разгрузочное устройство центробежного насоса

Формула изобретения

Разгрузочное устройство центробежного насоса, содержащее гидропяту, включающую вертикальную перегородку с цилиндрическими выборками, с установленными по обе ее стороны основной и дополнительной парами колец скольжения, причем в каждой паре одно из колец вращающееся, а другое - неподвижное, стаканы, соединенные между собой, дросселирующую щель между ними и крышкой вертикальной перегородки, гидравлически сообщенную с зоной всасывания последнего рабочего колеса насоса со стороны нагнетания, опорную крышку и отводную трубку, отличающееся тем, что гидропята снабжена тарельчатыми пружинами, установленными между стенками вертикальной перегородки и вращающимися кольцами скольжения, на периферийных и внутренних участках упомянутых пружин выполнены пазы, а на периферии тыльных торцов вращающихся колец скольжения - выступы, причем пазы на периферийных участках пружин взаимодействуют с выступами вращающихся колец скольжения, а пазы на внутренних участках пружин - со штифтами на ступице вертикальной перегородки, вращающиеся кольца скольжения с гарантированным зазором установлены в цилиндрических выборках вертикальной перегородки и на них размещены уплотнительные кольца, причем на первом по ходу движения жидкости кольце основной пары - по внутреннему и наружному его диаметрам, а на втором по ходу движения жидкости кольце дополнительной пары - по его наружному диаметру, контактирующие поверхности колец скольжения снабжены клиновидными криволинейными каналами с узкими и углубленными участками на входе в них жидкости и плавно расширяющимися и уменьшающимися по высоте на выходе из них жидкости, направление наклона каналов колец скольжения основной и дополнительной пар - противоположное, а направление наклона каналов вращающегося кольца скольжения основной пары - обратное направлению вращения вала насоса, при этом полости, расположенные в цилиндрических выборках вертикальной перегородки, сообщены между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к центробежным насосам с разгруженными рабочими колесами. Оно может быть также использовано в центробежных насосах с неразгруженными рабочими колесами взамен гидравлических разгрузок.

Известно разгрузочное устройство центробежного насоса, включающее гидропяту с вращающимся и неподвижным кольцами, подвижную и неподвижную втулки, дросселирующую щель между ними, опорную крышку и отводящую трубку (Паспорт Ясногорского машзавода на центробежные насосы, 1990, с.11, рис.3).

Недостатки устройства:

- значительные объемные утечки жидкости через дросселирующую щель (до 6%);

- гидравлическое уравновешивание осевых сил на переходных режимах и при изменении давления на входе в насосе переходит в механическое уравновешивание. В результате кольца соприкасаются между собой, что приводит к износу, а в конечном итоге - к выходу из строя устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее гидропяту, включающую вертикальную перегородку с цилиндрическими выборками и установленными по обе ее стороны основной и дополнительной парами колец скольжения, причем в каждой паре одно из колец вращающееся, а другое - неподвижное; соединенные друг с другом стаканы, дросселирующую щель между ними и крышкой вертикальной перегородки, зона всасывания последнего рабочего колеса со стороны нагнетания гидравлически соединена с дросселирующей щелью, опорную крышку и отводную трубку (Патент РФ № 2136976, МКИ 6 F 04 D 29/04, 1999).

Существенными недостатками устройства являются:

- неудовлетворительный срок службы колец скольжения, обусловленный тем, что касание их между собой происходит не по всей рабочей поверхности, а только по отдельным их участкам. Это в свою очередь происходит из-за ограниченных технологических возможностей обеспечения параллельности колец скольжения и трудоемкости изготовления деталей и узлов насоса;

- недостаточная надежность работы устройства вследствие ощутимого повышения давления на контактирующих поверхностях колец скольжения, обусловленная значительным износом трущихся поверхностей.

Задачей изобретения является создание устройства, обладающего повышенной надежностью и значительными сроками службы.

Указанная задача решается предлагаемым разгрузочным устройством центробежного насоса, содержащим гидропяту, включающую вертикальную перегородку с цилиндрическими выборками и установленными по обе ее стороны основной и дополнительной парами колец скольжения, причем в каждой паре одно из колец вращающееся, а другое - неподвижное, стаканы, соединенные между собой, дросселирующую щель между ними и крышкой вертикальной перегородки, гидравлически сообщенную с зоной всасывания последнего рабочего колеса насоса со стороны нагнетания, опорную крышку и отводную трубку, в котором согласно изобретению гидропята снабжена тарельчатыми пружинами, установленными между стенками вертикальной перегородки и вращающимися кольцами скольжения, на периферийных и внутренних участках упомянутых пружин выполнены пазы, а на периферии тыльных торцев вращающихся колец скольжения - выступы, причем пазы на периферийных участках пружин взаимодействуют с выступами вращающихся колец скольжения, а пазы на внутренних участках пружин - со штифтами на ступице вертикальной перегородки, вращающиеся кольца скольжения с гарантированным зазором установлены в цилиндрических выборках вертикальной перегородки и на них размещены уплотнительные кольца, причем на первом по ходу движения жидкости кольце основной пары - по внутреннему и наружному его диаметрам, а на втором по ходу движения жидкости кольце дополнительной пары - по его наружному диаметру, контактирующие поверхности колец скольжения снабжены клиновидными криволинейными каналами с узкими и углубленными участками на входе в них жидкости и плавно расширяющимися и уменьшающимися по высоте на выходе из них жидкости, направление наклона каналов колец скольжения основной и дополнительной пар - противоположное, а направление наклона каналов вращающегося кольца скольжения основной пары - обратное направлению вращения вала насоса, при этом полости, расположенные в цилиндрических выборках вертикальной перегородки, сообщены между собой.

