НАСОСНАЯ УСТАНОВКА С ТЕРМОРЕГУЛИРУЕМОЙ КОРПУСНОЙ ЧАСТЬЮ Российский патент 2024 года по МПК F04D29/42 

Данное изобретение касается насосной установки с, по меньшей мере, одной терморегулируемой корпусной частью.

Такого рода насосные установки зачастую используются в промышленных установках, в частности, в химии и в нефтехимии. При этом часто перекачиваются, соответственно, транспортируются среды, которые могут транспортироваться или перекачиваться лишь при определенных температурах.

Такой средой является, например, сера. Если в процессе перекачивания в некоторых местах насоса температура падает или повышается слишком сильно, то среда может кристаллизоваться и тем самым вызывать работу насоса всухую. Далее, такого рода кристаллизация может также загрязнять перекачиваемую среду.

Другим примером является транспортировка тяжелых фракций нефти или битумов. Для транспортировки этих сред используемые насосы, например, при очень низких температурах должны подогреваться, чтобы избежать работы насоса всухую, так как тяжелые фракции нефти и битумы без предварительного нагрева слишком вязки, чтобы их можно было перекачивать.

Среди прочего в процессных насосах решающее значение имеет точное регулирование температуры, так как колебания температуры могут помешать всему производственному процессу.

Недостатком известных нагреваемых спиральных корпусов является то, что они состоят из нескольких отдельных частей, которые большей частью соединены друг с другом посредством сварки. В местах сварки могут возникнуть течи, если они сварены некорректно, что существенно ухудшает работу насоса.

К тому же в таких сварных конструкциях трудно поддерживать равномерную температуру во всем корпусе, включая фланцы.

В обычных насосах прикладываемые к патрубкам, соответственно, к впускным и выпускным отверстиям силы и моменты могут деформировать корпус и приводить к тому, что рабочее колесо будет задевать примыкающие конструктивные узлы насоса.

Место в технологическом потоке / место на насосе, где обычно располагается механическое уплотнение, в частности, область между валом и крышкой корпуса насоса, на практике также оказались критической областью, где относительно часто возникают проблемы с обеспечением требуемой температуры.

Часто нагрев крышки корпуса / спирального корпуса насоса в этом месте не достаточен для того, чтобы достичь оптимальной температуры для транспортировки определенной среды.

К тому же обычные уплотнительная крышка обладают тем дополнительным недостатком, что они состоят из нескольких отдельных частей, которые по большей части соединены друг с другом посредством сварки. В местах сварки могут возникать течи, если они были сварены некорректно, что существенно ухудшает работу насоса.

К тому же в таких уплотнительных крышках сложно создать дополнительные схемы линий, которые проходят через возможно расположенную в уплотнительной крышке камеру охлаждения / камеру нагрева, на практике же это не реализуемо. Например, для обеспечения внешней циркуляции в обычной уплотнительной крышке должно было бы просверливаться нагревательное пространство уплотнительной крышки.

В основу данного изобретения положена задача, смягчить или совсем устранить недостатки известных из уровня техники устройств. Конкретно задачей данного изобретения является создание насосной установки, с помощью которой гарантируется транспортировка среды при оптимальной температуре транспортировки.

Эта задача решается посредством насосной установки с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения, согласно которым, по меньшей мере, одна терморегулируемая корпусная часть имеет первую стенку и вторую стенку, расположенную на расстоянии от первой стенки, причем первая стенка и вторая стенка образуют термокамеру.

При этом оказалось особенно предпочтительным, если в термокамере образован, по меньшей мере, один проходящий кругообразно канал, расположенный, по существу, концентрично оси вращения.

Особенно предпочтительным оказалось, если в термокамере предусмотрено множество раскосов, которые соединяют внутреннюю стенку с внешней стенкой и образуют кругообразно проходящие каналы, расположенные, по существу, концентрично оси вращения. Благодаря этому гарантируется, что даже при забивке одного канала или даже нескольких каналов этот конструктивный узел может и дальше нагреваться или охлаждаться.

Для того, чтобы поток мог одновременно проходить через все каналы, в термокамере образованы первая сборная камера и вторая сборная камера.

