Заглибний відцентровий багатоступінчатий насос

Заглибний електронасосний відцентровий агрегат, корпусно-секційного виконання, що скла C2 1 3 85048 Компонування таких насосних агрегатів дозволяє за допомогою включення поперемінно декількох секцій змінювати продуктивність машин у цілому. При роботі, наприклад, тільки нижньої секції продуктивність визначається об'ємом текучого, минаючим через робоче колесо першої ступені. При підвищених водоприпливах (при необхідності відкачки текучого насосами великої продуктивності) включається друга секція. Потоки з першої й другої секції, підсумовуючись, забезпечують відкачування підвищеного водоприпливу. При необхідності одна із секцій може бути відключена. Однак, робота обох секцій є найбільш сприятливою для системи навантажень, що недоліків запропонованого рішення ставиться неможливість використання агрегату для перекачування рідин з активними кородуючими властивостями. Навантаження на осьовий підшипник спрямовані вертикально вниз і для забезпечення його працездатності потрібно підводити мастило. У цьому випадку таким змащенням служить середовище, що перекачується, нафта або нафтопродукти. При роботі такого насоса з іншими середовищами або рідинами малої в'язкості й з кородуючими властивостями неможливо забезпечити працездатність і довговічність опорного підшипника. Найбільш близьким по суті др запропонованого винаходу є те хнічне рішення по патенті [US №5201633 «Гідравлічний вертикальний насос»]. Цей винахід прийнятий за прототип.. Дане технічне рішення представлене зборкою, до складу якої входять кришки-фланці усмоктування й нагнітання, стягнуті між собою стрижнями-анкерами. Між кришками набрані секції корпуса з убудованими напрямними апаратами й робочими колісьми. Причому горловини зібраних на валу коліс установлені зевом униз: усмоктування й транспортування текучого в даній машині здійснюється знизу нагору. Усмоктувальний патрубок спрямований перпендикулярно діаметральної площини агрегату (по видимому, у силу робочих особливостей агрегату), а нагнітання здійснюється в діаметрально протилежній стороні усмоктування. Для цього остання ступень (секція) з'єднана з порожниною, сформованої в кришки нагнітання й перехідної в коаксиально розташований щодо корпуса відвідного циліндра, за допомогою якого здійснюється нагнітання. До особливостей технічного рішення по патенту [US №5201633] відноситься також і те, що опорний підшипник, що сприймає осьову силу, розташований у діафрагмі усмоктувального тракту, тобто в нижньому ярусі машини. На нагнітальному тракті, на виході, установлений зворотний клапан, що перекриває циліндричну кільцеву порожнину від навколишнього середовища та забезпечує підпір. До основного недоліку по патенті [US №5201633] варто віднести те, що опорний підшипник сприймає як осьову силу, що виникає в насосі, так і вагу ротора з деталями проточної частини. Залежно від числа секцій, при реалізації вищеописаного конструктивного виконання, ці сили можуть досягати декількох тонн, що з ура хуванням значних обертів приводить до виходу агрегату з ладу. Тобто компонування агрегату дійсно визначає опорний вузол як найменш надійний, як по праце 4 здатності так і по ресурсу. Крім того, корпусні деталі з усмоктувальним і нагнітальним трактами, розташованими в одній поперечній площині, діафрагмами й вузлом зворотного клапана, розташованим у самому насосі, ускладнює конструкцію й виготовлення, зменшує надійність, погіршує ремонтопридатність агрегату. Задачею винаходу є підвищення надійності й довговічності заглибних багатосекційних насосних агрегатів у процесі експлуатації, забезпечення їхньої ремонтопридатності. Поставлена задача досягається тим, що робочі колеса заглибного насоса розташовані так, щоб виникаюча осьова сила могла б бути частково діють на агрегат. Робочі колеса на обох секціях розташовані у взаємо-зворотному напрямку й осьові сили, що виникають в обох секціях, взаємно компенсуються. Однак, при роботі однієї секції насоса осьова сила сприймається упорним підшипником, що є опорним вузлом машини. Проведений патентний пошук показав, що вищевказані основні ознаки компонування заглибних насосних електроагрегатів відображені в патентах на вказані типи машин [FR 2509804 A1, 1983р., ER 2329876 A1, 1977p., EP 0089121 А, 1983., RU 2122653, 1998p., SU 387141, 1973р.]