Центробежные консольные одноступенчатые насосы с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу (рисунок 2.18)
Среды: предназначены для перекачивания питьевой, чистой волы, производственно-технического назначения (кроме морской) с pH 6...9 и жидкостей сходных с чистой водой по плотности, вязкости и химической активности, содержащих твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1%. Температура перекачиваемой жидкости от 0 до 85°С (с одинарным сальниковым уплотнением) или до 105 °С (с двойным сальниковым или одинарным торцовым уплотнением).
Рисунок 2.18Схема консольного насоса одностороннего всасывания типа К
1 – крышка корпуса7 – втулка защитная
2 – корпус 8 – крышка сальника
3 – сменные уплотнительные кольца9 – вал
4 – рабочее колесо10 – опорный кронштейн
5 – шпонка11 - шарикоподшипник
6 – сальник
Не допускаются установка и эксплуатация насосов во взрывопожароопасных производствах и использование их для перекачивания горючих легковоспламеняющихся жидкостей.
Материал деталей проточной части - серый чугун; уплотнение электронасоса одинарное сальниковое. Возможно изготовление с двойным сальниковым и с одинарным торцовым уплотнением.
Вал насоса изготавливают из высококачественной стали. Для предотвращения износа вал имеет защитную втулку. Опорами вала служат два подшипника находящиеся в масляной ванне. Рабочее колесо, закрепленное на консольной части вата, состоит из двух дисков, соединенных пространственными или цилиндрическими лопатками.
Для выравнивания осевого усилия в заднем диске рабочего колеса имеются разгрузочные отверстия. Все насосы имеют сальник с мягкой набивкой (из промасленного хлопчатобумажного шнура), которая уплотняется подтягиванием гаек крышки сальника. Передняя крышка корпуса насоса съемная, что позволяет осматривать рабочие органы насоса без его демонтажа.
Насосы этого типа выпускаются как на опорной стойке, так и в моноблочном исполнении.
Одноступенчатые вертикальные центробежныенасосы
Крупные одноступенчатые вертикальные насосы (рисунок 2.19) применяются для установки в заглубленных насосных станциях в целях сокращения их площади и стоимости зданий.
Корпус вертикального насоса спиральный с разъемом в горизонтальной плоскости. Насос соединен с электродвигателем вертикальным промежуточным валом. При большой длине вала через каждые 1,5—2,5 м устанавливают направляющие подшипники, укрепленные на вертикальной ферме. Осевые усилия, возникающие в насосе, воспринимаются пятой электродвигателя.
Основные параметры центробежных вертикальных насосов регламентированы ГОСТ 19740—74 «Насосы центробежные вертикальные». Согласно этому ГОСТу вертикальные насосы должны изготовляться с подачей от 1,6 до 35 м3/с и напором от 22 до 105 м.
Рисунок 2.19 Крупный вертикальный центробежный насос
1 - корпус; 6 - узел подшипника;
2- крышка; 7 - узел уплотнения;
3 - опора подшипника, 8 - уплотнение;
4 - сменная втулка; 9 - рабочее колесо;
5 - вал; 10 - подводящий конус
Многоступенчатые центробежные насосы. В этих насосах поток перекачиваемой жидкости перемещается последовательно несколькими рабочими колесами, смонтированными на одном валу, в одном корпусе. Напор этих насосов равен сумме напоров, создаваемых каждым установленным рабочим колесом.
Корпус многоступенчатого секционного насоса состоит из отдельных секций, число которых равно числу ступеней минус один, так как одно колесо расположено в передней крышке. Уплотнение между секциями обеспечивается резиновыми прокладками. Секционная конструкция корпуса насоса позволяет увеличивать или уменьшать число секций и тем самым увеличивать или уменьшать напор, не изменяя подачи.
Осевые насосы(рисунок 2.20) выпускаются двух модификаций: с жестко закрепленными на втулке лопастями рабочего колеса и с поворотными лопастями.
Изменение в определенных пределах угла установки лопастей рабочего колеса позволяет поддерживать высокое значение КПД насоса в широком диапазоне изменения его рабочих параметров.
Рисунок 2.20 Осевой насос типа ОП
1 - лопасти рабочего колеса; 2 - камера; 3 - лопасти выправляющего аппарата; 4 - подвод воды для смазки; 5, 10 - нижняя и верхняя опоры вала; 6 - диффузор; 7 - опора верхнего подшипника; 8 - уплотнение вала; 9 - шток; 11 - привод механизма разворота лопастей.
В качестве привода осевых насосов используются, как правило, электродвигатели синхронного и асинхронного типа, непосредственно соединяемые с насосом с помощью муфты. Насосные агрегаты изготовляют с вертикальным, горизонтальным или наклонным валом.
Подача серийно выпускаемых отечественной промышленностью осевых насосов колеблется от 0,5 до 45 м³/с при напорах от 25 до 27 м. Таким образом, по сравнению с центробежными осевые насосы имеют значительно большую подачу, но меньший напор. КПД высокопроизводительных осевых насосов достигает 0,9 и выше.
