RU2672239C1 - Centrifugal single-stage pump - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to the field of hydraulic engineering, namely to centrifugal single-stage pumps for pumping liquids. Pump comprises a housing with semi-helical delivery channels and a spiral channel for withdrawing the working fluid and a replaceable impeller installed therein. Wheel is single-flow with a flowing part communicated only to one of the half-helical feed channels. In the other half-helical feed channel, a sealing element is provided forming, together with the housing, a slit seal symmetrical to the slit seal formed between the cover plate of the impeller and the body. Impeller is installed behind the impeller.EFFECT: invention is aimed at increasing the efficiency of a single-stage centrifugal single-stage pump on main pipelines operated at low feed rates due to an increase in the efficiency of the replacement impeller of the pump.7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидромашиностроения, а именно к центробежным, одноступенчатым насосам для перекачивания жидкостей, используемых в тепловой и атомной энергетике, водоснабжении, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, нефтяном трубопроводном транспорте и других областях промышленности.The invention relates to the field of hydraulic engineering, namely to centrifugal, single-stage pumps for pumping liquids used in thermal and nuclear energy, water supply, oil refining and petrochemical industries, oil pipeline transport and other industries.

Известен центробежный одноступенчатый насос, содержащий корпус с полуспиральными каналами подвода рабочей жидкости к рабочему колесу и спиральным отводом из него и само рабочее колесо, выполненное двустороннего входа (патент №110808, опубл. 27.11.2011).Known centrifugal single-stage pump containing a housing with half-spiral channels for supplying the working fluid to the impeller and a spiral outlet from it and the impeller itself, made two-way inlet (patent No. 110808, publ. 11/27/2011).

Центробежные насосы двухстороннего входа со спиральным отводом широко используется на магистральных трубопроводах, подтверждая собственную высокую экономичность и надежность при номинальных подачах. Вместе с тем, технология ввода в действие и эксплуатация магистральных трубопроводов требуют изменения подачи насосов. Так, на первом этапе эксплуатации перекачивание нефти зачастую проводится при подаче, составляющей менее половины от номинальной, а на втором этапе - примерно две трети от номинальной подачи. Для эффективной работы насоса установленное в нем рабочее колесо должно быть рассчитано на оптимальную подачу. В этой связи для обеспечения максимально эффективной работы насоса при его различных подачах рабочее колесо выполняется сменным. В существующих магистральных насосах предусмотрены основной и сменные роторы с рабочими колесами двустороннего входа (двухпоточные рабочие колеса). Так, например, при уменьшенных подачах в один и тот же корпус насоса устанавливается двухпоточное рабочее колесо меньшего размера, чем для номинальной подачи. Замена рабочих колес приводит к повышению экономичности и надежности по сравнению с работой насоса с основным ротором на этих режимах.Double-inlet centrifugal pumps with a spiral outlet are widely used in main pipelines, confirming their own high efficiency and reliability at rated flows. At the same time, the technology of commissioning and operation of trunk pipelines requires a change in the pump flow. So, at the first stage of operation, oil pumping is often carried out at a feed rate of less than half of the nominal, and at the second stage, approximately two-thirds of the nominal supply. For efficient operation of the pump, the impeller installed in it must be designed for optimal flow. In this regard, to ensure the most efficient operation of the pump with its various feeds, the impeller is removable. The existing main pumps have primary and interchangeable rotors with impellers of two-sided input (dual-flow impellers). So, for example, with reduced feeds, a two-flow impeller of a smaller size is installed in the same pump casing than for the nominal feed. Replacing the impellers leads to increased efficiency and reliability compared with the operation of the pump with the main rotor in these modes.

Вместе с тем, сменные двухпоточные рабочие колеса с параметрами, соответствующими коэффициенту быстроходности Ns менее 120, из-за сниженного теоретически возможного гидравлического КПД не обеспечивают достаточного повышения экономичности работы насоса.At the same time, interchangeable dual-flow impellers with parameters corresponding to a speed coefficient Ns of less than 120, due to the reduced theoretically possible hydraulic efficiency, do not provide a sufficient increase in the efficiency of the pump.

