Многоступенчатый центробежный насос Российский патент 2022 года по МПК F04D1/06 

Изобретение относится к области гидромашиностроения, а именно к многоступенчатым (более восьми ступеней) высоконапорным центробежным насосам с рабочими колесами одностороннего входа, и может быть использовано в насосах для перекачивания питательной воды на ТЭЦ, а также на ГРЭС с энергоблоками мощностью 200 и 210 МВт.

Известен многоступенчатый центробежный насос, содержащий наружный корпус, крышку входную, крышку напорную, ротор, вал установленный в подшипниковых опорах, ступени с направляющими аппаратами и рабочими колесами одностороннего входа, дополнительный подшипник, образованный кольцом на направляющем аппарате промежуточной ступени, имеющим повышенную твердость поверхности на внутреннем диаметре, и втулкой-I на валу, имеющей поверхностный слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала, образующих радиальный зазор δ_n, причем подшипниковая опора со стороны выхода насоса образована вкладышем, установленным на корпусе опоры, и втулкой-II, опирающейся ступицей на вал насоса, имеет камеру В / RU №199606 U1, 09.09.2020 г. /. Данная конструкция насоса принята за прототип изобретения.

Недостатком указанного насоса является работа дополнительного подшипника в начальный момент пуска и конечный момент остановки насоса в режиме граничного (полусухого) трения, что снижает ресурс дополнительного подшипника.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение ресурса дополнительного подшипника и насоса в целом, сокращение затрат на техническое обслуживание насоса.

Указанный технический результат достигается тем, что многоступенчатый центробежный насос, содержащий наружный корпус, крышку входную, крышку напорную, ротор, вал, установленный в подшипниковых опорах, ступеней с направляющими аппаратами и рабочими колесами одностороннего входа, дополнительный подшипник, образованный кольцом на направляющем аппарате промежуточной ступени, имеющим повышенную твердость поверхности на внутреннем диаметре, и втулкой-I на валу, имеющей поверхностный слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала, образующих радиальный зазор δ_n. Причем, подшипниковая опора со стороны выхода насоса образована вкладышем, установленным на корпусе опоры, и втулкой-II, опирающейся ступицей на вал насоса, имеет камеру В, согласно изобретению в ступице втулки-II подшипниковой опоры со стороны выхода насоса радиально со стороны внутреннего диаметра выполнена кольцевая расточка, которая, с одной стороны, осевыми отверстиями в торцовой поверхности втулки-II с камерой В и, с другой стороны, соединена с радиальными отверстиями в валу, сообщающихся с глухим центральным осевым отверстием в валу, заглушенным также со стороны свободного конца вала. При этом, по своей протяженности центральное осевое отверстие в валу перекрывает втулку-I дополнительного подшипника, в которой выполнены радиальные отверстия, сообщающих радиальный зазор δ_n с радиальными отверстиями в валу, сообщающихся с центральным осевым отверстием в валу, в котором со стороны свободного конца вала установлен обратный клапан, обеспечивающий подачу воды с давлением Р_в из камеры В в радиальный зазор δ_n дополнительного подшипника с давлением Р_п в начальный момент пуска и конечный момент остановки насоса, причем, Р_в>Р_п>Р_вх, где Р_вх - давление на входе насоса, и перекрытие обратного тока воды на остальных режимах работы насоса, когда Р_ст>Р_п, где Р_ст - давление на выходе промежуточной ступени, в которой установлен дополнительный подшипник.

Возможно, что на внутреннем диаметре кольца дополнительного подшипника выполнена кольцевая расточка, центр которой совпадает с осями радиальных отверстий во втулке вала дополнительного подшипника.

Возможно, что на внутренней поверхности центрального осевого отверстия в валу выполнена резьба, предназначенная для установки обратного клапана, имеющего резьбу на наружной поверхности, между торцами вала и клапана установлена термостойкая прокладка.

