Насосы общего назначения, конструкция, вид, насос насосы, консольные, спиральные, секционные, скважные, погружные, моноблочные, энергетические, питательные, электронасосы, агрегаты
Это наиболее распространенная группа насосов, предназначенных для перекачивания чистых или слегка загрязненных, химически нейтральных, маловязких жидкостей с температурой до 100° С
Представление о зонах применения различных конструктивных типов насосов общего назначения дает рис. Основные детали таких насосов изготавливают из серого чугуна и углеродистой стали. Для быстроизнашивающихся деталей иногда применяют хромистую сталь. По конструктивным признакам насосы общего назначения разделяют на ряд типов.
Консольные насосы (тип К) выпускают с параметрами по ГОСТ 8337-57: Q — 8,6ч-288 м3/ч, Н = 8,7-И 10 м, п = 2900ч—5-1450 об/мин. Базовой деталью насоса является опорный кронштейн, в котором на двух шарикоподшипниках устанавливают вал. К кронштейну шпильками крепят спиральный корпус, напорный патрубок которого в нормальном исполнении направлен вертикально вверх. При необходимости патрубок можно повернуть на угол 90, 180 и 270° от нормального положения. В корпусе*выполняют отверстия для выпуска воздуха, слива воды и подсоединения манометров.
На консольном конце вала крепят рабочее колесо. Со стороны входной воронки колеса корпус закрывают крышкой с входным патрубком, обеспечивающим осевой подвод жидкости к рабочему колесу.
Концевое уплотнение насоса сальникового типа, которое при необходимости можно заменить торцовым. Незначительные осевые усилия воспринимаются шарикоподшипниками, которые смазы-ваются консистентной смазкой. Плавающий подшипник со стороны насоса воспринимает только радиальную нагрузку, а зафиксированный со стороны муфты шарикоподшипник — радиальную и осевую нагрузки. Для уравновешивания осевого усилия в насосах мощностью больше 10 кВт выполняют разгрузочные отверстия в рабочем колесе. Насос с электродвигателем устанавливают на общей фундаментной плите и соединяют упругой муфтой. За рубежом большое распространение получила конструкция консольных насосов, базовой деталью которых служит спиральный корпус. Входной и напорный патрубки отлиты совместно с корпусом. К корпусу через промежуточную проставку прикреплен опорный узел, в котором на шарикоподшипниках установлен пал насоса. Насосы выпускают с сальниковым или торцовым уплотнением по согласованию с заказчиком. Для создания гидрозатвора и крышке корпуса предусмотрены специальные сверления. Осевое усилие уравновешивается с помощью разгрузочных отверстий. Отличительной особенностью насосов этого типа является компактность конструкции, малая масса, отсутствие необходимости демонтажа трубопроводов при разборке насосов. Чтобы снимать электродвигатель при разборке насоса, соединительная упругая муфта выполнена с промежуточной проставкой.
Наиболее перспективными с точки зрения массы и габаритных размеров являются консольные насосы моноблочной конструкции . Спиральный корпус насоса через промежуточный фонарь прикреплен к фланцу электродвигателя. Напорный можно установить в разных положениях аналогично насосам тина К. Рабочее колесо установлено на валу электродвигатели. На насосах мощностью более 10 кВт осевое усилие уравновешивается с помощью отверстий. Остаточные неуравновешенные усилия воспринимаются подшипниками электродвигателя. Чищеные уплотнения насоса сальникового типа с гидравлическим шаром. Для моноблочных насосов желательно применять торцевые уплотнения торцового типа либо специальные манжетные уплотнения. Насосы моноблочной конструкции можно применять с серийными фланцевыми электродвигателями, используя промежуточный вал, который соединяется с валом электродвигателя специальной жесткой муфтой . Моноблочные насосы отечественного производства типа КМ и ЕКМ имеют параметры, аналогичные параметрам насосов типа К.
Наряду со стандартными, консольные насосы нашли широкое распространение в передвижных насосных установках. Консольное расположение рабочего колеса на валу применяется для вертикальных центробежных насосов. Обычно по такой схеме выполняют крупные насосы, используемые в системах орошения, промышленного водоснабжения. На рис. 125 приведен продольный разрез насоса В17-16/55 с параметрами: Q = (52-4-58)103 м3/ч; Н = 57ч-51 м; JV = 9400 кВт; п = 250 об/мин. Масса собственно насоса около 100 т.
Спиральный корпус насоса состоит из двух частей и имеет торцовый разъем в плоскости, перпендикулярной оси рабочего колеса. В верхней части корпус закрыт крышкой, служащей одно-временно корпусом концевого уплотнения. Насос поставляют с двумя вариантами уплотнений: двойным торцовым или сальниковым. К верхней крышке прикреплен корпус направляющего подшипника скольжения с самоустанавливающимися сегментами, залитыми баббитом. Для смазки подшипников предусмотрена масляная ванна с системой охлаждения.
Для уравновешивания гидравлического осевого усилия ротора в рабочем колесе выполнены разгрузочные отверстия. Остаточное осевое усилие и вес ротора воспринимается пятой электродвига-теля. Валы насоса и электродвигателя жестко соединены фланце вым соединением. В нижней части к корпусу присоединяется проставок и колено всасывающего трубопровода.
Насосы двустороннего входа являются наиболее распространенным типом одноступенчатых насосов после консольных. На сосы типа Д по ГОСТ 1072-73 выпускают на параметы: Q = — 160-12 600 м3/ч; И = 15-90 м; п = 485-2900 об/мин.
Насос горизонтальный одноступенчатый «спирального типа с торцовым разъемом корпуса в горизонтальной плоскости.
Входной и выходной патрубки насоса, расположенные в нижней части корпуса, направлены горизонтально в противоположные стороны. Плоскость разъема уплотняется паронитовой прокладкой. Уплотняющее усилие создается шпильками, расположенными по плоскости разъема.
Насос имеет двусторонние выносные опоры, которые крепятся к его корпусу и фиксируются штифтами. Опорами ротора могут быть подшипники качения или скольжения в зависимости от размера насоса. Корпус подшипников имеет горизонтальный разъем. Смазка подшипников кольцевая или консистентная. В корпусах подшипников предусмотрены камеры для охлаждения. Концевые уплотнения сальникового типа с гидравлическим затвором, осуществляемым перекачиваемой жидкостью, подводимой от спирального отвода.
