RU8421U1 - CENTRIFUGAL PUMP - Google Patents

Abstract

1. Центробежный насос для жидкости, содержащий камеру, имеющую патрубок отвода перекачиваемой жидкости, установленное в камере рабочее колесо, закрепленное на валу насоса, проходящем через камеру, и средство для уравновешивания осевого усилия на валу насоса, отличающийся тем, что средство содержит канал, имеющий вход и выход, через которые пространство канала сообщается с полостью камеры, причем вход канала удален от вала насоса на расстояние большее, чем выход канала, расположенный в камере со стороны рабочего колеса, выбираемой в соответствии с требуемым направлением уравновешивающего осевого усилия, на расстояние от вала насоса меньшем, чем наружная кромка рабочего колеса.2. Насос по п.1, отличающийся тем, что пространство канала выгорожено внутри камеры, вдоль ее стенки, обращенной к боковой поверхности рабочего колеса, кольцевой перегородкой, закрепленной на этой стенке соосно рабочему колесу, причем вход и выход канала образованы кольцевыми зазорами между стенкой камеры и наружной и внутренней кромками кольцевой перегородки соответственно, а средство дополнительно содержит преграды круговому движению жидкости в канале относительно оси рабочего колеса.3. Насос по п.2, отличающийся тем, что преграды выполнены в виде перемычек между перегородкой и стенкой камеры, разделяющих канал на систему субканалов, расширяющихся от входа к выходу канала.4. Насос по п.1, отличающийся тем, что канал выполнен в виде по меньшей мере одной обводной трубы.5. Насос по п. 4, отличающийся тем, что канал соединен своим входом с патрубком отвода камеры.1. A centrifugal pump for liquids, comprising a chamber having a branch pipe for pumping liquid, an impeller installed in the chamber, mounted on a pump shaft passing through the chamber, and means for balancing axial force on the pump shaft, characterized in that the means comprises a channel having an entrance and an exit through which the channel space communicates with the chamber cavity, the channel entrance being removed from the pump shaft by a distance greater than the channel exit located in the chamber from the impeller side, selected in accordance with Corollary to the desired direction of the counterbalancing axial thrust, at a distance from the shaft of the pump is less than the outer edge of the working kolesa.2. The pump according to claim 1, characterized in that the space of the channel is fenced off inside the chamber, along its wall facing the side surface of the impeller, an annular partition mounted on this wall coaxially with the impeller, the entrance and exit of the channel being formed by annular gaps between the chamber wall and the outer and inner edges of the annular partition, respectively, and the tool further comprises barriers to the circular movement of fluid in the channel relative to the axis of the impeller. 3. The pump according to claim 2, characterized in that the barriers are made in the form of jumpers between the partition and the wall of the chamber, dividing the channel into a system of subchannels, expanding from the entrance to the output of the channel. The pump according to claim 1, characterized in that the channel is made in the form of at least one bypass pipe. The pump according to claim 4, characterized in that the channel is connected by its inlet to the chamber outlet pipe.

Description

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС Предложенное техническое решение предназначено дляCENTRIFUGAL PUMP The proposed technical solution is intended for

использования в области насосостроения, в частности, энергетических центробежных насосов Оно может бьт также применено для модернизации находящихся в эксплуатации центробежных насосов.use in the field of pump engineering, in particular, energy centrifugal pumps. It can also be used to modernize centrifugal pumps in operation.

В бласти энергетики используется большое количество модификаций центробежных насосов для перекачивания жидкостей (Малюшенко В.В., Михайлов А.К. Энергетические насосы - М.: Энергоиздат, 1981), в конструкциях которых используются различные меры для компенсации осевых усилив воз действующе х на Еат насоса при егч :--& гсокращающих продолжительность безотказной работы насоса.In the power industry, a large number of modifications of centrifugal pumps for pumping liquids are used (Malyushenko VV, Mikhailov AK Energy pumps - M .: Energoizdat, 1981), the designs of which use various measures to compensate axial forces acting on the Eat Pump with EGC: - Reducing pump uptime.

В многоступенчатых центробежных насосах, с рабочими колесами с односторонним подводом жидкости, распространенной мерой, является попарно симметричная установка рабочих колес на общем валу, имеющая целью взаимную компенсацию осевых усилий, возникающих при вращении рабочего колеса каждой ступени из такой пары. Одинаковые рабочие колеса пары при этом имеют входы с противоположных сторон и обращены друг к другу наружными сторонами установленных на валу насоса основных дисков. В таких насосах разделение камер рабочих колес пары ступеней осуществляется обычно с помощью бессальникового уплотЈU1 JLJ У/UIIn multistage centrifugal pumps, with impellers with a one-way fluid supply, a common measure is the pairwise symmetrical installation of the impellers on a common shaft, with the aim of mutual compensation of axial forces arising from the rotation of the impeller of each stage from such a pair. In this case, the same impellers of the pair have inputs from opposite sides and face each other with the outer sides of the main disks mounted on the pump shaft. In such pumps, the separation of the chambers of the impellers of a pair of stages is usually carried out using a sleeveless seal Ј U1 JLJ U / UI

нения вокруг вала насоса между соседними камерами. Конструкция такого уплотнения предусматривает некоторую величину протечки жидкости между соседними камерами рабочих колес. Однако, как показали исследования авторов, даже незначительная протечка жидкости заметно изменяет распределение давления в пазухе камеры с наружной стороны основного диска рабочего колеса верхней ступени источника протечки и приводит к уменьшению осевого усилия, создаваемого давлением жидкости в этой пазухе. Это явление вызывает дисбаланс осевых усилий, который значительно возрастает при увеличении протечки вследствие износа уплотнения. Неуравновешенное осевое усилие на валу насоса вызывает ускоренный износ подшипников вала.Variations around the pump shaft between adjacent chambers. The design of such a seal provides a certain amount of fluid leakage between adjacent chambers of the impellers. However, as the studies of the authors showed, even a slight leakage of fluid noticeably changes the pressure distribution in the bosom of the chamber from the outside of the main disk of the impeller of the upper stage of the leak source and leads to a decrease in the axial force created by the fluid pressure in this bosom. This phenomenon causes an imbalance in axial forces, which increases significantly with increasing leakage due to wear of the seal. Unbalanced axial force on the pump shaft causes accelerated wear of the shaft bearings.

