нагнетательной головке, причем втулка под фланец содержит проксимальную часть, дистальную часть и уступ, отделяющий проксимальную часть от дистальной части, и проксимальная часть расположена в указанном внутреннем канале с возможностью скольжения.

16. Горизонтальная насосная система по п.15, в которой насос дополнительно содержит гидравлическую компенсационную камеру в нагнетательной головке и подвижный фланец, расположенный в гидравлической компенсационной камере.

17. Горизонтальная насосная система по п.16, дополнительно содержащая торцевой фланец, удерживающий втулку под фланец в нагнетательной головке.

18. Горизонтальная насосная система по п.16, в которой гидравлическая компенсационная камера содержит камеру высокого давления и камеру низкого давления, причем камера высокого давления отделена от камеры низкого давления подвижным фланцем.

19. Горизонтальная насосная система по п.18, в которой втулка под фланец имеет напорное отверстие, проточно сообщающееся с камерой высокого давления.

20. Горизонтальная насосная система по п.18, в которой нагнетательная головка имеет отводящий канал, проходящий между камерой низкого давления и окружающей средой под внешним давлением.