Ротор насоса представляет собой отдельный сборочный элемент. Некоторые типы насосов имеют два рабочих конца вала для изменения направления вращения на месте эксплуатации путем поворота насоса на 180°.
Наряду с одноступенчатыми известны двухступенчатые насосы с двусторонним входом, причем ступени могут соединяться как последовательно так и параллельно. Крупные насосы с колесами двустороннего выхода могут иметь также и вертикальное исполнение 1611.
В зарубежной практике для крупных насосов часто применяют составной отвод и рабочие колеса с двусторонним входом.
Многоступенчатые насосы в отечественном насос остроении применяют как спирального, так и секционного типов.
Спиральные насосы выпускают, как правило, для средних напоров. Число ступеней не более шести. Параметры насосов: Q — 90-3600 м3/ч; И = 64-И 120 м; л = 1000 н—J-2900 об/мин.
Корпус насоса имеет торцовый разъем в горизонтальной плоскости. Входной и выходной патрубки расположены в нижней части корпуса и направлены горизонтально в противоположные стороны. Ступени насоса соединены между собой переводными каналами или трубами. Для уравновешивания осевого усилия в насосах спирального типа рабочие колеса обычно насажены на вал с симметричным расположением входных воронок. Остаточное неуравновешенное осевое усилие воспринимается радиально-упорными шарикоподшипниками, фиксирующими одновременно положение ротора в насосе. Рабочее колесо первой ступени обычно имеет повышенную всасывающую способность или двусторонний вход. Сальниковое уплотнение со стороны первой ступени имеет гидравлический затвор. Для загрузки сальникового уплотнения другого конца вала используют отвод жидкости после дросселирующей щели во входной патрубок.
Опорами ротора могут быть как подшипники скольжения, так и качения устанавливаемые в разъемные корпуса. Смазка подшипников- жидкая кольцевая. В корпусах подшипников предусмотрены камеры или змеевики для охлаждающей воды.
В зависимости от размеров насосы поставляют на раздельных или на общих фундаментных плитах с электродвигателем.
Секционные насосы с направляющим аппаратом в соответствии с ГОСТ 10407-70 по высоте всасывания разделяют на две группы: нормальную и высокооборотную. Насосы ЦНС (центробежный насос секционный) выпускают на параметры: Q = 8 — 850 м3/ч; Н — 60-1900 м; п = 1475^-2950 об/мин.
Насос (рис. 128) представляет собой обычную секционную конструкцию с односторонним расположением рабочих колес. Направляющие аппараты в насосах одних типов изготовляют совместно с секциями, в других — запрессовывают в секции. Секции и крышки со стороны входа и выхода соединены стяжными шпильками и образуют корпус насоса. В стыках корпуса проложены резиновые уплотнительные кольца. К крышкам корпуса на заточках шпильками прикреплены подшипниковые кронштейны. Совместно с крышками отлиты патрубки и опорные лапы. Осевое усилие ротора уравновешивается гидравлической пятой. Вода от разгрузочного устройства по трубопроводу отводится в кольцевую камеру подвода к первой ступени.
Концевые уплотнения ротора сальникового типа с гидравлическим затвором. Опорами ротора служат самоустанавливающиеся шарикоподшипники. Смазка подшипников — консистентная. Корпуса подшипников уплотнены резиновыми манжетами. Перед подшипниками на валу установлены водоотбойные кольца. В крупных насосах применяют подшипники скольжения с кольцевой смазкой.
Насос с электродвигателем соединен упругой пальцевой муфтой. Узел гидравлической разгрузки требует постоянного внимания при эксплуатации и часто служит причиной выхода насоса из строя. В зарубежном насос остроении довольно распространены конструкции секционных насосов без гидропяты. Так, например, в ГДР многоступенчатые насосы общего назначения с напором до 200 м выполняют с рабочими колесами, осевое усилие которых уравновешивается с помощью разгрузочных отверстий. В насосах типа HQV (ГДР) осевое усилие уравновешивается благодаря симметричному расположению рабочих колес, и необходимость применения гидропягы исключается (рис. 129). Входной патрубок направлен вертикально вверх, напорный — горизонтально. Группы ступеней соединены между собой переводной трубкой. Со стороны высокого давления предусмотрена гидравлическая разгрузка сальникового уплотнения. Остаточные неуравновешенные осевые усилия воспринимаются упорным шарикоподшипником. Насосы такого типа изготавливают с четным числом ступеней, достигающим 12.
Для перекачивания относительно небольших количеств жидкостей часто применяют многоступенчатые насосы консольного типа. Число ступеней такого насоса i =1-^6. Осевое усилие уравновешивается с помощью разгрузочных отверстий. Концевые уплотнения могут быть либо сальникового, либо тор-цового типов. Такие насосы выполняют с опорным кронштейном, или как моноблок горизонтального или вертикального типов. При значительном вылете вала во входном патрубке можно предусмотреть дополнительную опору скольжения со смазкой перекачиваемой жидкостью.
СКВАЖИННЫЕ НАСОСЫ
Основным отличием насосов данного типа является то, что они полностью или частично при работе погружены в жидкость. Наибольшее распространение получили скважинные насосы, которые вместе с двигателем находятся ниже уровня воды в скважине. Насосы предназначены для подъема неагрессивной воды с температурой не выше 25° С и содержанием твердых примесей не более 0,01% по массе. В соответствии с ГОСТ 10428-71 насосы выпускают с параметрами: Q= 1,1-*—7-375 м3/ч; Н = 13-г-730 м. Для привода насосов используют специальные электродвигатели с синхронной частотой вращения п —= 3000 об/мин.
Основной отличительной особенностью скважинных насосов является жесткое ограничение радиальных габаритных размеров, обусловленное внутренним диаметром обсадных труб скважины. Характеристика и описание конструкций скважинных насосов приведены в работе С. А. Горгпджаняна и каталоге 541 Скважинный насос представляет собой одно- или многоступенчатый насос вертикального типа. Число ступеней насоса — 30 и более. Обычно насос с электродвигателем соеди-няют жесткой муфтой. Между насосом и электродвигателем предусматривают входное отверстие, которое закрывают защитной сеткой. Отверстие обязательно должно находиться ниже уровня жидкости. Глубину погружения входного отверстия оговаривают в паспортных данных насоса. На напорной стороне насоса устанавливают обратный клапан тарельчатого или шарового типа. К корпусу прикрепляют специальный выходной патрубок для присоединения насосного агрегата к водоподъемному трубопроводу.