Из указанного выше источника (с. 26) известно также средство для уравновешивания осевого усилия на валу центробежного жидкостного насоса, называемое юазгрузочным барабаном, представляющее собой массивный цилиндр, жестко устанавливаемый на вал насоса с внешней стороны основного диска рабочего колеса последней ступени, контактирующий с жидкостью в камере этого колеса. Разгрузочный барабан позволяет полностью уравновесить осевоеFrom the above source (p. 26), it is also known a means for balancing the axial force on the shaft of a centrifugal liquid pump, called a ya unloading drum, which is a massive cylinder rigidly mounted on the pump shaft from the outside of the main disk of the impeller of the last stage in contact with the liquid in the chamber of this wheel. The unloading drum allows you to fully balance the axial

усилие только для одного режима работы насоса. Применение разгрузочного барабана увеличивает размеры и вес насоса, требует использования дополнительных обводных путей для жидкости и снижает коэффициент полезного дейС(ртия насоса. Кроме того, использование разгрузочногоforce for only one pump operation mode. The use of an unloading drum increases the size and weight of the pump, requires the use of additional bypass paths for the liquid, and reduces the coefficient of efficiency (pump r. Also, the use of an unloading

барабана при модернизации находящихся в эксплуатации центробежных насосов в качестве дополнительного устройства оказывается затруднено, так как для этого требуется более длинный вал насоса.The drum during the modernization of the centrifugal pumps in operation as an additional device is difficult, since this requires a longer pump shaft.

Для разгрузки подшипников вала насоса на всех режимах работы используется автоматическое гидравлическое устройство - гидравлическая пята, описанная, например, в патентах RU 1800129, 2003844. Гидравлическая пята, являясь устройством автоматического регулирования, создает осевое усилие, компенсирующее осевую нагрузку на вал, изменяющуюся при изменении режима работы насоса.To unload the pump shaft bearings in all operating modes, an automatic hydraulic device is used - a hydraulic heel, described, for example, in patents RU 1800129, 2003844. As a device for automatic regulation, the hydraulic heel creates an axial force that compensates for the axial load on the shaft, which changes when the mode changes pump operation.

Применение гидравлической пяты, устанавливаемой в собственной камере за последней ступенью насоса,- также как в случае разгрузочного барабана, увеличивает габариты насоса и уменьшает его коэффициент полезного действия. Гидравлическая пята является сложным в изготовлении и дорогим устройством, и ее применение при модернизации насосов, также как в случае разгрузочного барабана, затруднено необходимостью замены вала на более длинный.The use of a hydraulic heel installed in its own chamber behind the last stage of the pump, as in the case of an unloading drum, increases the dimensions of the pump and reduces its efficiency. The hydraulic heel is difficult to manufacture and expensive, and its use in the modernization of pumps, as well as in the case of an unloading drum, is complicated by the need to replace the shaft with a longer one.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является центробежный насос, в котором для уравновешивания осевого усилия используется средство, называемое в литературе по насосостроению импеллерами. Известно применение импеллеров для уравновешивания осевого усилия, возникающего на рабочем колесе с одностороннимThe closest to the proposed technical solution is a centrifugal pump, in which a means called impeller in the literature on pump engineering is used to balance axial force. It is known to use impellers to balance the axial force arising on a single-sided impeller

