шнекоцентробежный насос

Формула изобретения

1. Шнекоцентробежный насос, включающий монтированные на общем роторе центробежное колесо с двухсторонним входом и два встречно направленных друг к другу шнека, служащий статором общий корпус с общим выходом и расположенными по разные стороны от выхода входами, а также установленные по разные стороны от входов и выхода подшипниковые узлы и по разные стороны от входов и выхода автомат осевой разгрузки и торцевое уплотнение, и имеющий места с гарантированным лимитированным зазором между ротором и статором, отличающийся тем, что в качестве подшипников установлены подшипники скольжения с гидростатическими полостями, которые непосредственно подключены гидравлически к выходу из насоса, а также тем, что места гарантированного лимитированного зазора между центробежным колесом и корпусом или скрепленной с ним деталью статора, места гарантированного лимитированного зазора в гидростатических подшипниках скольжения, места гарантированного зазора и возможного осевого контакта в автомате осевой разгрузки и места возможного осевого контакта подвижного торцевого уплотнения покрыты твердым материалом на основе карбида вольфрама или карбидом вольфрама.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что корпус со стороны выхода содержит двойной спиральный коллектор, имеющий внутреннюю и внешнюю спиральные оболочки, причем внешняя спиральная оболочка содержит внешний и внутренний спиральные контуры, а также тем, что непосредственное гидравлическое подключение к выходу из насоса осуществлено по внешней спиральной оболочке со стороны ее внутреннего контура на расстоянии, определяемом не менее, чем 15° от входной кромки двойного спирального контура.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что он снабжен центробежным сепаратором, установленным со стороны автомата осевой разгрузки и имеющим выход для чистой фракции и выход для загрязненной фракции, при этом роторы и статоры насоса и сепаратора соответственно скреплены между собой, вход сепаратора подключен к выходу из насоса, а выход чистой фракции к входам в гидростатические полости подшипников.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для использования в насосах для перекачивания жидкости, которая может содержать абразивные включения, например, для нефти, содержащей механические примеси, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности и в других областях техники, где осуществляется перекачивание жидких сред.

Известен шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, центробежное колесо и шнек, расположенные на одном валу [1]

Известный насос не позволяет охлаждать подшипники рабочей средой, и для его эффективной работы требуется специальная охлаждающая жидкость.

Наиболее близким техническим решением к описываемому является шнекоцентробежный насос, включающий монтированные на общем роторе центробежное колесо с двухсторонним входом и два встречно направленных друг к другу шнека, служащий статором, общий корпус с общим выходом и расположенными по разные стороны от выхода входами, а также установленные по разные стороны от входов и выхода подшипниковые узлы и по разные стороны от входов и выхода автомат осевой разгрузки и торцевое уплотнение, и имеющий места с гарантированным лимитированным зазором между ротором и статором [2]

Недостатком известного насоса является невозможность перекачивания им нефти, которая может содержать абразивные включения ввиду попадания последних в подшипники насоса и места с лимитированным зазором, что может привести к их разрушению.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении ресурса работы подшипников и мест с лимитированными зазорами в насосах при охлаждении их перекачиваемой средой.

Указанная задача решается тем, что в шнекоцентробежном насосе в качестве подшипников установлены подшипники скольжения с гидростатическими полостями, которые непосредственно подключены гидравлически к выходу из насоса, а также тем, что места гарантированного лимитированного зазора между центробежным колесом и корпусом или скрепленной с ним деталью статора, места гарантированного лимитированного зазора в гидростатических подшипниках скольжения, места гарантированного зазора и возможного осевого контакта в автомате осевой разгрузки и места возможного осевого контакта подвижного торцевого уплотнения покрыты твердым материалом на основе карбида вольфрама или карбидом вольфрама.

Корпус со стороны выхода может содержать двойной спиральный коллектор, имеющий внутреннюю и внешнюю спиральные оболочки, причем внешняя спиральная оболочка содержит внешний и внутренний спиральные контуры, а также тем, что непосредственное гидравлическое подключение к выходу из насоса осуществлено по внешней спиральной оболочке со стороны ее внутреннего контура на расстоянии, определяемом, не менее чем 15^o от входной кромки двойного спирального контура.