Для скважинных насосов применяют ступени полуосевого и радиального типов. В первом случае отводы отливают вместе с секциями, которые соединяют между собой шпильками. Во втором случае отводы устанавливают в обоймы из труб, разделяя их дисками, фиксирующими отводы в осевом направлении. Обоймы соединяют между собой стяжными лентами.
По способу восприятия осевых усилий погружные насосы можно разделить на две группы.
1. Рабочие колеса зафиксированы на валу в осевом направлении. Гидравлическое осевое усилие и вес ротора воспринимает опорное устройство электродвигателя: пята или упорный подшипник.
2. Рабочие колеса свободно перемещаются вдоль вала. На переднем диске рабочего колеса и на обоймах лопаточных отводов выполнены кольцевые пояски, между которыми при работе обра
зуется торцовая щель с малым зазором. Работа такого устройства аналогична работе гидропяты. Подшипники насосов и электродвигателей смазываются и охлаждаются перекачиваемой водой. Для предотвращения попадания твердых частиц на трущиеся поверхности выполняют специальные защитные устройства.
Для привода скважинных насосов чаще всего применяют водозаполненные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Для обмотки используют провод с изоляцией на полиэтиленовой основе, не подверженной воздействию перекачиваемой воды. Кроме того, в погружных насосных агрегатах применяют электродвигатели и других типов.
Рабочие органы погружных насосов изготовляют из чугуна, хромистой стали, бронзы пропилена или полиамида. Корпусные детали обычно изготовляют из серого чугуна.
В насосах часто применяют резиновые подшипники Скважинные насосы с трансмиссионным валом (артезианские насосы) предназначены для подачи воды с температурой до 35° С и содержанием твердых примесей до 0,5% по массе. По ГОСТ 14835-69 насосы выпускают с параметрами: Q = 4-н 1250 м3/ч; И — 20-200 м; п = = 1500+3000 об/мин.
Насосная установка состоит из насоса и трубопровода, расположенных в скважине, опорного колена и привода, расположенных на поверхности земли. Насос и привод соединены трансмиссионным валом, расположенным в трубопроводе. Приводится насос от серийного или специального электродвигателя вертикального типа. При приводе от серийного двигателя осевое усилие воспринимает упорный подшипник опорного колена. При приводе от специального двигателя валы соединяют жесткой муфтой, осевое усилие воспринимает пята электродвигателя. Насосы могут приводиться двигателями внутреннего сгорания. В этом случае в опорном колене устанавливают также угловой редуктор. Участки вала соединяют между собой жесткими муфтами. Опорами трансмиссионного вала служат радиальные резинометаллические и лигнофолевые подшипники, смазываемые перекачиваемой или очищенной водой от специального источника.
За рубежом для насосов технического водоснабжения применяют баббитовые подшипники с консистентной смазкой от масленок.
Насос по конструкции во многом аналогичен погружным насосам. Опорные колена, секции, тру-бопровода и редукторы артезианских насосов нормализованы по типоразмерам.
Моноблочные погружные насосы предназначены для откачки воды из котлованов, приямков. Насосы могут перекачивать воду со значительным содержанием твердых частиц.
Насос можно стационарно крепить в приямке, устанавливать на дно его либо подвешивать на тросе. В переносных конструкциях жидкость подается по гибкому шлангу.
Электронасосы типа «Гном» выпускают с параметрами: Q = = 10-5-100 м3/ч; Н = 10*25 м; п = 2900 об/мин. Насосы допускают последовательное соединение двух агрегатов.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ НАСОСЫ
Энергетические насосы, непосредственно работающие в тепловой схеме ТЭС и АЭС, являются сложными и мощными агрегатами . Питательные насосы относятся к основному энергетическому оборудованию ТЭС. В связи с этим конструкции таких насосов должны обеспечивать:
длительную надежную эксплуатацию (не менее 10 000 ч) без замены основных деталей и снижения параметров;
полную внешнюю герметичность и отсутствие перетоков в уплотнительных стыках;
свободное температурное расширение без нарушения центровки и динамической устойчивости ротора во всем диапазоне работы;
свободное вращение ротора при частичном парообразовании в проточной части;
удобство сборки-разборки, эксплуатации и ремонта;
возможность отбора определенного количества воды от промежуточной ступени.
Питательные насосы должны иметь стабильную форму напорной характеристики с крутизной 15-20%.
В качестве привода наибольшее распространение получили асинхронные электродвигатели. При мощности более 8000 кВт обычно применяют турбинный привод.
По ГОСТ 7363-65 питательные электронасосы выпускают на парамерты: Q — 35-^720 м3/ч; рк = 56-^200 кгс/см2; псинх = = 3000 об/мин; турбонасосы выпускают с параметрами Q — 380-^ -г-1500 м3/ч; рк -= 185н-350 кгс/см2.
В питательных электронасосных агрегатах некоторых типов применяют гидромуфту и повышающий редуктор. Насосы отечественного производства с давлением нагнетания менее 150 кгс/см2 имеют обычную однокорпусную конструкцию секционного типа (см. рис. 128). При более высоких давлениях общепринятой является двухкорпусная конструкция. Конструктивное исполнение турбонасосов и электронасосов содержит много общих решений. Проточная часть всех питательных насосов вы-полнена из хромистой стали.
Па рис. приведена типовая конструкция двухкорпусного насоса ПЭ580-185/200. В кованом наружном корпусе из углеродистой стали с приварными патрубками, лапами и направляюшими шпонками расположен узел внутреннего корпуса с ротором. Со стороны входа корпус закрыт крышкой с приваренным к ней полуспиральным подводом. С другой стороны наружный корпус закрыт крышкой нагнетания. Стыки с высоким давлением уплотнены плоской металлической прокладкой.
Внутренний корпус состоит из секций, стыки которых уплотняются под действием силы давления, развиваемого насосом. Для отбора жидкости от третьей ступени в теле первых трех секций выполнено по шесть сверлений, по которым вода поступает в камеру между наружным и внутренним корпусами. Из камеры по сверлению в наружном корпусе вода подводится к трубопроводу отбора.