входом (Малюшенко В.В., Михайлов А. К. Энергетические насосы. - М.: Энергоиздат, 1981, с. 25). Импеллеры представляют собой радиальные лопатки, закрепленные на наружной стороне основного диска рабочего колеса, т.е., со стороны колеса, противоположной входу. При работе насоса, выдающиеся внутрь пазухи между основным диском рабочего колеса и стенкой камеры импеллеры дополнительно (по сравнению с гладкой стенкой основного диска рабочего колеса) закручивают жидкость в пазухе камеры. При возрастании скорости кругового движения жидкости изменяется распределение ее давления по наружной стороне основного диска рабочего колеса с уменьшением давления в центральной области пазухи камеры вблизи вала насоса, при этом результирующее осевое усилие давления жидкости, воздействующее на наружную сторону основного диска рабочего колеса, уменьшается. Применение импеллеров позволяет сблизить значения осевых усилий, создаваемых давлением жидкости на рабочее колесо с противоположных сторон. Однако, установка импеллеров в пазухе камеры, из которой происходит протечка жидкости через зазор вдоль вала насоса, не обеспечивает стабильного уравновешивания осевого усилия на валу насоса. Как показали исследования авторов, при пониженном вследствие действия центробежных сил давлении в центральной области пазухи камеры, значительно возрастает зависимость осевого усилия, создаваемого давлением жидкости в пазухе, от изменения величины протечки. Поэтому, даже при незначительном износе уплотнения вала насоса, сопровождающемся увеличением протечки, равновесие осевых усилии на валу насоса оказывается нарушено. Кроме того, импеллеры, вращающиеся вместе с основным диском рабочего колеса, не могут обеспечить увеличения осевого усилия с той стороны рабочего колеса, где они установлены, хотя такое увеличение, в ряде случаев, целесообразно было бы использовать для уравновешивания осевого усилия на валу насоса в целом.entrance (Malyushenko V.V., Mikhailov A.K. Energy pumps. - M.: Energoizdat, 1981, p. 25). Impellers are radial vanes mounted on the outside of the main disk of the impeller, i.e., on the side of the wheel opposite the entrance. When the pump is running, the sinuses protruding into the sinus between the main impeller disk and the chamber wall (in comparison with the smooth wall of the main impeller disk) spin the fluid in the chamber sinus. As the circular velocity of the fluid increases, the distribution of its pressure on the outer side of the main impeller disk changes with a decrease in pressure in the central region of the chamber sinus near the pump shaft, and the resulting axial fluid pressure force acting on the outer side of the main impeller disk decreases. The use of impellers makes it possible to bring together the axial forces created by the pressure of the liquid on the impeller from opposite sides. However, installing impellers in the bosom of the chamber, from which fluid leaks through the gap along the pump shaft, does not provide a stable balancing of the axial force on the pump shaft. As the studies of the authors showed, when the pressure in the central region of the sinus of the chamber is reduced due to the action of centrifugal forces, the dependence of the axial force created by the pressure of the liquid in the sinus on the change in leakage increases significantly. Therefore, even with a slight wear on the pump shaft seal, accompanied by an increase in leakage, the equilibrium of the axial forces on the pump shaft is unbalanced. In addition, impellers rotating together with the main impeller disk cannot provide an increase in axial force on the side of the impeller where they are installed, although such an increase, in some cases, would be useful to balance the axial force on the pump shaft as a whole .

В основу предложенного технического решения положена задача обеспечить стабильное уравновешивание осевого усилия на валу центробежного насоса для жидкости с помощью компактного и простого в изготовлении средства, которое могло бы быть использовано не только при проектировании новых, но и для модернизации, с минимальными затратами, центробежных насосов, находящихся в эксплуатации .The basis of the proposed technical solution is the task of providing a stable balancing of the axial force on the shaft of a centrifugal pump for liquids using a compact and easy-to-manufacture tool that could be used not only in the design of new, but also for modernization, with minimal cost, centrifugal pumps, in operation.

Поставленная задача решается тем, что в центробежном насосе для жидкости, содержащем камеру, имеющую патрубок отвода перекачиваемой жидкости, установленное в камере рабочее колесо, закрепленное на валу насоса, проходящем через камеру, и средство для уравновешивания осевого усилия на валу насоса, согласно предложенному техническому решению, средртво содержит канал, имеющий вход и выход, через которые пространство канала сообщается с полостью камеры, причем вход канала удален от вала насоса на расстояние большее, чем выход канала, расположенный в камере со стороны рабочего колеса, выбираемой в соответствии с требуемым направлением уравновешивающего осевого усилия, на расстоянии от вала насоса меньшем, чем наружная кромка рабочего колеса.The problem is solved in that in a centrifugal pump for liquids containing a chamber having a branch pipe for pumping liquid, an impeller installed in the chamber, mounted on the pump shaft passing through the chamber, and means for balancing the axial force on the pump shaft, according to the proposed technical solution medium contains a channel having an input and an output through which the space of the channel communicates with the chamber cavity, the channel input being removed from the pump shaft at a distance greater than the channel output married in the chamber from the side of the impeller, selected in accordance with the desired direction of the balancing axial force, at a distance from the pump shaft less than the outer edge of the impeller.

При работе насоса, находящаяся в полости камеры снаружи от рабочего колеса жидкость, вследствие ее вязкости вовлекается вращающимся рабочим колесом в круговое движение вокруг оси вала насоса. Благодаря действию возникающих при этом центробежных сил, давление жидкости в зоне камеры, более удаленной от вала насоса, выше, чем в ближней. Применение средства для уравновешивания осевого усилия на валу насоса, которое содержит вышеуказанный канал, позволяет повысить давление жидкости на рабочее колесо со стороны расположения выхода канала. Канал, вход которого расположен в камере рабочего колеса на большем расстоянии от вала насоса, чем выход, соединяет две зоны камеры, между которыми существует перепад давления. Вход в канал может быть расположен либо в патрубке отвода, либо, при его расположении в области камеры, примыкающей к рабочему колесу, как по ту же сторону рабочего колеса, что и выход, так и с противоположной стороны. Так как жидкость в канале изолирована от совершающей круговое движение жидкости, контактирующей с наружной поверхностью рабочего колеса,During the operation of the pump, the liquid located in the chamber cavity outside the impeller, due to its viscosity, is drawn into the circular motion around the axis of the pump shaft by the rotating impeller. Due to the action of centrifugal forces arising from this, the fluid pressure in the chamber zone, more remote from the pump shaft, is higher than in the near one. The use of means for balancing the axial force on the pump shaft, which contains the above channel, allows to increase the pressure of the liquid on the impeller from the side of the channel outlet location. The channel, the inlet of which is located in the impeller chamber at a greater distance from the pump shaft than the outlet, connects the two zones of the chamber, between which there is a pressure differential. The entrance to the channel can be located either in the branch pipe, or, when it is located in the chamber adjacent to the impeller, both on the same side of the impeller as the exit, and from the opposite side. Since the fluid in the channel is isolated from performing a circular motion of the fluid in contact with the outer surface of the impeller,