Насос может быть снабжен центробежным сепаратором, установленным со стороны автомата осевой разгрузки и имеющим выход для чистой фракции и выход для загрязненной фракции, при этом роторы и статоры насоса и сепаратора соответственно скреплены между собой, вход сепаратора подключен к выходу из насоса, а выход чистой фракции к входам в гидростатические полости подшипников.

На фиг. 1 представлен шнекоцентробежный насос в разрезе (вариант без установки на насос сепаратора). На фиг. 2 изображен узел Б на фиг. 1 в увеличенном по отношению к фиг. 1 масштабе, содержащий подшипник со стороны привода (привод на чертежах не показан) и торцевое уплотнение. На фиг. 3 изображен узел В на фиг. 1 в увеличенном по отношению к фиг. 1 масштабе, содержащий автомат осевой разгрузки насоса и установленный рядом с ним на валу подшипник. На фиг. 4 изображен центробежный сепаратор, выполненный на конце шнекоцентробежного насоса со стороны автомата осевой разгрузки в том же масштабе, как на фиг. 2 и 3. На фиг. 5 представлено сечение А-А на фиг. 1 корпуса насоса.

На представленных чертежах фиг. 1: 1 корпус шнекоцентробежного насоса, выполненный сварно-литым; 2 центробежное с двухсторонним входом колесо насоса, установленное внутри корпуса 1; 3 и 4 шнеки шнекоцентробежного насоса со встречно направленными по отношению друг к другу винтовыми лопастями; 5 две профилирующие втулки шнековых преднасосов шнекоцентробежного насоса; 6 два кольца из высокопрочной стали, в которые вставлены резиновые уплотнительные кольца 7, а поверхности 8 которых, равно как и поверхности 9 центробежного колеса 2 покрыты твердым материалом на основе карбида вольфрама или карбидом вольфрама. Между поверхностями 8 и 9 обеспечивается гарантированный лимитированный зазор.

Центробежное колесо 2 и шнеки 3 и 4 насажены на валу 10 и зафиксированы от проворота с помощью шпонок 11,12 и 13; на валу 10 также посажены и закреплены две втулки 14, каждая из которых входит в свой вкладыш 15 подшипника.

На фиг. 2 и 3 поверхности 16 втулок 14 и поверхности 17 вкладышей 15 покрыты твердым материалом на основе карбида вольфрама или карбидом вольфрама. Между поверхностями 16 и 17 обеспечивается гарантированный лимитированный зазор. Вкладыши 15 вставлены, зафиксированы и закреплены с помощью шпилек и штифтов в крышках 18 и 19, которые в свою очередь вставлены и закреплены также с помощью шпилек и штифтов в корпусе 1. Более подробно конструкцию гидростатического подшипника приводить нет надобности. Он может иметь, например, четыре кольцевые цилиндрические секторные полости, разделенные перегородками вдоль оси и в направлении, перпендикулярном оси на краях. Эти перегородки имеют зазоры с валом (это гарантированные лимитированные зазоры между поверхностями 16 и 17). Эти полости соединены каждая через свой жиклирующий канал 20 с кольцевыми полостями 21 соответствующих крышек 18 и 19. Это каналы подвода высокого давления в гидростатический подшипник.

Шнекоцентробежный насос содержит подвижное торцевое уплотнение со стороны подсоединения привода к валу 10 (привод на чертежах не показан). Оно состоит из насаженной на валу 10 обоймы 22 с вставленным в нее кольцом 23, составляющими подвижную (вращающуюся ) часть уплотнения, и подпружиненным через сильфон 24 неподвижным кольцом 25. Торцы соприкасающихся деталей 23 и 25 покрыты твердым материалом на основе карбида вольфрама или карбидом вольфрама, обеспечивая высокую стойкость торцевого уплотнения при работе.