На фиг.1 изображен общий вид центробежного насоса, включающего в себя разгрузочное устройство.

На фиг.2 - продольный разрез той части насоса, в которой размещено разгрузочное устройство.

На фиг.3 - тарельчатая пружина.

На фиг.4 - вид на вращающееся кольцо скольжения с тыльной стороны.

На фиг.5 - разрез вращающегося кольца скольжения по Н-Н фиг.4.

На фиг.6 и 7 - трущаяся поверхность колец скольжения соответственно основной и дополнительной пар.

На фиг.8 - картина смыкания каналов колец скольжения основной пары.

Устройство состоит из гидропяты 1 (фиг.2), включающей в себя вертикальную перегородку 2, состоящую из крышки 3 и цилиндрических выборок 4 и 5, и закрепленной на конце вала 6 центробежного насоса со стороны нагнетания. С противоположных сторон вертикальной перегородки 2 установлены две пары колец скольжения, одна из них (со стороны насоса) основная, причем кольцо 7 этой пары неподвижное и находится в выборке стакана 8, а кольцо 9 - вращающееся и поджатое со стороны перегородки 2 тарельчатой пружиной 10. Вторая пара колец скольжения дополнительная. Вращающееся кольцо 11 дополнительной пары установлено в выборке перегородки 2 вместе с тарельчатой пружиной 12, а ее неподвижное кольцо 13 установлено в выборке опорной крышки 14, соединенной с отводной трубкой 15.

Опорная крышка 14, кольца 7, 9, 11, 13 скольжения и тарельчатые пружины 10 и 12 расположены внутри соединенных друг с другом стаканов 8 и 16. Причем стакан 16 и опорная крышка 14 жестко зафиксированы между собой шайбой 17.

Гидропята 1 вместе со стаканами 8 и 16 и опорной крышкой 14 помещена в полость "а" нагнетательного патрубка 18, соединенного с крышкой 19 центробежного насоса. В ступице последнего рабочего колеса 20 выполнены каналы 21, сообщающие зону всасывания "в" этого колеса через дросселирующую щель с полостью "б" (фиг.1).

Вращающиеся кольца 9 и 11 скольжения установлены в цилиндрических выборках 4 и 5 вертикальной перегородки 2 с гарантированным зазором и снабжены уплотнительными кольцами 22 и 23, а их тыльные торцы на периферии имеют выступы 24 (фиг.4 и 5), входящие в зацепление с пазами 25 тарельчатых пружин 10 и 12. На вращающихся кольцах 9, 11 скольжения размещены уплотнительные кольца 22, 23, причем на первом по ходу движения жидкости кольце 7 основной пары - по внутреннему и наружному его диаметрам, а на втором по ходу движения жидкости кольце 11 дополнительной пары - по его наружному диаметру. Вертикальная перегородка 2 имеет штифты 26, входящие в зацепление с внутренними пазами 27 тарельчатых пружин 10, 12. Кроме того, она снабжена каналами 28, сообщающими полости, расположенные в ее цилиндрических выборках 4, 5.

На контактирующих поверхностях колец 7, 9 и 11, 13 скольжения (фиг.6, 7 и 8) выполнены клиновидные криволинейные каналы 29 с узкими и углубленными участками на входе в них жидкости и плавно расширяющимися и уменьшающимися по высоте на выходе из них жидкости. Каждая пара колец 7, 9 и 11, 13 скольжения имеет каналы одного направления. Направление каналов 29 дополнительной пары колец 11, 13 скольжения противоположное направлению каналов 29 основной пары колец 7, 9 скольжения. Направление наклона каналов 29 вращающегося кольца 9 основной пары - обратное направлению вращения вала насоса.

Вместо тарельчатых пружин 10, 12 могут быть использованы витые пружины сжатия, расположенные по периферии колец 7, 9, 11, 13 скольжения.

Работает устройство следующим образом. Перекачиваемая жидкость из полости "в" (фиг.2) последнего рабочего колеса 20 по радиальным каналам направляется в полость "а", далее в полость "г", сообщенную с напорным трубопроводом (на фиг. не показан). Одновременно перекачиваемая жидкость по каналам 21 попадает в полость "ж", из которой она направляется в клиновидные криволинейные каналы 29 колец 7 и 9 основной пары скольжения под действием перепада давления между полостями "ж" и "и". Когда вершинные участки 30 каналов 29 вращающегося колеса 9 скольжения основной пары (фиг.8) подходят к таким же участкам 31 неподвижного кольца 7, между этими участками жидкость защемляется и выносится на их контактирующие поверхности. Это способствует тому, что между последними образуется тонкий слой жидкости, приводящий к жидкостному трению между кольцами скольжения.

Переход жидкости из полости "ж" в полость "и" сопровождается резким падением давления. В дальнейшем жидкость под действием перепада давления из полости "и" направляется в полость "к". Картина перетока жидкости через дополнительную пару колец 11 и 13 скольжения такая же, что и в предыдущем случае. Из полости "к" жидкость по каналу 32 и трубке 15 направляется во всасывающую полость "б" насоса (фиг.1).

Предлагаемое устройство позволяет:

- повысить срок службы благодаря тому, что вращающиеся кольца скольжения выполнены самоустанавливающимися в цилиндрических выборках вертикальной перегородки, что позволило добиться касания трущихся участков по всей рабочей поверхности и, следовательно, снизить удельные давления между кольцами скольжения;

- повысить надежность работы как устройства, так и в целом насосной установки благодаря тому, что кольца скольжения воспринимают только ту часть нагрузки, которую гидравлическая разгрузка не уравновешивает в изменяющемся режиме, а также благодаря тому, что между кольцами скольжения обеспечивается жидкостное трение.