то жирность в канале движется под действием перепада давлена.-: от входа к выходу ханала и попадает в ближнюю к валу насоса зону камеры, где вовлекается в круговое движение слоями жидкости, вращающимися в камере вокруг оси колеса и уносится под действием центробежных сил в направлении патрубка отвода. В результате происходящей циркуляции жидкости устанавливается равновесие, при котором давление жидкости на наружную поверхность рабочего колеса со стороны расположения выхода канала, в зоне, ближней к валу насоса, оказывается выше, чем в отсутствие канала.then the fat content in the channel moves under the influence of the differential pressure .-: from the inlet to the outlet of the channel and enters the chamber zone closest to the pump shaft, where it is involved in circular motion by fluid layers rotating in the chamber around the wheel axis and carried away by centrifugal forces in the direction of the nozzle tap. As a result of the fluid circulation, an equilibrium is established in which the fluid pressure on the outer surface of the impeller from the channel outlet location side, in the area closest to the pump shaft, is higher than in the absence of the channel.

Таким образом, достигается увеличение осевого усилия, приложенного к рабочему колесу со стороны выхода канала, которое используется для создания равновесия осевых усилий, действующих на вал насоса. Кроме того, достигается устранение дестабилизирующего равновесие влияния изменений протечки жидкости через уплотнение вала насоса из камеры со стороны выхода канала, так как приток жидкости из канала в зону вблизи вала насоса с избытком компенсирует отток жидкости через уплотнение вала насоса.Thus, an increase in the axial force applied to the impeller from the outlet side of the channel is achieved, which is used to balance the axial forces acting on the pump shaft. In addition, the elimination of the destabilizing balance of the effect of changes in fluid leakage through the pump shaft seal from the chamber from the channel outlet side is achieved, since the influx of fluid from the channel into the area near the pump shaft compensates excess fluid outflow through the pump shaft seal in excess.

Целесообразно, чтобы пространство канала было выгорожено внутри камеры, вдоль ее стенки, закрепленной на этой стенке кольцевой перегородкой, соосной рабочему колесу, причем вход и выход канала были образованы кольцевыми зазорами между стенкой камеры и наружной иIt is advisable that the space of the channel be fenced off inside the chamber, along its wall, fixed on this wall by an annular partition, coaxial to the impeller, and the entrance and exit of the channel were formed by annular gaps between the wall of the chamber and the outer and

внутренней кромками кольцевой перегородки, соответственно, а средство дополнительно содержало преграды круговому движению жидкости в канале относительно оси рабочего колеса.the inner edges of the annular partition, respectively, and the tool further contained obstacles to the circular motion of the liquid in the channel relative to the axis of the impeller.

Кольцевая перегородка, установленная внутри камеры, вдоль ее стенки, и разделяющая на две части просвет пазухи камеры между этой стенкой и боковой поверхностью рабочего колеса, образует со стенкой камеры канал в форме кольца, соосного с рабочим колесом. Находящаяся в нем при работе насоса жидкость изолирована перегородкой от контакта с вращающейся поверхностью рабочего колеса, поэтому круговое движение жидкости, попадающей в канал через его вход со стороны периферийной зоны камеры, частично тормозится неподвижными стенками канала. Для более эффективного торможения кругового движения жидкости при Tat и форме канала дополнительно используются преграды, функцию которых в любом случае выполняют зламанты крепления перегородки к стенке камеры. Возможен вариант, когда преграды выполнены в виде закрепленных перпендикулярно перегородке лопаток, распределенных по периметру входа в канал. Данная реализация предложенного технического решения позволяет получить простое в изготовлении средство для уравновешивания осевого усьлия на валу насоса, не увеличивающее габаритов насоса. При это4-, поскольку многие модели используемых в настея$ е,е. в.-мя центробежных насосов имеют достаточно местаAn annular partition mounted inside the chamber along its wall, and dividing into two parts the lumen of the sinus of the chamber between this wall and the side surface of the impeller, forms a channel with the wall of the chamber in the form of a ring aligned with the impeller. The liquid inside it during operation of the pump is isolated by a partition from contact with the rotating surface of the impeller; therefore, the circular motion of the liquid entering the channel through its inlet from the peripheral zone of the chamber is partially inhibited by the stationary walls of the channel. For more effective inhibition of the circular motion of the liquid with Tat and the shape of the channel, barriers are additionally used, the function of which in any case is performed by the credentials of securing the partition to the chamber wall. A variant is possible when the barriers are made in the form of blades fixed perpendicular to the septum, distributed around the perimeter of the entrance to the channel. This implementation of the proposed technical solution makes it possible to obtain an easy-to-manufacture tool for balancing the axial tension on the pump shaft, which does not increase the dimensions of the pump. With this 4-, since many of the models used in the current $ e, e V.-me centrifugal pumps have enough space

для размещения канала внутри камеры в пазухе между стенкой камеры и рабочим колесом с заданной его стороич, тс такая конструхпия средства может бытъ fie-з труднекий использована для модернизации находящихся в эксплуатации насосов.for placement of the channel inside the chamber in the bosom between the chamber wall and the impeller with its specified side, such a construction of the device can be fie-h difficult used to modernize the pumps in operation.

Целесообразно также, чтобы, в случае образования канала с помощью перегородки внутри камеры, преграды были выполнены в виде перемычек между перегородкой и стенкой камеры, разделяющих канал на систему субканалов, проходящих от входа к выходу канала вдоль выпуклы кривых, обращенных выпуклостью изгиба в направлении вращения рабочего колеса.It is also advisable that, in the case of the formation of a channel using a partition inside the chamber, the barriers are made in the form of jumpers between the partition and the wall of the chamber, dividing the channel into a system of subchannels passing from the entrance to the exit of the channel along the convexity of the curves inverted by the convexity of the bend in the direction of rotation of the worker wheels.