Кроме того, для определенных условий работы насоса при его некоторых заданных параметрах требуется применение двухпоточных рабочих колес с очень низким коэффициентом быстроходности Ns. Вместе с тем, рабочие колеса с низким Ns имеют узкие проходные сечения каналов, что усложняет выполнение отливки колеса и требует применение дорогостоящих технологий. Также рабочие колеса с низким Ns имеют малый кпд.In addition, for certain operating conditions of the pump with its certain specified parameters, the use of dual-flow impellers with a very low speed coefficient Ns is required. At the same time, impellers with low Ns have narrow passage sections of the channels, which complicates the casting of the wheel and requires the use of expensive technologies. Also, low Ns impellers have low efficiency.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение экономичности центробежного одноступенчатого насоса двухстороннего входа на магистральных трубопроводах, эксплуатируемого при низких подачах рабочей среды, за счет повышения КПД сменного рабочего колеса насоса.The problem to which the claimed invention is directed is to increase the efficiency of a centrifugal single-stage double-entry pump on the main pipelines operated at low flow rates of the working medium by increasing the efficiency of the replaceable pump impeller.

Задача решается тем, что в центробежном одноступенчатом насосе, содержащем корпус с полуспиральными каналами подвода и спиральным каналом отвода рабочей жидкости и установленное в нем сменное рабочее колесо, последнее выполнено однопоточным с сообщением его проточной части только с одним из полуспиральных каналов подвода рабочей жидкости, причем в другом полуспиральном канале подвода рабочей жидкости установлен уплотняющий элемент, образующий вместе с корпусом щелевое уплотнение, симметричное щелевому уплотнению, образованному между покрывным диском рабочего колеса и корпусом, при этом за рабочим колесом установлено выходное направляющее устройство.The problem is solved in that in a centrifugal single-stage pump containing a housing with half-spiral supply channels and a spiral channel for removing the working fluid and a removable impeller installed in it, the latter is made single-flow with the flow part communicating with only one of the half-spiral channels for supplying working fluid, and in another half-spiral channel for supplying the working fluid has a sealing element that forms, along with the housing, a gap seal symmetrical to the gap seal formed between an impeller cover disk and a housing, while an output guide device is installed behind the impeller.

Уплотняющий элемент может быть выполнен в виде диска или в виде кольцевого пояска, соединенного с основным диском рабочего колеса, а выходное направляющее устройство может быть выполнено либо в виде лопаточного направляющего аппарата, например в виде двухканальной спиральной вставки, либо в виде безлопаточного диффузора. При этом либо уплотняющий элемент в виде диска, либо само рабочее колесо со стороны кольцевого пояска могут быть выполнены с разгрузочными отверстиями.The sealing element can be made in the form of a disk or in the form of an annular belt connected to the main disk of the impeller, and the output guide device can be made either in the form of a blade guide device, for example, in the form of a two-channel spiral insert, or in the form of a bladeless diffuser. In this case, either the sealing element in the form of a disk, or the impeller itself from the side of the annular belt can be made with unloading holes.

Выполнение сменного рабочего колеса однопоточным с сообщением его проточной части только с одним из полуспиральных каналов подвода рабочей жидкости, позволяет повысить КПД рабочего колеса, особенно с параметрами, соответствующими коэффициенту быстроходности, лежащему в диапазоне Ns=70÷120, за счет использования конструкции, наиболее оптимальной для данных условий работы насоса.The implementation of a removable impeller single-threaded with the message of its flowing part with only one of the half-spiral channels for supplying the working fluid, allows to increase the efficiency of the impeller, especially with parameters corresponding to the speed coefficient, lying in the range Ns = 70 ÷ 120, due to the use of the most optimal design for these pump operating conditions.