Возможно, что втулка-I дополнительного подшипника выполнена целиком из высокотемпературного антифрикционного композиционного материала.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 - многоступенчатый центробежный насос, продольный разрез; на фиг. 2 - дополнительный подшипник, выносной элемент А; на фиг. 3 - установка клапана обратного, выносной элемент Б.

Многоступенчатый центробежный насос содержит наружный корпус 1 (фиг. 1), крышку входную 2, крышку напорную 3. Ротор 4 насоса включает вал 5 с установленными на нем рабочими колесами 6 одностороннего входа и гидравлическим разгрузочным устройством 7 и 8 с радиальным зазором δ_p.

Вал 5 опирается на подшипниковые опоры 9 и 10. Внутренний корпус состоит из секций 11 с размещенными в них направляющими аппаратами 12, дополнительного подшипника 13, образованного кольцом 14, имеющим повышенную твердость поверхности на внутреннем диаметре (фиг. 2), установленным на направляющем аппарате 15 промежуточной ступени 16, и втулкой-I 17, имеющей поверхностный слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала 18, образующих радиальный зазор δ_n. В насосе выполнены радиальные зазоры δ₁ в передних уплотнениях рабочих колес 6, в межступенчатых уплотнениях δ₂, Причем подшипниковая опора 10 (фиг. 1) со стороны выхода насоса образована вкладышем 19 (фиг. 3), установленным на корпусе опоры, и втулкой-II 20, опирающейся ступицей на вал 5 насоса, имеет камеру В, предназначенную для подачи воды под давлением Р_в от постороннего источника (на черт. не показан) для смазки подшипника, а в ступице втулки-II 20 подшипниковой опоры 10 радиально со стороны внутреннего диаметра выполнена кольцевая расточка 21, которая, с одной стороны, осевыми отверстиями 22 в торцовой поверхности втулки-II 20 сообщена с камерой В и, с другой стороны, соединена с радиальными отверстиями 23 в валу 5, сообщающихся с глухим центральным осевым отверстием 24 в валу, заглушенным также со стороны свободного конца вала заглушкой 25, установленной по наружной резьбе 31 во внутреннюю резьбу 32 на валу 5 с прокладкой 26. Причем, по своей протяженности центральное осевое отверстие 24 в валу перекрывает втулку-I 17 (фиг. 2) дополнительного подшипника, в которой выполнены радиальные отверстия 35, сообщающих радиальный зазор δ_n с радиальными отверстиями 33 в валу 5, сообщающих через кольцевую расточку 34 в валу с центральным осевым отверстием 24 (фиг. 3) в валу, в котором со стороны свободного конца вала установлен обратный клапан 27, обеспечивающий подачу воды с давлением Р_в из камеры В в радиальный зазор δ_n с давлением Р_п в начальный момент пуска и конечный момент остановки насоса, причем, Р_в>Р_п>Ρ_Βх, и перекрытие обратного тока воды на остальных режимах работы насоса, когда Р_ст>Р_п.

Возможно, что на внутреннем диаметре кольца 14 (фиг. 2) дополнительного подшипника 13 выполнена кольцевая расточка 36, центр которой совпадает с осями радиальных отверстий 35 во втулке-I 17 (фиг. 1).

Возможно, что на внутренней поверхности центрального осевого отверстия 24 (фиг. 3) на валу выполнена резьба 29, в которую заворачивается обратный клапан 27, имеющий резьбу 30 на наружной поверхности, а между торцами вала и клапана 27 установлена термостойкая прокладка 28.

Возможно, что втулка-I 17 дополнительного подшипника 13 выполнена целиком из высокотемпературного антифрикционного композиционного материала 18.