Образование третьей сборной камеры упрощает полное освобождение каналов в случае необходимости.

Для того, чтобы охлаждающая или нагревательная среда удобно в обслуживании подавалась в термокамеру и, соответственно, отводилась из нее, предусмотрено первое соединительное устройство для питающей линии, по которой указанная охлаждающая или нагревательная среда поступает в термокамеру для терморегулирования гидравлического корпуса.

Далее, предусмотрено второе соединительное устройство для подключения питающей линии, по которой эта охлаждающая или нагревательная среда снова вытекает из термокамеры.

Для того, чтобы простым образом по мере необходимости гарантировать полное освобождение термокамеры, указанный терморегулируемый конструктивный узел имеет связанное с третьей сборной камерой третье соединительное устройство для подключения еще одной линии.

Предпочтительно указанный, по меньшей мере, один канал, соответственно, каналы имеют определенное структурирование, которое предназначено для максимизации турбулентности в охлаждающей или нагревательной среде и, тем самым, для максимизации теплообмена.

Для равномерного распределения температуры предпочтительно, чтобы внешняя стенка и внутренняя стенка были выполнены минимально тонкими. Для того, чтобы терморегулируемый конструктивный узел мог выдерживать давление внутри, этот конструктивный узел предпочтительно имеет несущую конструкцию. Несущая конструкция воспринимает возникающие, например, на всасывающем патрубке и напорном патрубке силы и моменты и отводит их. К тому же достигается усиление жесткости указанного конструктивного узла при минимальном собственном весе, благодаря чему, например, минимизируется риск зацепления рабочего колеса за размещаемое обычно в гидравлическом корпусе разрезное кольцо или за часть гидравлического корпуса. Несущая конструкция, образованная на внешних стенках за счет утолщения материала, поддерживает и разгружает, тем самым, как относительно тонкие внутренние стенки, так и относительно тонкие внешние стенки гидравлического корпуса.

При этом особенно предпочтительно, если несущая конструкция соединяет друг с другом определенные конструктивные элементы указанного конструктивного узла, в частности, опорные лапы корпуса, всасывающий патрубок, напорный патрубок и места соединений, в которых могут быть закреплены другие конструктивные узлы насосной установки.

Другой предпочтительный вариант выполнения предусматривает, что несущая конструкция имеет утолщения материала, проходящие, по существу, горизонтально, вертикально и по диагонали, и образующие узловые точки или точки пересечения.

Особенно предпочтительным оказалось, чтобы свободные концы несущей конструкции имели глухие отверстия для приема подходящих крепежных средств, в частности, винтов или резьбовых пальцев. При этом предпочтительно предусмотрена внутренняя резьба, в которую могут ввинчиваться крепежные средства.

Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления гидравлического корпуса для насосной установки в виде цельного конструктивного узла методом 3D-печати, в частности, металлической 3D-печати, методом селективного лазерного плавления (SLM) или методом прецизионного литья.

Другие преимущества, признаки и результаты данного изобретения явствуют из нижеприведенных чертежей. При этом на них показано следующее.

Фиг. 1 - продольное сечение насосной установки с предлагаемым изобретением гидравлическим корпусом,

Фиг. 2 - продольное сечение предлагаемого изобретением гидравлического корпуса в увеличенном масштабе,

Фиг. 3 - вид в перспективе гидравлического корпуса по Фиг. 2,

Фиг. 4 - продольное сечение гидравлического корпуса в другом варианте выполнения, и

Фиг. 5 - схематичное изображение гидравлического корпуса,

Фиг. 6 - различные виды уплотнительной крышки, и

Фиг. 7 - различные виды уплотнительной крышки с патрубком для среды резкого охлаждения.

На Фиг. 1 показана насосная установка 1 в виде насосной установки с магнитной муфтой. Эта насосная установка 1 имеет состоящий из нескольких частей корпус 2 циркуляционного насоса, содержащий терморегулируемый конструктивный узел 3, выполненный как гидравлический корпус, крышку 4 корпуса, фонарь 5 подшипникового кронштейна, подшипниковый кронштейн 6 и крышку 7 подшипника.