Рабочие колеса посажены на вал по скользящей посадке второго класса точности. Рабочее колесо первой ступени имеет повышенную всасывающую способность, остальные колеса имеют одинаковую проточную часть. Осевое усилие ротора воспринимается гидравлической пятой.
Концевые уплотнения насоса щелевого типа с промежуточным подводом и отводом конденсата. Опорами ротора являются подшипники скольжения с принудительной смазкой. Со стороны свободного конца вала предусмотрен упор ротора с визуальным указателем осевого сдвига. В насосе имеется специальное устройство для прогрева его в состоянии «горячего резерва».
Зарубежные насосостроительные фирмы выпускают одно-корпусные питательные насосы для давлений нагнетания На рис. показана конструкция высоконапорного насоса фирмы КСБ (ФРГ). Для уменьшения числа ступеней насоса повышают частоту вращения (п > 3000 об/мин). Основные детали насоса изготовлены из хромистой стали. Секции корпуса имеют наружные бандажи из углеродистой стали. Стыки секций уплотняются за счет металлического контакта. Однокорпусная конструкция дает возможность легко осуществить отбор жидкости от двух ступеней насоса. В насосе применено комбинированное разгрузочное устройство, состоящее из двух барабанов. Торец второго барабана и подушка пяты образуют торцовую щель малой протяженности. Остаточное осевое усилие на нерасчетных режимах воспринимается упорным подшипником скольжения. Концевые уплотнения насоса торцового типа. Перед уплотнением установлен лабиринтный насос, который обеспечивает циркуляцию жидкости через холодильник. Опорами ротора служат подшипники скольжения с принудительной смазкой. Вкладыши посажены в корпусе по сферической расточке.
Для некоторых тепловых схем ТЭС при недопустимости выхода наружу перекачиваемой жидкости (питательные насосы АЭС) предпочтение отдается двухкорпусной конструкции насоса с развитыми концевыми уплотнениями . Насос фирмы Зульцер имеет следующие параметры: Q — 1150 м3/ч; п = 8650 об/мин; И = 1157 м; N — 4600 кВт, D2 = 340 мм для первой ступени; Н — 766 м, N = 3000 кВт, D2 = 290 мм для второй ступени.
Конструктивными особенностями данного насоса является малое число ступеней, отсутствие сильно нагруженной напорной крышки, удобство сборки и разборки. Ротор насоса имеет повышенную жесткость. Число ступеней выбрано по пределу прочности материала из условия обеспечения удельной быстроходности ступеней ns = 100-г-120. Осевое усилие уравновешивается разгрузочным барабаном. Остаточные неуравновешенные усилия воспринимаются двусторонним упорным подшипником скольжения. Насос соединен с приводом упругой муфтой с металлическим элементом. Уплотнение стыка внутреннего корпуса между полостями высокого и низкого давления осуществляется самоуплотняющимся пакетом асбестовых манжет, надежно работающем при перепаде давления 520 кгс/см2 и температуре до 160° С. Со стороны низкого давления выполнено сильфонное уплотнение. Осевое усилие статора воспринимается разрезным упорным кольцом.
В качестве концевых применены лабиринтные щелевые уплотнения. Ротор при неработающем насосе уплотняется сегментами, прижимающимися к втулке витыми пружинами. При частоте вращения 660 об/мин под действием центробежных сил эти уплотнения раскрываются, и начинает работать щелевое уплотнение. Для уменьшения утечек на втулках уплотнений и разгрузочном барабане выполнены кольцевые канавки.
Опорные подшипники скольжения максимально приближены к рабочим колесам для уменьшения пролета вала.
Надежность и долговечность работы мощных питательных насосов в некоторых случаях повышают даже за счет некоторого снижения экономичности.
Применяют высокооборотные питательные насосы с минимальным числом ступеней, обусловнепным прочностью и коэффициентом быстроходности ступени ns = 100 +? 120.
Для обеспечения работы насоса без механических повреждении в условиях «запаривания» выполняют ротор высокой жесткости, в уплотнениях проточной части делают увеличенные зазоры; уравновешивание осевого усилия осуществляется либо применением колес двустороннего входа, либо разгрузочным барабаном. Неуравновешенные и случайные осевые усилия воспринимаются двусторонним упорным подшипником скольжения.
3. Корпусам насосов придают, по возможности, простые фор
мы, обеспечивающие расчетное определение напряжении и пол
ную дефектоскопию. Конструкция корпуса допускает простую
сборку и разборку насоса.
Для быстроизнашивающихся деталей и уплотняющих прокладок применяют специальные материалы, обеспечивающие высокую надежность и долговечность работы.
Заводы-изготовители выполняют жесткие требования к технологии изготовления, сборке, испытанию и приемке питательных насосов.
Конденсатные насосы по ГОСТ 6000-69 выпускают на параметры: Q = 5-И 600 м8/ч; Н = 20 + 220 м; ДЛД0П — 1,64-2,8 м. Дня получения приемлемых весовых и размерных характеристик насосов их проектируют иа относительно высокую частоту вращения 1000-2950 об/мин, что требует применения рабочих органов первой ступени с высокой всасывающей способностью, могущих работать в условиях начальной кавитации иа входе. При этом применяют предвключенные осевые колеса или колеса дву-стороннего входа для первой ступени.
Конденсатные насосы обычно устанавливают на общей фундаментной раме с приводным электродвигателем и соединяют с ним упругой пальцевой муфтой.
Малые конденсатные насосы представляют собой горизонтальные многоступенчатые насосы секционного или спирального типов. Отличительной особенностью является конструкция рабочих органов первой ступени и наличие постоянно действующего гидравлического затвора концевых уплотнений.
Из условия удобства компоновки и уменьшения занимаемой площади крупные насосы обычно имеют вертикальное исполнение .
Большинство отечественных конденсатных насосов вертикального исполнения имеют двухкорпусную «горшкообразиую» конструкцию с одним внешним уплотнительным стыком. Внутренний корпус вынимается из наружного без демонтажа входного и выходного трубопроводов, подсоединяемых к соответствующим патрубкам наружного корпуса. Насос с односторонним расположением рабочих колес. Рабочие колеса и отводы всех ступеней, кроме первой, имеют одинаковую проточную часть. Рабочее колесо первой ступени расположено в нижней точке насоса и имеет расширенную входную воронку, перед ним установлено предвключепное винтовое колесо.
