ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ДВУХОПОРНЫЙ НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2024 года по МПК F04D1/06 F04D29/41 

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к конструкции многоступенчатого центробежного насоса типа НДМ и может быть использовано для перекачивания жидких сред, в том числе сред, обладающих высокой вязкостью, на объектах трубопроводного транспорта, в частности для перекачивания товарной нефти и нефтепродуктов между площадочными объектами по линейной части магистрального трубопровода.

Насос типа НДМ - центробежный горизонтальный двухопорный с осевым (горизонтальным) разъемом многоступенчатый с последовательно расположенными колесами одностороннего входа типа ВВЗ по ГОСТ 32601. Тип подвода и отвода спиральный. Изменение параметров насоса достигается путем применения сменных роторов в одном и том же корпусе, изменением частоты вращения, а также обточки рабочих колес. Насос типа НДМ предназначен для перекачивания нефти и нефтепродуктов и для эксплуатации в рабочем интервале подач от 50% до 120% от номинальной подачи при номинальной частоте вращения. Напорная характеристика в рабочем интервале подач - пологопадающая: при увеличении подачи напор постоянно снижается. Допускается кратковременная работа в период пуска насоса в интервале подач от 0 до 50% от номинальной подачи как при номинальной, так и при сниженной частоте вращения.

Известен горизонтальный многоступенчатый центробежный насос, содержащий цилиндрический корпус с оппозитно расположенными в нем группами рабочих колес, входную и торцевую крышки, а также размещенную между группами рабочих колес напорную крышку с кольцевой напорной полостью, сообщенной с напорным патрубком, отличающийся тем, что напорный патрубок выполнен на торцевой крышке, при этом кольцевая напорная полость сообщена с напорным патрубком через напорную трубу, установленную снаружи корпуса насоса вдоль его продольной оси (RU 199763 U1, F04D 1/06, 28.04.2020).

Основным недостатком указанного технического решения является исполнение разгрузочного устройства в виде гидравлической пяты, что приводит к уменьшению надежности данного насоса в связи с вероятностью износа поверхностей деталей, образующих зазор в гидропяте, и как следствие повышенная вибрация и возросший осевой ход ротора.

Известен многоступенчатый насос, содержащий входную крышку, напорную крышку, корпус секционного типа с направляющими аппаратами и рабочими колесами, установленными на валу, опирающемся на подшипники скольжения с принудительной смазкой, предвключенное колесо, установленное перед первым рабочим колесом, концевые уплотнения вала, устройство разгрузки осевых сил, отличающийся тем, что в него введен наружный корпус, образующий с напорной крышкой плоскость главного разъема, перпендикулярную оси вала, в качестве концевых уплотнений вала применены механические уплотнения торцевого типа, расположенные во входной крышке и корпусе уплотнения, крепящемся к напорной крышке, а устройство разгрузки осевых сил состоит из разгрузочного поршня и упорного подшипника (RU 94644 U1, F04D 1/06, 10.08.2006).

Недостатком известного технического решения является исполнения устройства разгрузки осевых сил из разгрузочного поршня, изготовление которого обусловлено технологической сложностью.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является многоступенчатый центробежный насос, включающий секции насоса с корпусными деталями, соединенными между собой шпильками, расположенные на валу смонтированного в подшипниковых опорах насоса направляющие аппараты, рабочее колесо первой ступени и рабочие колеса промежуточных ступеней, отличающийся тем, что направляющий аппарат содержит четыре лопасти, рабочие колеса первой и промежуточных ступеней содержат по шесть лопастей, рабочее колесо первой ступени состоит из двух рядов, включающих три лопасти в основном ряду и три лопасти во вспомогательном, диаметр входа в рабочее колесо первой ступени равен 185 мм, а диаметр рабочих колес промежуточных ступеней - 154 мм (RU 204975 U1, F04D 1/06, 21.06.2021).

