Насосный агрегат

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Закрытое акционерное общество Гидродинамика(73) Патентообладатель Закрытое акционерное общество Гидродинамика(57) 1. Насосный агрегат, содержащий корпус с напорным и всасывающим патрубками и установленный в корпусе ротор насоса с подшипниками и центробежным колесом, а также вспомогательный насос, рабочее колесо которого соединено с ротором через муфту, одна из полумуфт которой подпружинена, при этом вход во вспомогательный насос соединен с выходом из центробежного колеса, а выход соединен с напорным патрубком, в котором установлен обратный клапан, причем выход из центробежного колеса соединен с напорным патрубком до обратного клапана, а выход из вспомогательного насоса соединен с напорным патрубком после обратного клапана, отличающийся тем, что подпружиненная полумуфта установлена на торце втулки подшипника, причем последняя установлена на роторе с возможностью осевого перемещения, а корпус насоса снабжен камерой для заливки жидкости перед запуском. 2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что рабочее колесо вспомогательного насоса выполнено водокольцевого типа. 3. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что центробежное колесо снабжено шнеком.(56) 1. Спасский К.Н., Шаумян В.В. Новые насосы для малых подач и высоких напоров.-М. Машиностроение, 1972. 2. Герасименко С.С., Иванов А.А. Подшипники герметичных насосов.-Минск Наука и техника, 1989. 3. А.с. СССР 1288360, МПК 04 9/02, 1987 (прототип). 4. Фролов Е.С. и др. Механические вакуумные нососы.-М. Машиностроение, 1989. 5. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей.-М. Машиностроение, 1979. Изобретение относится к насосостроению и касается усовершенствования насоса, откачивающего жидкость, уровень которой ниже, чем уровень размещения насосной установки. 2574 1 Известны самовсасывающие насосы, которые откачивают жидкость с уровня на 57 м ниже уровня установки насоса, например, двухступенчатый вихревой самовсасывающий насос серии(фирмы ЕКМ, Германия), описанный в 1. Вихревые насосы обладают свойством самовсасывания благодаря возможности перекачивать газожидкостную смесь. Известный насос представляет собой установленные в корпусе на общем роторе два вихревых лопаточных колеса, при вращении которых в жидкости возникает сложная система продольных и радиальных вихрей, с помощью которых осуществляется перенос количества движения из межлопаточных ячеек колеса в рабочий канал насоса. Однако вихревые насосы имеют низкий к.п.д. и более низкие кавитационные качества по сравнению с центробежными насосами, что ограничивает область их применения, в особенности при наблюдаемом в настоящее время значительном подорожании энергоресурсов. Для перекачивания легкокипящих жидкостей применяют специальные, т.н. конденсатные насосы, которые имеют улучшенные кавитационные характеристики. Известен, например, насос БЭН-75 М - один из лучших конденсатных насосов, разработанный для работы в качестве конденсатного насоса АЭС с легкокипящим теплоносителем нитрин 2, который содержит шнек и две последовательно установленные центробежные ступени. Однако, этот насос не обладает возможностью самовсасывания и для нормальной работы на его входе необходимо создавать подпор. Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому по совокупности существенных признаков является Самовсасывающий насосный агрегат по 3, принятый авторами за прототип. Принятый за прототип объект представляет собой насосный агрегат, содержащий корпус с напорным и всасывающим патрубками и установленный в корпусе ротор насоса с подшипниками и центробежным колесом, а также вспомогательный насос, рабочее колесо которого соединено с ротором через муфту, одна из полумуфт которой подпружинена, при этом вход во вспомогательный насос соединен с выходом из центробежного колеса, а выход соединен с напорным патрубком, в котором установлен обратный клапан, причем выход из центробежного колеса соединен с напорным патрубком до обратного клапана, а выход из вспомогательного насоса соединен с напорным патрубком после обратного клапана. Принятый за прототип насосный агрегат обеспечивает сравнительно высокую эффективность и надежность работы при установке его выше уровня перекачиваемой жидкости, т.