Выполненный в данном примере как гидравлический корпус конструктивный узел 3 во всасывающем патрубке 8 имеет впускное отверстие 9 для всасывания перекачиваемой среды, а в напорном патрубке 10 имеет выпускное отверстие 11 для выталкивания перекачиваемой среды. Крышка 4 корпуса расположена на противоположной впускному отверстию 9 стороне гидравлического корпуса 3. На обращенной от гидравлического корпуса 3 стороне крышки 4 корпуса закреплен фонарь 5 подшипникового кронштейна. Подшипниковый кронштейн 6 размещен на противоположной крышке 4 корпуса стороне фонаря 5 подшипникового кронштейна. Крышка 7 подшипника в свою очередь закреплена на обращенной от фонаря 5 подшипникового кронштейна стороне этого подшипникового кронштейна 6.

Герметизирующий стакан 12 закреплен на обращенной от гидравлического корпуса 3 стороне крышки 4 корпуса и проходит, по меньшей мере, частично через внутреннее пространство 13, ограниченное корпусом 2 насоса, в частности, крышкой 4 корпуса, фонарем 5 подшипникового кронштейна и подшипниковым кронштейном 6. Герметизирующий стакан 12 герметично уплотняет охватываемую им камеру 14 относительно внутреннего пространства 13.

Вращающийся вокруг оси A вращения вал 15 рабочего колеса проходит от проточной камеры 16, ограниченной гидравлическим корпусом 3 и крышкой 4 корпуса, через предусмотренное в крышке 4 корпуса отверстие 17 в камеру 14.

На лежащем внутри проточной камеры 16 конце вала 15 рабочего колеса закреплено рабочее колесо 18, на противоположном конце вала установлен расположенный внутри камеры 14 внутренний ротор 19. Этот внутренний ротор 19 оснащен несколькими магнитами 20, которые расположены на обращенной к герметизирующему стакану 12 стороне внутреннего ротора 19.

Между рабочим колесом 18 и внутренним ротором 19 расположена система 21 подшипников, взаимодействующая с валом 15 рабочего колеса, приводимым во вращение вокруг оси А вращения.

Не представленный приводной двигатель, предпочтительно электродвигатель приводит во вращение приводной вал 22. Приводимый во вращение вокруг оси А вращения приводной вал 22 установлен, по существу, коаксиально с валом 15 рабочего колеса. Этот приводной вал 22 проходит через крышку 7 подшипника, а также через подшипниковый кронштейн 6 и установлен в двух шарикоподшипниках 23, 24, помещенных в этом подшипниковом кронштейне 6. На свободном конце приводного вала 22 установлен внешний ротор 26, несущий на себе несколько магнитов 25. Эти магниты 25 расположены на обращенной к герметизирующему стакану 12 стороне внешнего ротора 26. Внешний ротор 26 проходит, по меньшей мере, частично через герметизирующий стакан 12 и взаимодействует с внутренним ротором 19 таким образом, что указанный вращающийся внешний ротор посредством магнитных сил приводит во вращательное движение внутренний ротор 19 и, тем самым, вал 15 рабочего колеса, и указанное рабочее колесо 18.

На Фиг. 2, Фиг. 3 и Фиг. 4 подробно показаны примеры выполнения гидравлического корпуса 3. Гидравлический корпус 3 имеет первую стенку, соответственно, внутреннюю стенку 27 и находящуюся на расстоянии от внутренней стенки 27 вторую стенку, соответственно, внешнюю стенку 28. Внутренняя стенка 27 и внешняя стенка 28 образуют, соответственно, ограничивают термокамеру 29. Термокамера 29 проходит между внутренней стенкой 27 и внешней стенкой 28, по существу, через ограничивающую проточную камеру 16 часть внутренней стенки 27. То есть, от поверхности 30 гидравлического корпуса 3, к которой прилегает крышка 4 корпуса, через весь гидравлический корпус 3 вплоть до всасывающего патрубка 8. В показанном примере осуществления в термокамере 29 предусмотрено множество раскосов 31, которые соединяют внутреннюю стенку 27 с внешней стенкой 28. Благодаря этому, как схематично показано на Фиг. 5, возникают кругообразно проходящие каналы 32, которые расположены, по существу, концентрично оси А вращения. Если отказаться от этих раскосов, то получится один проходящий кругообразно канал 32, который в сечении имеет, по существу, S-образную форму, как это показано на Фиг. 4.

