Результат интеллектуальной деятельности: ХИМИЧЕСКИЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ НАСОС С РАБОЧИМ КОЛЕСОМ ОТКРЫТОГО ТИПА

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям химических горизонтальных центробежных насосов с рабочим колесом открытого типа, предназначенных для перекачивания химически агрессивных жидкостей.

Известен герметичный центробежный насос, содержащий корпус с размещенным в нем рабочим колесом, приводимым во вращение цилиндрической магнитной муфтой, ведущая полумуфта которой соединена с приводным валом электродвигателя, а ведомая - с рабочим колесом. Полумуфты установлены коаксиально, разделены экраном в виде цилиндрического стакана. Стакан выполнен с переменной толщиной стенки вдоль его образующей, а участок наименьшей толщины стенки расположен между полюсами ведущей и ведомой полумуфт (RU 2088807 С1, опубл. 27.08.1997).

Наиболее близким по сущности и достигаемому техническому результату известен центробежный насос, содержащий закрепленный на станине корпус из износостойкого материала, имеющий входной и напорный патрубки с фланцами, вал с рабочим колесом закрытого типа в подшипниковых опорах и узел уплотнений. На входном и напорном патрубках фланцы выполнены вращающимися, съемными и установлены на патрубках без непосредственного упора фланца в патрубок. На фланце и патрубках выполнены полукруглые выточки, в которых размещены разрезные стопорные кольца круглого сечения, воспринимающие осевые нагрузки в соединениях фланцев с патрубками (RU 2332591 С1, опубл. 27.08.2008).

Недостатками известных технических решений являются негарантированная надежность защиты от протечек химически агрессивной перекачиваемой жидкости при длительной работе насоса в процессе эксплуатации, из чего вытекает недостаточно высокий ресурс насоса и эффективность перекачивания рабочих сред с повышенной концентрацией агрессивных компонентов и, в конечном счете, снижает отраслевую конкурентноспособность насоса и выполняемых на их основе электронасосных агрегатов.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке химического горизонтального насоса, наделенного повышенной защитой от протечек химически агрессивной перекачиваемой жидкости и загрязнения атмосферного воздуха ядовитыми испарениями, а также наделенного повышенными ресурсом, надежностью работы и эффективностью перекачивания химически агрессивных жидких сред.

Поставленная задача решается тем, что химический горизонтальный насос, согласно изобретению, выполнен центробежным, по меньшей мере, одноступенчатым, консольного типа, имеет ротор с валом и рабочим колесом открытого типа, содержит корпус, состоящий из корпуса ходовой части и корпуса проточной части, при этом последний включает объединенный с напорным патрубком корпус спирального сборника с кольцевым уступообразным гребнем, тыльную стенку, состоящую из сопряженных кольцевого гребня корпуса сборника и уступообразного кольцевого элемента тыльной стенки, а также съемную выполненную с подводящим осевым патрубком заходную крышку, совместно образующие проточную полость, а корпус ходовой части насоса снабжен картером и не менее чем двумя радиально-упорной и радиальной подшипниковыми опорами и выполнен охватывающим, преимущественно, большую часть длины вала ротора, причем вал ротора насоса выполнен с консолями, при этом длина одной из них, снабженной рабочим колесом, выполнена превышающей не менее чем в два раза длину другой консоли, а рабочее колесо открытого типа выполнено в виде многозаходной крыльчатки, включающей снабженный системой лопаток основной диск со ступицей и по контуру кольцевым гребнем, обращенным в сторону, противоположную крыльчатке, причем указанный гребень выполнен с внешним радиусом, конгруэнтным ответному внутреннему радиусу кольцевого уступообразного гребня в корпусе сборника, при этом основной диск между указанным гребнем и ступицей наделен гидродинамической защитой в виде образующей импеллер системы лучевидных лопаток, и кроме того, гидродинамическая защита усилена гидрозатвором в виде установленного на валу дополнительного автономного диска, также снабженного импеллером с системой лучевидных лопаток, по меньшей мере, со стороны, противоположной крыльчатке, а радиус импеллера выполнен меньше радиуса рабочего колеса на величину, достаточную для создания гидродинамического защитного противодавления проникающей в гидрозатвор перекачиваемой среды, при этом упомянутый уступообразный кольцевой элемент тыльной стенки корпуса проточной части геометрически согласован внутренним радиусом уступа с радиусом гидрозатвора, кроме того, меньший из внешних радиусов указанной съемной крышки выполнен не менее проходного радиуса рабочего колеса с обеспечением возможности ввода и вывода последнего из проточной полости при монтаже и демонтаже насоса.