к. вспомогательный насос обеспечивает самовсасывание при запуске насосного агрегата, а центробежное колесо обеспечивает создание необходимого напора. Однако, принятый за прототип насосный агрегат имеет существенный недостаток, заключающийся в том,что рабочее колесо вспомогательного насоса сложно по конструкции и недостаточно надежно в работе, а принятая в прототипе конструкция муфты, соединяющей рабочее колесо вспомогательного насоса с ротором, имеет увеличенный габарит. Задачей предлагаемого изобретения является создание простого в изготовлении и надежно работающего при перекачивании различных нефтепродуктов насоса с улучшенной энергетической характеристикой. В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в том, что разработан насосный агрегат потребляющий на рабочих режимах меньше энергии, имеющий меньший габарит, чем насосный агрегат, принятый за прототип, и обеспечивающий не только самовсасывание при запуске, но и более надежную работу. Данный технический результат достигнут тем, что в насосном агрегате, содержащем корпус с напорным и всасывающим патрубками и установленный в корпусе ротор насоса с подшипниками и центробежным колесом, а также вспомогательный насос, рабочее колесо которого соединено с ротором через муфту, одна из полумуфт которой подпружинена, при этом вход во вспомогательный насос соединен с выходом из центробежного колеса, а выход соединен с напорным патрубком, в котором установлен обратный клапан, причем выход из центробежного колеса соединен с напорным патрубком до обратного клапана, а выход из вспомогательного насоса соединен с напорным патрубком после обратного клапана, согласно изобретению, подпружиненная полумуфта установлена на торце втулки подшипника, причем последняя установлена на роторе с возможностью осевого перемещения, а корпус насоса снабжен камерой для заливки жидкости перед запуском, при этом рабочее колесо вспомогательного насоса выполнено водокольцевого типа, а центробежное колесо снабжено шнеком. Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что подпружиненная полумуфта установлена на торце втулки подшипника, причем последняя установлена на роторе с возможностью осевого перемещения, а корпус насоса снабжен камерой для заливки жидкости перед запуском. Такое решение позволяет использовать вспомогательный насос только для обеспечения самовсасывания,а после выхода насоса на рабочие параметры автоматически отключать вспомогательный насос, экономя таким образом энергию за счет улучшенной энергетической характеристики центробежного насоса. При этом камеру для заливки жидкости используют только для первоначального запуска после монтажа или ремонта 2 2574 1 агрегата. После временной остановки насоса его элементы возвращаются в исходное состояние, в камере для заливки остается достаточно жидкости для повторного запуска, и насос готов к повторному запуску без выполнения каких-либо вспомогательных операций, что упрощает его эксплуатацию. Такое техническое решение позволяет не только обеспечить самовсасывание, т.е. заполнение насоса жидкостью из размещенного на более низком уровне резервуара, но и запуск центробежной ступени на закрытую задвижку (т.к. обратный клапан перекрывает напорный трубопровод до получения заданного напора на выходе центробежного рабочего колеса), что является условием надежной работы центробежной ступени. При этом отпадает необходимость в установке на напорном трубопроводе задвижки, что упрощает конструкцию обвязки насоса. Еще одна отличительная особенность конструкции насосного агрегата в том, что рабочее колесо вспомогательного насоса выполнено водокольцевого типа. Насосы водокольцевого типа широко используют в качестве вакуумных, для откачивания газов, содержащих пары, капельную жидкость и другие включения. Они отличаются простотой конструкции, надежностью в эксплуатации, низким уровнем шума 4. Однако, эти насосы имеют относительно низкий к.п.д. из-за высоких затрат мощности на вращение жидкостного кольца. Упомянутая выше отличительная особенность заявляемого изобретения, а именно то, что рабочее колесо вспомогательного насоса установлено с возможностью его отключения после выхода на режим, с помощью полумуфты, которая установлена на роторе с возможностью осевого перемещения, позволяет компенсировать этот недостаток насосов водокольцевого типа и использовать его в заявляемой конструкции для откачивания газа и паров из всасывающего трубопровода при запуске, обеспечивая тем самым самовсасывание. Такое решение позволяет получить все преимущества водокольцевого насоса при отсутствии его недостатков. Кроме того, еще одна отличительная особенность конструкции заключается в том, что центробежное рабочее колесо снабжено шнеком. Такое техническое решение значительно улучшает кавитационную характеристику насоса, что особенно существенно при перекачивании нефтепродуктов, содержащих легкокипящие фракции 5. Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения позволяют снизить стоимость изготовления, упростить конструкцию насосной установки в целом и уменьшить ее габариты, а также улучшить энергетические и кавитационные характеристики, повысить надежность работы. На фиуре представлен упрощенный чертеж заявляемого насосного агрегата. Насосный агрегат содержит корпус 1 с напорным 2 и всасывающим 3 патрубками и установленный в корпусе ротор 4 насоса, оснащенный подшипниками 5, 6 и центробежным колесом 7. Насосный агрегат включает в себя также вспомогательный насос 8, вход в который соединен с выходом из центробежного колеса 7 каналом 9, а выход соединен с напорным патрубком трубопроводом 10. Корпус насосного агрегата снабжен камерой для заливки жидкости перед запуском 11, в которой размещен вспомогательный насос 8. С напорным патрубком 2 соединен также выход из центробежного колеса 7. Рабочее колесо вспомогательного насоса 8 соединено с ротором 4 через муфту, одна из полумуфт 12 которой подпружинена пружинами 13 и установлена на торце втулки 14 подшипника 6 ротора, а другая полумуфта 15 закреплена на валу рабочего колеса вспомогательного насоса 8. Втулка 14 установлена на роторе 4 с возможностью осевого перемещения. В напорном патрубке 2 установлен обратный клапан 16. Выход из центробежного колеса соединен с напорным патрубком до обратного клапана, а выход из вспомогательного насоса соединен с напорным патрубком после обратного клапана. Рабочее колесо вспомогательного насоса 8 выполнено водокольцевого типа. Центробежное колесо 7 снабжено шнеком 17. Заявляемый насосный агрегат работает следующим образом. Перед пуском насосного агрегата необходимо залить его водокольцевую ступень перекачиваемой жидкостью, что обеспечит самовсасывание. Рабочая жидкость заливается в камеру 11 до оси рабочего 2574 1 колеса вспомогательного насоса 8 через заливную горловину соединительного трубопровода 10. Под действием усилия пружины 13 полумуфты 12 и 15 находятся в зацеплении. Обратный клапан 16, установленный в напорном патрубке 2, находится в закрытом положении. После запуска насосного агрегата при вращении в эксцентричной расточке корпуса рабочего колеса вспомогательного насоса 8, находящаяся там жидкость центробежной силой отбрасывается к стенкам расточки, и между ступицей рабочего колеса вспомогательного насоса 8 и внутренней поверхностью жидкостного кольца образуется серповидная полость, которая лопатками рабочего колеса делится на отдельные рабочие ячейки. Сначала объем ячеек увеличивается, и в них через всасывающее окно распределительной шайбы поступает жидкостно-воздушная смесь, откачиваемая из внутренних полостей центробежной ступени по каналу 9, выполненному в корпусе. При уменьшении объема рабочих ячеек, откачиваемая смесь в них сжимается. Когда рабочие ячейки проходят мимо нагнетательного окна распределительной шайбы, откачиваемая смесь выбрасывается в отводящий трубопровод 10 и, далее, минуя обратный клапан 16, нагнетается в напорный трубопровод. Под действием разрежения, возникающего во всасывающем патрубке 3 центробежной ступени, перекачиваемая жидкость из всасывающего трубопровода поступает в полость всасывания корпуса 1, где захватывается шнеком 17, что обеспечивает безкавитационную работу, и рабочим колесом 7 под действием центробежных сил перемещается от центра к периферии. Затем жидкость, отбрасываемая лопатками колеса 7, поступает в спиральный отвод корпуса 1 и далее нагнетается в напорный патрубок, чем обеспечивается самовсасывание. Происходит постепенное открывание обратного клапана 16, запуск насоса при этом происходит как при закрытой на напорном трубопроводе задвижке. Через определенный промежуток времени, давление, создаваемое центробежной ступенью, достигает такой величины, что сила давления жидкости становится больше усилия, создаваемого пружиной 13, полумуфты 12 и 15 выходят из зацепления, и водокольцевая ступень отключается, что позволяет значительно уменьшить энергопотребление на рабочем режиме насосного агрегата. Часть жидкости под давлением по каналу 9 через подшипник рабочего колеса 8 вспомогательного насоса поступает в кольцевой зазор подшипника скольжения и через отверстия в диске рабочего колеса 7 сбрасывается на вход, осуществляя таким образом смазку и охлаждение подшипника 6, что обеспечивает надежность работы подшипника скольжения. Таким образом, заявляемый насосный агрегат в сравнении с известными насосами такого же назначения имеет уменьшенные затраты энергии при перекачивании, надежно работает при перекачивании нефтепродуктов, при удобной для монтажа компоновке самого агрегата, малых габаритах и при упрощенной конструкции обвязки трубопроводами, что снижает стоимость изготовления насосной установки. Изготовление и испытания опытных образцов насосного агрегата подтвердили его простоту в изготовлении и надежную работу. В результате получен насосный агрегат, предназначенный для перекачивания бензина, а также других легких нефтепродуктов с температурой до 50 С как в закрытых помещениях, так и вне помещений при температуре окружающего воздуха от 1 до 30 С при относительной влажности до 80 . Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.