Как показано на Фиг. 5, в области, проходящей от всасывающего патрубка 8 до напорного патрубка 10, раскосы 31 и каналы 32 не являются сплошными, т.е. они прерваны. Показанная на Фиг. 5 и проходящая от напорного патрубка 10 до всасывающего патрубка 8 перемычка, которая соединяет внутреннюю стенку 27 и внешнюю стенку 28, образует разделительную стенку 33 в термокамере 29. Раскосы 29 при этом не касаются разделительной стенки 33, так что, как схематично показано на Фиг. 5, в термокамере 29 образуются первая сборная камера 34 и вторая сборная камера 35. Первая сборная камера 34 и вторая сборная камера 35, начиная от области вблизи всасывающего патрубка 8, имеют, по существу, радиальное расширение, в частности, в направлении напорного патрубка 10. В проходящей радиально области, которая при вертикальном гидравлическом корпусе 3 лежит ниже всасывающего патрубка 8, раскосы 31 тоже выполнены не сплошными. Благодаря этому образуется схематично показанная на Фиг. 5 третья сборная камера 36.

Как показано на Фиг. 3, на напорном патрубке 10 предусмотрено первое соединительное устройство 37, через которое в термокамеру 29 может втекать охлаждающая или нагревательная среда для терморегулирования, т.е. для охлаждения и/или нагрева гидравлического корпуса 3. Второе соединительное устройство, обозначенное позицией 38, через которое охлаждающая или нагревательная среда может вытекать из термокамеры 29, расположена противоположно первому соединительному устройству 37. Такое расположение второго соединительного устройства 38 лучше всего видно на Фиг. 5.

Гидравлический корпус 3 имеет соединенное с третьей сборной камерой 36 третье соединительное устройство 39, предназначенное для полного освобождения термокамеры 29. Соединительное устройство 39 расположено таким образом, что освобождение термокамеры 29 происходит, по существу, в осевом направлении. Указанное соединительное устройство 39 предназначено для полного выпуска охлаждающей или нагревательной среды, содержащейся в самой низкой точке термокамеры 29.

Указанный канал 32, соответственно, указанные каналы 32 имеют определенное структурирование O, служащее для максимизации турбулентности в охлаждающей или нагревательной среде и, тем самым, для максимизации теплообмена. В показанном примере осуществления имеются каналы 32, которые выполнены, например, круговыми, овальными, по существу, Г-образными или V-образными. Раскосы 31 могут иметь, например, крыловидный профиль. Канал 32, соответственно, каналы 32, а также раскосы 31 могут также иметь бионические структуры, например, иметь структуру, подобную акульей коже. В показанном в качестве примера варианте выполнения внешняя стенка 28 на направленной к внешнему окружению стороне имеет заданное поверхностное структурирование 0, в частности, поверхностное структурирование 0, выполненное волнистым.

Как можно видеть на Фиг. 2 и Фиг. 3, гидравлический корпус 3 имеет четвертое соединительное устройство 40, предназначенное для полного освобождения проточной камеры 16. Это соединительное устройство 40 расположено над соединительным устройством 39. Соединительное устройство 40 расположено таким образом, что освобождение проточной камеры 16 происходит, по существу, в осевом направлении.

Для охлаждения или нагрева гидравлического корпуса 3 охлаждающая или нагревательная среда течет через первое соединительное устройство 37 в первую сборную камеру 34 термокамеры 29, а оттуда в отдельные каналы 32, непосредственно соединенные друг с другом с возможностью пропускания текучей среды, пока не попадет наконец во вторую сборную камеру 35, и оттуда через второе соединительное устройство 38 - из термокамеры 29. При этом достигается равномерное распределение температуры по гидравлическому корпусу 3.

Разумеется, что указанная охлаждающая или нагревательная среда может также подаваться через второе соединительное устройство 38 в термокамеру 29 и вытекать из термокамеры 29 через первое соединительное устройство 37.