Осевое усилие ротора уравновешивается разгрузочным барабаном. Остаточное неуравновешенное осевое усилие воспринимается сдвоенным радиально-упорным шарикоподшипником с жидкой смазкой. В корпусе верхнего подшипника предусмотрены камеры для смазки и охлажения. Масло из камеры винтовой втулки подается к подшипнику и по пазам самотеком сливается обратно в ванну. Нижний опорный подшипник скольжения смазывается перекачиваемым конденсатом. Концевое уплотнение насоса — сальникового типа с гидрозатвором и охлаждением холодным конденсатом.
Тенденции в развитии конденсатных насосов сводятся к следующему.
Для мощных насосов часто используют однокорпусную конструкцию.
Всасывающую способность повышают главным образом за счет применения рабочего колеса двустороннего входа для первой ступени и низкой частоты вращения ротора (п < 1500 об/мин).
В насосах, не допускающих внешних утечек, в качестве концевого применяют торцовое уплотнение, для демонтажа которого соединительную муфту выполняют с проставкой.
Известны конструкции агрегатов, объединяющие насосы первого и второго подъемов (рис. 137). В насосе предусмотрена перепускная часть. После первой ступени конденсат отводится в конденсатоочистительное устройство, а затем через второй патрубок подводится к последующим ступеням, являющимся насосом второго подъема.
Циркуляционные насосы имеют подачу 20 000-30 000 мя/ч. Насосы работают с давлением на входе около 100 кгс/сма при температуре перекачиваемой жидкости до 300° С. Масса насосов около 100 т. Внешние утечки перекачиваемой жидкости не до пустимы. Все это налагает особые требования к конструкции насосов.
Отечественные и некоторые зарубежные констукции циркуляционных насосов подробно описаны в работе Н. М. Синева и П. М. Удовиченко 153]. Для маломощных реакторов обычно применяют герметичные насосы. Для мощных блоков преобладающее распространение получили бессальниковые насосы с механическими уплотнениями валов обеспечивающими контролируемые утечки. Эти насосы обладают целым рядом общих конструктив ных признаков и имеют следующие преимущества по сравнению с герметичными насосами:
возможность подсоединения маховика, обеспечивающего работу насоса и охлаждение реактора при прекращении подачи электроэнергии к приводу;
простота ремонта и восстановления мотора;
возможность применения обычных электромоторов с максимальным к. п. д. для любых мощностей и напряжений;
более низкая стоимость насоса.
Насосы выполняют по схеме одноступенчатого консольного насоса вертикального типа с радиальным или диагональным рабочим колесом. Сферический кованый корпус патрубками приваривают к трубопроводам. В корпусе выполняют кольцевой отвод. За рабочим колесом устанавливают направляющий аппарат для уравновешивания радиальных усилий. Сверху корпус закрывают напорной крышкой, которая служит базой для размещения теплового барьера, гидростатического или гидроди-динамического подшипника, разгрузочного устройства, механического уплотнения, камер подвода охлаждающей воды.
Радиальные гидростатические подшипники смазываются перекачиваемой жидкостью. Отсутствие соприкосновения вращающихся и неподвижных частей обеспечивает высокую долговечность работы подшипников.
Осевое усилие воспринимается упорным подшипником скольжения, который можно устанавливать либо в насосе и моторе, либо только в моторе. При установке подшипника только в моторе уменьшаются вертикальные габаритные размеры насоса, потери в упорных подшипниках, время для разборки уплотнения насоса. Однако в этом случае повышаются требования к точности изготовления электродвигателя и центровке агрегата, так как валы должны соединяться жесткой муфтой. При наличии двух упорных подшипников можно применять упругую или зубчатую муфты. Обе схемы пригодны для использования.
Насосный агрегат устанавливают на подвижных шаровых опорах, обеспечивающих его свободное перемещение при температурных деформациях трубопроводов.
НАСОСЫ ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности применяют различные типы лопастных насосов, которые отличаются друг от друга по конструкции, свойствам перекачиваемой среды, компоновке в системе и т. д.
Отличительной особенностью специальных нефтяных насосов является преобладающее распространение насосов спирального типа. В нефтеперерабатывающей промышленности широко используют насосы с обогреваемым или охлаждаемым корпусом.
Ниже приводится описание наиболее характерных типов насосов.
Нефтяные магистральные насосы предназначены для перекачки по трубопроводам нефти с температурой до 80° С, кинематической вязкостью до 3 см2/с, с механическими примесями размером не более 0,2 мм и содержанием до 0,05% по объему. Для мощных трубопроводов по ГОСТ 12124-74 выпускают насосы с параметрами: Q = 125-И 0 000 м3/ч; // = 550-210 м; лстх = = 3000 об/мин.
Насосы имеют однотипную унифицированную конструкцию (рис. 139). Насос одноступенчатый, горизонтальный с рабочим колесом двустороннего входа, с двухзавитковым спиральным отводом. Разъем корпуса уплотнен паройптовой прокладкой и снаружи закрыт защитным щитком. Сварно-литое рабочее колесо плотно посажено на вал по двум шпонкам.
Концевые уплотнения торцовые, механические, гидравлически разгруженные. Уплотнения можно вынуть из корпуса без демонтажа электродвигателя. Для этого в зубчатой муфте предусмотрена проставка. Для разгрузки уплотнения имеется кольцевая щель и разгрузочный трубопровод. Во избежание парения нефти корыта корпуса закрыты уплотняющими кожухами.
Опорами ротора служат подшипники скольжения с принудительной смазкой от маслоустановки агрегата. Для обеспечения смазки во время выбега насоса при повреждении маслосистемы предусмотрены смазочные кольца.
Насос приводится синхронным электродвигателем, который располагается в изолированном помещении.
В зарубежной практике наряду с насосами двустороннего входа применяют также двух-четырехступенчатые насосы спирального типа.
Насосы для нефтеперерабатывающей промышленности обеспечивают технологический процесс переработки нефти на нефтепродукты. Широко используют одно- и двуступснчатые насосы консольного типа с рабочими колесами одностороннего и двустороннего входа. Многоступенчатые насосы спирального типа также нашли широкое распространение в нефтепереработке.