При этом рабочее колесо насоса может содержать прикрепленную к основному диску многозаходную систему криволинейных, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость основного диска лопаток, разделенных межлопаточными каналами, причем лопатки рабочего колеса выполнены одинаковой или различной длины, а количество лопаток рабочего колеса принято от 3 до 24, предпочтительно, от 5 до 7, при этом активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов включает вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (5÷1500)×10^-5 м³/об перекачиваемой жидкой среды.

Напорный патрубок корпуса проточной части может быть выполнен в виде диффузора с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,2÷4,0 раза.

Ступица рабочего колеса может быть выполнена не менее чем с одним внешним уступом для конгруэнтного сопряжения в зоне уступа с уступообразным кольцевым элементом тыльной стенки корпуса проточной части с возможностью свободного вращения вала со ступицей рабочего колеса.

Подводящий патрубок, проточная полость, сборник и напорный патрубок могут быть размещены в корпусе проточной части насоса последовательно с образованием единого канала по потоку перекачиваемой среды, в котором подводящий патрубок выполнен симметричным относительно оси вала и содержит заходную горловину с радиусом, частично перекрывающим в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала, оконечности лопаток, обращенные к указанной оси, кроме того, проточная полость выполнена с тыльной, боковой и заходной стенками, образующими объем, достаточный для размещения рабочего колеса и спирального сборника, который выполнен, преимущественно, тангенциально сообщенным с напорным патрубком.

Вал ротора насоса может быть оперт на корпус ходовой части через упомянутые подшипниковые опоры, одна из которых, предпочтительно, обращенная к корпусу проточной части, содержит радиальный подшипник, а другая, предпочтительно, обращенная к электродвигателю, содержит, преимущественно, двойной радиально-упорный подшипник.

Вал ротора насоса может содержать узел сальникового уплотнения, включающий корпус уплотнения, а также состоящую из колец сальниковую набивку, дренажную втулку, штуцеры подвода и отвода охлаждающей жидкости и, предпочтительно, разрезной фланец, при этом при работающем насосе охлаждающая жидкость поступает в узел уплотнения через нижний штуцер, а отвод осуществляют через верхний штуцер.

Для устранения утечки перекачиваемой жидкости по валу и через разъемы корпусов проточной и ходовой частей могут быть установлены уплотнительные кольца, предпочтительно, из упругого материала типа резины.

Боковая стенка проточной полости насоса может образовывать спиральный сборник, который за пределами контура рабочего колеса имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и не менее чем на одном участке поперечного сечения выпукло изогнутой в условной плоскости, нормальной к упомянутой средней плоскости сборника и проведенной через ось вала ротора насоса, при этом указанная оболочка снабжена на выходе проемом, сообщенным по потоку с тангенциально примыкающим к ней напорным патрубком корпуса проточной части насоса.

Химический горизонтальный насос может быть предназначен для перекачивания химически агрессивных жидкостных сред типа кислот, щелочей, электролитов и других с температурой от 0÷98°C, с водородным показателем 0÷14 рН, плотностью до 1870 кг/м³, кинематической вязкостью до 30×10^-6 м²/с и твердыми включениями до 1 мм с объемной концентрацией последних, не превышающей 5%, либо для перекачивания горячих и кристаллизующихся жидкостей с температурой от 0 до 250°C, а также пожаровзрывоопасных сред, при этом насос для перекачивания упомянутых горячих и кристаллизующихся сред снабжен системой обогрева проточной части и охлаждения подшипниковых узлов.

Химический горизонтальный насос может быть выполнен с возможностью силового соединения с электродвигателем, преимущественно, асинхронным для использования последнего в качестве привода вала ротора насоса с обеспечением частоты вращения вала, передаваемой рабочему колесу, предпочтительно, до 1500 об/мин и вариантной мощностью от 8 до 435 кВт с возможностью использования электродвигателей с числом оборотов вала до 3000 об/мин и вариантной мощностью от 7,5 до 250 кВт.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, состоит в разработке химического горизонтального насоса с рабочим колесом открытого типа, наделенного повышенной защитой от протечек химически агрессивной перекачиваемой жидкости, а также повышенными ресурсом, надежностью и эффективностью перекачивания рабочих сред. Это достигается совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и технологических параметров основных узлов и элементов насоса, в первую очередь, комбинированной системы усиленной гидродинамической защиты в процессе работы насоса, оптимально дополняемой гидростатической защитой от протечек химически агрессивной среды и ядовитых испарений, что исключает негативное воздействие на подшипниковые опоры и окружающую среду во всех эксплуатационных ситуациях. Кроме того, технический результат достигается за счет разработанных в изобретении конструктивного решения и формы рабочего колеса открытого типа, спирального сборника и напорного патрубка, обеспечивающих в совокупности эффективное перекачивание указанных экологически опасных сред.

