RU185455U1 - MAIN OIL PUMP WITH SINGLE-TURN DISCHARGE AND GUIDE DEVICE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к насосостроению. Насос центробежный, горизонтальный, одноступенчатый, межопорный, включает корпус с полуспиральным подводом, спиральным отводом и направляющим аппаратом, ротор с рабочим колесом двустороннего входа закрытого типа, радиальный и осерадиальный подшипники, торцовые уплотнения. Направляющий аппарат выполнен сменным, при этом количество лопаток направляющего аппарата меньше количества лопаток рабочего колеса. Отвод насоса спиральный однозавитковый. Полезная модель направлена на улучшение КПД насоса, снижение действующих на ротор радиальных сил и уменьшение вибрационных нагрузок.

The utility model relates to pump engineering. A centrifugal pump, horizontal, single-stage, inter-bearing, includes a housing with a semi-helical inlet, a spiral outlet and a guiding device, a rotor with a closed-type double-sided impeller, radial and axial bearings, mechanical seals. The guide apparatus is replaceable, while the number of vanes of the guide apparatus is less than the number of impeller vanes. Pump outlet spiral single-coil. The utility model is aimed at improving the efficiency of the pump, reducing the radial forces acting on the rotor and reducing vibration loads.

Description

Полезная модель относится к насосостроению, конкретно к насосам магистральным для нефти и нефтепродуктов в части конструкции спирального отвода и направляющего аппарата.The utility model relates to pump engineering, specifically to main pumps for oil and oil products in terms of the design of the spiral outlet and guide vane.

Из уровня техники известен центробежный насос с двухзавитковым спиральным отводом внешний и внутренний витки разделены языком (RU 2449173 С1, опубл. 27.04.2012). Такая конструкция достаточно распространена, поскольку обеспечивает эффективную компенсацию радиальных усилий на рабочее колесо. Недостатком этой конструкции является то, что она рассчитана на номинальный режим работы насоса, а при работе насоса в режимах, отличных от номинального, возникают различия скоростей потока над и под языком, в результате чего структура потока искажается, возникают вихри, приводящие к снижению КПД и являющиеся причиной повышения вибрации. Еще одним ее недостатком является технологическая сложность изготовления двухзавиткового отвода, погрешность размеров и расположения которого существенно ухудшает КПД и вибрационные показатели насоса, в том числе и в номинальном режиме работы.From the prior art, a centrifugal pump with a two-scroll spiral tap of the external and internal turns are separated by the language (RU 2449173 C1, publ. 04/27/2012). This design is quite common, because it provides effective compensation of radial forces on the impeller. The disadvantage of this design is that it is designed for the nominal operating mode of the pump, and when the pump is operating in modes other than the nominal, differences in flow rates above and below the tongue arise, as a result of which the flow structure is distorted, vortices arise, leading to a decrease in efficiency and causing increased vibration. Another drawback is the technological complexity of manufacturing a two-turn tap, the error in size and location of which significantly affects the efficiency and vibration performance of the pump, including in the nominal operating mode.

Известна конструкция центробежного насоса с двухзавитковым отводом, язык которого выполнен в виде разделительной перегородки и вставки, при этом вставка выполнена в виде профилированной пластины, состоящей из двух частей, и крепится к разделительной перегородке винтами (RU 12441 U1, опубл. 10.01.2000). Недостаток данной конструкции заключается в сложности крепления и потенциальной сложности контроля, ненадежности и недолговечности винтового соединения при вибрации во время работы насоса, а также при перекачивании среды с агрессивными компонентами.A known design of a centrifugal pump with a two-turn bend, the tongue of which is made in the form of a dividing wall and an insert, the insert is made in the form of a profiled plate consisting of two parts, and is attached to the dividing wall with screws (RU 12441 U1, publ. 10.01.2000). The disadvantage of this design is the complexity of the mounting and the potential complexity of the control, the unreliability and fragility of the screw connection during vibration during pump operation, as well as when pumping medium with aggressive components.