При работе центробежных насосов с односторонним подводом жидкости на валах возникают осевые силы, направленные в сторону, противоположную направлению движения жидкости. Эти силы нагружают опоры валов и негативно влияют на долговечность подшипников.
Способами уравновешивания осевых сил являются:
- установка импеллеров на задние стенки рабочих колес;
- сверление сквозных отверстий в стенках рабочих колес;
- установка колец разгрузки у многоступенчатых насосов.
Наиболее удачным решением этой проблемы является применение в насосах рабочих колес с двусторонним подводом жидкости. Здесь возникают две силы, направленные друг другу навстречу, которые самокомпенсируются.
2.5 Принцип действия центробежных насосов
Внутри корпуса центробежного насоса (рисунок 2.21), который имеет спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо. Оно, как правило, состоит из заднего и переднего дисков, между которыми установлены лопасти. Они отогнуты от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса. С помощью патрубков корпус насоса соединяется с всасывающим и напорным трубопроводами.
Рисунок 2.21 Центробежный насос в разрезе
Если корпус насоса полностью наполнен жидкостью из всасывающего трубопровода, то при придании вращения рабочему колесу (например, при помощи электродвигателя) жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. Это приведёт к тому, что в центральной части колеса создастся разрежение, а на периферии повысится давление. А если повышается давление, то жидкость из насоса начнёт поступать в напорный трубопровод. Вследствие этого внутри корпуса насоса образуется разрежение, под действием которого жидкость одновременно начнёт поступать в насос из всасывающего трубопровода. Таким образом, происходит непрерывная подача жидкости центробежным насосом из всасывающего в напорный трубопровод.
Центробежные насосы бывают не только одноступенчатыми (с одним рабочим колесом), но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами). При этом принцип их действия во всех случаях остается таким же, как и всегда. Жидкость будет перемещаться под действием центробежной силы, которая развивается за счёт вращающегося рабочего колеса.
2.6Конструкции основных узлов и деталей центробежных насосов
В водоснабжении, системах теплоснабжения, водооткачки и других наибольшее применение нашли лопаточные центробежные насосы. Основным рабочим органом лопаточного насоса является рабочее колесо, снабженное лопатками. Передача энергии от рабочего колеса к жидкости происходит за счет динамического взаимодействия лопаток насоса с обтекающей их жидкости.
Рабочее колесо — важнейшая деталь насоса. Оно предназначено для передачи энергии от вращающегося вала насоса жидкости. Различают рабочие колеса с односторонним и двусторонним входом воды, закрытые, полуоткрытые, осевого типа.
Закрытое рабочее колесо с односторонним входом воды (рисунок2.22, а) состоит из двух дисков: переднего (наружного) и заднего (внутреннего), между которыми расположены лопасти. Диск 3 с помощью втулки закреплен на валу насоса. Обычно рабочее колесо отливается целиком (диски и лопасти) из чугуна, бронзы или других металлов. Но в некоторых насосах применяют сборные конструкции рабочих колес, в которых лопасти вварены или вклепаны между двумя дисками.
Полуоткрытое рабочее колесо (рисунок2.22,б) отличается тем, что у него отсутствует передний диск, а лопасти примыкают (с некоторым зазором) к неподвижному диску, закрепленному в корпусе насоса. Полуоткрытые колеса применяют в насосах, предназначенных для перекачивания суспензий и сильно загрязненных жидкостей (например, илов или осадка), а также в некоторых конструкциях скважинных насосов.
Рабочее колесо с двусторонним входом жидкости (рисунок 2.22, в) имеет два наружных диска и один внутренний диск с втулкой для крепления на валу. Конструкция колеса обеспечивает впуск жидкости с двух сторон, вследствие чего создается более устойчивая работа насоса и компенсируется осевое давление.
Колеса центробежных насосов обычно имеют шесть - восемь лопастей. В насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей (например канализационных), устанавливают рабочие колеса с минимальным числом лопастей (2 - 4).
Рабочее колесо насосов осевого типа (рисунок 2.22, д) представляет собой втулку, на которой закреплены лопасти крыловидного профиля.
Ррабочие колеса с импеллерами(рисунок 2.22 г), служат для разгрузки осевого усилия или защиты уплотнений от попадания твердых частиц.
Очертания и размеры внутренней (проточной) части колеса определяются гидродинамическим расчетом. Форма и конструктивные размеры колеса должны обеспечивать его необходимую механическую прочность, а также удобство отливки и дальнейшей механической обработки.