Отличительной особенностью нефтяных насосов является применение механических торцовых концевых уплотнений. В насосах обычно предусмотрена возможность замены торцовых уплотнений сальниковыми. В «горячих» насосах имеются камеры для интенсивного охлаждения уплотнений. Для повышения всасывающей способности рабочее колесо первой ступени выполняют с двусторонним входом.
Из условий удобства компоновки в системе входной и выходной патрубки консольных насосов часто выполняют направленными вертикально вверх.
Высоконапорные «горячие» насосы, в первую очередь крекинг-насосы, изготовляют двухкорпусными, что обеспечивает их полную внешнюю герметичность, малую чувствительность к большим температурным расширениям, малую затрату времени на ревизию и ремонт. Принципиальное отличие этих насосов заключается в конструкции внутреннего корпуса.
В качестве привода насосов для нефтеперерабатывающей промышленности рекомендуется применять взрывонепроницаемые (взрывобезопасные) электродвигатели.
Насосы для заводнения нефтяных пластов используют во многих нефтедобывающих районах страны. Широко применяют серию насосов ЦИС 180 на параметры: Q =?-= 180 м3/ч; И = 950-1900 м; п — 2950 об/мин. Насосы предназначены для закачивания нейтральных или агрессивных вод в нефтеносные пласты.
Насосы горизонтальные, однокорпусные, секционного типа с односторонним расположением рабочих колес. Осевое усилие уравновешивается гидравлической пятой. Различные напоры получаются изменением числа ступеней от 8 до 16.
В насосах применяют комбинированное концевое уплотнение. Щелевое уплотнение предназначено для разгрузки сальникового уплотнения, которое препятствует выходу воды из насоса. В насосе можно установить торцовое уплотнение. Детали проточной части выполняют из хромистой стали, что обеспечивает ресурс до капитального ремонта порядка 15-20 тыс. ч. Насосы этой серии максимально унифицированы. Насосные агрегаты имеют индивидуальные маслоустаиовки.
Для откачки нефти из скважин широко используют погружные скважинные насосы. Они создают высокий напор (до 1500 м) и состоят из отдельных секций с общим числом ступеней до 300.
ХИМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ
За последние два десятилетия в нашей стране и за рубежом создано большое количество разных по конструкции и назначению химических насосов.
Согласно ГОСТ 10168-75 химические насосы выпускают на параметры: Q — 2-^2200 м3/ч; Н = 18-?-390м; п=960-5-2900 об/мин.
Конструкции химических насосов мало чем отличаются от конструкций насосов общего назначения. Как правило — это одноступенчатые насосы консольного типа с рабочими органами низкой быстроходности ns = 30-.-90.
Основным конструктивным отличием химических насосов является концевое уплотнение, в качестве которого применяют сальниковое уплотнение с набивкой из специальных материалов с гидрозатвором; одинарное или двойное торцовое уплотнение со специальными материалами пар трения (керамика, углеграфит, спец сплавы фторопласт), часто его выполняют с сильфоном; стояночное уплотнение или динамическое уплотнение специальной конструкции.
Другим основным отличием является применение разнообразных материалов для изготовления насосов. Выбор материала обуславливается свойствами перекачиваемой жидкости, требуемой долговечностью работы и др. Детали насосов изготовляют из обычных металлов, высоколегированных сталей (например, 10Х18Н12МЗТЛ, Х23Н28МЗДЗЛ), железокремнистого сплава С15, титана и др. Широко используют для этого синтетические материалы (фенолит РСТ, полипропилен) или гуммирование проточной части резиной (ИРП1025, ИР1258). Отечественной промышленностью начат выпуск химических насосов из фарфора, а также насосов с эмалированной проточной частью.
Сильно нагруженные опоры химических насосов часто должны работать в условиях смазки маловязкой перекачиваемой жидкостью. В качестве материала вкладышей подшипников скольжения используют керамику TK-2I, хастеллой Д, композицию фторопласта-4 с коксом и дисульфид молибденом. В насосах применяют гидростатические подшипники (хастеллой Д по хастел-лою Д).
Рабочие колеса химических насосов (особенно из неметаллических материалов) часто выполняют открытого типа. Со стороны покрывающего диска делают импеллер открытого или закрытого типа для уравновешивания осевого усилия и разгрузки концевого уплотнения.
В различных процессных насосах необходимо применять обогрев или охлаждение корпуса насоса, для чего в нем изготавливают специальные полости для подводимой от внешнего источника жидкости.
Эксплуатировать насосы со стояночным уплотнением на пониженных частотах вращения не рекомендуется.
Насосы типа X выпускают и в моноблочном исполнении с торцовым уплотнением.
Погружные насосы серийно выпускают двух типов: ХП и ПХП.
Вертикальные насосы типа ХП (рис. 142) выполняют с рабочими колесами одностороннего входа. Насосы изготовляют одно-,
двух- и трехступенчатыми.
Базовой деталью насоса является опорная стойка, смонтированная на крышке емкости, из которой откачивается жидкость. Корпус насоса погружают в жидкость на определенную глубину, минимальная величина которой определяется паспортными данными насоса. Корпус может быть выполнен в виде двух полуспиральных отводов или секционного типа с направляющими аппаратами. По отводящим трубам жидкость подается на поверхность емкости. Обычно отводящие трубы объединяют в общий коллектор. Наряду с двухтрубным широко применяют также однотрубное исполнение погружных насосов.
Осевое усилие воспринимается опорно-упорным шарикоподшипником, который смазывается консистентной смазкой. Нижний опорный подшипник скольжения смазывается либо перекачиваемой жидкостью, либо чистой водой, которая подводится к подшипнику от внешнего источника. Средний подшипник часто служит ограничителем колебаний при разгоне ротора насоса.
Насосы типа ПХП имеют выносные нижний и верхний подшипники, расположенные над поверхностью (не менее 100-150 мм) жидкости в емкости. Подшипники имеют консистентную смазку. Для предотвращения попадания паров перекачиваемой жидкости в подшипники в них выполнены специальные уплотнения. Герметичные насосы выпускают для подачи агрессивных, токсичных и взрывоопасных жидкостей. Отечественные насосы типа ХГ имеют следующие параметры: Q = 1-г-ЗОО м3/ч; Н = 10+ ч-200 м [14].