Многоступенчатый центробежный насос работает следующим образом. Перед пуском на подшипниковые опоры 9 и 10 насоса подается смазывающая жидкость. Насос заполняется водой, при этом, вал 5 насоса на стороне входа опирается на подшипниковую опору 9, со стороны выхода на подшипниковую опору 10, а в промежуточной ступени 16, в связи со статическим прогибом ротора, опирается на дополнительный подшипник 13. Давление воды в насосе и в частности Р_ст равно давлению воды на входе в насос Р_вх. Вода из камеры В под давлением Р_в от постороннего источника (на черт.не показан) через отверстия 22 во втулке-II 20 поступает в радиальную расточку 21 во втулке-II 20 и через радиальные отверстия 23 в валу 5 поступает в центральное осевое отверстие 24 в валу и далее через открытый обратный клапан 27 вода поступает в радиальные отверстия 33, через расточку 34 в валу 5, через радиальные отверстия 35 во втулке-I 17 вода с давлением Р_п подается в радиальный зазор δ_n дополнительного подшипника 13. Причем Р_в>Р_п>Р_вх, обеспечивая расход воды между вкладышем 14 и втулкой-I 17 дополнительного подшипника 13 перед пуском, в начальный момент пуска и конечный момент остановки насоса.

В первые мгновения пуска имеется контакт в триботехнической паре подшипника 13, наружной поверхности втулки-I 17 со слоем высокотемпературного антифрикционного композиционного материала 18 по внутренней поверхности кольца 14, имеющей повышенную твердость и, благодаря подаче в зазор δ_n воды с давлением Р_п, дополнительный подшипник работает в режиме жидкостного (полужидкостного) трения, что повышает ресурс работы, надежность подшипника и насоса в целом. На остальных режимах работы насоса, когда P_ст>Р_п, обратный клапан закрывается, исключая обратный ток жидкости.

При достижении частоты вращения ротора n>0,25 от номинальной частоты вращения, в радиальных зазорах δ₁ в передних уплотнениях рабочих колес 6, в межступенчатых уплотнениях δ₂ и радиальном зазоре δ_p в гидравлическом разгрузочном устройстве 7 и 8 возникают гидростатические силы, выравнивающие прогибы ротора 5 и, обеспечивая зазор в нижней части дополнительного подшипника 13. При достижении ротора 5 номинальной частоты вращения динамический прогиб ротора на всей длине не превышает 0,01-0,02 мм. При остановке насоса процесс развивается в обратном порядке. Таким образом на всех режимах работы насоса, кроме начального момента пуска и конечного момента остановки, исключается контакт в триботехнической паре подшипника 13, наружной поверхности втулки-I 17 со слоем высокотемпературного антифрикционного композиционного материала 18 по внутренней поверхности кольца 14, имеющей повышенную твердость и дополнительный подшипник 13 работает как межступенчатое уплотнение.

Выполнение на внутренней поверхности кольца 14 дополнительного подшипника 13 кольцевой расточки 36, центр которой совпадает с осями радиальных отверстий 35 во втулке-I 17 вала 5, обеспечивает равномерную подачу воды в зазоре δ_n, улучшает динамику ротора 4, повышает ресурс работы дополнительного подшипника.

Выполнение на внутренней поверхности центрального осевого отверстия 24 (фиг. 3) на валу 4 резьбы 29, в которую заворачивается обратный клапан 27, имеющий резьбу 30 на наружной поверхности, и установка между торцами вала 5 и клапана 27 термостойкой прокладки 28 повышает надежность работы дополнительного подшипника.

Выполнение втулки-I 17 дополнительного подшипника 13 целиком из высокотемпературного антифрикционного композиционного материала 18 упрощает технологию изготовления втулки-I 17.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует, что заявленное изобретение при его использовании выполняет следующие поставленные задачи:

- повышает ресурс работы, надежность дополнительного подшипника и насоса в целом;

- дополнительно сокращает затраты на техническое обслуживание насоса.