Основным недостатком указанного технического решения является использование гидравлического барабана плоского исполнения, что приводит к уменьшению надежности данного насоса.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание центробежного многоступенчатого горизонтального двухопорного насоса для перекачивания нефти и нефтепродуктов, не имеющего указанных недостатков.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение компенсации осевых сил и повышение надежности насоса при его работе, улучшение обслуживания и ремонта насоса, а также возможное изменение параметров путем замены ротора, рабочих колес.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что центробежный многоступенчатый горизонтальный двухопорный насос для перекачивания нефти и нефтепродуктов, содержащий корпус, имеющий горизонтальный разъем вдоль оси насоса и состоящий из основания и крышки, соединенных между собой шпильками, по меньшей мере три рабочих колеса и направляющие аппараты, расположенные на валу ротора, смонтированного в подшипниковых опорах, подводящий и отводящий патрубки и привод, согласно изобретению горизонтальный разъем корпуса содержит уплотнение в виде прокладок, закрытых по контуру металлическими полосами, рабочие колеса выполнены одностороннего входа закрытого типа, ротор выполнен сменным и содержит установленные последовательно при помощи шпонок на его валу предвключенный шнек, по меньшей мере три рабочих колеса, между которыми установлены обтекатели, и разгрузочное устройство, которые зафиксированы от осевого перемещения при помощи уступа вала, обтекателей и гайки разгрузочного устройства, соответственно, причем ротор выполнен с возможностью воздействия на передний и задний упорные подшипники скольжения при помощи диска, установленного между ними на валу и зафиксированного посредством втулки диска, гайки диска и гайки, а на подшипниковых опорах установлены датчики температуры и вибрации, последний из которых выполнен с возможностью измерения уровня интенсивности вибрации корпусов подшипников со стороны привода по двум взаимно перпендикулярным плоскостям, а со стороны свободного конца вала с возможностью измерения по трем перпендикулярным плоскостям, кроме того, на валу установлены одинарные или двойные торцовые уплотнения, закрытые кожухами, предотвращающими разбрызгивание утечек в окружающую среду, и трубопровод отвода утечек, а разгрузочное устройство состоит из разгрузочного барабана цилиндрической формы, выполненного с возможностью вращения с валом и установленного с зазором во втулке барабана, в камере, образованной корпусом и крышкой, соединенной с камерой всасывающего патрубка посредством трубы разгрузки, при этом втулка барабана выполнена с выступом, входящим в ответный паз, выполненный в крышке, причем рабочие колеса и разгрузочный барабан выполнены с возможностью образования на выходе последнего рабочего колеса и после разгрузочного барабана давления, создающего осевую силу F, действующую на разгрузочный барабан и являющуюся противовесом в отношении осевой силы насоса, при этом величина силы F зависит от площади разгрузочного барабана, кроме того, в корпусе установлена система запирания для слива нефти из корпуса насоса, а подводящий и отводящий патрубки выполнены горизонтально направленными в противоположные стороны относительно оси насоса.

Дополнительно насос содержит средство измерения температуры перекачиваемой среды на выходе.

Дополнительно насос содержит средство измерения осевого перемещения ротора.

Дополнительно привод выполнен в виде горизонтального электродвигателя, выполненного с возможностью передачи крутящего момента на вал насоса посредством упругой пластинчатой муфты.

Дополнительно разгрузочный барабан выполнен диаметром 227, 3 мм.

Заявленное изобретение представлено на чертежах.

Фиг. 1 - Внешний вид центробежного многоступенчатого горизонтального двухопорного насоса для перекачивания нефти и нефтепродуктов.

Фиг. 2 - Разгрузочное устройство центробежного многоступенчатого горизонтального двухопорного насоса для перекачивания нефти и нефтепродуктов.

