Насос

04 7/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Государственное предприятие ОКБ Академическое(73) Патентообладатель Государственное предприятие ОКБ Академическое(57) Насос, содержащий корпус с установленными в нем лопаточными спрямляющими и обратным направляющим аппаратами для перепуска жидкости с нагнетания одной ступени на всасывание другой, а также установленные на валу консольно с направлением нагнетания навстречу друг другу центробежные рабочие колеса с уплотнением между ними, причем вал снабжен узлом уплотнения, включающим торцевое уплотнение с замкнутой циркуляционной системой охлаждения, отделенной от полости рабочих колес щелевым уплотнением, отличающийся тем, что уплотнение между центробежными колесами выполнено в виде плавающего кольца, а в корпусе насоса установлена крышка, разделяющая полости первой и второй ступеней, причем в промежутках между лопатками в спрямляющем аппарате второй ступени выполнены каналы, обеспечивающие перепуск воды с нагнетания первой ступени на всасывание другой, при этом обратный направляющий аппарат выполнен на заднем торце спрямляющего аппарата второй ступени.(56) 1. Герасименко С.С., Иванов Л.А. Подшипники герметичных насосов. - Мн. Наука и техника, 1989. 2. Уплотнения и уплотнительная техника /Под ред. А.И. Голубева и Л.А. Кондакова. - М. Машиностроение, 1986. 3. Робожев А.В. Насосы для атомных электрических станций. - М. Энергия, 1979. С. 77-80, рис. 37. 4. А.с. СССР 1721307, МПК 04 29/20, 1992. Изобретение относится к насосостроению и касается усовершенствования насоса, перекачивающего горячую воду, т.е. легкокипящую жидкость. Для перекачивания легкокипящих жидкостей применяют специальные, так называемые 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 1, стр. 16-17, рис. 1.1, который содержит предвключенный шнек и две последовательно установленные центробежные ступени. Насос выполнен с приводом от герметичного электродвигателя с охлаждением и смазкой подшипников перекачиваемой средой, при этом осевые силы ротора воспринимаются специальной упорной пятой. Однако стоимость изготовления этого насоса очень высока из-за дорогостоящего привода и применяемых материалов, а проблема обеспечения его надежной работы, связанная с работой подшипников и упорной пяты на перекачиваемой среде, потребовала выполнения целого комплекса научно-исследовательских работ. Известны различные технические решения, упрощающие конструкцию насосного агрегата, снижающие требования к его приводу и подшипникам, одним из которых является установка ротора на подшипниках,смазываемых минеральным маслом с отделением их от полости рабочих колес узлом уплотнения, например узлом торцевого уплотнения с замкнутым циркуляционным контуром охлаждающей жидкости фирмы Бургман, ФРГ 2, стр. 336-337, рис. 9.46. Такое решение позволяет использовать более дешевый привод от обычного электродвигателя и применять серийные подшипники. Однако при этом остаются и требуют дополнительных технических решений проблемы разгрузки ротора насоса от осевых сил, компоновки насосного агрегата. Известны различные технические решения, обеспечивающие разгрузку ротора насоса от осевых сил,причем для многоступенчатых насосов широко используют установку рабочих колес ступеней с направлением напора навстречу друг другу, например Конденсатный насос типа КсВ-500-85, приведенный в 3, стр. 77-80, рис. 37, в котором рабочие колеса установлены на роторе нагнетанием навстречу друг другу. Перепуск жидкости с нагнетания на всасывание следующей ступени выполнен при этом по специальному переводному каналу. Однако компоновка этого насоса имеет увеличенный габарит, а корпус имеет сложную конструкцию с продольным разъемом. Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому по совокупности существенных признаков является насос, описанный в 4, принятый авторами за прототип. Принятый за прототип объект представляет собой насос, содержащий корпус с установленными в нем лопаточными спрямляющими и обратным направляющим аппаратами для перепуска жидкости с нагнетания одной ступени на всасывание другой, а также установленные на валу консольно с направлением нагнетания навстречу друг другу центробежные рабочие колеса с уплотнением между ними, причем вал снабжен узлом уплотнения, включающим торцевое уплотнение с замкнутой циркуляционной системой охлаждения, отделенной от полости рабочих колес щелевым уплотнением. Принятый за прототип насос обеспечивает сравнительно высокую эффективность и надежность работы. Однако принятый за прототип насос имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что его концевое уплотнение работает под увеличенным давлением, он недостаточно разгружен от осевых сил, а конструкция деталей насоса усложнена, что затрудняет его изготовление, повышает стоимость. Задачей предлагаемого изобретения является создание простого в изготовлении и надежно работающего насоса с улучшенной кавитационной характеристикой, конкурентоспособного с известными насосами для горячей жидкости. В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в том что разработан шнеко-центробежный насос с уменьшенными внутренними протечками, надежно работающим концевым уплотнением, разгруженный от осевых сил ротора при удобной для монтажа компоновке, малых габаритах и при упрощенной конструкции деталей, снижающей стоимость изготовления насоса. Данный технический результат достигнут тем, что в насосе, содержащем корпус с установленными в нем лопаточными спрямляющими и обратным направляющим аппаратами для перепуска жидкости с нагнетания одной ступени на всасывание другой, а также установленные на валу консольно с направлением нагнетания на 2 2789 1 встречу друг другу центробежные рабочие колеса с уплотнением между ними, причем вал снабжен узлом уплотнения, включающим торцевое уплотнение с замкнутой циркуляционной системой охлаждения, отделенной от полости рабочих колес щелевым уплотнением, согласно изобретению, уплотнение между центробежными колесами выполнено в виде плавающего кольца, а в корпусе насоса установлена крышка,разделяющая полости первой и второй ступеней, причем в промежутках между лопатками в спрямляющем аппарате второй ступени выполнены каналы, обеспечивающие перепуск жидкости с нагнетания первой ступени на всасывание другой, при этом обратный направляющий аппарат выполнен на заднем торце спрямляющего аппарата второй ступени. Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что уплотнение между центробежными колесами выполнено в виде плавающего кольца, а в корпусе насоса установлена крышка, разделяющая полости первой и второй ступеней, причем в промежутках между лопатками в спрямляющем аппарате второй ступени выполнены каналы, обеспечивающие перепуск жидкости с нагнетания первой ступени на всасывание другой, при этом обратный направляющий аппарат выполнен на заднем торце спрямляющего аппарата второй ступени. Отличительной особенностью конструкции насоса является то, что уплотнение между центробежными колесами выполнено в виде плавающего кольца, что позволяет уменьшить негативный эффект от размещения центробежных колес нагнетанием навстречу друг другу, заключающийся в увеличении перепада давлений на межступенчатое уплотнение. Уплотнение в виде плавающего кольца эффективно работает при высоких перепадах давлений, обеспечивая при этом меньшие протечки, чем щелевое уплотнение, используемое в прототипе (см. 2, стр. 377). Еще одной отличительной особенностью конструкции насоса является то, что в корпусе насоса установлена крышка, разделяющая полости первой и второй ступеней, причем в промежутках между лопатками в спрямляющем аппарате второй ступени выполнены каналы, обеспечивающие перепуск жидкости с нагнетания первой ступени на всасывание другой, при этом обратный направляющий аппарат выполнен на заднем торце спрямляющего аппарата второй ступени. Такое решение позволяет упростить изготовление обратного направляющего аппарата, устанавливаемого обычно между ступенями многоступенчатого центробежного насоса, что снижает стоимость изготовления. В заявляемом насосе лопатки обратного направляющего аппарата фрезеруют на открытом заднем торце детали спрямляющего аппарата второй ступени. Кроме того, с полостью концевого уплотнения при этом граничит полость нагнетания не второй, а первой ступени, что уменьшает перепад давления на концевое уплотнение, снижает перетечки в его контур охлаждения, что повышает надежность работы концевого уплотнения и насоса в целом. Использование крышки для разделения полости корпуса на полости нагнетания первой и нагнетания второй ступеней не только уменьшает габарит и делает удобной компоновку насоса, но и упрощает изготовление спрямляющего аппарата первой ступени, т.к. в заявляемом насосе его лопатки фрезеруют на открытом переднем торце детали спрямляющего аппарата. Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с прототипом позволяют снизить стоимость изготовления, упростить конструкцию деталей насоса и уменьшить его габариты, а также уменьшить внутренние протечки, повысить надежность работы. На фигуре представлена принципиальная схема заявляемого насоса. Насос содержит корпус 1 с установленными в нем лопаточными спрямляющими 2, 3 и обратным направляющим 4 аппаратами, а также установленные на валу 5 центробежные рабочие колеса 6 и 7 с шнеком 8 перед первой ступенью. Центробежные колеса установлены на валу консольно с направлением нагнетания навстречу друг другу. Вал 5 снабжен узлом уплотнения, включающим торцевое уплотнение 9 с замкнутой циркуляционной системой, оборудованной лабиринтно винтовым циркулятором 10 и теплообменником 11 охлаждения. Полость концевого уплотнения отделена от полости рабочих колес щелевым уплотнением 12. В корпусе между центробежными колесами установлено уплотнение 13 типа плавающее кольцо. В корпусе 1 выполнено устройство перепуска жидкости с нагнетания одной ступени на всасывание другой. Это сделано с помощью крышки 14 первой ступени, которая сцентрирована по детали спрямляющего аппарата 3 и разделяет корпус на полости нагнетания первой 15 и нагнетания второй 16 ступеней, а также каналов 17, пропущенных через спрямляющий аппарат 3 второй ступени, при этом обратный направляющий аппарат 4 выполнен на заднем торце спрямляющего аппарата 3 второй ступени. Заявляемый насос работает следующим образом. При вращении вала 5 горячая жидкость, поступающая в корпус 1 через входной патрубок, подхватывается шнеком 8 и подается на всасывание колеса 6 первой центробежной ступени. Шнек обеспечивает необходимое поджатие близкой к точке кипения жидкости для предотвращения кавитации на входе в центробежное колесо 6. С выхода из колеса 6 жидкость, пройдя через лопаточный спрямляющий аппарат 2, поступает в полость 15 под давлением нагнетания первой ступени. 2789 1 По каналам 17, выполненным в промежутках между лопатками спрямляющего аппарата 3, жидкость поступает в заднюю полость рабочих колес, подкручивается лопатками обратного направляющего аппарата 4 и поступает на всасывание рабочего колеса второй ступени. Увеличение протяженности гидравлического тракта от выхода из спрямляющего аппарата 2 до входа в обратный направляющий аппарат 4 позволяет стабилизировать поток, что упрощает конструкцию лопаток обратного направляющего аппарата 4 в сравнении с известными, когда лопатки этого аппарата установлены практически на выходе из лопаток спрямляющего аппарата первой ступени, что вызывает увеличенные гидравлические потери на входе в обратный направляющий аппарат, требует увеличения количества его лопаток и усложняет закрутку последних. Пройдя через рабочее колесо 7 второй ступени и спрямляющий аппарат 3 жидкость под полным давлением нагнетания поступает в полость 16 и через выходной патрубок направляется в сеть к потребителям. При этом часть жидкости из передней пазухи рабочего колеса 7 перетекает в пазуху рабочего колеса 6 под действием перепада давлений между ступенями. Величина этой перетечки ограничивается уплотнением 13, выполненным в виде плавающего кольца. Благодаря оптимальному для такого типа уплотнения перепаду давления и гораздо более высокой плотности плавающего кольца в сравнении с щелевым уплотнением величина перетечки между ступенями заявляемого насоса уменьшается. Через зазор щелевого уплотнения 12 жидкость заполняет полость концевого уплотнения и при вращении вала 5 с помощью лабиринтно винтового циркулятора 10 прокачивается по замкнутому контуру, включающему полости торцевого уплотнения 9 и теплообменник 11, так же, как и в известных конструкциях. При этом в теплообменнике 11 температура жидкости снижается, что обеспечивает надежное охлаждение торцевой пары трения уплотнения 9 и создание термобарьера между горячими полостями насоса и полостями подшипников вала 5, смазываемыми известным способом минеральным маслом. Величина протечки через щелевое уплотнение 12 определяется величиной утечки через торцевое уплотнение 9 и, в силу высокой плотности последнего, поступление горячей жидкости в контур концевого уплотнения пренебрежимо мало. Таким образом, заявляемый насос в сравнении с известными такого же назначения имеет уменьшенные внутренние протечки, надежно работающее концевое уплотнение, разгруженный от осевых сил ротор при удобной для монтажа компоновке самого насоса, малых габаритах и при упрощенной конструкции деталей,снижающей стоимость изготовления насоса. Изготовление и испытания опытных образцов насоса подтвердили его простоту в изготовлении и надежную работу. В результате получен насос с улучшенной кавитационной характеристикой, в сравнении с известными насосами для горячей воды. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4