Конструктивное исполнение герметичных насосов отличается большим разнообразием [12]. Герметичные насосные агрегаты могут иметь общие и раздельные контуры циркуляции жидкости в насосе и двигателе. Выпускают насосы вертикального и горизонтального исполнения.
Типовая конструкция герметичного насоса приведена на рис. 143. Вся проточная часть и полость электродвигателя надежно герметизированы. Перекачиваемая жидкость попадает в нижний подшипник скольжения, а затем по пространству между ротором и статором электродвигателя к верхнему подшипнику. Обмотка статора отделена от перекачиваемой жидкости тонкой металлической рубашкой. После прохождения подшипников жидкость отводится во входной патрубок насоса. Циркулирующая жидкость служит также для отвода тепла электродвигателя.
Подшипниковый узел представляет собой совмещенный радиальный подшипник скольжения и пяту для восприятия осевых сил. В качестве материала вкладышей широко применяется пара-керамика ТК-21 и композиция фторопласта-4 с коксом и дисульфидмолибденом. В насосах применяют подшипники как гидростатического, так и гидродинамического типа. Для смазки подшипников необходима чистая жидкость. Если в перекачиваемой жидкости содержатся включения, то перед подшипниками выполняют очистительные устройства или фильтры.
Герметичные насосы, предназначенные для перекачивания сжиженных газов, обычно имеют рабочее колесо с повышенной всасывающей способностью. При перекачивании жидкостей с минусовой температурой вокруг статора электродвигателя выполняют либо змеевик, либо камеру для обогрева.
Обычно герметичные насосы не допускают работы при неполном заполнении. Для контроля заполнения насоса делают специальные сигнализаторы.
В зарубежной практике имеется тенденция создания малогабаритных химических насосов с высокой частотой вращения. Так, например, фирмой Зуидстранд (Швеция) выпускает одноступенчатые высокооборотиые насосы с параметрами: Q = 8-н + 80 м3/ч, Н = 500+1700 м, п — 24 000 + 35 000 об/мии, ц = = 30 + 60%, / = -100ч-280° С. Для насосов применяют электродвигатели с частотой вращения 3000/4800 об/мин.
Насосы вертикального типа имеют встроенный мультипликатор с внутренним зацеплением. Долговечность редуктора при максимальной нагрузке 35000 ч, мощность 150 + 200 л. с.
Рабочее колесо одностороннего входа с радиальными лопастями. Для повышения всасывающей способности перед рабочим колесом устанавливают предвключенный шнек. Насос имеет кольцевой отвод и однокапальный диффузор. Насосы снабжают торцовыми уплотнениями: вольфрамо-карбидное вращающееся кольцо работает в паре с неподвижным графитным. Для отвода твердых частиц перед уплотнением предусмотрен специальный гидроциклон.
В ГДР выпускают консольные насосы из твердого фарфора, который является стойким материалом для всех кислот (кроме плавиковой) и щелочей при температурах до 40° С.
НАСОСЫ ДЛЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Конструктивно насосы для загрязненных жидкостей представляют собой одноступенчатые консольные насосы горизонтального или вертикального исполнений. Отличительной особенностью их является значительная ширина проходных сечений проточной части, обусловленная размером твердых частиц в перекачиваемой жидкости. Специальная форма проточной части, выбираемая обычно из условия обеспечения равномерного износа, обусловливает, как правило, более низкое значение к. п. д. по сравнению с к. п. д. насосов для чистой воды. В насосах для загрязненных жидкостей часто применяют специальные промывочные устройства, которые предотвращают попадание перекачиваемой среды в переднее уплотнение рабочего колеса и в сальниковое концевое уплотнение вала. В корпусе насоса выполнены специальные люки для очистки проточной части в процессе эксплуатации насоса. Для повышения ресурса работы на абразивных гидросмесях проточную часть насоса изготовляют из износоустойчивых материалов.
Характеристики насосов могут существенно изменяться в зависимости от концентрации твердых веществ в перекачиваемой жидкости, что должно учитываться при эксплуатации.
По назначению насосы для загрязненных жидкостей можно объединить в три группы.
Фекальные насосы типа Ф применяют для перекачивания бытовых и промышленных канализационных стоков, волокнистых сред и других нейтральных загрязненных жидкостей.
По ГОСТ 11379-73 определены параметры фекальных насосов с диаметром входного патрубка до 400 мм: Q = 14,5-^2700 м3/ч, Н = 8-н95 м, п = 730^-2900 об/мин. Насосы с диаметром входного патрубка более 400 мм изготовляют по индивидуальным заказам.
Разработаны типовые унифицированные конструкции консольных насосов с рабочими органами, имеющими ns = 60, 90, 120 и рассчитанными иа перекачивание крупных взвешенных частиц. Рабочие колеса имеют широкое меридианное сечение и малое число цилиндрических лопастей; г = 2н-3. Отводы насосов имеют полуспнральиую форму с широкими проходными сечениями.
Базовой деталью насоса является чугунный литой кронштейн, на котором устанавливают ротор и крепят корпусные детали насоса.
Опорой ротора со стороны рабочего колеса служит роликовый подшипник со свободным осевым перемещением. Со стороны привода установлен шарикоподшипник (зафиксированный в осевом направлении) для восприятия радиальных и осевых усилий. Подшипники смазываются консистентной смазкой. К концевому уплотнению сальникового типа подводится чистая вода и вода для охлаждения. Корыто сальника закрыто прозрачным щитом. В корпусе насоса и на входном патрубке выполнены люки, закрытые крышками для осмотра и очистки проточной части насоса.
Крупные фекальные насосы имеют разъемный в горизонтальной плоскости корпус, который устанавливается на собственных опорных лапах.
Центробежные насосы для бумажной массы типа БМ предназначены для перекачивания бумажной массы концентрацией до 8% при температуре не более 100° С.
Параметры насосов определены ГОСТ 11377-73 при работе на воде: Q = 18-2088 м3/ч, Н = 8-79 м, л = 730-2960 об/мин. В приложении к ГОСТ даны ориентировочные характеристики для различной концентрации бумажной массы.
Для нормальной работы насосов скорость движения массы во входном трубопроводе надо выбирать по паспортным данным в зависимости от размеров насоса и концентрации массы.
