УСТАНОВКА АГРЕГАТОВ НАСОСНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ, ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА Российский патент 2024 года по МПК F04D13/02 

Изобретение относится к области тяжелого машиностроения в нефтеперерабатывающей, газовой и химической промышленности, а именно к насосному оборудованию для перемещения, подачи и циркуляции в стационарных условиях подводимой к установке жидкости. Устройство предназначено для работы с нейтральными, химически активными, агрессивными, легковоспламеняющимися, горючими и токсичными веществами с содержанием неабразивных примесей не более 0,2%, размером не более 0,2 мм. Температура перекачиваемой жидкости от -70 до +400°С.

Из уровня техники известны следующие решения.

Известен центробежный секционный многоступенчатый центробежный насос, каждая секция которого состоит из отдельного корпуса с установленным на валу 8-18 ступенями, каждая из которых состоит из рабочего колеса, обоймы, диска и направляющего аппарата с уплотнительными кольцами, при этом секции соединяются между собой при помощи переводников, а валы секций соединены между собой роликовыми муфтами, а вал крайней секции соединен с электродвигателем, причем секции расположены вертикально, а осевые нагрузки от веса вала воспринимаются пятой и подпятником(см. «Справочник по нефтепромысловому оборудованию», под редакцией Е.И. Бухаленко, М., Недра, 1983, с. 291-298, рис. 118-119).

Недостатки данного центробежного секционного многоступенчатого насоса состоят в значительных осевых габаритах, что затрудняет его наземную эксплуатацию и кроме того предъявляются требования к соосности установки валов при соединений секций между собой и с валом электродвигателя, что в конечном итоге требует использования сложной конструкции наземных сооружений для монтажа и эксплуатации описанной выше конструкции насоса. Кроме того, запуск в работу насоса одним электродвигателем повышенные пусковые крутящие моменты на валах и соединительных муфтах секций.

Так же известен двухсекционный насосный агрегат, содержащий установленные на опорной плите насосные секции насосного агрегата, последовательно сообщенные между собой посредством перепускного патрубка (патент CN №2138203 Y, опубл. 14.07.1993).

Данный двухсекционный насосный агрегат позволяет собрать на опорной плите наземный насосный агрегат. Однако горизонтальное расположение насосной секции требует усложнения конструкции для обеспечения соосной работы валов секций.

Также известен многосекционный насосный агрегат, содержащий вертикально установленные на опорной плите насосные секции насосного агрегата, последовательно сообщенные между собой посредством перепускного патрубка (патент RU 2773788 С1, 09.06.2022).

В данном насосе выявлены недостатки, связанные с повышенными гидравлическими потерями, вызываемыми трением о стенки и потерями на завихрения и отрыв в следствие изменения направления или величины скорости потока. Так же выявлены проблемы в монтаже и центровке обоймы, выполненной ступенчато в виде цилиндров разного диаметра. Также выявлены проблемы в герметизации корпусов насоса связанная с возможными повреждения уплотнений при сборке насоса. Также выявлены проблемы монтажа и регулирования верхнего трехходового крана.

Наиболее близким аналогом патентуемого устройства является двухсекционный насосный агрегат, содержащий установленные на опорной плите насосные секции насосного агрегата, последовательно сообщенные между собой посредством перепускного патрубка. Насосные секции насосного агрегата установлены на опорной плите вертикально, при этом каждая насосная секция снабжена своим приводным электродвигателем, вал которого соединен с валом насосной секции через магнитную муфту, расположенную в отдельном корпусе, выполненном с радиальными ребрами жесткости и соосно соединенным посредством фланцевых соединений с расположенным на нем электродвигателем и расположенным ниже него корпусом насосной секции, в верхней части которой расположен нагнетательный патрубок, а в нижней части соосно установлен герметично соединенный с последним посредством фланцевого соединения опорный стакан, в котором установлена опора подшипника скольжения вала насосной секции, в боковой стенке опорного стакана установлен всасывающий патрубок насосной секции, опорный стакан соединен с опорной плитой посредством фланцевого соединения, причем посредством фланцевого соединения между опорным стаканом и корпусом насосной секции всасывающий патрубок и нагнетательный патрубок установлены в горизонтальном направлении (патент 196491, опубл. 03.03.2020).