. Для певної групи компонувань осьова сила частково компенсується також отворами, сформованими по радіусу єдиного кола на поверхні корінного диска робочого колеса. У вертикальних конденсатних насосах великої продуктивності після пуску до виходу насоса в стаціонарний режим, осьова сила компенсується радіально-упорними підшипниками, установленими в дуплексі з радіальними підшипниками. Після виходу насоса в стаціонарний режим роботи осьова сила компенсується розвантажувальним поршнем. Однак, у силу особливостей експлуатації конденсатних насосів вертикального компонування - установка й розташування насоса в приміщенні, відсутність текучого навколо поверхні агрегату, можливість створення герметичних опорних вузлів і циркуляційного змащення зовнішнім носієм - усе це відсутньо в умовах при експлуатації заглибних засобів відкачки. Для всіх заглибних засобів відкачки осьову силу, що виникає від гідродинамічних процесів, обумовлених як конструкцією, так і компонуванням насоса, сприймає підшипник, розташований найчастіше в нижній частині насосного вузла, одночасно сприймаючої сили та ваги, що діють в агрегаті. До них можна віднести вага ротора, вала електродвигуна, текучого й т.д. З огляду на те, що в багатосекційних насосах ця сила може досягати декількох десятків тонн, отже, упорний підшипник є найбільш навантаженим і найменш надійним елементом агрегату. У всіх конструктивних компонуваннях підшипник насоса виконаний у вигляді сегментного підшипника (підшипник Митьчела) із графітофторопласта. Високі напори й відповідно більші оберти (до 3000хв-1) не сприяють надійній і довговічній роботі високонавантаженого вузла, яким є упорний підшипник. Напрямок переміщення текучого в насосі знизу нагору зумовлює осьову силу, спрямовану відпові 5 85048 дно по вертикалі зверху вниз, убік усмоктування. У сукупності така система розташування робочих коліс - горловинами вниз, убік усмоктування, вимагає установки підшипника в нижній частині насоса. Підшипник перебуває при роботі в гранично навантаженому стані, має мінімальний ресурс. Вихід з ладу упорного підшипника приводить до втрати працездатності всього агрегату, складним демонтажним роботам при розбиранні водопідйомного става для підняття агрегату зі значної глибини шахтного ствола або свердловини, необхідності ремонту й відповідно до зворотного процесу монтажу його в стволі або свердловині. Пропоноване рішення дозволяє розвантажити або зменшити величину сумарної осьової сили, що діє на опорний підшипник, збільшити термін служби сегментів і підшипника й, відповідно, усього насосного агрегату. Найбільш близьким рішенням до пропонованого винаходу є конструктивне виконання заглибного багатоступінчастого відцентрового насоса по патенту [RU №2234620 , МПК - F04D13/10, авторів Язикова Ю.А. і Леві та Д.Г. Да та публікації патенту - 20.08.2004p., а дата початку дії патенту 12.05.2003р.]. Винахід по [патенту №2234620] спрямований на підвищення довговічності роботи заглибного багатоступінчастого насоса за рахунок запобігання руйнувань робочого колеса першої ступені й перерозподілу загальної осьової сили, що зрушує ротор убік усмоктування на проміжні осьові опори. Причому додаткові осьові опори, що є невід'ємною частиною робочих коліс, кожної із ступеней, є також ущільненням, що розділяє порожнини усмоктування й нагнітання. Насос містить ступені, що складаються з корпусів з напрямним апаратом, робочими колісьми, що формують ротор корпусно-секційної машини, причому вал насоса виконаний у вигляді не круглого перерізу й на ньому по посадці із зазором установлена маточина робочого колеса й роздільні шайби з антифрикційного матеріалу. Така конструкція насоса не виключає наявність в агрегаті основної опори, що сприймає осьову силу. Однак, у цілому реалізація такого компонування потребує використання при зборці методу повної