Разделение кольцевого канала на указанную систему субканалов обеспечивает эффективное торможение кругового движения жидкости, поступающей со стороны входа канала. В то же время, изогнутая форма субканалов обеспечивает близкое к ламинарному течение жидкости в канале, что позволяет более точно достигать заданного значения приращения осевого усилия, создаваемого средством.The division of the annular channel into the specified system of subchannels provides effective braking of the circular motion of the fluid coming from the channel inlet side. At the same time, the curved shape of the subchannels provides a close to laminar fluid flow in the channel, which allows you to more accurately achieve the specified value of the increment of the axial force created by the tool.

Целесообразно, в отдельных случаях, чтобы канал был соединен своим входом с патрубком отвода камеры.It is advisable, in some cases, that the channel was connected by its inlet to the pipe outlet of the chamber.

Это позволяет увеличить приращение осевого усилия, так как максимальное давление жидкости в камере достигается в патрубке отвода.This allows you to increase the increment of the axial force, since the maximum fluid pressure in the chamber is achieved in the branch pipe.

Такое выполнение канала может быть использовано, например, либо при модернизации центробежных насосов, когда в камере, которую необходимо снабдить средством для уравновешивания осевого усилия на валу насоса, недостаточно места для размещения канала, либо в случае расположения входа канала в патрубке отвода.This embodiment of the channel can be used, for example, either in the modernization of centrifugal pumps, when the chamber, which must be equipped with a means to balance the axial force on the pump shaft, does not have enough space to accommodate the channel, or if the channel inlet is located in the branch pipe.

Преимущества предложенного технического решения в полной мере проявляются в центробежных насосах с симметричными рабочими колесами пары ступеней. В таких насосах, как было отмечено выше, равновесие осевых усилий рабочих колес симметричной пары, нарушается из-за протечки жидкости из камеры ступени, давление в которой выше, в камеру нижней ступени через уплотнение BaniL насоса. Нарушение равновесия происходит вследствие , что протечка жидкости уменьшает давление в пазухе камеры с наружной стороны основного диска рабочего колеса верхней ступени - источника протечки и приводит к уменьшению осевого усилия, создаваемого давлением жидкости в этой пазухе.The advantages of the proposed technical solution are fully manifested in centrifugal pumps with symmetrical impellers of a pair of stages. In such pumps, as noted above, the equilibrium of the axial forces of the impellers of a symmetric pair is disturbed due to leakage of fluid from the stage chamber, the pressure of which is higher into the lower stage chamber through the BaniL pump seal. The imbalance occurs due to the fact that the fluid leakage reduces the pressure in the bosom of the chamber from the outside of the main disk of the impeller of the upper stage - the source of leakage and reduces the axial force created by the pressure of the fluid in this bosom.

Ни приведено описание ттг едттожечнто (..т0,-.-ЕГо-решения, как оно было осуществлено авторами для восстановления равновесия осевых усилий, создаваемых парой симметричных рабочих колес двух ступеней центробежного насоса, нарушаемого протечкой жидкости между ступенями. Описание приводится со ссылками на чертежи, на которых:None of the descriptions of the TTG are unintended (..t0, -.- Ego-solutions, as it was carried out by the authors to restore the equilibrium of axial forces created by a pair of symmetric impellers of two stages of a centrifugal pump, disturbed by fluid leakage between the stages. Description is given with reference to the drawings , where:

-на Фиг. 1 изображен разрез камер симметричной пары рабочих колес двух ступеней центробежного насоса, снабженного средством для уравновешивания осевого усилия, канал которого образован внутри камеры верхней ступени с помощью кольцевой перегородки, закрепленной на стенке камеры;FIG. 1 shows a section through the chambers of a symmetrical pair of impellers of two stages of a centrifugal pump equipped with a means for balancing axial force, the channel of which is formed inside the chamber of the upper stage using an annular partition mounted on the chamber wall;

-на Фиг. 2 изображен вид со стороны стенки камеры на средство для уравновешивания осевого усилия в разрезе 2-2, указанном на Фиг. 1;FIG. 2 shows a side view of the chamber wall on a means for balancing the axial force in section 2-2 shown in FIG. one;

-на Фиг. 3 изображены графики составляющих осевого усилия на валу насоса, создаваемого симметричной парой рабочих колес двух ступеней центробежного насоса.FIG. 3 shows graphs of the axial force components on the pump shaft created by a symmetrical pair of impellers of two stages of a centrifugal pump.

На Фиг. 1 изображены камера 1 нижней ступени и камера 2 верхней ступени центробежного насоса для жидкостей. В камерах 1 и 2 установлены симметрично друг другу на валу 3 насоса, соответственно, рабочее колесо 4 и рабочее колесо 5, подвод жидкости к которым осуществляется с противоположных сторон через входы 6 и 7 рабочих колес. Камеры 1 и 2 (Фиг.1) отделены друг от друга бессальниковым уплотнением 8, установленным с зазором 9 относительно вала 3.In FIG. 1 shows the lower stage chamber 1 and the upper stage chamber 2 of a centrifugal pump for liquids. In chambers 1 and 2 are mounted symmetrically to each other on the pump shaft 3, respectively, the impeller 4 and the impeller 5, the fluid supply to which is carried out from opposite sides through the inputs 6 and 7 of the impellers. Chambers 1 and 2 (Fig. 1) are separated from each other by a glandless seal 8 installed with a gap 9 relative to the shaft 3.