Как показано на Фиг. 2 - Фиг. 4, гидравлический корпус 3 имеет к тому же несущую конструкцию 41, которая воспринимает и отводит силы и моменты, возникающие на всасывающем патрубке 8 и напорном патрубке 10. К тому же благодаря этому достигается усиление жесткости гидравлического корпуса 3, которое минимизирует риск зацепления рабочего колеса 18 за показанное на Фиг. 1 разрезное кольцо 42 или за часть гидравлического корпуса 3.

Несущая конструкция 41, образованная утолщениями материала на внешних стенках 28, поддерживает и разгружает как относительно тонкую внутреннюю стенку 27, так и относительно тонкую внешнюю стенку гидравлического корпуса 3. Несущая конструкция 41 соединяет друг с другом определенные конструктивные элементы гидравлического корпуса, в частности, опорные лапы 43 корпуса, всасывающий патрубок 8, напорный патрубок 10 и места соединений 44, в которых могут быть закреплены другие конструктивные узлы насосной установки, например, крышка 4 корпуса.

Несущая конструкция 41 выполнена оптимизированной по силовому потоку, соответственно, по топологии. Несущая конструкция 41 имеет скопления материала, проходящие, по существу, горизонтально, вертикально и по диагонали, и образующие узловые точки или точки 45 пересечения. Свободные концы 46 несущей конструкции 41 имеют глухие отверстия 47, которые предназначены для приема не показанных крепежных средств, например, винтов или резьбовых пальцев.

На Фиг. 1 показана насосная установка 1 в виде насосной установки с магнитной муфтой. Видно, однако, что предлагаемый изобретением гидравлический корпус 3 может использоваться и с другими насосными установками, например, погружным электронасосом с защищенным ротором электродвигателя, магистральными топливными насосами, любыми насосами без магнитной муфты.

Как показано на Фиг. 6a - Фиг. 6i, еще один вариант выполнения терморегулируемого конструктивного узла 3, который в показанном примере выполнен как уплотнительная крышка, в частности, для размещения контактного уплотнительного кольца, имеет соединительное устройство 37, соответственно, впуск для охлаждающей / нагревательной среды, и второе соединительное устройство 38, соответственно, выпуск для охлаждающей / нагревательной среды. Первое соединительное устройство 37 и второе соединительное устройство 38 расположены противоположно. Таким образом, терморегулирующая среда направляется через кольцеобразный конструктивный узел 3. Как было описано в связи с Фиг. 5, в термокамере может быть предусмотрена не показанная здесь разделительная стенка, так что в термокамере образуются первая сборная камера и вторая сборная камера.

Указанная охлаждающая / нагревательная среда циркулирует, по меньшей мере, по одному каналу 32, который образован внутри терморегулируемого конструктивного узла 3 и снабжен заданным поверхностным структурированием O для максимизации турбулентности в охлаждающей / нагревательной среде и, тем самым, для максимизации теплообмена.

К тому же уплотнительная крышка 3 имеет третье соединительное устройство 39, которое может использоваться для выпуска охлаждающей / нагревательной среды, содержащейся в самой глубокой точке охлаждающего / нагревательного канала 32, соответственно, термокамеры, не показанной при уплотнительной крышке. Для внешней циркуляции может быть предусмотрено пятое соединительное устройство 48, которое через третье соединительное устройство может быть выведено обратно из конструктивного узла 3.

Как показано на Фиг. 7a - Фиг. 7i, предлагаемый изобретением терморегулируемый конструктивный узел 31 может быть к тому же снабжен шестым соединительным устройством 49, соответственно, впуском для среды резкого охлаждения и седьмым соединительным устройством 50, соответственно, выпуском для среды резкого охлаждения.

На Фиг. 7g и Фиг. 7h видно к тому же, что в терморегулируемый конструктивный узел 3 интегрирован фиксатор 51 для защиты от проворачивания контактного уплотнительного кольца.

Вышеописанные корпусные части 3 для насосной установки 1 изготовляются предпочтительно в виде цельного конструктивного узла методом 3D-печати, в частности методом металлической 3D-печати, селективного лазерного плавления (SLM), или методом прецизионного литья.

