X Международная студенческая научная конференция
«Студенческий научный форум» - 2018
 
     

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ РЕЗЕРВУАРНОГО ПАРКА НПЗ
Кузнецова У.Е.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


 

ВведениеАктуальность

Центробежные насосы используются практически во всех сферах промышленности. Решение вопросов производительности во многом зависит от их надежной работы, которая заключается в откачке, перекачке и транспортировке жидких продуктов. Необходимость в такой функции повышает интерес к данному виду оборудования. Данное положение сохранится и в будущем, благодаря универсальности, надежности и сравнительно низкой себестоимости трубопроводного транспорта [1].

Однако, значительной проблемой в современном насосостроении является повышение надежности и долговечности оборудования, так как основным минусом оказывается невозможность организации полной герметичности конструкции.

Таким образом, необходимость усовершенствования центробежного насоса является важной задачей для обеспечения эксплуатации установок и предприятий.

Цель работы

Произвести патентный поиск, выявить преимущества и недостатки элементов конструкции центробежных насосов, сделать выводы и предложить свою идею для повышения надежности оборудования.

Методы исследования

Исследование выполнено с помощью теоретических методов. Теоретическое исследование выполнено на основе использования опыта, теории и накопленного экспериментального материала. Выводы сформулированы по результатам анализа литературы, патентного поиска и интернет источников.

Задачи исследования

Изучить и произвести анализ литературных источников (учебников, журналов, научных публикаций, докторских и кандидатских диссертаций, интернет статей), провести патентный поиск с целью изучения изобретений, которые касаются усовершенствования элементов конструкции центробежных насосов. Предложить свое решение по повышению надежности эксплуатации насоса.

  1. Литературный обзор
  1.  
    1. Обзор по технической литературе

В справочном пособии «Крупные осевые и центробежные насосы. Монтаж, эксплуатация и ремонт», авторами которого являются И.И. Киселев, А.Л. Герман, Л.М. Лебедев, В.В. Васильев, излагается характеристика надежности насосов.

Авторы дали определение понятию надежность, под которым понимают свойство насоса, обусловленное безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью, обеспечивающее сохранение рабочих параметров в заданных пределах [2].

При работе насосов увеличение их надежности обеспечивается:

- выполнением различных испытаний, позволяющие узнать спокойные и экономичные режимы, оговорить действительные эксплуатационные характеристики оборудования;

- осуществлением правил эксплуатации и инструкций оборудования;

- периодическими и контрольными проверками;

- качественным проведением ремонта;

- усовершенствованием узлов насоса с помощью перехода к более надежным схемам, заменой устаревших конструкций;

- повышением квалификации персонала.

В.В. Буренин, Д.Т. Гаевик, В.П. Дронов и В.В. Иванов в своей книге «Конструкция и эксплуатация центробежных герметичных насосов» рассказывают о совершенствовании центробежных насосов с помощью различных видов уплотнений, привели оригинальные элементы конструкции насосов, дали рекомендации по улучшению условий их работы.

Наиболее ответственным узлом, обеспечивающим герметичность в неподвижных разъемных соединениях насосов, а следовательно, и их надежную и безотказную работу, является узел уплотнения. Для таких соединений применяют следующие уплотнения: точную подгонку, плоские прокладки из металлических, неметаллических и комбинированных материалов, комбинированные прокладки фасонного сечения, герметизирующие замазки («герметики»), лаки, краски, эластомерные и металлические кольца круглого сечения и фасонных поперечных соединений, пустотелые металлические кольца, комбинированные уплотнения [3].

В учебном пособии «Насосы, вентиляторы, компрессоры в инженерном оборудовании», авторами которого являются А.М. Гримитлин, О.П. Иванов, В.А. Пухкал, рассмотрены центробежные насосы с различными уплотнениями. К ним относятся:

- циркуляционные бессальниковые насосы для систем отопления, горячего водоснабжения и др. с мокрым ротором; к преимуществам такой конструкции можно отнести: отсутствие уплотнений; бесшумность, компактность, малый вес;

- моноблочные насосы с соосным расположением напорного и всасывающего патрубков одинакового диаметра «ин-лайн» с торцовым уплотнением; такая конструкция может позволить снять насос с трубопровода без разборки элементов, что упрощает его обслуживание;

- консольные и консольно-моноблочные насосы с уплотнительным кольцом круглого сечения; данная конструкция позволяет снимать электродвигатель и рабочее колесо без демонтажа корпуса насоса с трубопровода, закрытое рабочее колесо обеспечивает высокую эффективность работы;

- высоконапорные многоступенчатые насосы с торцовым картриджным уплотнением, с самым высоким кпд (81% для CR 90), находятся на вершине мировой эволюции многоступенчатых насосов [4].