В пазухе 10 между стенкой 11 камеры 2 и рабочим колесом 5 расположено средство для уравновешивания осевого усилия. Пространство канала средства для уравновешивания осевого усилия, образовано промежутком между стенкой 11 и закрепленной на ней соосно рабочему колесуIn the bosom 10 between the wall 11 of the chamber 2 and the impeller 5 is a means for balancing the axial force. The channel space of the means for balancing the axial force is formed by the gap between the wall 11 and mounted on it coaxially with the impeller

5 плоской кольцевой перегородкой 12. Между стенкой 11 и перегородкой 12 расположены выполненные заодно с перегородкой 12 перемычки 13. Перемычки могут быть выполнены также и в виде отдельных деталей, закрепляемых на стенке камеры или кольцевой перегородке. Перемычки 13 (Фиг.2) разделяют пространство канала на систему субканалов 14, выполненных расширяющимися от их входов 15, удаленных от вала 3 на расстояние равное радиусу наружной кромки кольцевой перегородки 12 к выходам 16, расположенным в ближней к валу 3 по отношению ко входам 15 зоне камеры 2.5 by a flat annular partition 12. Between the wall 11 and the partition 12, jumpers 13 are made integral with the partition 12. The jumpers can also be made in the form of separate parts fixed to the chamber wall or the annular partition. Jumpers 13 (Figure 2) divide the space of the channel into a system of subchannels 14, made expanding from their inputs 15, remote from the shaft 3 by a distance equal to the radius of the outer edge of the annular partition 12 to the outputs 16 located in the closest to the shaft 3 with respect to the inputs 15 camera zone 2.

Суммарная площадь входов 15, определяющая сечение канала, выбирается много большей чем площадь сечения кольцевого зазора 9 в уплотнении 8 (Фиг.1) с таким расчетом, чтобы это соотношение не нарушалось при увеличении зазора 9 вследствие износа уплотнения вала. В реализованной конструкции средства для уравновешивания осевого усилия отношение площади сечения канала к площади сечения зазора 9 составляет 25. Высота перемычек 13, определяющая расстояние между стенкой 11 и кольцевой перегородкой 12, и соответственно, высоту субканалов 14, выбрана равной расстоянию между кольцевой перегородкой 12 и рабочим колесом 5. Внутренний диаметр кольцевой перегородки 12 выбран таким образом, чтобы плрщадь кольцевого просвета 17 между ней и ступицей рабочего колеса 5 равнялась площади проходящего вдольThe total area of the inlets 15, which determines the channel cross section, is chosen much larger than the cross-sectional area of the annular gap 9 in the seal 8 (Fig. 1) so that this ratio does not break when the gap 9 increases due to wear of the shaft seal. In the implemented design of the means for balancing the axial force, the ratio of the cross-sectional area of the channel to the cross-sectional area of the gap 9 is 25. The height of the jumpers 13, which determines the distance between the wall 11 and the annular partition 12, and accordingly, the height of the subchannels 14, is chosen equal to the distance between the annular partition 12 and the worker wheel 5. The inner diameter of the annular partition 12 is selected so that the area of the annular gap 17 between it and the hub of the impeller 5 is equal to the area passing along

кромки кольцевой перегородки 12 кольцевого сечения просвета 18 между кольцевой перегородкой 12 и рабочим колесом В. Наружный диаметр кольцевой перегородки 12, определяющий расстояние от ватта 3 до входов 15 губкгн. лов 14 выбирается в зависимости от требуемой величины дополнительного осевого усилия на валу 3 центробежного насоса.the edges of the annular septum 12 of the annular section of the lumen 18 between the annular septum 12 and the impeller B. The outer diameter of the annular septum 12, which determines the distance from the watt 3 to the inputs of 15 gucc. catch 14 is selected depending on the required value of the additional axial force on the shaft 3 of the centrifugal pump.

Насос, содержащий средство для уравновешивания осевого усилия, описанное выше, работает следующим образом. Вал 3 (Фиг.1), приводимый во вращение двигателем (не показан), вращает закрепленные на нем рабочие колеса 4 и 5, расположенные, соответственно, в камерах 1 и 2, заполненных перекачиваемой жидкостью. Вращающееся рабочее колесо 4 нижней ступени сообщает вращательное движение жидкости, находящейся в его внутренней полости. Эта жидкость под действием центробежной силы выталкивается в периферийную зону камеры 1 и поступает далее на выход нижней ступени, при этом через вход б рабочего колеса 4 в его внутреннюю полость всасывается подводимая жидкость. С выхода нижней ступени жидкость поступает через вход 7 в рабочее колесо 5 верхней ступени, в которой происходит аналогичный вышеописанному процесс при давлении жидкости на входе 7 равном выходному давлению нижней ступени. Разность давлений жидкости в камерах 1 и 2 по разные стороны от разделяющего их уплотнения 8 примерно равна приращению выходного давленияfA pump comprising an axial force balancing means described above operates as follows. The shaft 3 (Fig. 1), driven by a motor (not shown), rotates the impellers 4 and 5 mounted on it, located, respectively, in the chambers 1 and 2, filled with the pumped liquid. A rotating impeller 4 of the lower stage informs the rotational movement of the fluid located in its internal cavity. This fluid under the action of centrifugal force is pushed into the peripheral zone of the chamber 1 and then goes to the output of the lower stage, while the input fluid is sucked into the inner cavity through the input 6 of the impeller 4. From the output of the lower stage, the liquid enters through the inlet 7 into the impeller 5 of the upper stage, in which a process similar to the above occurs when the liquid pressure at the inlet 7 is equal to the output pressure of the lower stage. The difference in fluid pressures in chambers 1 and 2 on opposite sides of the seal separating them 8 is approximately equal to the increment of the outlet pressure f

