ступень центробежного насоса

Формула изобретения

Ступень центробежного насоса, содержащая установленное на валу рабочее колесо с лопатками, образующими межлопаточные полости, причем соседние лопатки рабочего колеса поочередно соединены передними и задними торцевыми стенками, перпендикулярными оси колеса, отличающаяся тем, что передние и задние торцевые стенки выполнены одинаковой формы, сужающейся к периферии рабочего колеса и составляющей 25-50% площади перпендикулярного оси колеса сечения межлопаточной полости, а рабочее колесо установлено на валу по "плавающей" посадке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в конструкциях водяных и нефтяных одноступенчатых и многоступенчатых скважинных насосов.

Известны конструкции ступеней скважинных насосов с центробежными рабочими колесами закрытого типа с радиальными щелевыми уплотнениями с жесткой посадкой на вал [Лопастные насосы: Справочник / В.А.Зимницкий, А.В.Каплун, А.И.Папир, В.А.Умов. - Л.: Машиностроение, 1986, с.199]. При работе насоса возникает осевая сила, вызванная разностью давлений, действующих на наружные поверхности покрывного и заднего дисков. Эта сила воспринимается упорным подшипником, определяющим надежность насоса. С целью уменьшения равнодействующей осевых сил используются разгрузочные отверстия, соединяющие вход ступени с камерой за ведущим диском рабочего колеса, образованной дополнительным щелевым уплотнением. При износе уплотнений разгрузка теряет работоспособность, осевые усилия возрастают, увеличивая износ упорного подшипника.

Используются также закрытые рабочие колеса с "плавающей" посадкой на вал, снабженные со стороны всасывания кольцевым уплотнением-подпятником, воспринимающим осевую гидростатическую силу, действующую на рабочее колесо, и образующим, совместно с торцом покрывного диска рабочего колеса, уплотнение [Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. М.: 1977, с.240]. Рабочие колеса в этом случае устанавливаются свободно на вал для того, чтобы осевая гидростатическая сила передавалась на уплотнение-подпятник. С целью снижения износа уплотнения-подпятника, для уменьшения осевой силы могут использоваться разгрузочные отверстия, соединяющие вход ступени с камерой за ведущим диском колеса, образованной дополнительным щелевым уплотнением. С износом подпятника рабочие колеса смещаются. Зазор дополнительного щелевого уплотнения увеличивается и увеличивается осевая сила. Наличие дополнительных конструктивных элементов, снижающих воздействие изнашивающегося зазора на эффективность разгрузки [Патент РФ 2133379, F04D 1/00, 1999] повышает стоимость ступени, трудоемкость изготовления и обслуживания.

Закрытые рабочие колеса подвержены засорению, что снижает надежность работы насоса. Однако при применении открытых рабочих колес возникает более значительная, чем при закрытых колесах, осевая сила [Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы, ГНТИМЛ, М.: 1960, пер. с англ., с.221-222], разгрузить которую на корпус путем установки осевых подпятников нельзя из-за отсутствия в открытом колесе покрывного диска. Открытые рабочие колеса, вследствие перетечек жидкости с рабочей стороны лопатки на тыльную, обладают несколько более низким, чем закрытые колеса, объемным кпд, зависящим от величины зазоров между неподвижными деталями и вращающимся колесом.

Известно также техническое решение по патенту СССР №197465, МПК F04D 29/22, 1967, которое является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.

Сравниваемые устройства имеют ряд общих конструктивных признаков, а именно в обоих случаях ступень центробежного насоса содержит установленное на валу рабочее колесо с лопатками, образующими межлопаточные полости, причем соседние лопатки рабочего колеса поочередно соединены передними и задними торцевыми стенками, перпендикулярными оси колеса.

Для повышения надежности и кпд насоса, что является задачей настоящего изобретения, в ступени центробежного насоса, содержащей установленное на валу рабочее колесо с лопатками, образующими межлопаточные полости, причем соседние лопатки рабочего колеса поочередно соединены передними и задними торцевыми стенками, перпендикулярными оси колеса, согласно изобретению передние и задние торцевые стенки выполнены одинаковой формы, сужающейся к периферии рабочего колеса и составляющей 25-50% площади перпендикулярного оси колеса сечения межлопаточной полости, а рабочее колесо установлено на валу по "плавающей" посадке.

Данное решение иллюстрируется двумя чертежами. На фиг.1 показана ступень центробежного насоса, на фиг.2 представлен разрез А-А фиг.1.

Ступень центробежного насоса состоит из рабочего колеса с плавающей втулкой 1 и лопатками 2, поочередно соединенными передними 3 и задними 4 торцевыми стенками 3 и 4 соответственно вала 5 насоса, межступенного диска 6, направляющего аппарата 7, переводных каналов 8 и уплотнения 9. Лопатки 2 выполнены цилиндрической формы. Передние и задние торцевые стенки 3, 4 колеса, соединяющие попарно лопатки 2, чередуются между собой, образуя совместно с лопатками полуоткрытые в осевом направлении межлопаточные полости 10. Для входа жидкости в межлопаточные полости 10, ограниченные со стороны всасывания передними торцевыми стенками 3, в последних предусмотрены входные отверстия 11.

Ступень центробежного насоса работает следующим образом. При вращении центробежного колеса, которое сообщается ему валом насоса 5, жидкость, поступая в межлопаточные полости 10 колеса, напрямую в открытые со стороны всасывания и через входные отверстия 11 передних торцевых стенок 3 в закрытые со стороны всасывания под действием центробежных сил, обтекая лопатки 2, устремляется к периферии рабочего колеса 1, поступая затем через переводные каналы 8 к следующей ступени (на чертеже не показана). Одинаковость формы передних и задних торцевых стенок 3, 4 колеса обеспечивает уравновешение осевого усилия. Рабочее колесо 1 самоцентрируется по "плавающей" посадке втулки 1 на валу 5 относительно межступенного диска 6 и направляющего аппарата 7. Самоцентрирование осуществляется путем выравнивания давлений в зазоре ₁ со стороны всасывания между межступенным диском 6 и наружными поверхностями передних торцевых стенок 3 рабочего колеса и в зазоре ₂ между направляющим аппаратом 7 и наружными поверхностями задних торцевых стенок 4 рабочего колеса.

Для повышения общего кпд перпендикулярные оси колеса торцевые стенки 3, 4 выполнены сужающимися в сторону периферии рабочего колеса и составляют 25-50% площади перпендикулярного оси колеса сечения межлопаточной полости 10, что объясняется аналитическими расчетами.

Данная конструкция благодаря выбранной форме торцевых стенок и плавающей посадке колеса на валу позволяет разгрузить осевые подшипники двигателя, что увеличивает их долговечность. Это обеспечивает повышение надежности насоса с такой ступенью по сравнению с аналогами.