  1.  
    1. Обзор по научным публикациям, журналам

Рассмотрев некоторое количество статей, хочу выделить несколько из них, которые, по моему мнению, наиболее точно раскрывают тему повышения надежности и эффективности центробежных насосов.

А.В. Волков, А.Г. Парыгин, Г.П. Хованов, А.В. Наумов рассматривают в своей статье «Повышение эффективности работы центробежных насосов, находящихся в эксплуатации» вопросы повышения надежности эксплуатации насосов, которые являются наиболее актуальными, так же требуют проявления особого внимания как проектирующих, так и эксплуатирующих организаций.

Так же показывают, что исследование статистических данных по повреждениям может быть одним из первичных мероприятий в направлении улучшения надежности работы насосов. Анализ помогает выявить менее надежные элементы насосного оборудования, на которые действуют наибольшие нагрузки.

На рис. 1 приведена диаграмма, показывающая долевое размещение повреждений по элементам конструкции насосов, которые касались почти всех основных элементов насосных агрегатов.

Рисунок 1 – Диаграмма распределения повреждений по элементам насосов

В отдельные группы были выдвинуты повреждения корпуса, рабочих колес, подшипников, вала и уплотнений.

Ликвидация причин, порождающих эти повреждения, одна из важнейших задач персонала теплоэнергетического объекта, направленная на снижение аварийности насосного оборудования и повышения надежности его работы [5].

В своей статье Серов И. М., Зубков А. В., Паршиков С. В., Коробов А.В. «Особенности эксплуатации и диагностирования динамического оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств» рассказывают о применении центробежных насосов, о повреждениях в процессе эксплуатации, о модернизации оборудования, и к чему она может привести.

В ряде производств, где перекачиваемая жидкость может вступить в реакцию с окружающим воздухом, невозможно обойтись без герметичных насосов [3].

По мнению авторов наиболее подверженными повреждению являются: валы, рабочие колеса, посадочные места корпусов подшипников, а также сам корпус проточной части насоса. Помимо коррозионного износа и факта эрозии от агрессивной среды крайне опасным является эрозия стенок колеса, вызванная возникновением кавитации в насосе, что приводит к сильным ударам, повышению вибрации, выщерблению и разъеданию материала стенок [6].

Более часто при обследовании насосов встречается износ упорных пят трения, выполненных из силицированного графита или фторопласта и препятствующих осевому перемещению вала-ротора. Менее часто происходит повреждение защитной гильзы вала-ротора, служащей для герметизации сердечника ротора и обмотки от перекачиваемой жидкости [7].

Работа по модернизации центробежных насосов для нефтепереработки с минимальными потерями для производства при их монтаже и эксплуатации уже ведутся достаточно активно [8], результатом чего является экономия электроэнергии и повышение КПД насосов.

Так же была рассмотрена статья Савинцевой Ю.И., Некрасовой О.Г., Хазиева Р.А. и Шипуновой Т.В. на тему «Основные принципы безопасной эксплуатации центробежных насосов», в которой говорится о том, что для центробежных насосов существует свои требования и нормы, которые необходимо выполнять для обеспечения безопасной эксплуатации ([9, 10]), так как их несоблюдение может привести к аварии и человеческим жертвам.

По мнению авторов, основные принципы безопасной эксплуатации могут разделиться на три группы в соответствии с [9]:

1) Требования, которые необходимо предусмотреть при проектировании и изготовлении центробежного насоса на заводе-изготовителе;

2) Параметры эксплуатации, которые необходимо предусмотреть во время монтажа на месте предстоящей эксплуатации;

3) Требования к эксплуатационной и ремонтной документации на центробежный насос [11].

Сделав вывод, могу отметить, что в этой статье рассмотрено не так уж много требований, но их соблюдение может обеспечить безопасную эксплуатацию центробежного насоса.

  1.  
    1. Обзор по научным исследованиям (докторские, кандидатские диссертации)

В данной работе были диссертационные работы, и в качестве примера, приведу несколько из них.

Г.П. Хованов в своей диссертации «Исследование влияния гидрофобности поверхностей элементов проточной части на эксплуатационные качества и отдельные виды потерь центробежных насосов» разработал технологические основы повышения эксплуатационных качеств центробежных насосов на основе гидрофобизации поверхностей элементов проточной части; установил зависимость прироста КПД за счет гидрофобизации элементов проточной части центробежных насосов.