Материал для рабочих колес выбирают с учетом его коррозионной стойкости к воздействию перекачиваемой жидкости. В большинстве случаев рабочие колеса насосов изготовляют из чугуна. Колеса крупных насосов, выдерживающие большие механические нагрузки, изготовляют из стали. В тех случаях, когда эти насосы предназначены для перекачки неагрессивной жидкости, для изготовления колес используется углеродистая сталь. В насосах, предназначенных для перекачивания жидкостей с большим содержанием абразивных веществ (пульп, шламов и т. п.), применяются рабочие колеса из марганцовистой стали повышенной твердости. Кроме того, в целях повышения долговечности рабочие колеса таких насосов иногда снабжают сменными защитными дисками из абразивно-стойких материалов.
Рабочие колеса насосов, предназначенных для перекачивания агрессивных жидкостей, изготовляют из бронзы, кислотоупорных чугунов, нержавеющей стали, керамики и различных пластмасс.
Рисунок 2.22 Рабочие колеса центробежных и осевых насосов:
а – закрытого типа с односторонним подводом жидкости;
б – полуоткрытого типа;
в – двустороннего входа (закрытого типа);
г – с импеллером;
д - колесо осевого насоса;
1 – передний диск;
2 – лопасти;
3 – основной диск;
4 – импеллер;
5 – втулка.
Корпус насоса объединяет узлы и детали, служащие для подвода жидкости к рабочему колесу и отвода ее в напорный трубопровод. На корпусе монтируют подшипники, сальники и другие детали насоса.
Корпус насосов может быть с торцевым или осевым разъемом. В насосах с торцевым разъемом корпуса (рисунок 2.23) плоскость разъема перпендикулярна оси насоса, а в насосах с осевым разъемом (рисунок 2.24) она проходит через ось насоса.
Корпус насоса включает в себя подводящее и отводящее устройства.
Рисунок 2.23 Многоступенчатый насос с торцевым разъемом
|
Рисунок 2.24 Насос с осевым разъемом и колесом двустороннего входа
|
Подводящее устройство (подвод)- участок проточной полости насоса от входного патрубка до входа в рабочее колесо, а у многоступенчатых насосов – до входа в рабочее колесо первой ступени. Подводы необходимы для подачи перекачиваемой жидкости к рабочему колесу с минимальными потерями, создания равномерного поля скоростей и обеспечения необходимого момента скорости на входе в рабочее колесо.
Конструктивно насосы изготовляют с осевым (рисунок 2.25, а), боковым в виде колена (рисунок 2.25, б), боковым кольцевым (рисунок 2.25, в) и боковым полуспиральным (рисунок 2.25, г) входом.
Осевой вход характеризуется наименьшими гидравлическими потерями, однако при изготовлении насосов с таким входом увеличиваются размеры насосов в осевом направлении, что не всегда удобно конструктивно. Боковой кольцевой вход создает наибольшие гидравлические потери, но обеспечивает компактность насоса и удобное взаимное расположение всасывающего и напорного патрубков.
   
Рисунок 2.25Схемы ввода жидкости в рабочие колеса центробежных насосов
В насосах с двусторонним входом рабочие колеса разгружены от осевого давления, возникающего при работе насоса. В этих насосах применяют, как правило, боковой полуспиральный вход, который обеспечивает равномерное поступление жидкости в рабочее колесо.
Отводящее устройство (отвод) - это участок, предназначенный для отвода жидкости от рабочего колеса в напорный патрубок насоса. Жидкость выходит из рабочего колеса с большой скоростью. При этом поток обладает высокой кинетической энергией, а движение жидкости сопровождается большими гидравлическими потерями. Для уменьшения скорости движения жидкости, выходящей из рабочего колеса, преобразования кинетической энергии в потенциальную (увеличения давления) и уменьшения гидравлических сопротивлений применяют отводящие устройства, а также направляющие аппараты.
 
Рисунок 2.26 Схемы отводов центробежных насосов
Различают спиральный, полуспиральный, двухзавитковый и кольцевой отводы, а также отводы с направляющими аппаратами.
Спиральный отвод — это канал в корпусе насоса, охватывающий рабочее колесо по окружности (рисунок 2.26, а). Поперечное сечение этого канала увеличивается соответственно расходу жидкости, поступающей в него из рабочего колеса, а средняя скорость движения жидкости в нем уменьшается по мере приближения к выходу или остается примерно постоянной. Спиральный канал оканчивается выходным диффузором, в котором происходит дальнейшее уменьшение скорости и преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную.
Кольцевой отвод - это канал постоянного сечения, который охватывает рабочее колесо так же, как и спиральный отвод (рисунок 2.26,б). Кольцевой отвод применяют обычно в насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей. Гидравлические потери в кольцевых отводах значительно больше, чем в спиральных.
Полуспиральный отвод - это кольцевой канал, переходящий в спиральный расширяющийся отвод.
Направляющий аппарат (рисунок 2.26, в). В центробежных насосах направляющий аппарат предназначен для того, чтобы поток жидкости, поступающий из рабочего колеса, отвести в определенном направлении и одновременно преобразовать кинетическую энергию потока в потенциальную энергию давления.