Установка в другом полуспиральном канале подвода рабочей жидкости уплотняющего элемента, образующего вместе с корпусом щелевое уплотнение, симметричное щелевому уплотнению, образованному между покрывным диском рабочего колеса и корпусом, позволяет организовать симметрично расположенные щелевые уплотнения, разгружающие ротор от остаточной осевой силы. Выполнение уплотняющего элемента возможно как в виде отдельной детали, преимущественно диска, так и в виде выполненного совместно с рабочим колесом кольцевого пояска. Выполнение разгрузочных отверстий на диске или на самом рабочем колесе также способствуют разгрузке ротора от остаточной осевой силы.The installation of a sealing element in another semi-spiral channel for supplying the working fluid, which forms a gap seal together with the housing, which is symmetrical to the gap seal formed between the impeller cover disk and the housing, and allows symmetrical spaced gap seals to unload the rotor from residual axial force. The implementation of the sealing element is possible both in the form of a separate part, mainly a disk, and in the form of an annular belt made together with the impeller. The implementation of the discharge holes on the disk or on the impeller itself also contribute to the unloading of the rotor from the residual axial force.

Установка за рабочим колесом выходного направляющего устройства позволяет минимизировать потери в рабочих характеристиках насоса (преобразование кинетической энергии в потенциальную с наименьшими потерями в отводе насоса) и произвести согласование потока на выходе из рабочего колеса.The installation of an output guide device behind the impeller allows minimizing losses in the pump performance (converting kinetic energy into potential energy with the least losses in the pump outlet) and matching the flow at the outlet of the impeller.

В качестве выходного направляющего устройства может использоваться лопаточный направляющий аппарат(двухканальная спиральная вставка) или безлопаточный диффузор.As an output guide device, a blade guide device (two-channel spiral insert) or a bladeless diffuser can be used.

Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 представлен схематичный продольный разрез насоса с уплотняющим элементом в виде кольцевого пояска и с лопаточным направляющим аппаратом на выходе из рабочего колеса; на фиг. 2 представлен схематичный продольный разрез насоса с уплотняющим элементом в виде диска и с безлопаточным диффузором на выходе из рабочего колеса.The invention is illustrated graphically, where in FIG. 1 shows a schematic longitudinal section of a pump with a sealing element in the form of an annular belt and with a spatula guiding device at the exit of the impeller; in FIG. 2 shows a schematic longitudinal section of a pump with a sealing element in the form of a disk and with a bladeless diffuser at the exit of the impeller.

Центробежный одноступенчатый насос содержит корпус 1 с двумя каналами 2 и 3 подвода рабочей жидкости и спиральным каналом 4 отвода. В корпусе 1 установлен сменный ротор с рабочим колесом 5. Проточная часть рабочего колеса 5 сообщена только с одним из каналов подвода рабочей жидкости, например, каналом 2. В канале 3 установлен уплотняющий элемент 6, образующий вместе с корпусом (а именно с уплотнительным кольцом 7 в корпусе 1) щелевое уплотнение, которое является симметричным щелевому уплотнению, образованному между покрывным диском рабочего колеса 5 и корпусом 1 (а именно, уплотняющим кольцом 8 в корпусе 1). Уплотняющий элемент 6 может быть выполнен в виде кольцевого пояска (см. фиг. 1), который может быть выполнен вместе с основным диском рабочего колеса, как его элемент, или в виде диска (см. фиг. 2), выполненного в виде отдельной детали.The centrifugal single-stage pump contains a housing 1 with two channels 2 and 3 for supplying a working fluid and a spiral channel 4 for removal. A replaceable rotor with an impeller 5 is installed in the housing 1. The flowing part of the impeller 5 is in communication with only one of the channels for supplying the working fluid, for example, channel 2. In the channel 3, a sealing element 6 is installed, which forms together with the housing (namely, the sealing ring 7 in the housing 1) a gap seal, which is symmetrical to the gap seal formed between the cover disk of the impeller 5 and the housing 1 (namely, the sealing ring 8 in the housing 1). The sealing element 6 can be made in the form of an annular belt (see Fig. 1), which can be made together with the main disk of the impeller, as its element, or in the form of a disk (see Fig. 2), made in the form of a separate part .