По мнению автора, основой повышения надежности и эффективности центробежных насосов является совершенствование гидродинамических качеств проточной части, направленное на снижение потерь при передаче механической энергии рабочему потоку. Значительный интерес для эксплуатирующих организаций представляют модификации, изменяющие гидродинамическое, взаимодействие поверхностей элементов проточной части и рабочего потока без изменения конструкции насоса. Реализация такого подхода возможна на основе изменения свойств функциональных поверхностей центробежных насосов структурированными покрытиями, которые обеспечивают снижение потерь [12].

В своей работе «Повышение эффективности функционирования центробежного молочного насоса путем совершенствования рабочих органов и оптимизации параметров» Горбунов Р.М. обосновал необходимость усовершенствования, конструктивно-технологической схемы центробежного насоса, определил пути повышения эффективности процессов, нагнетания и смешивания машинами центробежного типа с лопастными, рабочими органами.

Автор утверждает, что конструктивно-технологическая схема располагает наличие в рабочем колесе, двух видов каналов, а в цилиндрическом, отводе - отбойных пластин, повышающие интенсивность, смешивания в процессе перекачивания.

По результатам экспериментальных исследований Горбуновым Р.М. было зафиксировано, что рациональными параметрическими характеристиками отличается центробежный насос:

- с расстоянием между, параллельными пластинами h = 12 мм,

- углом между отбойными пластинами, а = 120 ° и углом установки, отбойных пластин у = 16 °.

При этом было замечено, что:

- подача насоса составляет Q = 15,08 м3/ч;

- развиваемый напор Н = 13,2 м;

- коэффициент полезного действия η =33,18 %;

- потребляемая мощность Р = 1,67 кВт [13].

Халед Сулейман Аль-Рабаба в своей работе «Энергосберегающие режимы мелиоративных насосных станций с крупными центробежными насосами» решает следующие задачи:

- исследует способы расширения, оптимальных характеристик центробежных насосов;

- выявляет некоторые особенности и характер износа, центробежных насосов;

- устанавливает, что значение критической, подачи зависит от геометрии входа, в, рабочее колесо, в частности, от расположения входной кромки лопатки по отношению к оси вращения, характеризующимся параметром l0;

- предлагает модернизацию, рабочих колес, заключающуюся в увеличении, площади выходного сечения колеса путем истончения лопаток со стороны, рабочей поверхности, что приводит к снижению, затрат электроэнергии на 6,8%;

В результате анализа режимов эксплуатации рассмотрены альтернативные методы расширения характеристик центробежных насосов подрезкой рабочего колеса и вариацией сложения характеристик [14].

2 Патентный поиск2.1 Форма задания на проведение патентных исследований

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой МАХП Сарилов М. Ю.

« »____________ 20__ г.

ЗАДАНИЕ №__3_

на проведение патентных исследований

Наименование работы (темы) ___Способы повышения надежности эксплуатации центробежных насосов резервуарного парка НПЗ____

шифрработы (темы)_____________________КНИРС4МАб-1________________________________

Этап работы _Курсовое проектирование_, сроки его выполнения_____1.09.2017-1.12.2017_____

Задачи патентных исследований: _поиск патентов-аналогов, для проверки уникальности своего изобретения___________________________________________________________

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Виды патентных исследований

Подразделения-исполнители (соисполнители)

Ответственные исполнители (Ф.И.О.)

Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание

Отчётные документы

Патентный поиск на тему: «Способы повышения надежности эксплуатации центробежных насосов резервуарного парка НПЗ»

www.ru-patent.info

У. Е. Кузнецова

1.09.2017-18.10.2017

Заполнение таблицы 3.1. Патентная документация

18.10.2017-4.11.2017

Заполнение таблицы 3.2 Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации

4.11.2017-12.11.2017

Заполнение таблицы.3.3 - Тенденции развития объекта исследования

Руководитель ___________ Т.И. Башкова _______________

патентного подразделения личная подписьрасшифровкадата

Руководитель подразделения ___________ М.Ю. Сарилов _______________

исполнителя работы личная подписьрасшифровкадата

2.2. Регламент патентного поиска МА3

К заданию №_3_ от _2017_ г.