Напрвляющий аппарат представляет собой два кольцевых диска, между которыми размещены направляющие лопасти, изогнутые в сторону, противоположную направлению изгиба лопастей рабочего колеса. Направляющие аппараты — более сложные устройства, чем спиральные отводы, гидравлические потери в них больше и потому их применяют только в некоторых конструкциях многоступенчатых насосов.
В крупных насосах иногда применяются составные отводы (рисунок 2.26, г), представляющие собой сочетание направляющего аппарата и спирального отвода.
Вал насосапредназначен для передачи момента вращения от электродвигателя к рабочим колесам, неподвижно закрепленным на валу при помощи шпонок и установочных гаек или неподвижной (горячей, глухой, прессовкой и т.д.) посадки. Часть вала, которая непосредственно лежит на опоре, называется цапфой, причем концевые цапфы принято называть шипами, а промежуточные – шейками. Если цапфа передает опоре осевую нагрузку вала, ее называют пятой.
Максимальный диаметр вала насоса обычно выбирается в месте посадки рабочих колес, а к концам диаметр вала ступенчато уменьшается. Уступ вала для упора рабочих колес выполняется строго перпендикулярно е оси, а оси шпоночных пазов лежат в плоскости, проходящей через ось ротора. Посадочные размеры вала обрабатываются по второму классу точности.
Валы нефтяных насосов изготавливают из сталей 40Х (ГОСТ 4543-71).
Вращающийся вал насоса своей шейкой (шипом) соприкасается с неподвижной опорой – подшипником.
Подшипники воспринимают усилия передаваемые валом насоса на опору (при неуравновешенных осевых силах). Следовательно, подшипники насоса можно подразделить на две группы: радиальные, воспринимающие перпендикулярные к оси вала усилия, и упорные, воспринимающие осевые усилия, действующие на ротор.
По виду трения подшипники разделяются: на подшипники скольжения и подшипники качения (шарикоподшипники и роликоподшипники).
Подшипники скольжения – это опоры вращающихся деталей, которые работают в условиях скольжения поверхности цапфы по поверхности подшипника.
Форма рабочей поверхности подшипника скольжения так же, как и форма цапфы вала, может быть
• цилиндрической,
• плоской,
• конической,
• сферической.
Опору, передающую осевую нагрузку, называют подпятником. Подпятники работают, как правило, в паре с радиальными подшипниками. Большая часть радиальных подшипников может воспринимать небольшие осевые нагрузки. Основным элементом подшипника является вкладыш из антифрикционного материала. Вкладыш устанавливается в специальном корпусе подшипника или непосредственно в корпусе.
Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения
Вращению цапфы в подшипнике противодействует момент сил трения. При этом нагревается подшипник и цапфа. Теплота выделяется через корпус подшипника и вал, переносится со смазывающей жидкостью. Повышение температуры снижает вязкость смазки, увеличивая вероятность заедания цапфы в подшипнике, что приводит к выплавлению вкладыша. Основной причиной его выхода из строя подшипника является перегрев.
При работе подшипника наблюдаются износ вкладыша и цапфы, что нарушает правильную работу механизма и самого подшипника. Интенсивность износа определяет долговечность подшипника.
При переменных нагрузках на поверхности вкладыша может наблюдаться усталостноевыкрашивание. При больших кратковременных перегрузках ударного характера вкладыши могут хрупко разрушаться.
Достоинства подшипников скольжения:
- надежно работают в высокоскоростных приводах;
- способны воспринимать большие ударные и вибрационные нагрузки;
- бесшумность работы;
- сравнительно малые радиальные размеры;
- разъемные подшипники допускают установку на шейки коленчатых валов;
- простота конструкции;
- для тихоходных машин могут иметь весьма простую конструкцию.
Недостатки подшипников скольжения:
- в процессе работы требуют постоянного надзора из-за высоких требований к смазыванию и опасности перегрева. Перерыв в подаче смазочного материала ведет к выходу из строя подшипника;
- имеют сравнительно большие осевые размеры;
- значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке;
- большой расход смазочного материала.
Подшипники качения представляют собой готовый узел, основным элементом которого являются тела качения - шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга обоймой, называемой сепаратором. В процессе работы тела качения катятся по дорожкам качения колец, одно из которых в большинстве случаев неподвижно. Распределение нагрузки между несущими телами качения неравномерно и зависит от величины радиального зазора в подшипнике и от точности геометрической формы его деталей.
В зависимости от типа нагрузки (радиальной или осевой) подшипники качения делятся на три группы:
- радиальные, которые могут воспринимать нагрузки направленные радиально;
- упорные, предназначенные для восприятия нагрузки, действующей вдоль оси вала;
- радиально-упорные, воспринимающие комбинированную нагрузку – радиальную и осевую.