Технический результат выражается также в повышенной износостойкости к химической и механической агрессии наиболее изнашиваемых частей проточной части предлагаемой конструкции насоса, в частности, за счет разработанной в изобретении конструкции гидрозатвора в сочетании с системой стояночной гидрозащиты насоса и сопряжения подвижных частей ротора с корпусом проточной и ходовой частей насоса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен центробежный насос, продольный разрез;

на фиг.2 - рабочее колесо, разрез.

Химический горизонтальный насос выполнен центробежным, по меньшей мере, одноступенчатым, консольного типа, имеет ротор с валом 1 и рабочим колесом 2 открытого типа. Насос содержит корпус, состоящий из корпуса 3 ходовой части 4 и корпуса 5 проточной части 6. Корпус 5 проточной части 6 включает объединенный с напорным патрубком 7 корпус 8 спирального сборника с кольцевым уступообразным гребнем 9, тыльную стенку, состоящую из сопряженных кольцевого гребня 9 корпуса 8 сборника и уступообразного кольцевого элемента 10 тыльной стенки, а также съемную выполненную с подводящим осевым патрубком 11 заходную крышку 12, совместно образующие проточную полость 13.

Корпус 3 ходовой части 4 насоса снабжен картером 14 и не менее чем двумя радиально-упорной и радиальной подшипниковыми опорами 15 и 16 соответственно и выполнен охватывающим, преимущественно, большую часть длины вала 1 ротора. Вал 1 ротора насоса выполнен с консолями 17. Длина консоли, снабженной рабочим колесом 2, выполнена превышающей не менее чем в два раза длину другой консоли.

Рабочее колесо 2 открытого типа выполнено в виде многозаходной крыльчатки, включающей снабженный системой лопаток 18 основной диск 19 со ступицей 20 и по контуру кольцевым гребнем 21, обращенным в сторону, противоположную крыльчатке. Гребень 21 выполнен с внешним радиусом, конгруэнтным ответному внутреннему радиусу кольцевого уступообразного гребня 9 в корпусе 8 сборника. Основной диск 19 между указанным гребнем 21 и ступицей 20 наделен гидродинамической защитой в виде образующей импеллер 22 системы лучевидных лопаток. Гидродинамическая защита усилена гидрозатвором 23 в виде установленного на валу 1 дополнительного автономного диска, также снабженного импеллером 24 с системой лучевидных лопаток, по меньшей мере, со стороны, противоположной крыльчатке. Радиус импеллера 24 выполнен меньше радиуса рабочего колеса 2 на величину, достаточную для создания гидродинамического защитного противодавления проникающей в гидрозатвор 22 перекачиваемой среды.

Упомянутый уступообразный кольцевой элемент 10 тыльной стенки корпуса 5 проточной части 6 геометрически согласован внутренним радиусом уступа с радиусом гидрозатвора 23.

Меньший из внешних радиусов съемной крышки 12 выполнен не менее проходного радиуса рабочего колеса 2 с обеспечением возможности ввода и вывода последнего из проточной полости 13 при монтаже и демонтаже насоса.

Рабочее колесо 2 насоса содержит прикрепленную к основному диску 19 многозаходную систему криволинейных, по меньшей мере, в проекции на условную плоскость основного диска 19 лопаток 18, разделенных межлопаточными каналами. Лопатки 18 рабочего колеса 2 выполнены одинаковой или различной длины, а количество лопаток 18 рабочего колеса принято от 3 до 24, предпочтительно, от 5 до 7. Активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов включает вариантную возможность выброса на проток за один оборот рабочего колеса (5÷500)×10^-5 м /об перекачиваемой жидкой среды.

Напорный патрубок 7 корпуса 5 проточной части 6 выполнен в виде диффузора с разностью площадей входного и выходного поперечных сечений, обеспечивающей снижение скорости нагнетаемого потока на выходе из диффузора в 1,2÷4,0 раза.

Ступица 20 рабочего колеса 2 выполнена не менее чем с одним внешним уступом 25 для конгруэнтного сопряжения в зоне уступа с уступообразным кольцевым элементом 10 тыльной стенки корпуса 5 проточной части 6 с возможностью свободного вращения вала 1 со ступицей 20 рабочего колеса 2.

Подводящий патрубок 11, проточная полость 13, сборник и напорный патрубок 7 размещены в корпусе 5 проточной части 6 насоса последовательно с образованием единого канала по потоку перекачиваемой среды. Подводящий патрубок 11 выполнен симметричным относительно оси вала 1 и содержит заходную горловину с радиусом, частично перекрывающим в проекции на условную плоскость, нормальную к оси вала 1, оконечности лопаток 18, обращенные к указанной оси. Проточная полость 13 выполнена с тыльной, боковой и заходной стенками, образующими объем, достаточный для размещения рабочего колеса 2 и спирального сборника, который выполнен, преимущественно, тангенциально сообщенным с напорным патрубком 7.