Типовая конструкция массного насоса приведена на рис. 144. Насосы имеют рабочие органы с ns — 70, 140 и 200. Насосы неразъемными. Для очистки проточной части в отводе и выходном патрубке выполняют люки. Между выходным патрубком насоса и трубопроводом устанавливают переходный патрубок (на рис. 144 не показан)» размеры которого зависят от концентрации массы.
Рабочее колесо закрытого типа имеет малое число лопастей г = 2-ьЗ. При z = 3 меридианное сечение колеса расширяется по радиусу к выходу.
К сальниковому уплотнению через кольцо гидрозатвора подводится чистая вода. Передней опорой ротора служит роликоподшипник. Задняя опора состоит из двух шарикоподшипников: радиального и радиально-упорпого, воспринимающего осевое усилие. Смазка подшипников консистентная.
Допускается подрезка рабочего колеса по наружному диаметру на 10-15% для изменения параметров и последовательная работа двух насосов.
Грунтовые насосы типа ГР предназначены для транспортирования земляных, угольных, лаковых и других гидросмесей.
Параметры грунтовых насосов определяются ГОСТ 9075-75: Q = 27 + 16 000 м3/ч, // = 9,5-100 м, п = 300-1450 об/мин. Насосы могут быть горизонтального и вертикального типов.
По исполнению их разделяют на легкие (однокорпусные) и тяжелые (двухкорпусные) с защитной футеровкой специальными сплавами, резиной, электрокорундом и др. Насосы с расширенной проточ-ной частью для крупных фракций обозначают индексом ГРУ. Допускается последовательная работа двух насосов на общую систему.
Конструкции насосов типа ГР во многом похожи на конструкции массных насосов. Отличительной чертой является подача чистой промывочной воды в уплотнения ступени для уменьшения их износа. К сальнику подводится чистая вода под давлением, на 0,5 кгс/см2 превышающим давление в насосе. Детали проточной части изготавливают из абразивностойких материалов: легированного чугуна ИЧХ28Н2 и ИЧХ16МТ, легированных сталей 35ХНВФЛ и 40ХГСНЛ.
Для ряда производств поставляют грунтовые насосы, проточная часть которых покрыта электрокорундом на бакелитовой связке.
Некоторые типы грунтовых насосов имеют гуммированную проточную часть, обеспечивающую высокую долговечность насоса при перекачивании химически активных жидкостей, содержащих твердые частицы размером до 8 мм.
По технологическим причинам рабочее колесо гуммированных насосов выполняют без покрывающего диска.
Насос приводится от электродвигателя через ременную передачу. Это дает возможность изменять частоту вращения насоса при эксплуатации путем замены шкива для регулирования подачи, так как подрезать гуммированное рабочее колесо нельзя.
Перспективным для применения в целлюлозной и некоторых других отраслях химической промышленности считается использование свободновихревых насосов.
Рабочее колесо открытого типа с радиальными или наклонными прямыми лопастями располагается в спиральном или кольцевом отводе с широкими проходными сечениями. При вращении колеса происходит закрутка жидкости и образуется вихревой шпур, который распространяется во входной патрубок. Под действием вихревого шнура жидкость засасывается в насос и направляется в выходной патрубок. Основной поток жидкости проходит через насос, минуя рабочее колесо. По имеющимся данным к. п. д. таких насосов не меньше к. п. д. центробежных насосов для перекачивания специальных взвешенных сред.
ОСЕВЫЕ НАСОСЫ
Для перекачивания больших количеств жидкости с относительно малыми напорами обычно используют осевые насосы. По ГОСТ 9366-71 осевые насосы типа О и Оп выпускают на параметры: Q = 0,072-г-40,5 м3/с, Н = 2,5-е-26 м: п = 250-е-2900об/мин. В настоящее время разработаны высоконапорные осевые насосы с напором до 25 м в одноступенчатом исполнении для крупных насосных станций. Подача таких насосов составляет 137 000 м3/ч.
Преобладающее распространение получили одноступенчатые осевые насосы консольного типа. Чаще всего выполняют насосы вертикального типа, хотя известны также некоторые типы насосов с горизонтальным и наклонным расположением оси агрегата. При вертикальном исполнении валы насоса и приводного электродвигателя жестко соединяются фланцами либо непосредственно, либо через промежуточный вал.
Рабочее колесо насоса имеет от двух до шести лопастей. Лопасти крепят к втулке жестко (тип О), или так, что они могут поворачиваться относительно нее (тип Оп). В соответствии с этим насосы называют жестколопастными или поворотно лопастными. Для изменения режима работы насоса лопасти поворачивают как при остановленном, так и при работающем насосе.
Продольный разрез насоса типа Оп приведен на рис. Корпус насоса состоит из фундаментного кольца, камеры рабочего колеса,» выправляющего аппарата и отвода. Корпусные детали имеют фланцевые разъемы в плоскостях, перпендикулярных оси насоса. Камера рабочего колеса, кроме того, имеет разъем в осевой плоскости. В зависимости от конструкции в камере рабочего колеса выполняют сферическую или цилиндрическую расточку. Выправляющий аппарат представляет собой отливку с цилиндрическими неподвижными лопатками и корпусом нижнего подшипника. Литой отвод выполнен в виде колена, изогнутого под углом 120°, с прилитым опорным узлом верхнего подшипника и сальника. Отвод опирается на лапы насоса, а фундаментное кольцо — па закладное кольцо со стороны подвода.
Лопастное колесо на фланце присоединено к полому валу. Во втулке рабочего колеса расположен механизм поворота лопастей, который штоком, расположенном в полом вале, соединен с приводным устройством. Опорами ротора являются верхний и нижний подшипники скольжения с лигнофолевымн или резиновыми вкладышами. Вал под подшипниками имеет защитные втулки из нержавеющей стали. Смазываются подшипники перекачиваемой водой. В период пуска к подшипникам подводится вода от технического водопровода. Осевое усилие воспринимается пятой электродвигателя. В зарубежной практике известны насосы, баббитовые подшипники которых смазываются консистентной смазкой от масленок, а осевое усилие воспринимается упорным подшипником насоса.
Насосы с диаметром лопастей D > 1 м имеют подвод в виде колена, мелкие- камерный подвод.
Известны конструкции осевых насосов, которые могут работать при погружении в воду в любом положении: горизонтальном, вертикальном и наклонном.