Однопоточное рабочее колесо 5 спроектировано таким образом, что обеспечивает согласование его выходной части со спиральным отводом 4. Для максимально эффективного преобразования энергии в отводе 4, в зависимости от требуемого напора, характеристик рабочего колеса одностороннего входа и конструктивных особенностей самого отвода 4, за рабочим колесом 5 установлено выходное направляющее устройство, которое может быть выполнено в виде лопаточного направляющего аппарата 9, например в виде двухканальной спиральной вставки (фиг. 1), сопрягающейся с языками спирального отвода 4 и обеспечивающей безударное течение потока во всем выходном канале без существенного снижения гидравлического напора. Выходное направляющее устройство может быть также выполнено в виде безлопаточного диффузора (фиг. 2), выполненного в виде дисков 10.The single-threaded impeller 5 is designed in such a way that it matches the output part with the spiral outlet 4. For the most efficient energy conversion in the outlet 4, depending on the required pressure, the characteristics of the single-entry impeller and the design features of the outlet 4, behind the impeller 5 an output guide device is installed, which can be made in the form of a blade guide device 9, for example, in the form of a two-channel spiral insert (Fig. 1), mating Xia with tongues 4 and the helical outlet for providing shockless flow around the outlet channel without substantially reducing the hydraulic pressure. The output guide device can also be made in the form of a bladeless diffuser (Fig. 2), made in the form of disks 10.

Поскольку изначально при номинальных подачах насоса в нем используется рабочее колесо двухстороннего входа корпус 1 насоса содержит два канала 2 и 3 подвода рабочей жидкости к рабочему колесу. При установке однопоточного рабочего колеса 5, сообщенного с каналом 2 подвода рабочей жидкости, во втором канале 3 устанавливается уплотняющий элемент 6 с целью образования симметричных щелевых уплотнений рабочего колеса насоса 5. Это позволяет разгрузить ротор от остаточной осевой силы. Разгрузке ротора также могут способствовать разгрузочные отверстия 11, выполненные на рабочем колесе 5 (фиг. 1).Since initially, at nominal pump flows, the impeller of the two-way input is used in it, the pump housing 1 contains two channels 2 and 3 for supplying the working fluid to the impeller. When installing a single-threaded impeller 5, in communication with the channel 2 for supplying the working fluid, a sealing element 6 is installed in the second channel 3 in order to form symmetrical gap seals of the impeller of the pump 5. This allows the rotor to be relieved of residual axial force. Unloading of the rotor can also contribute to the discharge holes 11, made on the impeller 5 (Fig. 1).