Перечень позиций, приведенных на чертежах: 1 - подводящий патрубок; 2 - предвключенный шнек; 3 - рабочее колесо; 4 - вал; 5 -отводящий патрубок; 6 - разгрузочный барабан; 7 - крышка 8 - втулка барабана; 9 - крышка; 10 - барабан разгрузочный; 11 - основание; 12 -передний упорный подшипник; 13 - задний упорный подшипник, 14 -торцевые уплотнения; 15- камера барабана разгрузочного; 16 - камера с давлением на выходе из рабочего колеса; 18 - выступ втулки барабана; 19 -паз в крышке; А - площадь разгрузочного барабана; F - создаваемая осевая сила, F₁ - осевая сила насоса.

Центробежный многоступенчатый горизонтальный двухопорный насос для перекачивания нефти и нефтепродуктов (фиг. 1), содержит корпус (7) с горизонтальным разъемом, подводящий (1) и отводящий (5) патрубки, центробежные рабочие колеса (3) с предвключенным шнеком (2) и разгрузочное устройство (6), предназначенное для разгрузки насоса от осевых сил.

Корпус (7) имеет горизонтальный разъем вдоль оси насоса и состоит из литых стальных деталей - основания (11) и крышки (9). Горизонтальный разъем уплотняется прокладками, закрытыми по контуру металлическими полосами. Конструкция корпуса обеспечивает возможность разборки насоса и выем, а также замену ротора без отсоединения технологических трубопроводов, а также без отсоединения от магистрального трубопровода.

Конструкция насоса допускает применение сменных роторов для обеспечения требуемого режима работы. Сменные роторы выполнены с отличающимися от номинального режима диаметрами, например, от 347 мм до 386 мм и количеством рабочих колес, например, 3-5. Номинальный режим насоса установлен относительно напора 400 м и 3 рабочих колеса. Сменные роторы имеют различные исполнения и позволяют менять характеристики насоса по подаче - до 0,9 и по напору до 0,35 относительно номинальных характеристик.

Сменный ротор устанавливается путем остановки насоса, демонтажа крышки (9) и предыдущего сменного ротора (может и номинального), и установки вала (4) ротора с рабочими колесами (3) на требуемый режим по напору. При уменьшении количества рабочих колес соответствующие аппараты направляющие заменяются дистанционными втулками.

Рабочие колеса (3) выполнены одностороннего входа закрытого типа.

Ротор, состоящий из вала (4) и рабочих колес (3), выполнен сменным и содержит установленные последовательно при помощи шпонок на его валу предвключенный шнек (2), по меньшей мере три рабочих колеса (3), между которыми установлены обтекатели (не показаны на чертеже), и разгрузочное устройство (6), которые зафиксированы от осевого перемещения при помощи уступа вала, обтекателей и гайки разгрузочного устройства, соответственно. Для повышения антикавитационных качеств использован предвключенный шнек (2).

Упомянутый ротор выполнен с возможностью воздействия на передний (12) и задний (13) упорные подшипники скольжения при помощи диска, установленного между ними на валу и зафиксированного посредством втулки диска, гайки диска и гайки.

На подшипниковых опорах установлены датчики температуры и вибрации, последний из которых выполнен с возможностью измерения уровня интенсивности вибрации корпусов подшипников со стороны привода по двум взаимно перпендикулярным направлениям, а со стороны свободного конца вала - по трем перпендикулярным направлениям.

На валу (4) установлены одинарные или двойные торцовые уплотнения (14), закрытые кожухами, предотвращающими разбрызгивание утечек в окружающую среду, и трубопровод отвода утечек.

Разгрузочное устройство (6) состоит из разгрузочного барабана (10) цилиндрической формы, выполненного с возможностью вращения с валом (4) и установленного с зазором во втулке барабана (8), размещенной в основании (11) с крышкой (9), и камеры (15) разгрузочного барабана, соединенной с камерой (16) всасывающего патрубка посредством трубы разгрузки (17).

Втулка барабана (8) выполнена с выступом (18), который вставляется в соответствующий паз (19) крышки (9), что является фиксацией от осевого смещения. Внешняя поверхность барабана закалена в целях увеличения твердости, и, как следствие, повышает ресурс.