Студенту__У.Е.Кузнецовой__________

Группы _4МАб-1_ по теме _____Способы повышения надежности эксплуатации центробежных насосов резервуарного парка НПЗ____

Стадия __Курсовое проектирование______________________________________________

(курсовое или дипломное проектирование)

Цель поиска информации: изучение технического уровня и тенденций развития объекта разработки. Обоснование регламента поиска: Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов. Предмет поиска представляет собой устройство в целом в соответствии с заданием на дипломное проектирование, классификационные рубрики определены по ключевым словам, характеризующим объект разработки, страны поиска определены в результате проведения предварительного поиска по журналам и являются ведущими в данной отрасли техники, глубина поиска достаточна для определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки, источники информации соответствуют минимуму технической документации, которую необходимо просмотреть с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки.

Руководитель подразделения исполнителя М.Ю. Сарилов

Подпись ____________

Руководитель патентного подразделения Т.И. Башкова

Подпись ___________

2.3. Форма отчета о патентном поиске

  1. Поиск проведен в соответствии с заданием _зав. Кафедра МАХП Сарилова М.Ю.

должность и фамилия ответственного руководителя работы

№ __3__ от ____________ и Регламентом поиска № ___МА3________ от _______________

2. Этап работы ______Курсовое проектирование_________________________________

при необходимости

3. Начало поиска __1.09.2017_____ Окончание поиска ________18.10.2017________

4. Сведения о выполнении регламента поиска (указывают степень выполнения регламента поиска, отступления от требований регламента, причины этих отступлений)

5. Предложения по дальнейшему проведению поиска и патентных исследований

6. Материалы, отобранные для последующего анализа:

Таблица3.1. - Патентная документация

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)

Страна выдачи, вид и номер охранного документа. Классификационный индекс*

Заявитель (патентообладатель), страна. Номер заявки, дата приоритета, конвенционный приоритет, дата публикации*

Название изобретения (полной модели, образца)

Сведения о действии охранного документа или причина его аннулирования (только для анализа патентной чистоты)

1

2

3

4

5

Способы повышения надежности эксплуатации центробежных насосов резервуарного парка НПЗ

Способы повышения надежности эксплуатации центробежных насосов резервуарного парка НПЗ

Патент РФ 2191296

F04D29/16, F16J15/48

Двинин А.А.,

Староносов М.Г.,

Ерка Б.А. (RU)

2001103474/06, 20.10.2002

Уплотнение вращающихся частей центробежного насоса

Действует

Патент РФ

2187706

F04D13/06,

F04D29/24,

B60S1/48

Ефимов С.А.,

Мочалов О.Ю. (RU)

2000114538/06, 20.08.2002

Центробежный насос

Нет данных

Патент РФ

2183291

F04D29/04

Гинзбург А.Е.,

Дмитриев А.А. (RU)

2001110040/06, 10.06.2002

Центробежный насос

Нет данных

Патент РФ

2154750

F04D29/12,

F16J15/34

Козлов М.Т.,

Окин В.Н.,

Сафин Р.Б. (RU)

99114283/06, 20.08.2000

Торцовое уплотнение центробежного насоса

Нет данных

Патент РФ

2016248

F04D1/00,

F04D29/10

Сергеев Г.А.,

Щебланов А.П.,

Казачанский А.В. (RU)

4916870/29, 15.07.1994

Центробежный консольный насос

Действует

Патент РФ

2018719

F04D29/10

Русяева Н.П. (RU)

4858835/29, 30.08.1994

Уплотнительная система напорной стороны рабочего колеса центробежного насоса

Действует

 

Патент РФ

2161272

F04D29/10

Марков Д.В.,

Соболев Г.В.,

Дурбайло Ю.Т. (RU)

98118947/06, 27.12.2000

Уплотнение вала центробежного насоса

Действует

Таблица 3.2. - Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчёты о научно-исследовательских работах)

Предмет поиска

Наименование источника информации с указанием страницы источника

Автор, фирма (держатель) технической документации

Год, место и орган издания (утверждения, депонирования источника)

1

2

3

4

Способы повышения надежности эксплуатации центробежных насосов резервуарного парка НПЗ

www.ru-patent.info

Двинин А.А.,

Староносов М.Г.,

Ерка Б.А. (RU)

20.10.2002

www.ru-patent.info

Ефимов С.А.,

Мочалов О.Ю. (RU)

20.08.2002

www.ru-patent.info

Гинзбург А.Е.,

Дмитриев А.А. (RU)

10.06.2002

www.ru-patent.info

Козлов М.Т.,

Окин В.Н.,

Сафин Р.Б. (RU)