Вал 1 ротора насоса оперт на корпус 3 ходовой части 4 через упомянутые подшипниковые опоры 15, 16. Подшипниковая опора 16, обращенная к корпусу 5 проточной части, содержит радиальный, преимущественно, роликовый подшипник 26. Подшипниковая опора 15 содержит, преимущественно, двойной радиально-упорный подшипник 27.

Вал 1 ротора насоса содержит узел сальникового уплотнения, включающий корпус 28 уплотнения, а также состоящую из колец сальниковую набивку 29, дренажную втулку 30, штуцеры подвода и отвода охлаждающей жидкости и, предпочтительно, разрезной фланец 31. При работающем агрегате охлаждающая жидкость поступает в узел уплотнения через нижний штуцер 32, а отвод осуществляют через верхний штуцер.

Для устранения утечки перекачиваемой жидкости по валу 1 и через разъемы корпусов 3 и 5 соответственно ходовой и проточной частей установлены уплотнительные кольца 33, предпочтительно, из упругого материала типа резины.

Боковая стенка проточной полости 13 насоса образует спиральный сборник. Сборник за пределами контура рабочего колеса 2 имеет форму двояковыпуклой оболочки, закрученной по спирали перемещаемым в условной средней плоскости последовательно нарастающим радиусом и не менее чем на одном участке поперечного сечения выпукло изогнутой в условной плоскости, нормальной к упомянутой средней плоскости сборника и проведенной через ось вала 1 ротора насоса. Указанная оболочка снабжена на выходе проемом, сообщенным по потоку с тангенциально примыкающем к ней напорным патрубком 7 корпуса 5 проточной части 6 насоса.

Химический горизонтальный насос предназначен для перекачивания химически агрессивных жидкостных сред типа кислот, щелочей, электролитов и других с температурой от 0÷98°C, с водородным показателем 0÷14 рН, плотностью до 1870 кг/м³, кинематической вязкостью до 30×10^-6 м²/с и твердыми включениями до 1 мм с объемной концентрацией последних, не превышающей 5%, либо для перекачивания горячих и кристаллизующихся жидкостей с температурой от 0 до 250°C, а также пожаровзрывоопасных сред. Насос для перекачивания упомянутых горячих и кристаллизующихся сред снабжен системой обогрева проточной части и охлаждения подшипниковых узлов.

Химический горизонтальный насос выполнен с возможностью силового соединения с электродвигателем, преимущественно, асинхронным для использования последнего в качестве привода вала ротора насоса с обеспечением частоты вращения вала, передаваемой рабочему колесу, предпочтительно, до 1500 об/мин и вариантной мощностью от 8 до 435 кВт с возможностью использования электродвигателей с числом оборотов вала до 3000 об/мин и вариантной мощностью от 7,5 до 250 кВт.

Работа предлагаемого насоса осуществляется следующим образом.

Перекачиваемая жидкая среда через подводящий патрубок 11, попадая на вход во вращающееся центробежное рабочее колесо 2, перемещается от центра к периферии под действием центробежных сил и диффузного расширения в межлопаточных каналах рабочего колеса 2, приобретая при этом кинетическую энергию и получая закрутку в направлении вращения рабочего колеса 2.

После выхода из рабочего колеса 2 поток переходит в диффузорный спиральный сборник, расширяющийся к напорному патрубку 7 в режиме, приближенном к соблюдению равенства скоростей потока на протяжении сборника. Из сборника перекачиваемая жидкая среда попадает в напорный патрубок 7, выполненный диффузорным со снижением скорости при прохождении в патрубке в два раза с одновременным переходом части кинетической энергии потока в потенциальную и поступает в напорный трубопровод. При этом проточную часть насоса в процессе работы защищает от протечек перекачиваемой жидкости в частично открытую ходовую часть 4 и через нее в атмосферу гидродинамическая защита в виде гидрозатвора 23 с вращающимся диском с импеллером 24, который создает противодавление и сохраняет вал 1 насоса сухим. А после окончания работы насоса и нахождения его с неподвижным положением ротора насос защищен сальниковой набивкой 29.

Таким образом, за счет разработанных в изобретении конструктивных решений и технологических параметров основных узлов и элементов насоса достигают повышения защиты от протечек химически агрессивной перекачиваемой жидкости и, как следствие, снижения загрязнения атмосферного воздуха ядовитыми испарениями, а также повышения долговечности, надежности работы насоса и эффективности перекачивания химически агрессивных жидких сред.