Недостаток известного решения заключается в снижении отвода тепла от магнитной полумуфты, что вызывает перегрев и выход из строя, связанный с загрязнением осевого отверстия в рабочем валу насосной секции выявленные в процессе эксплуатации.

Технической проблемой, на решение которой направлена настоящее изобретение, является устранение выявленных в известных технических решениях недостатков.

Технический результат патентуемого изобретения заключается в обеспечении снижения гидравлических потерь и улучшении кавитационных характеристик от 5 до 10%, обеспечении простоты конструкции, обеспечении гарантированного уплотнения корпусов насоса, обеспечении доступности обслуживания регулирования параметров насоса, повышение надежности работы и повышения КПД от 2 до 4 % установки агрегатов насосных динамических, вертикального типа.

Заявленный технический результат достигается за счет конструкции установки агрегатов насосных динамических, вертикального типа, содержащей установленные на фундаментной раме, по меньшей мере, два насосных агрегата вертикального типа, последовательно совмещенных друг с другом посредством нагнетательной системы трубопроводов, при этом каждый агрегат установлен на фундаментной раме вертикально и включает приводной электродвигатель, вал которого соединен с валом насосного агрегата через магнитную муфту, расположенную в защитном цилиндрическом корпусе, выполненном с радиальными ребрами жесткости и соосно соединенным посредством фланцевых соединений с расположенным на нем электродвигателем и расположенным ниже него корпусом нагнетания агрегата, снабженным дополнительными осевыми отверстиями и двумя Г-образными дополнительными отверстиями один из которых выполнен с возможностью осуществлять с помощью байпаса дополнительный отвод тепла с магнитной полумуфты, при этом в корпусе дополнительно установлен с помощью фланцевого соединения верхний подшипниковый узел, включающий сдвоенный радиальный подшипник скольжения и осевой подшипник воспринимающий осевые нагрузки действующие на вал агрегата, в центральной части агрегата расположен по меньшей мере один цилиндрический средний корпус, имеющий совмещенную сдвоенную систему уплотнений радиального и углового исполнения, с расположенным в цилиндрической части рабочим колесом и направляющими аппаратами с установленными радиальными уплотнительными кольцами, между которыми в средней части агрегата установлен по меньшей мере, один средний узел радиального подшипника скольжения вала, под которыми расположен нижний подшипниковый узел, включающий осевые и радиальные подшипники скольжения вала, перед которым установлено одно рабочее колесо между направляющими аппаратами, в нижней части сцентрирован посредством дополнительно выполненных уплотнительных поверхностей фланцевых соединений корпус всасывания, в корпусе которого консольно установлен на валу агрегата шнек центробежной ступени перед которым установлено одно рабочее колесо между направляющими аппаратами, в боковой стенке которого установлен всасывающий патрубок на противоположной стороне которого установлено «вихревое» ребро.

В частном случае осуществления изобретения электродвигатель агрегата представляет собой приводной короткозамкнутый асинхронный электродвигатель

В частном случае осуществления изобретения фланцевые соединения защитного корпуса магнитной муфты и электродвигателя, а также фланцевые соединения защитного корпуса магнитной муфты с корпусом нагнетания насоса включают дополнительные уплотнительные поверхности.

Установка в корпусе всасывания дополнительного «вихревого» ребра обеспечивает снижение гидравлических потерь, вызываемых трением о стенки корпуса и потерями на завихрения, исключение отрыва потока перекачиваемой среды вследствие изменения направления или величины скорости потока на всасывании.

За счет консольной установки шнека центробежной ступени при расположении нижнего подшипникового узла в унифицированном среднем корпусе обеспечивается снижение гидравлических потерь перед входом в шнек, вызываемых трением об установленный нижний подшипниковый узел в корпусе всасывания, в следствии чего обеспечивает повышение давления на входе в рабочее колесо, необходимое для улучшения его кавитационных характеристик.

