Вопрос 2.20. Конструктивные особенности центробежных насосов

Конструкция рабочих колес и отводов центробежного насоса. На рис. 2.17. показан наиболее простой по конструкции одноступенчатый консольный насос с осевым входом. Основными узлами этого и других центробежных насосов являются: подвод насоса 2, рабочее ко­лесо 4, отвод 1, уплотнения рабочего колеса 3, сальник 5, вал насоса б,

-67-

опоры вала 7. Вал насоса соединяется с приводящим двигателем с помощью муфты 5. Жидкость поступает в подвод насоса и переме­щается рабочим колесом в отвод, который соединен с нагнетатель­ным трубопроводом.

Рабочее колесо в большинстве насосов состоит из следующих ча­стей: ступицы, переднего и заднего дисков и лопастей. Вращение вала насоса передается закрепленной на нем ступице и соединенному со ступицей заднему диску, а затем лопастям и переднему диску рабоче­го колеса.

Как видно, такой тип рабочего колеса аналогичен по своей конст­рукции колесу консольного насоса (см. рис. 2.17.), которое имеет два уплотнения (на переднем и заднем диске). Уплотнение на заднем дис­ке колеса и разгрузочные отверстия позволяют уменьшить осевое давление, действующее на колесо.

В насосах многих типов применяется, как отмечалось выше, вза­имно противоположное расположение рабочих колес, при котором в насосе имеются два подвеса и один отвод.

Такая конструкция центробежных насосов полностью исключает осевое давление. Они предназначены для подачи больших количеств жидкости. Применяются рабочие колеса с одним диском (полуотк­рытые) и без дисков (открытые). В полуоткрытых и открытых рабо­чих колесах существенно уменьшены потери мощности на дисковое трение. Такие насосы имеют несколько меньшие осевые габаритные размеры, чем насосы с обычными рабочими колесами. Такая конст­рукция дает преимущества, например, в многоступенчатых скважинных насосах, где число ступеней достигает нескольких сотен, и умень­шение длины насоса приобретает большое значение. Отводы насосов могут быть спиральными и лопаточными.

Рис 2.17. Консольный насос

-68-

В многоступенчатых насосах отвод переходит в канал, подводя­щий жидкость к следующему рабочему колесу. Отвод при этом мо­жет быть кольцевым и с непрерывной лопаточной системой. Лопа­точный отвод, а в многоступенчатом насосе узел отвода и подвода часто называется направляющим аппаратом.

Уплотнения в насосе. Уплотнения в насосе предназначаются для предотвращения утечек жидкости или проникновения воздуха в по­лости всасывания насоса, уменьшения утечек жидкости в зазорах между рабочим колесом и корпусом, отводом или направляющим аппаратом насоса и предотвращения утечек жидкости в месте уплот­нения вала.

В консольном насосе проникновение воздуха на его вход возмож­но только через соединение входа с подводящим трубопроводом. В этом месте применяются различные уплотнения (во фланцевом со­единении ушютнительные кольца, прокладки и др.). В насосе с вы­носными опорами устанавливаются уплотнения по вращающемуся валу. Применяются в основном уплотнительные устройства двух ти­пов: сальники с уплотнениями из мягкого материала и торцевые уп­лотнения.

Сальник (рис. 2.18, а) состоит из упругой набивки 1 и грундбуксы 2, поджимающей набивку. Грундбукса подтягивается обычно двумя гай­ками, навинчивающимися на шпильки, которые ввинчены в корпус насоса (см. рис. 2.17.). Сальники, устанавливаемые на входе насоса, часто имеют полое кольцо (фонарь), к которому подается заградитель­ная жидкость под небольшим давлением. В результате создается до­полнительное препятствие попаданию воздуха на вход насоса.

В сальниках на выходе насоса иногда устанавливаются полые кольца для подвода охлаждающей или смазывающей жидкости или задержки и отвода подаваемых насосом токсичных или огнеопасных жидкостей.

Упругая набивка сальника прижимается к валу с большим усиле­нием. Это вызывает нагрев и износ вала и набивки. Поэтому при под­тягивании грундбуксы не следует прикладывать чрезмерное усилие, но в то же время необходимо поджимать набивку регулярно.

Упругая набивка обычно изготавливается из хлопчатобумажного шнура, пропитанного графитом и жиром. При высоких температурах применяется асбестовый шнур и другие специальные набивки. Упру­гая набивка сальника иногда чередуется с кольцами из антифрикци­онного металла которые применяются для отвода теплоты от вала, а в некоторых случаях для лучшей его центровки. Для предохране­ния вала от износа на него обычно надевается втулка.

Широкое распространение получили торцевые уплотнения (рис. 2.18, б), состоящие из неподвижного кольца 1, закрепленного в корпусе

- 69 -

Рис. 2.18. Сальниковое (а) и торцевое (6) уплотнения

насоса, и кольца 2, вращающегося с валом. Кольцо 2 прижимается к кольцу 1 пружиной 3, которая может располагаться и в неподвиж­ных деталях. При применении заградительной жидкости, последняя подводится между двумя торцевыми уплотнениями. Давление на плоскости соприкосновения колец составляет 0,08-0,15 МПа. Коль­ца изготавливаются из износоустойчивых материалов (бронза, нержа­веющая сталь, керамика, твердые сплавы, обработанный для получе­ния повышенной твердости графит) и отличаются высокой точнос­тью размеров и чистотой обработки поверхностей. Торцевые уплот­нения применяются, в частности, в нефтяных магистральных насо­сах, подающих нефть и нефтепродукты с температурой от -15 до

+80 °С и содержанием механических примесей по объему не более 0,2 %. Тор­цевые уплотнения обеспечивают герметичность в месте выхода вала из корпуса насоса. К материалам пар трения торцевых уплотнений

-70-

предъявляются следующие требования: стойкость к воздействию по­даваемой среды (потери по массе за 60 сут. не более 0,01 %), непрони­цаемость для подаваемой среды, отсутствие схватывания и заедания в момент пуска насоса, фрикционная теплостойкость (наработка до появления первой трещины не менее 3000 ч), значение коэффициен­та трения на контакте не более 0,1. Средняя наработка на отказ тор­цевых уплотнений нефтяных магистральных насосов составляет 10000 ч.