создаваемому верхней ступенью насоса. Поэтому работа обеих ступеней происходит в условиях протечки жидкости из камеры 2 верхней ступени в камеру 1 нижней ступени через зазор 9 уплотнения 8 вокруг вала 3,created by the upper stage of the pump. Therefore, the operation of both stages occurs in the event of fluid leakage from the upper stage chamber 2 to the lower stage chamber 1 through the clearance 9 of the seal 8 around the shaft 3,

Давление жидкости в периферийной зоне пазухи 10 камеры 2, вблизи наружной кромки рабочего колеса 5, равно выходному давлению верхней ступени. Жидкость в пазухе 10, контактирующая с вращающейся наружной поверхностью рабочего колеса В, вовлекается ею в круговое движение вокруг оси вала насоса. Вследствие действия возникающей при этом центробежной силы, давление жидкости на боковую поверхность рабочего колеса 5 убывает по направлению к оси вала 3 насоса. Такое же радиальное распределение давления жидкости имеет место в камере 1. При работе насоса давление жидкости на рабочее колесо с боковым входом, такое как рабочие колеса 4 и 5, со стороны входа меньше, чем с противоположной, это определяет приложенное к рабочему колесу результирующее осевое усилие, направленное в сторону его входа. Осевые усилия одинаковых симметрично установленных на одном валу рабочих колес 4 и 5 нижней и верхней ступеней направлены в противоположные стороны и должны были бы уравновешивать друг друга. Однако, вследствие перетекания жидкости из камеры 2 в камеру 1 через зазор 9 уплотения равновесие нарушается, так как осевое усилие от рабочего колеса 4 превышает осевое усилие от рабочего колеса 5.The fluid pressure in the peripheral zone of the sinus 10 of the chamber 2, near the outer edge of the impeller 5, is equal to the output pressure of the upper stage. The fluid in the bosom 10 in contact with the rotating outer surface of the impeller B is engaged by it in a circular motion around the axis of the pump shaft. Due to the action of the centrifugal force resulting from this, the fluid pressure on the side surface of the impeller 5 decreases in the direction of the axis of the pump shaft 3. The same radial distribution of fluid pressure takes place in chamber 1. When the pump is operating, the fluid pressure on the impeller with a side inlet, such as impellers 4 and 5, is less on the inlet side than the opposite, this determines the resulting axial force applied to the impeller directed towards his entrance. The axial forces of identical impellers 4 and 5 of the lower and upper stages symmetrically mounted on the same shaft are directed in opposite directions and should have balanced each other. However, due to the flow of fluid from the chamber 2 into the chamber 1 through the seal gap 9, the equilibrium is violated, since the axial force from the impeller 4 exceeds the axial force from the impeller 5.

Расположенное в пазухе 10 средство для уравновешивания осевого усилия работает в условиях перепада давления жидкости между входами 15 субканалов 14, находящимися на расстоянии внешнего радиуса кольцевой перегородки 12 от вала 3, и выходами 16, - на расстоянии ее внутреннего радиуса, меньшего чем внешний. Круговое движение жидкости, попадающей во входы 1В тормозится стенками субканалов, которая, таким образом, перестает подвергаться действию центробежной силы и движется по субканалам 14 под действием перепада давления от входов 15 к выходам 16, обеспечивая постоянный приток жидкости в ближнюю к валу 3 зону пазухи 10. Приток жидкости обеспечиваемый системой субканалов 14 изменяет радиальное распределение давления жидкости в пазухе 10, устанавливающееся в отсутствие средства, создавая приращение осевого усилия рабочего колеса В.The axial force balancing tool located in the bosom 10 operates under conditions of a differential pressure of the fluid between the inlets 15 of the subchannels 14 located at a distance of the outer radius of the annular partition 12 from the shaft 3 and the outlets 16 at a distance of its inner radius less than the outer one. The circular motion of the fluid entering the inputs 1B is inhibited by the walls of the subchannels, which, therefore, ceases to be subjected to centrifugal force and moves along the subchannels 14 under the influence of a pressure differential from the inlets 15 to the exits 16, providing a constant flow of fluid into the sinus area 10 closest to the shaft 3 The fluid flow provided by the system of subchannels 14 changes the radial distribution of fluid pressure in the sinus 10, which is established in the absence of funds, creating an increment in the axial force of the impeller B.

Количественную характеристику достигаемого приращения уравновешивающего осевого усилия отражают изображенные на Фиг. 3 зависимости, полученные авторами с использованием методов математического моделирования работы насоса типа ЦН-ЮОО-180 для случая величины зазора 9 в уплотнении 8, увеличенного до значения 1 мм.The quantitative characteristic of the achieved increment of the balancing axial force is shown in FIG. 3 dependences obtained by the authors using methods of mathematical modeling of the pump type TsN-YuOO-180 for the case of the gap value 9 in the seal 8, increased to a value of 1 mm

На Фиг. 3:In FIG. 3:

- кривая А изображает величину осевого усилия F {тонн), создаваемого давлением жидкости на рабочее колесо 4 нижней ступени, направленное в сторону его входа б;- curve A depicts the value of the axial force F (tons) created by the pressure of the liquid on the impeller 4 of the lower stage, directed towards its inlet b;