взаємозамінності, точної вивірки роздільних шайб та визначення для кожного із ступіней осьових зазорів при виготовленні фіксованої довжини маточини. І, відповідно, для корпусно-секційних машин повинен проводитися контроль величини цих зазорів, який ускладнює складання зважаючи на конструктивну їх особливість - відсутність поздовжнього рознімання. У цілому, крім досить високої технологічної складності виготовлення й складання насоса по [патенту RU №2234620], вузол основного підшипника є високонавантаженим і таке рішення не сприяє збільшенню ресурсу агрегату в цілому. Застосування в конструкції додаткових осьових опор, роздільних шайб, і тим більше вала не круглого перерізу не тільки не підвищує ресурс агрегату, але й різко здорожує його виробництво, розширює парк потрібного для його виробництва встаткування, що комплектує інстр умент, технологічного оснащення. При цьому зростають собівар 6 тість, станкочаси й падає надійність агрегату в цілому без кардинального рішення проблеми збільшення терміну служби підп'ятника за рахунок зменшення діючої на нього навантаження й відносних швидкостей ковзання. Відомий [патент RU №2163693 «Заглибний відцентровий багатоступінчастий насос» автора Шпільман А.Х. Дата публікації 27.02.2001p., дата початку дії патенту 06.09.1999р.]. Винахід ставиться до гідромашинобудування й стосується заглибних насосів для перекачування рідин зі шпар. Насос містить корпус, у якому встановлений вал з робочими колісьми, що опирається на радіальний й осьовий підшипники. Причому осьовий підшипник установлений тільки на нижній секції вала. До основних скомпенсована вагою ротора агрегату в момент запуску и при нестаціонарному режимі роботи. Повна сумарна осьова сила після виходу агрегату в робочий режим сприймається розвантажувальним поршнем, що одночасно є й торцевою площиною сферичного опорного підшипника. Сферичний сегмент опорного підшипника має можливість самоустановлюватися та обмежений від переміщень уздовж поздовжньої осі насоса пакетом тарілчастих пружин, що одночасно служить регулювальним вузлом для установки монтажних зазорів при запуску агрегату. Істотними відмітними ознаками технічного рішення, що заявляє, є: - для вертикального заглибного засобу відкачки змінено розташування трактів усмоктування й нагнітання. Патрубок усмоктування розташований над трактом нагнітання, рознесений на відповідну кількість секцій і розташований у діаметрально протилежній стороні від патрубка нагнітання. Усмоктування, а також нагнітання текучого середовища здійснюються зверху вниз в площині, перпендикулярній поздовжньої осі симетрії агрегату (діаметральної площини); - робочі колеса секцій багатоступінчатої машини встановлені послідовно - один за одним забірними горловинами нагору, що визначає напрямок виникаючої осьової сили - вертикально нагору; - кінцева частина вала встановлена в опорний підшипник, що представляє сферичний підп'ятник і сприймає вагу ротора агрегату, при цьому торцева площина верхнього сегмента виконує роль розвантажувального поршня; - наявність у корпусі опорного підшипника пакета тарілчастих пружин, що формують монтажні зазори в насосі й сприймаючій сумарній вазі ротора й опорного підшипника, а також нестаціонарного силового навантаження до моменту виходу машини в робочий режим. Сутність пропонованого винаходу пояснюється кресленнями: на Фіг.1 - загальний вид вертикального заглибного багато секційного електронасосного агрегату; на Фіг.2 - поздовжній розріз у діаметральній площині вертикального заглибного багато секційного електронасосного агрегату. Вертикальний заглибний багато секційний електронасосний агрегат, представлений на Фіг.1, містить заглибний електродвигун 1, що приєдна 7 85048 ний перехідним фланцем до фонаря 2, що опирається на кришку усмоктування 3 заглибного насосного агрегата. На Фіг.2 на подовжньому перерізі насоса представлено: вал електродвигуна 4 за допомогою муфти 5 з'єднаний з валом 6 насосного вузла. Радіальними опорами вала 6 насоса є підшипники ковзання 7 й 8, робочі втулки яких посаджені з натягом у кришки усмоктування 3 і нагнітання 9 і