За счет применения корпуса верхнего подшипникового узла одного диаметра, сцентрированного посредством дополнительно выполненного фланцевого соединения, обеспечивается легкость монтажа, независимая установка и центровка герметизирующего экрана на корпус нагнетания, вследствие чего достигается улучшение герметичности ответственного соединения.

За счет применения сдвоенной системы уплотнений, основанной на одновременном применении радиального и углового уплотнения корпусов насоса, достигается исключение протечек во время работы, связанных с возможными повреждениями радиальных уплотнений при сборке агрегата, а так же протечек возникающих в результате создаваемого вакуума в системе подачи перекачиваемой среды.

Применением байпаса с вертикально расположенным шаровым краном обеспечивается возможность параллельного дополнительного отвода тепла от магнитной полумуфты и дополнительное параллельное регулирование параметров агрегата насосного на доступной высоте.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.

Фиг. 1 - общий вид насосного агрегата.

Фиг. 2 - общий вид насосного агрегата, вид сверху.

Фиг. 3 - верхний подшипниковый узел в выносном элементе Е-Е на фиг.2.

Фиг. 4 - продольный разрез насосного агрегата установки центробежной вертикальной в выносном элементе А-А на фиг. 2.

Фиг. 5 - Г- образное отверстие, в выносном элементе Б на фиг. 4.

Фиг. 6 - средний подшипниковый узел в выносном элементе В на фиг.4.

Фиг. 7 - нижний подшипниковый узел в выносном элементе Г на фиг.4.

Фиг. 8 - установка из двух насосных агрегатов, вид сверху.

Фиг. 9 - установка из трех насосных агрегатов, вид сверху.

Фиг. 10 - установка из четырех насосных агрегатов, вид сверху.

Фиг. 11 - установка из пяти насосных агрегатов, вид сверху.

Фиг. 12 - установка из шести насосных агрегатов, вид сверху.

Установка агрегатов насосных динамических, вертикального типа содержит установленные на фундаментной раме (1) по меньшей мере два насосных агрегата установки агрегатов насосных динамических, вертикального типа последовательно совмещенных друг с другом посредством нагнетательной системы трубопроводов (8). На фиг. 8-12 представлены варианты осуществления изобретения при установке последовательно совмещенных двух агрегатов (2), (3), трех агрегатов (2), (3), (4), четырех агрегатов (2), (3), (4), (5), пяти агрегатов (2), (3), (4), (5), (6) и шести агрегатов (2), (3), (4), (5) , (6), (7). При этом насосные агрегаты (2), (3), (4), (5), (6), (7) установлены на фундаментной раме вертикально и в одну линию, варианты расположения изображены на фиг. 5-9.

Каждый агрегат снабжен своим приводным короткозамкнутым асинхронным электродвигателем 9, передача вращения от вала которого бесконтактно с помощью магнитной связи передается на вал агрегата 10 через магнитную муфту. Магнитная муфта состоит из ведущей магнитной полумуфты 11, герметизирующего экрана 12 и ведомой магнитной полумуфты 13, расположенных в защитном цилиндрическом корпусе 14 с радиальными ребрами жесткости. Корпус 14 выполняет роль центровочного узла посредством дополнительно выполненных уплотнительных поверхностей фланцевых соединений между жестко установленным вертикально электродвигателем 9 и установленным ниже корпуса 14 корпусом нагнетания насоса 15, снабженным дополнительными осевыми отверстиями 37 и двумя Г-образными 36 и 38 дополнительными отверстиями, одно из которых с помощью байпаса 33 осуществляет дополнительный отвод тепла с ведомой магнитной полумуфты 13, а так же позволяет производить регулирование параметров агрегата. Байпас 33 реализуется посредством отдельного трубопровода с быстроразъемными соединениями, связывающего полость магнитной муфты 13 с полостью корпуса всасывания 29, так же оснащенный дополнительным краном 35, установленным на доступной высоте.