Известна конструкция центробежного насоса спиральный, отвод которого выполнен в виде отдельной самостоятельной детали (RU 2616328 C1, опубл. 14.04.2017). Это позволяет использовать специально изготовленный отвод, рассчитанный для требуемого режима работы насоса. Недостатком такой конструкции является сложность изготовления и обеспечения герметичности мест сопряжения сменных отводов с корпусом, что практически исключает возможность ее использования для насосов, перекачивающих нефть и нефтепродукты.A known design of a spiral centrifugal pump, the tap of which is made in the form of a separate independent part (RU 2616328 C1, publ. 04/14/2017). This makes it possible to use a specially made outlet designed for the required pump operation mode. The disadvantage of this design is the difficulty of manufacturing and ensuring the tightness of the interface between the removable bends and the housing, which virtually eliminates the possibility of its use for pumps pumping oil and oil products.

Известна конструкция двухзавиткового отвода центробежного насоса, в которой установленный в канале направляющий аппарат сопряжен с языками отвода (RU 165532 U1, опубл. 20.10.2016). Наличие направляющего аппарата позволяет стабилизировать и обеспечить расчетные углы выхода потока в отвод в широком интервале рабочего диапазона подач. Недостатком конструкции является технологическая сложность сопряжения направляющего аппарата и языков отвода, недостаточная точность изготовления сопрягаемых элементов значительно понизит КПД и увеличит вибрацию насоса, в том числе и в номинальном режиме работы.A known design of a two-turn tap of a centrifugal pump, in which a guide apparatus installed in the channel is interfaced with the tap languages (RU 165532 U1, publ. 20.10.2016). The presence of a guide vane makes it possible to stabilize and provide the calculated angles of the flow exit to the branch in a wide interval of the working feed range. A design flaw is the technological complexity of pairing the guide apparatus and the retraction languages, insufficient manufacturing accuracy of the mating elements will significantly reduce the efficiency and increase the vibration of the pump, including in the nominal operating mode.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является конструкция центробежного насоса с рабочим колесом двустороннего входа, содержащего полуспиральный подвод и спиральный отвод, отличающегося тем, что за рабочим колесом установлен направляющий аппарат (RU 57393 U1, опубл. 17.04.2006). Направляющий аппарат выполнен в четырех вариантах исполнения, что обеспечивает широкие возможности применения для разных режимов работы, при этом для снижения уровня вибрации насоса, вызванной гидродинамическими силами, все варианты исполнения выполнены многолопаточными, число лопаток направляющего аппарата больше числа лопаток рабочего колеса. Недостатком конструкции является повышение гидравлического сопротивления направляющего аппарата вследствие большого количества лопаток, а также усложнение доступа в межлопаточные каналы.The closest analogue of the claimed utility model is the design of a centrifugal pump with an impeller of a two-way inlet containing a semi-spiral inlet and a spiral outlet, characterized in that a guiding apparatus is installed behind the impeller (RU 57393 U1, publ. 04.17.2006). The guide apparatus is made in four versions, which provides wide application possibilities for different operating modes, while to reduce the level of pump vibration caused by hydrodynamic forces, all versions are multi-blade, the number of guide vanes is greater than the number of impeller blades. A design flaw is an increase in the hydraulic resistance of the guide vane due to the large number of blades, as well as complication of access to the interscapular channels.

Задача полезной модели заключается в повышении энергоэффективности и снижении вибрации в рабочем диапазоне подач насоса, повышении надежности и долговечности насоса при обеспечении простоты и технологичности конструкции установленного в насосе направляющего аппарата и спирального однозавиткового отвода.The objective of the utility model is to increase energy efficiency and reduce vibration in the operating range of the pump feeds, increase the reliability and durability of the pump while ensuring the simplicity and adaptability of the design of the guiding apparatus installed in the pump and a single-coil spiral outlet.