20.08.2000

 

www.ru-patent.info

Сергеев Г.А.,

Щебланов А.П.,

Казачанский А.В. (RU)

15.07.1994

 

www.ru-patent.info

Русяева Н.П. (RU)

30.08.1994

 

www.ru-patent.info

Марков Д.В.,

Соболев Г.В.,

Дурбайло Ю.Т. (RU)

27.12.2000

Таблица В.3.3 - Тенденции развития объекта исследования

Выявленные тенденции развития объекта исследования

Источники информации

Технические решения, реализующие тенденции

в объектах организаций (фирм)

в исследуемом объекте

1

2

3

4

Повышения надежности уплотнения центробежного насоса

Патент РФ 2191296

НПЗ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях центробежных насосов и других роторных машин. Уплотнение вращающихся частей центробежного насоса содержит корпус, в котором выполнены каналы, сообщенные с областью высокого давления. В корпусе установлена втулка, имеющая кольцевую расточку и сквозные радиальные отверстия, сообщенные с каналами. Уплотнение содержит кольцо, выполненное из двух полуколец с цилиндрическими выступами. Кольцо расположено в кольцевой проточке втулки, при этом выступы полуколец размещены в радиальных отверстиях втулки, а стыкуемые поверхности полуколец имеют форму шипа и паза с зазором между ними. Уплотнение отличается тем, что кольцо выполнено из антифрикционного материала. Изобретение направлено на уменьшение утечки рабочей жидкости, увеличение объемного кпд насоса и повышение надежности уплотнения. Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет увеличить зазоры между корпусом и вращающимся рабочим колесом, чем предотвращается вероятность механического трения горловины рабочего колеса при его температурном расширении или при проседании ротора в процессе эксплуатации.

Конструкция центробежного насоса

Патент РФ

2187706

НПЗ, автомобильной промышленности

Изобретение относится к насосостроению, в частности к центробежным насосам, и может быть применено в автомобильной промышленности, например, для очистки стекол автомобилей жидкостями, подаваемыми под давлением. Центробежный насос содержит корпус со всасывающим патрубком, нагнетательный патрубок, манжету, расположенный в корпусе электродвигатель, крышку, закрепленную на корпусе, и ротор с лопастями, установленный на валу электродвигателя соосно всасывающему патрубку. Лопасти имеют переменное сечение. По всей длине упомянутых лопастей выполнен уклон. Уклон на лопастях ротора может быть выполнен с переменным углом. Изобретение направлено на создание малорасходного и высоконапорного центробежного насоса, увеличение КПД насоса, повышение его надежности.

Улучшение массогабарит-ных показателей и повышение надежности насоса

Патент РФ

2183291

НПЗ

Изобретение относится к центробежным насосам, используемым в энергетике, а также при добыче и перекачке нефти. Центробежный насос содержит крышку нагнетания и входную камеру, которые установлены неподвижно на торцах корпуса. Ротор установлен с возможностью вращения на опорном подшипнике и опорно-упорном подшипнике, размещенных соответственно во входной камере и в корпусе опорно-упорного подшипника. Разгрузочный диск установлен неподвижно на роторе. Пята установлена неподвижно на крышке нагнетания. Концевое уплотнение размещено в крышке нагнетания. Корпус опорно-упорного подшипника, представляющий собой цилиндрическую оболочку с днищем, в котором размещен подшипник, закреплен неподвижно на внешней стороне крышки нагнетания в зоне ее минимальных осевых перемещений. Опорно-упорный подшипник установлен в корпусе так, что обеспечивает, с одной стороны, наличие гарантированного осевого зазора между разгрузочным диском и пятой перед пуском насоса, а с другой стороны, допускает осевое перемещение ротора в сторону нагнетания. Изобретение направлено на улучшение массогабаритных показателей и повышение надежности насоса благодаря обеспечению гарантированного зазора при пуске между пятой и разгрузочным диском.

Обеспечение повышения эксплуатационной надежности и срока службы центробежного насоса

Патент РФ

2154750

НПЗ

Изобретение относится к области насосостроения. Торцовое уплотнение состоит из подвижной втулки, закрепленной на валу насоса, вращающегося и не вращающегося жестких уплотнительных колец. Первое из них связано с подвижной втулкой, а второе - со ступицей стакана при помощи штифтов, закрепленных во втулке и ступице жестко, а в кольцах свободно. Стакан со ступицей подпружинены. Между кольцом и втулкой, а также кольцом и ступицей установлены упругие амортизаторы. Кольцо и втулка, а также кольцо и ступица соответственно связаны между собой с помощью самоуправляющихся эластичных манжет. Благодаря упругим амортизаторам, самоуплотняющимся манжетам и шарнирной связи уплотнительных колец достигается более точное копирование торцового биения вращающегося уплотнительного кольца неподвижным уплотнительным кольцом, колебание уплотнительных колец в торцовой плоскости осуществляется всегда в сомкнутом положении, что ведет к повышению эксплуатационной надежности и срока службы, снижению трудоемкости изготовления и повышению рабочего давления.