В корпус дополнительно устанавливается с помощью фланцевого соединения верхний подшипниковый узел 16, включающий сдвоенный радиальный подшипник скольжения 17 и осевой подшипник 18, воспринимающий осевые нагрузки, действующие на вал агрегата 10.

В центральной части насосного агрегата расположены от одного до двух конструктивно однотипных взаимозаменяемых средних корпуса 19 выполненных в виде исполнений по осевой длине цилиндрической части, имеющими совмещенную сдвоенную систему уплотнений радиального 20 и углового 21 исполнения, с расположенными в цилиндрической части рабочими колесами 22 и направляющими аппаратами 23 с установленными радиальными уплотнительными кольцами 24, между направляющими аппаратами в средней части агрегата установлены от одного до двух средних узлов радиального подшипника скольжения 25 вала 10.

В нижней части расположен нижний подшипниковый узел 26, включающий осевые 27 и радиальные подшипники скольжения 28 вала 10, зафиксированные стопорными кольцами. В нижней части сцентрирован посредством дополнительно выполненных уплотнительных поверхностей фланцевых соединений корпус всасывания 29, в корпусе которого установлен на валу агрегата шнек центробежной ступени 30, после которого установлено одно рабочее колесо 22 между направляющими аппаратами 23, которые в свою очередь центрируются на корпусе шнека 39 закрывающего шнек 30, улучшающее КПД и кавитационные характеристики, и обеспечивающее непосредственно консольное исполнение конструкции агрегата, в боковой стенке которого установлен всасывающий патрубок 31, на противоположной стороне которого установлено вихревое ребро 32. Данное вихревое ребро обеспечивает снижение гидравлических потерь, вызываемых трением о стенки корпуса и потерями на завихрения, исключение отрыва потока перекачиваемой среды в следствие изменения направления или величины скорости потока на всасывании.

Работает устройство следующим образом.

Крутящий момент от приводного вала электродвигателя 9 приводит во вращение вал агрегата 10 с помощью магнитной муфты. Перекачиваемая жидкость, которой предварительно заполнен агрегат, через корпус всасывания 29, и шнек центробежной ступени 30, установленного для повышения кавитационного запаса под действием центробежной силы, возникающей в рабочих колесах 22 и повышающих в свою очередь рабочее давление, проходящая через направляющие аппараты 23, поступает в корпус нагнетания агрегата 15, откуда основная часть выводится из насосного агрегата через нагнетательный патрубок 34 по трубопроводу с необходимым для потребителя давлением, а оставшаяся часть поступающей в корпус нагнетания 15 перекачиваемой жидкости через осевые отверстия 37, выполненные в корпусе нагнетания 15, поступает в радиальный зазор между ведомой полумуфтой 11 и герметизирующим экраном 12 для охлаждения магнитной муфты в целом, а так же с возможностью отведения через Г-образное отверстие 38 с помощью байпаса 33 в корпус всасывания 29 для дополнительного охлаждения и регулирования расхода.