Технический результат, настоящей полезной модели, заключается в повышении КПД насоса, снижении действующих на ротор радиальных сил и уменьшении вибрационных нагрузок.The technical result of this utility model is to increase the pump efficiency, reduce the radial forces acting on the rotor and reduce vibration loads.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в насосе нефтяном, магистральном, центробежном, горизонтальном, одноступенчатом, межопорном, с рабочим колесом двустороннего входа, спиральный отвод выполнен однозавитковым, при этом совместно с рабочим колесом установлен сменный направляющий аппарат, число лопаток которого меньше числа лопаток рабочего колеса при этом лопатки направляющего аппарата выполнены так, что угол охвата каждой лопатки ϕ составляет 110-150°, при этом выходной угол установки лопаток направляющего аппарата β между проекцией касательной линии к окружности, описанной по наружному диаметру лопаток направляющего аппарата, и проекцией условной касательной линии к рабочей поверхности на выходном участке лопатки направляющего аппарата, спроецированного на условную среднюю плоскость направляющего аппарата, составляет 10-30°.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the oil pump, mainline, centrifugal, horizontal, single-stage, inter-bearing, with an impeller of two-side entry, the spiral outlet is made single-coil, while together with the impeller a replaceable guide device is installed, the number of blades of which less than the number of impeller vanes while the guide vanes are made so that the angle of each blade ϕ is 110-150 °, while the outlet angle of the vanes β-governing unit between the projection of the tangent line to the circle described by the outer diameter of the guide blades, and the projection conditional tangent line to the working surface of the blade at the downstream portion of the guide apparatus, projected on a notional median plane of the guide apparatus, it is 10-30 °.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен насос, продольный разрез; на фиг.2 – узел А на фиг.1; на фиг.3 - узел Б на фиг.1.The utility model is illustrated by drawings, where figure 1 shows a pump, a longitudinal section; figure 2 - node a in figure 1; figure 3 - node B in figure 1.

Позициями на чертеже обозначены:The positions in the drawing indicate:

1 - корпус;1 - housing;

2 - крышка;2 - cover;

3 - ротор с рабочим колесом;3 - rotor with an impeller;

4 - лопатка рабочего колеса;4 - the blade of the impeller;

5 - направляющий аппарат;5 - guiding apparatus;

6 - лопатка направляющего аппарата;6 - the blade of the guide apparatus;

7 - однозавитковый отвод;7 - single-turn tap;

8 - фланцевый разъем;8 - flange connector;

9 - язык;9 - language;

10 - напорный патрубок.10 - discharge pipe.

Насос нефтяной магистральный выполнен центробежным, горизонтальным, одноступенчатым, межопорным, состоит из корпуса 1 и крышки 2, в которых установлен ротор с рабочим колесом 3 и направляющий аппарат 5, и внутренние полости которых формируют канал спирального однозавиткового отвода 7 при соединении корпуса и крышки по фланцевому разъему 8, ограниченного сечением под языком 9, где отвод сопрягается с напорным патрубком 10. Лопатки рабочего колеса 4 обеспечивают расчетный угол входа потока перекачиваемой жидкости на лопатки направляющего аппарата 6 в номинальном режиме работы насоса, однако и в режимах, отличных от номинального, при условиях отличных от расчетных, лопатки направляющего аппарата 6 способствуют обеспечению равномерной структуры поля скоростей потока при выходе в канал отвода 7 по всей его окружности, в районе языка 9 и в напорном патрубке 10, при этом сочетание числа лопаток рабочего колеса 4 и лопаток направляющего аппарата 6 рассчитано так, чтобы не являться источником возникновения вибрации с лопаточной и кратной ей частотой.The main oil pump is made centrifugal, horizontal, single-stage, inter-bearing, consists of a housing 1 and a cover 2, in which a rotor with an impeller 3 and a guiding apparatus 5 are installed, and the internal cavities of which form a channel of a spiral single-loop outlet 7 when the housing and the cover are connected by a flange connector 8, bounded by a section under the tongue 9, where the outlet mates with the discharge pipe 10. The impeller blades 4 provide the estimated angle of entry of the fluid flow to the blades of the guide app 6 in the nominal operating mode of the pump, however, in the modes other than the nominal one, under conditions different from the calculated ones, the blades of the guiding apparatus 6 help to ensure a uniform structure of the flow velocity field when it enters the outlet channel 7 along its entire circumference, in the region of the tongue 9 and in the discharge pipe 10, while the combination of the number of impeller vanes 4 and the vanes of the guide apparatus 6 is designed so as not to be a source of vibration with a blade and a multiple of it.