Как известно, рабочие колеса имеют свой максимальный гидравлический КПД при коэффициенте быстроходности (Ns), находящемся в диапазоне диапазоне 120-180 (см. А.И. Степанов. Цетробежные и осевые насосы. Теория, конструирование и применение / А.И. Степанов [пер. с англ. инж. М.Я. Лейферова и к.т.н. М.В. Поликовского]; [под ред. д.т.н. проф. В.И. Поликовского]. - Москва, Гос. НТИ Машиностроительной л-ры, 1960, стр. 82, фиг. 1.5.). Таким образом, если требуемые параметры сменного ротора соответствуют коэффициенту быстроходности меньше 120, то КПД рабочего колеса падает, причем, чем меньше коэффициент быстроходности, тем меньше значение КПД. Кроме того, рабочие колеса с низким Ns имеют узкие проходные сечения каналов, что усложняет выполнение отливки колеса и требует применение дорогостоящих технологий. Так, например, для насоса с подачей - 650 м³/ч, напором - 260 м и частотой вращения - 3000 об/мин. коэффициент быстроходности двухпоточного рабочего колеса составляет Ns=51. Коэффициент быстроходности однопоточного колеса для данных параметров значительно выше и входит в диапазон Ns=70÷120.As you know, the impellers have their maximum hydraulic efficiency with a speed coefficient (Ns), which is in the range of 120-180 (see A.I. Stepanov. Centrifugal and axial pumps. Theory, design and application / A.I. Stepanov [ translated from English by engineer M.Ya. Leiferov and candidate of technical sciences M.V. Polikovsky]; [edited by professor V.I. Polikovsky]. - Moscow, State. NTI Mashinostroitelnoy l-ry, 1960, p. 82, Fig. 1.5.). Thus, if the required parameters of the replaceable rotor correspond to a speed factor of less than 120, then the efficiency of the impeller drops, and the lower the speed coefficient, the lower the value of the efficiency. In addition, impellers with low Ns have narrow passage sections of the channels, which complicates the casting of the wheel and requires the use of expensive technologies. So, for example, for a pump with a flow rate of 650 m ³ / h, a pressure of 260 m and a rotation speed of 3000 rpm. the speed coefficient of a dual-flow impeller is Ns = 51. The single-threaded wheel speed coefficient for these parameters is much higher and falls into the range Ns = 70 ÷ 120.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить экономичность работы центробежных насосов с двухсторонним входом, использующих на номинальных режимах своей работы двухпоточные рабочие колеса, на режимах со сниженной подачей, за счет обеспечения возможности установки на данных режимах работы насоса однопоточного рабочего колеса.Thus, the present invention improves the efficiency of operation of centrifugal pumps with two-way inlet, using dual-flow impellers at nominal operating modes, at reduced feed modes, by providing the possibility of installing a single-flow impeller on these operating modes of the pump.

Claims (7)

1. Центробежный одноступенчатый насос, содержащий корпус с полуспиральными каналами подвода и спиральным каналом отвода рабочей жидкости и установленное в нем сменное рабочее колесо, отличающийся тем, что рабочее колесо выполнено однопоточным с проточной частью, сообщенной только с одним из полуспиральных каналов подвода рабочей жидкости, причем в другом полуспиральном канале подвода рабочей жидкости установлен уплотняющий элемент, образующий вместе с корпусом щелевое уплотнение, симметричное щелевому уплотнению, образованному между покрывным диском рабочего колеса и корпусом, при этом за рабочим колесом установлено выходное направляющее устройство.1. A centrifugal single-stage pump containing a housing with half-spiral supply channels and a spiral channel for removing the working fluid and a replaceable impeller installed in it, characterized in that the impeller is single-threaded with a flow part in communication with only one of the half-spiral channels for supplying working fluid, in another semi-spiral channel for supplying the working fluid, a sealing element is installed, forming together with the housing a gap seal, symmetrical to the gap seal formed between at the cover disk of the impeller and the housing, while the output guide device is installed behind the impeller. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что уплотняющий элемент выполнен в виде диска.2. The pump according to claim 1, characterized in that the sealing element is made in the form of a disk. 3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что уплотняющий элемент выполнен в виде кольцевого пояска, жестко соединенного с основным диском рабочего колеса.3. The pump according to claim 1, characterized in that the sealing element is made in the form of an annular belt rigidly connected to the main disk of the impeller. 4. Насос по п. 3, отличающийся тем, что рабочее колесо со стороны кольцевого пояска выполнено с разгрузочными отверстиями.4. The pump according to claim 3, characterized in that the impeller from the side of the annular belt is made with discharge holes. 5. Насос по п. 2 или 3, отличающийся тем, что выходное направляющее устройство выполнено в виде лопаточного направляющего аппарата.5. The pump according to claim 2 or 3, characterized in that the output guide device is made in the form of a blade guide device. 6. Насос по п. 5, отличающийся тем, что лопаточный направляющий аппарат выполнен в виде двухканальной спиральной вставки.6. The pump according to claim 5, characterized in that the blade guide apparatus is made in the form of a two-channel spiral insert. 7. Насос по п. 1, отличающийся тем, что выходное направляющее устройство выполнено в виде безлопаточного диффузора.7. The pump according to claim 1, characterized in that the output guide device is made in the form of a bladeless diffuser.

Images