Давление на выходе последнего рабочего колеса «а» и давление после барабана разгрузочного в камере (15), образованной корпусом и крышкой, создает осевую силу F, действующую на барабан разгрузочный (10). Упомянутая камера (15) соединена с камерой (16) всасывающего патрубка посредством трубы разгрузки. Давление в камере (15) зависит от давления в полости камеры всасывающего патрубка и давления, создаваемого от сопротивления в трубе разгрузки. Возникающая осевая сила является противовесом в отношении осевой силы F₁ насоса. Величина осевой силы F зависит от площади А разгрузочного барабана. Создание противодействующей силы, величина которой зависит от осевой нагрузки насоса, позволяет обеспечить компенсацию осевых сил и повысить надежность при работе насоса.

В корпусе установлена система запирания для слива нефти из корпуса насоса. Подводящий (1) и отводящий (5) патрубки выполнены горизонтально направленными в противоположные стороны относительно оси насоса.

Разгрузочный барабан выполнен диаметром 227,3 мм для компенсации усилий. В случае выполнения разгрузочного барабана большим или меньшим относительно диаметра 227,3 мм разгрузочным устройством не будет осуществляться требуемая разгрузка от осевых сил, вследствие неравенства осевой силы возникающей в насосе и компенсирующей ее силы, возникающей за счет разгрузочного устройства.

Насос функционирует следующим образом. Перекачивающая жидкость через подводящий патрубок (1) поступает в предвключенный шнек (2). Передача энергии от предвключенного шнека (2) происходит путем силового взаимодействия лопастей упомянутого шнека (2) с обтекающей жидкостью. Предвключенный шнек (2) позволяет уменьшить требуемые кавитационные качества. Далее жидкость поступает в рабочее колесо первой ступени (3), установленное на валу (4), где при взаимодействии с его лопастями подводится к следующей ступени насоса. Перевод потока жидкости между ступенями рабочих колес (3) производится посредством направляющих аппаратов, выполненных в качестве отдельных деталей. Направляющий аппарат предназначен для преобразования увеличения скоростного напора на выходе из рабочего колеса (3) в пьезометрический напор и снижения момента скорости перед входом перекачиваемой жидкости в следующую ступень. После прохождения всех ступеней насоса перекачиваемая жидкость попадает в спиральный отводящий патрубок (5) и далее - отводящий трубопровод.

