центробежный насос для перекачивания высоковязких горячих продуктов

Формула изобретения

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ВЫСОКОВЯЗКИХ ГОРЯЧИХ ПРОДУКТОВ, содержащий корпус, вал с рабочим колесом, установленное между ними торцевое уплотнение с охлаждающей буферной камерой и размещенный в расточке корпуса теплообменник в горячей и холодной зонами, выполненный в виде внутренней и внешней цилиндрических втулок с разделительными элементами, образующих полость, загерметизированную относительно корпуса эластичными уплотнительными кольцами, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности путем защиты торцевого уплотнения от действия перекачиваемой жидкости, торцевое уплотнение выполнено с внутренним гидравлическим нагружением, охлаждающая буферная камера загерметизирована от полости насоса, торец теплообменника со стороны холодной зоны имеет окна, разделительные элементы выполнены в виде продольных ребер со сквозными окнами, расположенными в соседних ребрах поочередно в горячей и холодной зонах теплообменника, при этом на внутренней, обращенной к валу поверхности внутренней втулки выполнена многозаходная винтовая нарезка, направление которой противоположно направлению вращения вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение в химической, нефтяной промышленности при перекачивании высоковязких нефтепродуктов с предварительным подогревом, например, гудронов, мазутов, а также в пищевой и других отраслях промышленности.

Известен центробежный насос для перекачивания нефтепродуктов при температуре от 150 до 400^oC. В этом насосе применено торцовое уплотнение с наружным гидравлическим нагружением, встроенным в сальниковую камеру насоса теплообменным устройством, выполненным в виде охватывающей вал втулки и наружной обоймой, между которыми установлены спиральные ребра, выносной холодильник, через который при помощи импеллерного устройства прокачивается жидкость.

Недостатками известного устройства является следующее:

- данный насос не может быть использован при перекачке продуктов типа гудрон, мазут, так как при снижении температуры продукта в полости торцового уплотнения вязкость его резко возрастает, что исключает отвод тепла из зоны трения в случае применения торцового уплотнения с наружным нагружением и приводит к выходу пары трения из строя;

- конструкция неразъемного теплообменника затрудняет проведение периодической очистки его внутренней спиральной полости от накипи, отложений и др. , что в свою очередь снижает эффективность работы теплообменника;

- для выполнения своих функций - охлаждения горячего перекачиваемого продукта до требуемых температур - требуются достаточно большие размеры теплообменника, при этом детали его изготавливаются обычно из дорогостоящих нержавеющих материалов.

Известен также центробежный насос с двойным торцовым уплотнением, теплообменником и гидросистемой подачи затворной жидкости.

Основным недостатком такой комплексной системы является сложность и большая металлоемкость уплотнения и гидросистемы, что снижает надежность работы насоса в данных условиях.

На фиг. 1 представлен центробежный насос, общий вид; на фиг. 2 - вид I на фиг. 1 - узел уплотнения с теплообменником; на фиг. 3 - вид II на фиг. 2.

Центробежный насос для перекачивания вязких горячих продуктов содержит корпус 1, вал 2 с рабочим колесом 3, расположенным в проточной части 4 корпуса 1 и установленное между ними торцовое уплотнение 5 с охлаждающей буферной камерой 6 и размещенный в расточке 7 корпуса 1 теплообменник 8 с горячей и холодной зонами 9 и 10, выполненный в виде внутренней и внешней цилиндрических втулок 11 и 12 с разделительными элементами 13, образующими полости 14, загерметизированными относительно корпуса 1 уплотнительными кольцами 15. Торцовое уплотнение 5 выполнено с внутренним гидравлическим нагружением, т. е. перекачиваемая жидкость действует на уплотнение со стороны вала 2. Охлаждающая буферная камера 6 загерметизирована от полости насоса. Торец 16 теплообменника 8 со стороны холодной зоны 9 имеет окна 17, а разделительные элементы 13 выполнены в виде продольных ребер 18 со сквозными окнами 19, расположенными в соседних ребрах 18 поочередно в холодной и горячей зонах 9 и 10 теплообменника 8. На внутренней, обращенной к валу 2 поверхности 20 втулки 11 выполнена многозаходная винтовая нарезка 21, направление которой противоположно направлению вращения вала 2.

