Возможности повышения эффективности центробежных насосов

Центробежные насосы для транспорта нефти, а также высоконапорные насосы нефтехимических производств обычно выполняют с радиальными опорами скольжения, расположенными вне пространства рабочей среды.

Для своего функционирования опоры таких насосов нуждаются в автономных системах смазки от отдельной маслостанции, что связано с некоторыми дополнительными энергетическими затратами на работу насосных агрегатов. Выносные опоры, расположенные на концах вала насоса определяют внешний облик насосного агрегата, его габариты и весовые характеристики.

Для насосов, перекачивающих жидкости с абразивными включениями, устройство выносных опор (смазываемых от отдельной маслосистемы) экономически оправдано. Однако для насосов, перекачивающих жидкости без абразивных включений или с незначительной их концентрацией, выгоднее использовать в качестве смазки саму перекачиваемую среду или воду. Переход на смазку водой вместо традиционно используемого масла позволяет снизить потери на трение в опорах. Использование в качестве смазки перекачиваемой среды позволяет отказаться от отдельной маслостанции. Переход же на внутренние опоры, смазываемые перекачиваемой средой, позволяет отказаться от отдельной маслостанции и сократить размеры вала насоса. Поэтому уже несколько десятилетий ведутся опытноконструкторские работы, содержанием которых, в одном случае, становится простая замена масляной смазки опор насосов на смазку водой, в другом - отказ от внешних выносных опор и переход на внутренние опоры, смазываемые перекачиваемой средой. Реализация указанных путей в практику насосостроения сулит весомые экономические выгоды при эксплуатации.

Проведенные экспериментальные работы показали, что надежная работоспособность опор на воде в режиме гидродинамической смазки для центробежных насосов обеспечивается при частоте оборотов не ниже 3000 об/мин. Возможность использования таких маловязких сред как вода в качестве смазки, для традиционного конструктивного исполнения опор скольжения центробежных насосов, связана с необходимостью повышения несущей способности их опор. Особенно это касается режимов пуска и останова агрегатов. Некоторые специалисты предлагают решить эту задачу путем обеспечения гидростатического взвешивания ротора в режиме пуска-останова за счет подвода в опору смазки высокого давления от независимого источника и перехода на гидродинамический режим работы при выходе насоса на условия работы с номинальной частотой вращения ротора.

В то же время результаты испытаний центробежных насосов с выполнением опор скольжения, совмещенными с щелевыми уплотнениями буртов колес насосных агрегатов, показали их работоспособность и при низкой частоте вращения вала насоса. Отличие подшипников скольжения, совмещенных с щелевыми уплотнениями, от подшипников скольжения традиционного исполнения заключается в том, что подвод смазки осуществляется не в карманы подшипников, а в щели с торца такого подшипника со стороны полости высокого давления. В этом случае при работе насоса используется гидростатический перепад давления рабочей среды на опоре, значительно повышающий ее несущую способность. Однако проблема низкой несущей способности слоя жидкости в щели и износа такой опоры с торцовым подводом смазки на режиме пуска-останова, когда насос еще или уже не создает давления за колесом, и тем самым перепада давления на щели в опоре, остается здесь также нерешенной.

Для повышения несущей способности радиальных опор можно выделить два основных способа управления несущей способностью этих опор, в том числе и для опор с торцовым подводом смазки: - увеличение диаметра и длины подшипниковой опоры; - увеличение полноты эпюры давления в несущей щели и жесткости слоя смазки.

Анализируя параметры влияния первого способа, важно отметить значимость размеров диаметра опоры на величину несущей способности. Использование второго способа связано с образованием конфузорной формы щели в подшипнике скольжения.

Подшипники, в которых конструктивными мерами обеспечивается образование конфузорной формы щели, известны. Конструктивно эту задачу можно решить, например так, как это предложено в патенте РФ №2210684. Выполненные экспериментальные исследования такой конструкции подшипника-уплотнения подтвердили влияние перепада давления на изменение размера выходной щели в подшипниковой паре.

Для подшипников с торцовым подводом смазки характерна недостаточная изученность гидродинамических процессов в щели. Несмотря на это применение их в насосах и компрессорах, т.е. в устройствах, где имеется значительный гидростатический перепад давлений рабочей среды, сулит определенные выгоды, из-за их повышенной несущей способности, связанной с использованием перепада гидростатического давления на опоре.

Использование подшипниковых опор, совмещенных с щелевыми уплотнениями на буртах насосного колеса для одноступенчатого насоса по патенту РФ №2202053, приведено на рис. 1. Насос содержит корпус 1, вал 2 с установленным на нем подвижным в осевом направлении рабочим колесом 3 разгруженного типа и подшипниковые опоры 4, 5, расположенные на буртах ведущего 6 и ведомого 7 дисков рабочего колеса по обе его стороны и образующие с колесом радиальные опоры и осевые разгрузочные устройства. При этом бурты ведущего и ведомого дисков рабочего колеса размещены на наружном диаметре рабочего колеса и длина каждого из них должна быть не менее 0,25 диаметра бурта колеса; Стабильность осевого положения ротора обеспечивается разгрузочными устройствами, содержащими упорные втулки 8,9, образующими дроссельные щели hT и hР с рабочим колесом и камеры 10,11.

Для многоступенчатых насосных агрегатов с тяжелыми роторами возможно выполнение двух крайних опор несущими и ряд промежуточных опор пусковыми. При одинаковых начальных зазорах в этих опорах отличаться они будут тем, что несущие опоры выполняются с деформируемыми втулками, а пусковые - из антифрикционных материалов (например, силицированного графита, карбида кремния). Задачей пусковых опор является защита несущих опор от разрушения или изменения размеров при пуске-останове агрегата; задачей несущих опор - принять на себя основную радиальную нагрузку за счет образующихся в них гидродинамических и гидростатических сил после выхода агрегата на расчетную частоту оборотов.

В сравнении с традиционным исполнением насосов положительный эффект в части повышения ресурса работы, упрощения конструкции, снижения стоимости изготовления, удобства и качества эксплуатации достигается тем, что: - радиальные опоры выполняются на большем диаметре и потому обладают большей несущей силой, зависящей прямо пропорционально от диаметра опоры; - вал привода разгружен от осевых нагрузок. - объективно необходимые в насосах объемные потери перекачиваемой среды в виде утечек для питания подшипников и устройств осевой разгрузки в данной конструкции используются самым рациональным образом - вначале для смазки радиальных опор, а затем для обеспечения осевой уравновешенности колеса.

Такое исполнение насосов повлечет уменьшение осевых размеров вала, снижение стоимости производства, монтажа и обслуживания насосов.

По экспертной оценке насосы с опорами скольжения на буртах насосных колес со смазкой перекачиваемой средой в сравнении с существующими насосными агрегатами могут иметь показатели КПД выше на 2-6%, меньшие, до 10%, длину и вес агрегата, а стоимость производства и обслуживание насосов - ниже на 10-15%.

60 лет вместе со страной создаем большую энергетику: Северное монтажное управление — лидер тепломонтажных организаций региона.

ВИБРОМЕЛЬНИЦА ВМ-200 — исключительная надежность.

TIKKURILA COATING: промышленные покрытия для бетонных полов.

Максимальная надежность — ключ к тайне успеха.

Кровельные системы PAROC.

Архитектурная премия вручена.

В фокусе — финский гранит.

Главная Публикации