мастила перекачувальним середовищем. Для примусової подачі перекачувального середовища, що направляє апарат першої ступені 10 має відвідні канали, з'єднані із трубопроводами 11 й укрученими штуцерами 12, розташованими в припливі кришки усмоктування. Робоче колесо першої ступені 13 розташовано у вер хній частині насоса, у виточенні напрямного апарата 10, забірною горловиною нагору. Воно обперто торцем маточини в захисну оболонку вала 14 і здійснює транспортування текучого через отвір 15 у кришці усмоктування 3, сформованого перпендикулярно поздовжньої осі симетрії агрегату. Наступне транспортування текучого здійснюється робочими колесами другий 16 і відповідно іншими ступенями в напрямку зверху вниз, тобто від усмоктувального тракту до нагнітального, для чого всі колеса розташовані у виточеннях напрямних апаратів 17 і т.д. забірними горловинами нагору. У свою чергу напрямні апарати кожної із ступенів установлені в розточеннях корпусів 18-21 і стягнуті анкерними шпильками 22 (Фіг.1) за допомогою гайок 23 (Фіг.1) з мілкомодульним різьбленням. Застосування мілкомодульного різьблення гайок 23 обумовлено вимогами до багатосекційних насосних агрегатів по перекосах, депланації перерізів, секцій, просторових зламів утворюючи х корпусів таких машин після зборки. Таке розташування робочих коліс 13,16 і т.д. викликає виникнення осьової сили, що спрямована вертикально нагору, від кришки нагнітання 9 до кришки усмоктування 3. Із теорії гідравлічних машин відомо, що виникнення осьової сили у відцентрово-лопатевих машинах обумовлено різновеликістю площ корінного й покривного дисків робочих коліс. Дія цієї сили проявляється в динаміці, тобто у функціонуючій машині. Для сприйняття статичних навантажень від ваги ротора агрегату й нестаціонарних навантажень до виходу агрегату в робочий режим, на нижньому, різьбовому кінці вала 8 насоса встановлена сферична п'ята 24 опорного підшипника. Зовнішній торець сферичної п'яти виготовлений такого діаметра, щоб виникаючий на його поверхні тиск компенсував різницю осьової сили, що виникає від спільної дії ваги ротора гідродинамічних осьових сил працюючого агрегату. Таким чином, сферична п'ята 24 виконує також функцію розвантажувального поршня. Нижній сферичний сегмент 25, виконаний у вигляді ввігнутої лінзи, служить для сприйняття осьової сили від ваги ротора, одночасно виконує роль підп'ятника й виготовляється з антифрикційного матеріалу з високими контактними й антизносними властивостями. Плоский нижній торець нижнього сферичного сегменту 25 підп'ятника спирається на набір тарільчаних пружин 26, які служать компенсаторами для навантажень пульсацій, нестаціонарних навантажень, що виникають при пуску і зупинці агрегату. Кількість пар тарільчаних пружин безпосередньо пов'язана з розміром монтажних зазорів по секціях і регулюється набором кілець прокладок 27, які встановлюються уздовж подовжньої осі агрегату нижнього сферичного сегменту 25 підп'я тника служать гвинтові фіксатори. Порожнина проточної частини машини, є зоною підвищеного тиску, унаслідок чого ізольована від зовнішнього середовища кінцевим ущіленням манжетного або комірного виконання. Таким чином, робочі колеса заглибного насоса розташовані так, щоб виникаюча осьова сила могла бути частково скомпенсована вагою ротора агрегату в момент запуску й при нестаціонарному режимі роботи. Повна сумарна осьова сила після виходу агрегату в робочий режим сприймається розвантажувальним поршнем, що одночасно є й торцевою площиною сферичного опорного підшипника. Сферичний сегмент опорного підшипника має можливість самоустановлюватися та обмежений від переміщень уздовж поздовжньої осі насоса пакетом тарілчастих пружин, що одночасно служить регулювальним вузлом для установки монтажних зазорів при запуску агрегату. Використання винаходу забезпечить підвищення надійності й довговічносгі заглибних багатосекційних електронасосних агрегатів у процесі експлуатації, забезпечує їхню ремонтопридатність. 9 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 85048 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601