Изобретение относится к области тяжелого машиностроения в нефтеперерабатывающей, газовой и химической промышленности, а именно к насосному оборудованию для перемещения, подачи и циркуляции в стационарных условиях подводимой к установке жидкости. Технический результат заключается в обеспечении снижения гидравлических потерь и улучшении кавитационных характеристик от 5 до 10%, обеспечении простоты конструкции, обеспечении гарантированного уплотнения корпусов насоса, обеспечении доступности обслуживания регулирования параметров насоса, повышение надежности работы и повышения КПД от 2 до 4 % установки агрегатов насосных динамических, вертикального типа. Установка агрегатов насосных динамических, вертикального типа, содержащая установленные на фундаментной раме, по меньшей мере, два насосных агрегата установки агрегатов насосных динамических, вертикального типа, последовательно совмещенных друг с другом посредством нагнетательной системы трубопроводов, при этом каждый агрегат установлен на фундаментной раме вертикально и включает приводной электродвигатель, вал которого соединен с валом насосного агрегата через магнитную муфту, расположенную в защитном цилиндрическом корпусе, выполненном с радиальными ребрами жесткости и соосно соединенным посредством фланцевых соединений с расположенным на нем электродвигателем и расположенным ниже него корпусом нагнетания агрегата, снабженным дополнительными осевыми отверстиями и двумя Г-образными дополнительными отверстиями, одно из которых выполнено с возможностью осуществлять с помощью байпаса дополнительный отвод тепла с ведомой магнитной полумуфты. В корпусе дополнительно установлен с помощью фланцевого соединения верхний подшипниковый узел, включающий сдвоенный радиальный подшипник скольжения и осевой подшипник, в центральной части агрегата расположен по меньшей мере один цилиндрический средний корпус, имеющий совмещенную сдвоенную систему уплотнений радиального и углового исполнения, с расположенным в цилиндрической части рабочим колесом и направляющими аппаратами с установленными радиальными уплотнительными кольцами, между которыми в средней части агрегата установлен по меньшей мере, один средний узел радиального подшипника скольжения вала, под которыми расположен нижний подшипниковый узел, включающий осевые и радиальные подшипники скольжения вала, в нижней части агрегат установлен корпус всасывания, в корпусе которого консольно установлен на валу агрегата шнек центробежной ступени, после которого установлено одно рабочее колесо между направляющими аппаратами, в боковой стенке корпуса всасывания установлен всасывающий патрубок. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Установка агрегатов насосных динамических, вертикального типа, содержащая установленные на фундаментной раме, по меньшей мере, два насосных агрегата установки агрегатов насосных динамических, вертикального типа, последовательно совмещенных друг с другом посредством нагнетательной системы трубопроводов, при этом каждый агрегат установлен на фундаментной раме вертикально и включает приводной электродвигатель, вал которого соединен с валом насосного агрегата через магнитную муфту, расположенную в защитном цилиндрическом корпусе, выполненном с радиальными ребрами жесткости и соосно соединенным посредством фланцевых соединений с расположенным на нем электродвигателем и расположенным ниже него корпусом нагнетания агрегата, снабженным дополнительными осевыми отверстиями и двумя Г-образными дополнительными отверстиями, одно из которых выполнено с возможностью осуществлять с помощью байпаса дополнительный отвод тепла с ведомой магнитной полумуфты, при этом в корпусе дополнительно установлен с помощью фланцевого соединения верхний подшипниковый узел, включающий сдвоенный радиальный подшипник скольжения и осевой подшипник, в центральной части агрегата расположен по меньшей мере один цилиндрический средний корпус, имеющий совмещенную сдвоенную систему уплотнений радиального и углового исполнения, с расположенным в цилиндрической части рабочим колесом и направляющими аппаратами с установленными радиальными уплотнительными кольцами, между которыми в средней части агрегата установлен по меньшей мере, один средний узел радиального подшипника скольжения вала, под которыми расположен нижний подшипниковый узел, включающий осевые и радиальные подшипники скольжения вала, в нижней части агрегат установлен корпус всасывания, в корпусе которого консольно установлен на валу агрегата шнек центробежной ступени, после которого установлено одно рабочее колесо между направляющими аппаратами, в боковой стенке корпуса всасывания установлен всасывающий патрубок.

2. Установка по п.1, в которой электродвигатель агрегата представляет собой приводной короткозамкнутый асинхронный электродвигатель

3. Установка по п.1, в которой фланцевые соединения защитного корпуса магнитной муфты и электродвигателя, а также фланцевые соединения защитного корпуса магнитной муфты с корпусом нагнетания агрегата включают дополнительные уплотнительные поверхности, посредством которых сцентрирован защитный корпус магнитной муфты.

4. Установка по п.1, в которой корпус всасывания, установленный в нижней части агрегата, сцентрирован посредством дополнительно выполненных уплотнительных поверхностей фланцевых соединений