Через окна 17 может производиться механическая, гидравлическая и др. очистка внутренних полостей между ребрами 18 от накипи, нагаров и засорения.

Буферная камера 6 загерметизирована дополнительным внешним уплотнением 22, например манжетного типа, и сообщена с источником давления буферной жидкости, например дополнительным насосом (не показан) посредством штуцера 23, соединенного с источником давления посредством трубопровода 24. Полость теплообменника 8 связана с источником охлаждающей жидкости (не показан) посредством штуцера 25.

Устройство предусматривает так же и сливные штуцера 26 и 27. Уплотнительные кольца 25 размещены в холодной зоне 10 теплообменника 8, что позволяет в значительной степени повысить их долговечность, т. к. на них не действует высокой температура перекачиваемой жидкости и они меньше подвержены разрушению. Буферная камера 6 снабжена регулируемым дроссельным устройством 28.

Работает центробежный насос следующим образом.

При вращении вала 2 с рабочим колесом 3 предварительного подогретый продукт (гудрон, мазут, пищевые продукты и т. д. ) перекачивается в продуктопровод и к потребителю. Горячий продукт поступает в зазор между валом 2 и втулкой 11 со стороны горячей зоны 10 теплообменника 8 и при наличии утечки через уплотнение 5 передвигается к холодной зоне 9. К торцовому уплотнению 5 и уплотнительным резиновым кольцам 15 продукт поступает охлажденным.

В связи с тем, что на внутренней поверхности втулки 11 выполнена многозаходная винтовая нарезка 21, направление которой противоположно вращению вала 2, в зазоре возникает насосный эффект с направлением движения жидкости в нем от холодной зоны 9 к горячей 10. При этом на втулке 11 создается перепад давления, который увеличивается с увеличением вязкости и, таким образом, в значительной степени снижается давление с внутренней стороны торцового уплотнения 5 - в полости между уплотнением 5 и валом 2. При определенной величине вязкости продукта и скорости вращения вала 2 давление перед торцовым уплотнением 5 со стороны продукта может быть снижено до давления охлаждающей жидкости в камере 6 и даже ниже. В качестве смазывающей охлаждающей жидкости в буферную камеру 6 из источника давления, например, дополнительного насоса могут подаваться нейтральные для перекачиваемого продукта жидкости при пониженной температуре. Такими жидкостями могут быть керосин, дизтопливо и т. д. , которые одновременно являются хорошей смазкой для пар трения.

Теплообменник 8, имеющий продольные ребра 18 со сквозными окнами 19, работает по принципу змеевика, т. е. жидкость в полостях между ребрами проходит поочередно от холодной зоны 9 к горячей 10, в связи с чем увеличивается путь и время движения жидкости по теплообменнику и увеличивается его эффективность. Выполнение на внутренней поверхности теплообменника винтовой нарезки играет две основные роли: первое - повышение площади охлаждающей поверхности теплообменника и второе, более важное - создание противодавления вязкой жидкости в зазоре. Это позволяет производить достаточное охлаждение среды при уменьшенных габаритах теплообменника, а значит и при уменьшенной металлоемкости насоса. Надежность работы насоса повышается также за счет того, что в зазор пары трения торцового уплотнения при определенных условиях из буферной камеры 6 в небольших количествах проникает смазочная жидкость, которая не ухудшая качества продукта значительно увеличивает долговечность торцового уплотнения.

Таким образом, комплекс, состоящий из винтового, торцового и манжетного уплотнений в сочетании с теплообменником змеевикового типа и буферной камеры, обеспечивает надежную работу центробежного насоса в широком диапазоне температур и вязкостей перекачиваемого продукта.

(56) Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник. Под общей редакцией А. И. Голубева. М. , Машиностроение, 1986, с. 437, рис. 13.15.