Достоинства подшипников качения:
- сравнительно малая стоимость вследствие массового производства подшипников;
- малые потери на трение и незначительный нагрев (потери на трение при пуске и установившемся режиме работы практически одинаковы);
- высокая степень взаимозаменяемости, что облегчает монтаж и ремонт машин;
- малый расход смазочного материала;
- не требуют особого внимания и ухода;
- малые осевые размеры.
Недостатки подшипников качения:
- высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции подшипника;
- малонадежны в высокоскоростных приводах из-за чрезмерного нагрева и опасности разрушения сепаратора от действия центробежных сил;
- сравнительно большие радиальные размеры;
- шум при больших скоростях.
Уплотнения насосов
Уплотнения предназначены для предотвращения утечки жидкости через зазоры при сопряжении вращающихся и неподвижных частей насоса. Они подразделяются на сальниковые, щелевые и торцевые.
При сопряжении вала с корпусом насоса используются сальниковые уплотнения.
Они представляют собой набивные кольца из волокнистого материала, находящиеся в сальниковой камере. При работе сальниковые набивки должны смачиваться перекачиваемой жидкостью для охлаждения и смазки. В результате некоторое количество перекачиваемой жидкости непременно подтекает через сальник. Если набивка не будет пропускать жидкость, ее смазка быстро выгорит и материал быстро износится из-за непрерывного трения о вал насоса.
Сальниковые уплотнения подразделяются на две группы: без принудительного поджатия и с принудительным поджатием.
Сальниковые уплотнения без принудительного поджатия представляют собой корпуса с концентрическими выточками, в которые закладываются мягкие уплотнительные материалы. Эта группа уплотнений используется в основном для герметизации подшипников при относительных скоростях перемещения до 20 м/с.
Сальниковые уплотнения с принудительным поджатием строятся по схеме, в которой герметизация достигается прижатием к валу набивки в результате сжимающего усилия.
Простейшее сальниковое уплотнение состоит из корпуса, уплотнительного элемента, нажимной втулки и вспомогательных деталей. Корпусом обычно является крышка подшипникового узла или втулка, установленная на валу узла. Уплотнительный элемент из антифрикционного материала устанавливается в гнезде корпуса и при вращении вала остается неподвижным, лишь скользя по нему.
Мягкая набивка уплотняется нажимной втулкой с помощью болтов. Нажимная втулка центрируется по внутреннему диаметру корпуса уплотнения. Чтобы предотвратить выдавливание набивки, с противоположной втулке стороны устанавливают грундбуксу, диаметр расточки которой больше, чем диаметр вала.
Достоинства и недостатки сальниковых уплотнений
К достоинствам относится: простота конструкции, относительная простота ремонта, доступность расходных материалов (набивки), не требуется высокой квалификации персонала.
К недостаткам относится: необходимость постоянного обслуживания, подтягивания и регулировки, сравнительно небольшой срок службы набивки, невозможно обеспечить герметичность системы, приводит к повышенному энергопотреблению из-за потерь на трение.
Торцевое уплотнение представляет собой герметизирующее устройство вращающего вала, в котором уплотняющие поверхности расположены перпендикулярно к оси вращения, а усилия, которые удерживают эти поверхности в контакте, направлены параллельно оси вала. Они были разработаны для устранения недостатков сальниковой набивки. Торцевые уплотнения нашли широкое применение в центробежных насосах благодаря высокой эффективности уплотнения и возможности работы при высоких давлениях уплотняемой жидкости.
Торцевые уплотнения применяют для перекачивания жидких и газообразных сред при работе с которыми от уплотнения требуется практически полная герметичность. Их выполняют с внешним и внутренним подводами уплотняемой среды, одинарными, двойными, тройными и т. д.
В торцевом уплотнении пара трения образована двумя уплотнительными кольцами (втулками): опорным, которое жестко зафиксировано на валу (или в корпусе) шпонкой, и плавающим (упорным), которое может перемещаться вдоль оси вала. Упорное кольцо поджимается к опорному при помощи пружины.
В зависимости от расположения упорного элемента (пружины) в уплотнении различают торцевые уплотнения с неподвижным упругим элементом и подвижным упругим элементом.
Торцевые уплотнения бывают также одинарного и двойного действия.
В одинарном уплотнении с вращающимся подвижным элементом плавающее кольцо устанавливается на валу на свободной посадке и фиксируется от проворачивания штифтом. В крышке неподвижно закреплено опорное кольцо. Резиновое уплотнение препятствует утечке жидкости между валом и вращающейся втулкой.
Во время работы насоса давление жидкости со стороны насоса обеспечивает необходимое усилие для прижатия торцевых поверхностей кольца к торцу опорному, отсюда и название – торцевое уплотнение.
Двойное торцевое уплотнение представляет собой конструкцию, состоящую из двух одинарных уплотнений, образующих замкнутую полость, в которую подводится запирающаяся жидкость от внешнего источника с давлением, превышающим давление жидкости со стороны насоса.