-кривая Б изображает величину осевого усилия F (тонн), создаваемого давлением жидкости на рабочее колесо 5, направленное в сторону его входа 7, противоположную осевому усилию, изображаемому кривой А, в зависимости от отношения D наружного диаметра кольцевой перегородки 12 к диаметру рабочего колеса 5;curve B depicts the value of the axial force F (tons) created by the pressure of the liquid on the impeller 5 directed towards its inlet 7, opposite to the axial force depicted by curve A, depending on the ratio D of the outer diameter of the annular partition 12 to the diameter of the impeller 5 ;

-кривая В изображает величину приложенного к валу 3 результирующего осевого усилия F (тонн), создаваемого на рабочих колесах 4 и 5 в зависимости от относительного диаметра D кольцевой перегородки 12;- curve B shows the magnitude of the resulting axial force F (tons) applied to the shaft 3 generated on the impellers 4 and 5 depending on the relative diameter D of the annular partition 12;

-знаком X отмечены две экспериментально полученные точки зависимости, изображаемой кривой В, причем экспериментальная точка, соответствующая началу кривой В показывает величину результирующего осевого усилия на валу 3 насоса действовавшую до установки средства в пазухе 10.-sign X marks two experimentally obtained points of dependence depicted by curve B, and the experimental point corresponding to the beginning of curve B shows the value of the resulting axial force on the pump shaft 3 that was in effect before the installation of the tool in the sinus 10.

Как следует из кривой В, при наружном диаметре кольцевой перегородки 12 равном диаметру рабочего колеса 5 достигается почти полное уравновешивание осевых усилий от симметричной пары ступеней центробежного насоса. Кроме того, изменение величины протечки через уплотнение 8 при изменении выходного давления ступени, мало сказывается на равновесии осевых усилий на валу насоса в случае если приток жидкости через систему субканалов 14 в центральную зону пазухи 10 значительно превышает величину протечки.As follows from curve B, with the outer diameter of the annular partition 12 equal to the diameter of the impeller 5, almost complete balancing of the axial forces from the symmetric pair of steps of the centrifugal pump is achieved. In addition, a change in the amount of leakage through the seal 8 with a change in the output pressure of the stage has little effect on the balance of axial forces on the pump shaft if the flow of fluid through the system of subchannels 14 into the central zone of the sinus 10 significantly exceeds the amount of leakage.

Дополнительное осевое усилие, приложенное со стороны входа рабочего колеса также может быть получено при установке перегородки в передней пазухе камеры, со стороны входа рабочего колеса, или с использованием обводной трубы, соединяющей патрубок отвода камеры с передней пазухой вблизи уплотнения, отделяющего ее от входа рабочего колеса.Additional axial force applied from the input side of the impeller can also be obtained by installing a baffle in the front bosom of the chamber, from the input side of the impeller, or using a bypass pipe connecting the pipe bend to the front bosom near the seal separating it from the input of the impeller .

Claims (5)

1. Центробежный насос для жидкости, содержащий камеру, имеющую патрубок отвода перекачиваемой жидкости, установленное в камере рабочее колесо, закрепленное на валу насоса, проходящем через камеру, и средство для уравновешивания осевого усилия на валу насоса, отличающийся тем, что средство содержит канал, имеющий вход и выход, через которые пространство канала сообщается с полостью камеры, причем вход канала удален от вала насоса на расстояние большее, чем выход канала, расположенный в камере со стороны рабочего колеса, выбираемой в соответствии с требуемым направлением уравновешивающего осевого усилия, на расстояние от вала насоса меньшем, чем наружная кромка рабочего колеса.1. A centrifugal pump for liquids, comprising a chamber having a branch pipe for pumping liquid, an impeller installed in the chamber, mounted on a pump shaft passing through the chamber, and means for balancing axial force on the pump shaft, characterized in that the means comprises a channel having an entrance and an exit through which the channel space communicates with the chamber cavity, the channel entrance being removed from the pump shaft by a distance greater than the channel exit located in the chamber from the impeller side, selected in accordance with Corollary to the desired direction of the counterbalancing axial thrust, at a distance from the shaft of the pump is less than the outer edge of the impeller. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что пространство канала выгорожено внутри камеры, вдоль ее стенки, обращенной к боковой поверхности рабочего колеса, кольцевой перегородкой, закрепленной на этой стенке соосно рабочему колесу, причем вход и выход канала образованы кольцевыми зазорами между стенкой камеры и наружной и внутренней кромками кольцевой перегородки соответственно, а средство дополнительно содержит преграды круговому движению жидкости в канале относительно оси рабочего колеса. 2. The pump according to claim 1, characterized in that the channel space is fenced off inside the chamber, along its wall facing the side surface of the impeller, an annular partition mounted on this wall coaxially with the impeller, and the entrance and exit of the channel are formed by annular gaps between the wall the chamber and the outer and inner edges of the annular partition, respectively, and the tool further comprises barriers to the circular motion of the liquid in the channel relative to the axis of the impeller. 3. Насос по п.2, отличающийся тем, что преграды выполнены в виде перемычек между перегородкой и стенкой камеры, разделяющих канал на систему субканалов, расширяющихся от входа к выходу канала. 3. The pump according to claim 2, characterized in that the barriers are made in the form of jumpers between the partition and the wall of the chamber, dividing the channel into a system of subchannels, expanding from the entrance to the output of the channel. 4. Насос по п.1, отличающийся тем, что канал выполнен в виде по меньшей мере одной обводной трубы. 4. The pump according to claim 1, characterized in that the channel is made in the form of at least one bypass pipe. 5. Насос по п. 4, отличающийся тем, что канал соединен своим входом с патрубком отвода камеры.

5. The pump according to claim 4, characterized in that the channel is connected by its inlet to the pipe outlet of the chamber.