Изобретение относится к области машиностроения. Центробежный многоступенчатый горизонтальный двухопорный насос для перекачивания нефти и нефтепродуктов содержит корпус, имеющий горизонтальный разъем вдоль оси насоса и состоящий из основания и крышки, соединенных между собой шпильками, по меньшей мере три рабочих колеса и направляющие аппараты, расположенные на валу ротора, смонтированного в подшипниковых опорах, подводящий и отводящий патрубки и привод. Горизонтальный разъем корпуса содержит уплотнение в виде прокладок, закрытых по контуру металлическими полосами. Рабочие колеса выполнены одностороннего входа закрытого типа. Ротор выполнен сменным и содержит установленные последовательно при помощи шпонок на его валу предвключенный шнек, по меньшей мере два рабочих колеса, между которыми установлены обтекатели, и разгрузочное устройство, которые зафиксированы от осевого перемещения при помощи уступа вала, обтекателей и гайки разгрузочного устройства, соответственно. Ротор выполнен с возможностью воздействия на передний и задний упорные подшипники скольжения при помощи диска, установленного между ними на валу и зафиксированного посредством втулки диска, гайки диска и гайки. На подшипниковых опорах установлены датчики температуры и вибрации, последний из которых выполнен с возможностью измерения уровня интенсивности вибрации корпусов подшипников со стороны привода по двум взаимно перпендикулярным направлениям, а со стороны свободного конца вала с возможностью измерения по трем перпендикулярным направлениям. На валу установлены одинарные или двойные торцовые уплотнения, закрытые кожухами, предотвращающими разбрызгивание утечек в окружающую среду, и трубопровод отвода утечек. Разгрузочное устройство состоит из разгрузочного барабана цилиндрической формы, выполненного с возможностью вращения с валом и установленного с зазором во втулке барабана, в камере, образованной корпусом и крышкой, соединенной с камерой всасывающего патрубка посредством трубы разгрузки. Втулка барабана выполнена с выступом, входящим в ответный паз, выполненный в крышке. Рабочие колеса и разгрузочный барабан выполнены с возможностью образования на выходе последнего рабочего колеса и после разгрузочного барабана давления, создающего осевую силу F, действующую на разгрузочный барабан и являющуюся противовесом в отношении осевой силы насоса, при этом величина силы F зависит от площади разгрузочного барабана. В корпусе установлена система запирания для слива нефти из корпуса насоса, а подводящий и отводящий патрубки выполнены горизонтально направленными в противоположные стороны относительно оси насоса. Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение компенсации осевых сил и повышение надежности насоса при его работе, улучшение обслуживания и ремонта насоса, а также возможное изменение параметров путем замены ротора, рабочих колес. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежный многоступенчатый горизонтальный двухопорный насос для перекачивания нефти и нефтепродуктов, содержащий корпус, имеющий горизонтальный разъем вдоль оси насоса и состоящий из основания и крышки, соединенных между собой шпильками, по меньшей мере три рабочих колеса и направляющие аппараты, расположенные на валу ротора, смонтированного в подшипниковых опорах, подводящий и отводящий патрубки и привод, отличающийся тем, что горизонтальный разъем корпуса содержит уплотнение в виде прокладок, закрытых по контуру металлическими полосами, рабочие колеса выполнены одностороннего входа закрытого типа, ротор выполнен сменным и содержит установленные последовательно при помощи шпонок на его валу предвключенный шнек, по меньшей мере три рабочих колеса, между которыми установлены обтекатели, и разгрузочное устройство, которые зафиксированы от осевого перемещения при помощи уступа вала, обтекателей и гайки разгрузочного устройства, соответственно, причем ротор выполнен с возможностью воздействия на передний и задний упорные подшипники скольжения при помощи диска, установленного между ними на валу и зафиксированного посредством втулки диска, гайки диска и гайки, а на подшипниковых опорах установлены датчики температуры и вибрации, последний из которых выполнен с возможностью измерения уровня интенсивности вибрации корпусов подшипников со стороны привода по двум взаимно перпендикулярным плоскостям, а со стороны свободного конца вала с возможностью измерения по трем перпендикулярным плоскостям, кроме того, на валу установлены одинарные или двойные торцовые уплотнения, закрытые кожухами, предотвращающими разбрызгивание утечек в окружающую среду, и трубопровод отвода утечек, а разгрузочное устройство состоит из разгрузочного барабана цилиндрической формы, выполненного с возможностью вращения с валом и установленного с зазором во втулке барабана, в камере, образованной корпусом и крышкой, соединенной с камерой всасывающего патрубка посредством трубы разгрузки, при этом втулка барабана выполнена с выступом, входящим в выполненный в крышке ответный паз, причем рабочие колеса и разгрузочный барабан выполнены с возможностью образования на выходе последнего рабочего колеса и после разгрузочного барабана давления, создающего осевую силу F, действующую на разгрузочный барабан и являющуюся противовесом в отношении осевой силы насоса, при этом величина силы F зависит от площади разгрузочного барабана, кроме того, в корпусе установлена система запирания для слива нефти из корпуса насоса, а подводящий и отводящий патрубки выполнены горизонтально направленными в противоположные стороны относительно оси насоса.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что он содержит средство измерения температуры перекачиваемой среды на выходе.

3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что он содержит средство измерения осевого перемещения ротора.

4. Насос по п. 1, отличающийся тем, что привод выполнен в виде горизонтального электродвигателя, выполненного с возможностью передачи крутящего момента на вал насоса посредством упругой пластинчатой муфты.

5. Насос по п. 1, отличающийся тем, что разгрузочный барабан выполнен диаметром 227, 3 мм.