К достоинствам торцевого уплотнения относятся: эффективен как герметизирующий элемент, долговечность работы, простота обслуживания, которая ограничивается периодическим наблюдением и расходуют незначительную энергию на трение. Торцевые уплотнения могут работать в тяжелых условиях при давлении до 45 МПа, температуре до 200оС и относительной скоростью вращения до 100 м/с.
К недостаткам торцевых уплотнений относятся: сложность конструкции, сравнительно высокая стоимость и необходимость частичной разборки насоса при замене торцевого уплотнения.
Щелевые уплотнения применяются для уменьшении перетекания рабочей жидкости из области положительного давления в область всасывания с внешней стороны рабочего колеса. В общем случае щелевое уплотнение представляет собой цилиндрическую щель, образованную неподвижным кольцом корпуса и вращающимся уплотнительным кольцом на роторе. Герметизирующая способность от длины щели и зазора между вращающимися деталями.
Чем больше путь протекания жидкости в зазоре, тем надежнее уплотнение.
Само название щелевое говорит о том, что между твердыми уплотняющими элементами находится пространство (щель), благодаря которому нет непосредственного контакта между элементами и, следовательно, нет трения уплотняющих поверхностей.
В корпусе насоса неподвижно устанавливается уплотнительное кольцо с буртиком. Кольцо в продольном и радиальном направлениях фиксируется штифтом. Наличие съемного уплотнительного кольца необходимо, потому что поверхности уплотнений подвергаются сильному износу в результате движения жидкости в зазоре. Особенно быстро поверхности изнашиваются, если в перекачиваемой жидкости присутствуют абразивные вещества (песок). Между уплотнительным кольцом и выточкой рабочего колеса устанавливается радиальный зазор, равный 0,2-0,5мм и осевой зазор, который выбирается значительно больше радиального. Протечки из напорной полости насоса во всасывающий патрубок определяются объемным КПД насоса.
Щелевые уплотнения применяются в некоторых случаях и для уплотнения валов.
2.7 Работа центробежных насосов на трубопровод
Насосы насосной станции и трубопровод составляют единую гидродинамическую систему. Режим работы такой системы определяется её рабочей точкой.
Рабочей точкой системы, состоящей из нескольких насосов и нескольких трубопроводов, называется точка пересечения суммарной Н-Q характеристики всех насосов с суммарной H-Q характеристикой всех трубопроводов системы (рисунок 2.27).
Рабочая точка системы характеризует гидродинамическое единство её элементов (насосов и трубопроводов) и показывает, что насосы развивают только такие напоры и подачи, которые равны гидравлическому сопротивлению и пропускной способности трубопроводов.
Рисунок 2.27 Графическая характеристика системы «насос-сеть»
|
Рабочая точка системы определяет рабочие точки отдельных насосов, входящих в систему. Рабочие точки насосов (их Н и Q координаты) показывают напор и подачу, развиваемые насосами при работе их в данной системе.
Под регулированием работы насоса подразумевается процесс изменения соотношения между подачей и напором. Регулирование насоса можно осуществлять двумя методами:
- конструктивное изменение характеристики насоса;
- изменение условия работы системы "насос-сеть".
Универсальным методом (как для динамичных насосов, так и для объемного типа)измененияхарактеристики насоса
|
является изменение числа оборотов привода. При этом надо учитывать, что подача находится в прямой зависимости от оборотов, а напор (в центробежных) - в квадратичной зависимости.
При существующем уровне развития техники этот метод для насосостроения является дорогостоящим, хотя с точки зрения энергетических затрат, он экономичен.
В практике насосостроения нашло применение регулирование числа оборотов в основном с помощью вариаторов и меньшее с помощью гидромуфт, электромагнитных муфт скольжения (ЭМС) или регулирования электропривода (тиристорные преобразователи частоты ТПЧ и синхронные электродвигатели). Положительной особенностью этого метода является то, что на группу из нескольких рабочих насосов достаточно иметь один регулируемый насос. Это существенно снижает затраты и обеспечивает конкурентоспособность этого метода с другими методами.
Конструктивное изменение характеристики насоса.
Широко распространенным методом регулирования характеристики центробежного насоса является изменение диаметра рабочего колеса (обточка). Имеется в виду, что напор насоса находится в квадратичной зависимости от диаметра рабочего колеса при прочих равных условиях.
Обтачивая (уменьшая) диаметр рабочего колеса можно значительно изменить поле работы насоса. Чтобы получить нужный напор насоса при обточке колеса, необходимо существующий напор умножить на квадратичную величину отношения диаметра обточенного колеса к диаметру обтачиваемого.
В практике насосные заводы уже предлагают потребителям конкретные модификации с различной обточкой колеса и с меньшей, соответственно, мощностью комплектующего электродвигателя.
Другим методом регулирования работы центробежного насоса является изменение условий работы насоса на сеть.