Шнекоцентробежный насос содержит автомат осевой разгрузки, включающий дисковый поршень 26, закрепленный на валу 10 вместе со съемными кольцами 27 и 28. Одновременно в корпусе закреплены упоры 29 и 30. Вал 10 имеет возможность перемещаться в осевом направлении от упора поверхности 31 кольца 27 в торец 32 упора 30 до упора поверхности 33 кольца 28 в торец 34 упора 29. Поверхности 31, 32, 33, 34 покрыты твердым материалом на основе карбида вольфрама и карбидом вольфрама. Наружная цилиндрическая поверхность дискового поршня 26 и имеющая диаметральный гарантированный лимитированный зазор с ней внутренняя цилиндрическая поверхность втулки 35 также покрыты этим же твердым материалом. Эти поверхности обозначены цифрами 36 и 37 соответственно.

В частном случае шнекоцентробежный насос может иметь центробежный сепаратор, представленный на фиг. 4. Как видно из чертежа фиг. 4, вал 10 (см. фиг. 3) центробежного насоса должен быть выполнен удлиненным и измененным, поэтому он обозначен позицией 38 (см. фиг. 4), соответственно изменена конструкция втулки 14 (см. фиг.3), которая теперь обозначена позицией 39 (см. фиг. 4). Как видно из чертежа фиг.4, на валу закреплен барабан 40 с помощью гайки 41. Барабан имеет продольные ребра 42.

Крышка 19 (см. фиг.3) конструктивно изменена так, как показано на фиг.4, она удлинена и обозначена позицией 43 и в ней выполнена внутренняя полость для размещения основных деталей сепаратора. Крышка 43 имеет боковой штуцер 44, который сообщается с внутренней полостью крышки. В крышку 43 вставлен стакан 45 с отверстиями 46. Стакан 45 поджат фланцем 47.

Кроме того, в крышке 43 имеются боковые штуцера 48 и 49, гидравлически соединенные с полостью кольцевых проточек с отверстиями 46 стакана 45.

В конструкции предусмотрена втулка 50, поджатая гайкой 51. Втулка 50 имеет гарантированный лимитированный зазор с втулкой 39. Поверхности, определяющие этот зазор, покрыты твердым материалом на основе карбида вольфрама или карбидом вольфрама.

На фиг. 5 представлен разрез А-А корпуса насоса 1. Корпус насоса имеет спиральный канал 52, который спиральным ребром 53 делится с определенного места на внутреннюю 54 и внешнюю 55 спиральные оболочки. 56 внутренний контур внешней спиральной оболочки. 57 входная кромка двойного спирального контура. 58 канал подключения гидростатических полостей подшипников скольжения к выходу из насоса, - угол между входной кромкой двойного спирального контура и каналом 58. Этот угол выбирается не менее 15^o, т.к. считается, что при меньших углах еще не произойдет расслоение в потоке загрязнений и более возможнo попадание в канал 58, а стало быть и к подшипникам тяжелых частиц загрязнения. При углах больше 15^o обеспечивается отбор чистой фракции через канал 58. 59 выход из насоса. 60 - трубопровод подвода очищенной жидкости (нефти) высокого давления к подшипникам (см.фиг.1).

Шнекоцентробежный насос функционирует следующим образом. В исходном положении внутренняя полость насоса залита жидкостью (нефтью). Кольца 23 и 25 прижаты друг к другу, обеспечивая герметизацию внутренней полости. При команде на запуск начинает вращаться вал 10 от привода. Привод на чертеже не показан. Он расположен сверху шнекоцентробежного насоса, если смотреть по фиг. 1. Вал 10 вращает центробежное колесо 2 и шнеки 3 и 4. Жидкость начинает перемещаться так, как показано на чертеже стрелками во внутренней полости насоса. Подшипники, состоящие из втулок 14 и вкладышей 15, в начальный период работают как подшипники скольжения, но потом под действием гидростатических сил благодаря подводу жидкости через жиклирующие каналы 20 всплывают и работают как гидростатические.

Благодаря выбранному месту отбора нефти через каналы 58 и трубопроводы 60 в подшипники поступает очищенная от абразивных включений нефть. В сочетании с покрытием твердым материалом на основе карбида вольфрама или карбидом вольфрама поверхности 16,17,31,32,33,34,36,37, а также поверхностей торцевого контакта деталей 23 и 25 обеспечивается повышение ресурса работы насоса. Это объясняется с одной стороны чистотой подаваемой через соответствующие зазоры среды (нефти), а с другой высокими прочностными свойствами покрытия на указанных поверхностях.