Данное изобретение касается насосной установки (1) с по меньшей мере одной терморегулируемой корпусной частью, причем эта по меньшей мере одна терморегулируемая корпусная часть (3) имеет контактирующую с темперируемой средой первую стенку (27) и находящуюся на расстоянии от первой стенки (27) вторую стенку (28), причем первая стенка (27) и вторая стенка (28) образуют термокамеру (29). 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Насосная установка (1) для перекачивания транспортируемой при определенных температурах среды, содержащая по меньшей мере одну терморегулируемую проточную камеру (16), образованную гидравлическим корпусом (3) и крышкой (4) корпуса, вращающийся вокруг оси (A) вращения вал (15) рабочего колеса, рабочее колесо (18), закреплённое на лежащем внутри проточной камеры (16) конце вала (15) рабочего колеса,

отличающаяся тем, что

насосная установка имеет по меньшей мере одну терморегулируемую корпусную часть (3), причём эта по меньшей мере одна терморегулируемая корпусная часть (3) имеет контактирующую с терморегулируемой средой первую стенку (27) и находящуюся на расстоянии от первой стенки (27) вторую стенку (28), причём первая стенка (27) и вторая стенка (28) образуют термокамеру (29) для регулирования температуры корпусной части (3), причём

в термокамере (29) предусмотрено множество раскосов (31), которые соединяют внутреннюю стенку (27) с внешней стенкой (28) и образуют расположенные, по существу, концентрично оси (A) вращения и проходящие кругообразно каналы (32),

в термокамере (29) образованы первая сборная камера (34) и вторая сборная камера (35),

первая сборная камера (34) и вторая сборная камера (35) соединены друг с другом с возможностью пропускания текучей среды, и

предусмотрено первое соединительное устройство (37), через которое охлаждающая или нагревательная среда втекает в термокамеру (29) для терморегулирования конструктивного узла (3), и

предусмотрено второе соединительное устройство (38), через которое эта охлаждающая или нагревательная среда снова вытекает из термокамеры (29).

2. Насосная установка (1) по п. 1, отличающаяся тем, что в термокамере (29) выполнен по меньшей мере один кругообразный канал (32), расположенный, по существу, концентрично оси (A) вращения.

3. Насосная установка (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что разрывом в раскосах (31) образована третья сборная камера (36).

4. Насосная установка (1) по п. 3, отличающаяся тем, что терморегулируемый конструктивный узел (3) имеет соединенное с третьей сборной камерой (36) третье соединительное устройство (39), предназначенное для полного освобождения термокамеры (29).

5. Насосная установка (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что канал (32), соответственно, каналы (32) имеют заданное структурирование, служащее для максимизации турбулентности в охлаждающей или нагревательной среде и, тем самым, для максимизации теплообмена.

6. Насосная установка (1) по п. 1, отличающаяся тем, что гидравлический корпус (3) имеет несущую конструкцию (41).

7. Насосная установка (1) по п. 6, отличающаяся тем, что несущая конструкция (41) соединяет друг с другом определённые конструктивные элементы гидравлического корпуса (3), в частности опорные лапы (43) корпуса, всасывающий патрубок (8), напорный патрубок (10) и места (44) соединений, в которых могут быть закреплены другие конструктивные узлы насосной установки (1).

8. Насосная установка (1) по п. 6, отличающаяся тем, что несущая конструкция (41) имеет проходящие, по существу, горизонтально, вертикально и по диагонали утолщения материала, образующие узловые точки или точки (45) пересечения.

9. Насосная установка (1) по любому из пп. 6-8, отличающаяся тем, что свободные концы (46) несущей конструкции (41) имеют глухие отверстия (47) для приёма подходящих крепёжных средств, в частности винтов или резьбовых пальцев.

10. Способ изготовления терморегулируемой корпусной части (3) для насосной установки (1) по любому из пп. 1-9 в виде цельного конструктивного узла методом 3D-печати, в частности металлической 3D-печати, селективного лазерного плавления (SLM), или методом прецизионного литья.