Графическое изображение напорной характеристики центробежных насосов представляет собой, как правило, пологую кривую, снижающуюся при большей подаче. Другими словами при большей подаче мы имеем меньший напор и наоборот. Для каждой конструкции насоса имеется своя напорная характеристика, определяемая крутизной и максимальной величиной к.п.д., т.е. зоной оптимальной работы. Рабочая точка насоса на этой кривой определяется сопротивлением "сети". Если менять сопротивление сети, например закрывая задвижку, то и рабочая точка будет смещаться влево по кривой, т.е. насос будет выбирать режим работы на меньшей подаче, так как "вынужден" работать с большим напором, чтобы преодолеть дополнительное сопротивление (задвижки).
Существует ещё один способ изменения условий работы насоса на сеть - это байпасирование, т.е. установка регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание. По отношению к насосу - это аналогично снижению сопротивления, т.е. происходит снижение напора. По отношению к потребительской сети - это аналогично снижению подачи. В результате рабочая точка (Q-H) сместится круто вниз, т.е. можем в потребительской сети получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идет на сброс).
Рассмотренные два метода регулирования работы относятся непосредственно к насосу. Однако с общей точки зрения потребителя чаще интересует насосная система, обеспечивающая нужный напор и подачу.
Такой системой выступает насосная станция. В отношении насосной станции вопрос регулирования напора и подачи может рассматриваться шире, при этом гидравлическая схема, по которой работают насосы, может быть различна.
Соединение насосов между собой может быть последовательное, параллельное или параллельно-последовательное. На рисунке 2.28а,б приведены варианты соединения насосов.
Рисунок 2.28 а Последовательное соединение насосов
Рисунок 2.28 б Параллельно-последовательное соединение насосов
- при закрытых задвижках 12,13,14 насосы работают последовательно;
- при открытой задвижке 12 и закрытой 2а насосы НА1 и НА2 работают
последовательно, а насосы НА3 и НА4 – параллельно.
При параллельном соединении насосов суммируется подача, при последовательном - напор. Если на насосной станции необходимо получить нужные рабочие параметры (Q и Н), то всегда существует возможность путем комбинаций набора ряда насосов с ограниченной подачей соединить их параллельно, чтобы получить большую подачу и последовательно - чтобы получить больший напор.
Следует обратить внимание, что последовательное и параллельное соединение центробежных насосов, имеющих подобную напорную характеристику, не дает, как правило, возможность получения двойного значения напора и подачи. Они будут несколько меньше. Это происходит по следующим причинам.
При параллельном соединении не удается плавно соединить потоки, напорные трубопроводы из-за удобства монтажа заужают, делают лишние повороты. Это всё приводит к дополнительному сопротивлению и соответственно к смещению рабочей точки на меньшую подачу обоих насосов. При последовательном соединении насосов уменьшение напора происходит из-за потерь на промежуточном участке между насосами. Это вызвано наличием арматуры на промежуточном участке и уменьшенным диаметром трубопровода, принимаемым, как правило, равным диаметру всасывающего патрубка насоса, в который подает жидкость другой насос.
При последовательном соединении следует обратить внимание на допустимое давление на входе в насос в зависимости от материала корпуса и типа уплотнения.
Допустимое давление на входе насоса, корпус которого изготовлен из чугуна, не должно превышать 8 кгс/см² (80 мм.в.ст.), в то же время для стального корпуса давление 25 кгс/см², как правило, является допустимым.
Мягкий сальник допускает давление до 10 кгс/см², торцевое уплотнение - до 25 кгс/см²; щелевое и манжетное уплотнение, обеспечивающее само уплотняющее воздействие за счет давления рабочей жидкости, поддерживает давление только с одной стороны и соответственно при этом типе уплотнения не допускается давление на входе в насос.
Если изложить главные требования при эксплуатации центробежных насосов, то следует помнить два основных условия:
- пуск насоса следует производить при заполненных всасывающем трубопроводе и корпусе насоса, и закрытой напорной задвижке;
- запрещается осуществлять пуск насоса при закрытой или не полностью открытой всасывающей задвижке, а также работать более 2 - 3 минут при закрытой напорной задвижке.
2.8 Центробежные насосы, применяемые на НПС
На насосных нефтеперекачивающих станциях магистральных нефтепроводов используется два вида технологических насосов – подпорные и основные (магистральные).
Агрегаты нефтяные электронасосные центробежные магистральные типа "НМ"на подачи 1250...12500 м³/ч предназначены для транспортирования по магистральным трубопроводам нефти с температурой от минус 5˚С до 80°С, кинетической вязкостью не более 3 см³/с, с содержанием механических примесей по объему не более 0,05% и размером не более 0,2 мм. Электронасосный агрегат предназначен также для транспортирования нефтепродуктов сходных с указанной выше нефтью по температуре, кинетической вязкостью, химической активностью и механическим примесям.