Лопатки направляющего аппарата в проекции на условную среднюю плоскость, нормальную к оси вращения ротора насоса, отклонены в сторону вектора потока в отводе, при этом система криволинейных лопаток размещается по окружному закону распределения. Образованная лопатками направляющего аппарата внутренняя окружность имеет диаметр, превышающий диаметр рабочего колеса, что необходимо для образования технологического зазора, обеспечивающего выравнивания давления в полости между выходной частью рабочего колеса и входными кромками лопаток направляющего аппарата, а также для обеспечения возможности технологической заменяемости рабочих колес разных диаметров при универсальном сохранении размеров корпуса насоса. Межлопаточные каналы направляющего аппарата, образованные смежными лопатками, выполнены расширяющимися к выходу при минимальном количестве лопаток, формирующих таким образом проходное сечение, требуемое для обеспечения расходно-напорных характеристик насоса. Угол охвата каждой лопатки направляющего аппарата ϕ может составлять от 110° до 150°, а выходной угол установки лопаток направляющего аппарата β от 10° до 30°, выраженный в виде углового параметра проекций касательной линии к окружности, описанной по наружному диаметру лопаток направляющего аппарата, и проекции условной касательной линии к рабочей поверхности на выходном участке лопатки направляющего аппарата, спроецированного на условную среднюю плоскость направляющего аппарата.The vanes of the guide vane in the projection onto the conditional middle plane normal to the axis of rotation of the pump rotor are deflected towards the flow vector in the branch, while the system of curved vanes is placed according to the circular distribution law. The inner circle formed by the vanes of the guide vane has a diameter exceeding the diameter of the impeller, which is necessary for the formation of a technological gap that ensures equalization of pressure in the cavity between the output part of the impeller and the inlet edges of the vanes of the vane, as well as for the possibility of technological exchangeability of the impellers of different diameters at universal preservation of the dimensions of the pump casing. The interscapular channels of the guide vane, formed by adjacent vanes, are made expanding towards the outlet with a minimum number of vanes, thus forming the bore section required to ensure the flow-discharge characteristics of the pump. The angle of coverage of each blade of the guide vane ϕ can be from 110 ° to 150 °, and the output angle of installation of the vanes of the guide vane β from 10 ° to 30 °, expressed as the angular parameter of the projections of the tangent line to the circle described by the outer diameter of the vanes of the guide vane, and the projection of the conditional tangent line to the working surface at the output section of the vanes of the guide apparatus, projected onto the conditional middle plane of the guide apparatus.

Спиральный отвод выполнен однозавитковым с формированием единого потока перекачиваемой жидкости с равномерным распределением градиента площади сечений от языка спиральной части отвода до последнего поперечного сечения спирали корпуса, расположенного на границе перехода спирального отвода с напорным патрубком, для обеспечения равномерного распределения градиента давления по стенкам спиральной части отвода насоса, при этом диффузорный напорный патрубок, в который переходит спиральный отвод, имеет тангенциально расположенную ось к спиральной части отвода для равномерного распределения потока по всей длине патрубка в номинальном и частичных режимах работы насоса.The spiral outlet is made single-loop with the formation of a single flow of pumped liquid with a uniform distribution of the gradient of the cross-sectional area from the tongue of the spiral part of the branch to the last cross section of the spiral of the casing located at the boundary of the transition of the spiral branch with the pressure pipe to ensure uniform distribution of the pressure gradient across the walls of the spiral part of the pump branch wherein the diffuser discharge pipe into which the spiral outlet passes has a tangentially located axis spiral part of the branch for uniform distribution of flow along the entire length of the pipe in nominal and partial pump operation modes.

Работа насоса нефтяного магистрального с однозавитковым отводом и направляющим аппаратом осуществляется следующим образом.The operation of the oil main pump with a single-turn branch and a guide apparatus is as follows.