Изобретение относится к области гидромашиностроения, а именно к многоступенчатым высоконапорным центробежным насосам, и может быть использовано в насосах для перекачивания питательной воды на ТЭЦ, а также на ГРЭС с энергоблоками мощностью 200 и 210 МВт. Многоступенчатый центробежный насос содержит наружный корпус, крышку входную, крышку напорную. Ротор насоса включает вал с установленными на нем рабочими колесами одностороннего входа и гидравлическим разгрузочным устройством и с радиальным зазором δ_p. Вал опирается на подшипниковые опоры. Внутренний корпус состоит из секций с размещенными в них направляющими аппаратами, дополнительного подшипника, образованного кольцом, имеющим повышенную твердость поверхности на внутреннем диаметре, установленным на направляющем аппарате промежуточной ступени, и втулкой-I, имеющей поверхностный слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала, образующими радиальный зазор δ_n. В насосе выполнены радиальные зазоры δ₁ в передних уплотнениях рабочих колес, в межступенчатых уплотнениях δ₂, причем подшипниковая опора со стороны выхода насоса образована вкладышем, установленным на корпусе опоры, и втулкой-II, опирающейся ступицей на вал насоса, имеет камеру В, предназначенную для подачи воды под давлением Р_в от постороннего источника для смазки подшипника, а в ступице втулки-II подшипниковой опоры радиально со стороны внутреннего диаметра выполнена кольцевая расточка, которая, с одной стороны, осевыми отверстиями в торцовой поверхности втулки-II сообщена с камерой В и, с другой стороны, соединена с радиальными отверстиями в валу, сообщающиммися с глухим центральным осевым отверстием в валу, заглушенным также со стороны свободного конца вала заглушкой, установленной по наружной резьбе во внутреннюю резьбу на валу с прокладкой. Причем по своей протяженности центральное осевое отверстие в валу перекрывает втулку-I дополнительного подшипника, в которой выполнены радиальные отверстия, сообщающие радиальный зазор δ_n с радиальными отверстиями в валу, сообщающимися через кольцевую расточку в валу с центральным осевым отверстием в валу, в котором со стороны свободного конца вала установлен обратный клапан, обеспечивающий подачу воды из камеры В в радиальный зазор δ_n и перекрытие обратного тока воды. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многоступенчатый центробежный насос, содержащий вал, установленный в подшипниковых опорах, ступени с направляющими аппаратами и рабочими колесами одностороннего входа, дополнительный подшипник, образованный кольцом на направляющем аппарате промежуточной ступени и втулкой-I на валу, имеющей поверхностный слой высокотемпературного антифрикционного композиционного материала, образующими радиальный зазор δ_n, причем подшипниковая опора со стороны выхода насоса образована вкладышем, установленным на корпусе опоры, и втулкой-II, опирающейся ступицей на вал насоса, имеет камеру В, отличающийся тем, что в ступице втулки-II подшипниковой опоры со стороны выхода насоса радиально со стороны внутреннего диаметра выполнена кольцевая расточка, которая, с одной стороны, осевыми отверстиями в торцовой поверхности втулки сообщена с камерой В и, с другой стороны, соединена с радиальными отверстиями в валу, сообщающимися с глухим центральным осевым отверстием в валу, заглушенным также со стороны свободного конца вала, причем по своей протяженности центральное осевое отверстие в валу перекрывает втулку-I дополнительного подшипника, в которой выполнены радиальные отверстия, сообщающие радиальный зазор δ_n с радиальными отверстиями в валу, сообщающимися с центральным осевым отверстием в валу, в котором со стороны свободного конца вала установлен обратный клапан, обеспечивающий подачу воды из камеры В в радиальный зазор δ_n и перекрытие обратного тока воды.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что на внутреннем диаметре кольца дополнительного подшипника выполнена кольцевая расточка, центр которой совпадает с осями радиальных отверстий во втулке-I вала дополнительного подшипника.

3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности центрального осевого отверстия в валу выполнена резьба, предназначенная для установки обратного клапана, имеющего резьбу на наружной поверхности, между торцами вала и клапана установлена термостойкая прокладка.

4. Насос по п. 1, отличающийся тем, что втулка-I выполнена целиком из высокотемпературного антифрикционного композиционного материала.