Насосы изготовлены по первой группе надежности ГОСТ 6134-71 в климатическом исполнении ХЛ, категории размещения 4 ГОСТ 15150-69.
Электронасосный агрегат состоит из насоса и приводного двигателя. С четырьмя насосными агрегатами поставляемыми на одну насосную станцию комплектно отправляются маслоустановка, насосы откачки утечек, автоматика и КИП.
Агрегат электронасосный состоит из насоса, электродвигателя, соединительной пластинчатой муфты, ограждения и балок (рам фундаментных) под насос и под двигатель.
Насос типа «НМ».
Насос - центробежный, горизонтальный, одноступенчатый спирального типа с рабочим колесом двустороннего входа, снабженный подшипниками скольжения с принудительной смазкой.
Основными сборочными единицами насоса являются корпус, ротор, торцовые уплотнения, трубопроводы подвода нефти к торцовым уплотнениям, циклоновые сепараторы и подшипниковые опоры.
Базовой деталью насоса является корпус с горизонтальным разъемом, имеющий полуспиральный подвод и спиральный отвод, с лапами, расположенными в нижней части корпуса.
Нижняя и верхняя части корпуса соединяются шпильками с колпачковыми гайками. Горизонтальный разъем уплотняется прокладкой толщиной 1 мм и по контуру закрывается щитками. Применение прокладки другой толщины не допускается.
Входной и напорный патрубки насоса, выполненные под приварку трубопроводов, расположены в нижней части корпуса и направлены в противоположные стороны перпендикулярно оси вращения.
В нижней части корпуса имеются места для отвода утечек нефти.
В крышке насоса и на трубопроводах циклоновых сепараторов имеются места для выпуска воздуха при заполнении насоса нефтью.
Для уплотнения рабочего колеса в корпусе насоса устанавливаются уплотнительные кольца.
Ротор представляет собой самостоятельную сборочную единицу, позволяющую производить ремонт без отсоединения корпуса насоса от подводящего и отводящего трубопроводов.
В состав ротора входят: вал, колесо рабочее из двух половин, защитные гильзы и крепежные детали.
Ротор насоса разгружен от осевых гидравлических сил.
Правильная установка ротора в корпусе насоса в осевом направлении достигается подгонкой толщины дистанционного кольца.
Опорами ротора служат подшипники скольжения.
Центровка ротора насоса в корпусе производится перемещением корпусов подшипников с помощью регулировочных винтов, после чего корпуса подшипников штифтуются. При перезаливке или замене вкладышей следует центровку ротора произвести заново.
Смазка подшипников принудительная от маслоустановки. Количество масла, подводимого к подшипникам, регулируется с помощью дроссельных шайб, устанавливаемых на подводе масла к подшипникам. В случае аварийного отключения электроэнергии для подачи масла к шейкам вала предусмотрены смазочные кольца.
Остаточное осевое усилие ротора воспринимают два радиально-упорных шарикоподшипника, установленных с не приводного конца вала.
Концевые уплотнения ротора механические, торцовые одинарные с
гидравлической разгрузкой и резервной парой, блочного типа.
Герметизация торцового уплотнения обеспечивается действием пружин, создающих плотный контакт неподвижного и вращающегося колец и гидростатического давления уплотняемой жидкости.
В насосе предусмотрена система очистки нефти в циклоновом сепараторе и подачи ее для охлаждения торцового уплотнения.
Жидкость забирается из напорной полости крышки насоса в зоне установки колец уплотнительных и по входному трубопроводу подается на вход циклонового сепаратора. Очищенная жидкость по напорному трубопроводу подается на торцовое уплотнение, а затем через щель сбрасывается в подвод в сторону рабочего колеса. Нефть с примесями из циклонового сепаратора сбрасывается в подвод.
Рисунок 2.29 Насос НМ
Направление вращения ротора - по часовой стрелке, если смотреть со стороны двигателя, и указано стрелкой на корпусе насоса. Передача крутящего момента от двигателя к насосу осуществляется при помощи пластинчатой муфты.
Принцип работы насоса.
Принцип работы заключается в преобразовании механической энергии двигателя в гидравлическую энергию потока перекачиваемой среды. Перекачиваемая жидкость через входной патрубок по полуспиральному подводу поступает в рабочее колесо, состоящее из двух половин. В рабочем колесе происходит преобразование энергии привода в энергию потока.
Из рабочего колеса перекачиваемая жидкость поступает в спиральный отвод, в котором происходит преобразование энергии потока перекачиваемой жидкости в энергию давления и отвод жидкости из насоса в отводящий трубопровод.
Маркировка насосов в той или иной степени указывает на их основные технические и конструкционные характеристики. Полная маркировка насоса НМ содержит группу буквенных обозначений, например: НМ 10000-210, где НМ нефтяной магистральный, 10000 - подача (производительность насоса) м3/час, 210 - напор в метрах столба перекачиваемой жидкости.
|