Для обеспечения номинального или частичного режима работы в насос устанавливаются рассчитанные для этого режима ротор и направляющий аппарат с углом охвата каждой лопатки ϕ, равным 110-150°, в результате чего при работе насоса обеспечиваются расчетные углы входа потока перекачиваемой жидкости на рабочее колесо и углы выхода потока из рабочего колеса, после которого поток перекачиваемой жидкости попадает в межлопаточные каналы направляющего аппарата, где формируется равномерная структура поля скоростей потока по всей его окружности при выходе в канал отвода, чем достигается минимизация потерь энергии потока и обеспечиваются допускаемые значения радиального усилия на ротор. При этом даже в случае изменения режима работы насоса и соответствующего отклонения угла выхода потока из рабочего колеса от расчетного, вследствие достаточно больших значений угла охвата каждой лопатки направляющего аппарата структура поля скоростей потока в межлопаточных каналах максимально выравнивается и обеспечивается приближение к расчетным условиям выхода потока из направляющего аппарата по всей окружности канала отвода и далее в напорный патрубок.To ensure a nominal or partial operating mode, the rotor and guiding apparatus calculated for this mode are installed with the angle of coverage of each blade ϕ equal to 110-150 °, as a result of which, when the pump is operating, the calculated angles of the inlet fluid flow to the impeller and exit angles are provided flow from the impeller, after which the flow of the pumped liquid enters the interscapular channels of the guide vane, where a uniform structure of the flow velocity field is formed over its entire circumference when Exit a discharge duct, thereby achieving minimization of energy losses and flow provided permissible values radial force on the rotor. Moreover, even in the event of a change in the pump operating mode and a corresponding deviation of the angle of exit of the flow from the impeller from the calculated one, due to the sufficiently large values of the angle of coverage of each blade of the guide vane, the structure of the flow velocity field in the interscapular channels is maximally aligned and approximation to the calculated conditions of the exit of the flow from the guide apparatus around the entire circumference of the outlet channel and further into the discharge pipe.

Таким образом, расчетные параметры течения перекачиваемой жидкости обеспечиваются при любом режиме во всем рабочем диапазоне подач насоса, что и позволяет достичь повышения КПД и уменьшить вибрацию насоса при обеспечении допускаемых значений действующей на рабочее колесо результирующей радиальной силы.Thus, the calculated parameters of the flow of the pumped liquid are provided under any mode in the entire operating range of the pump flow, which allows to increase the efficiency and reduce the vibration of the pump while ensuring acceptable values of the resulting radial force acting on the impeller.

Claims (1)

Насос нефтяной, магистральный, центробежный, горизонтальный, одноступенчатый, межопорный, с рабочим колесом двустороннего входа, отличающийся тем, что спиральный отвод выполнен однозавитковым, при этом совместно с рабочим колесом установлен сменный направляющий аппарат, число лопаток которого меньше числа лопаток рабочего колеса, при этом лопатки направляющего аппарата выполнены так, что угол охвата каждой лопатки ϕ составляет 110-150°, при этом выходной угол установки лопаток направляющего аппарата β между проекцией касательной линии к окружности, описанной по наружному диаметру лопаток направляющего аппарата, и проекцией условной касательной линии к рабочей поверхности на выходном участке лопатки направляющего аппарата, спроецированного на условную среднюю плоскость направляющего аппарата, составляет 10-30°.The oil pump, main, centrifugal, horizontal, single-stage, inter-bearing, with a double-acting inlet impeller, characterized in that the spiral outlet is single-helical, with a replaceable guide apparatus installed with the impeller, the number of blades of which is less than the number of impeller blades, while the blades of the guide vane are made so that the angle of coverage of each vane ϕ is 110-150 °, while the output angle of installation of the vanes of the vane β between the projection of the tangent line to the circumference described by the outer diameter of the blades of the guide apparatus, and the projection of the conditional tangent line to the working surface on the output section of the blades of the guide apparatus, projected onto the conditional middle plane of the guide apparatus, is 10-30 °.

Images