Способ повышения надежности уплотнения

Патент РФ

2016248

НПЗ

Использование: насосостроение. Сущность изобретения: насос, содержащий корпус с технологическими патрубками и проставкой, сальниковое уплотнение, консольно расположенное лопастное колесо, соединенное с валом электродвигателя промежуточным валом и охватывающую последний втулку, частично размещенную в проставке, причем колесо установлено на последней посредством подшипника, с целью уменьшения габаритов и массы насоса и повышения надежности уплотнения втулка соединена с проставкой посредством резьбового соединения, сальниковое уплотнение размещено между втулкой и ступицей колеса, а промежуточный вал выполнен в виде пустотелого цилиндра с поперечными прорезями, при этом поверхность ступицы колеса, контактирующая с сальниковым уплотнением, выполнена конической.

Изобретение уменьшает трудоемкость изготовления и стоимость насосной установки.

Способ упрощения конструкции центробежного насоса

Патент РФ

2018719

НПЗ

Изобретение относится к насосостроению, а именно к центробежным насосам, перекачивающим жидкости с большим содержанием абразивных частиц. Уплотнительная система напорной стороны рабочего колеса центробежного насоса, содержащая установочную втулку с внешней и внутренней стенками, прикрепленную при помощи фланца к корпусу насоса, уплотнительное кольцо из эластичного материала, размещенное в полости между внутренней и внешней стенками установочной втулки и уплотненное в ней при помощи выступа, и трубопровод отжимной жидкости, сообщенный через канал в корпусе с уплотняемым зазором между ведущим диском колеса и корпусом, а через регулирующие устройства - с полостью установочной втулки, причем внутренняя стенка последней установлена с зазором относительно ступицы рабочего колеса, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности за счет упрощения конструкции, на ведущем диске колеса со стороны ступицы выполнен кольцевой бурт, уплотнительное кольцо выполнено армированным из износостойкого материала и установлено в контакте с буртом колеса, причем во внешней стенке установочной втулки в зоне контакта уплотнительного кольца с буртом выполнен ряд отверстий, сообщенных коллектором, посредством которых канал в корпусе подключен к уплотняемому зазору.

Способ повышения надежность и работоспособ-ности уплотнения вала центробежного насоса

Патент РФ

2161272

НПЗ

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в центробежных насосах. Уплотнение вала центробежного насоса содержит стояночное уплотнение с подвижным и неподвижным элементами, нагружающее средство, включающее в себя пружину и размещенное в корпусе, и вал, установленный с возможностью осевого перемещения. На валу закреплены рабочее колесо, импеллер, подвижный элемент стояночного уплотнения. Рабочее колесо выполнено закрытым с динамическим уплотнением на основном диске. Подвижный элемент стояночного уплотнения расположен между импеллером и нагружающим средством. Использование изобретения позволяет повысить надежность и работоспособность уплотнения вала центробежного насоса при перекачивании коррозионно-активных и агрессивных жидкостей.

2.4 Анализ достоинств и недостатков найденных аналогов и прототипов

К достоинствам этих патентов можно отнести: значительное сокращение потерь продукта, увеличение КПД, повышение надежности и работоспособности центробежных насосов.

Технические результаты изобретений:

  1. устранение недостатков известных технических решений;

  2. усовершенствование конструкций;

  3. улучшение массогабаритных показателей;

  4. повышение надежности уплотнения насоса;

  5. повышение эффективности и качества, работы центробежных насосов;

  6. создание более безопасного и эффективного способа проведения работ;

  7. обеспечение экологической безопасности;

  8. создание малорасходного и высоконапорного центробежного насоса;

  9. снижение энергозатрат.

К недостаткам можно отнести то, что насосы требуют герметичных фланцевых электродвигателей, что удорожает насос; сложность конструкции оборудования; уплотнение требует применение износостойких материалов с низким коэффициентом трения; увеличение эксплуатационных затрат на техническое обслуживание.

Наиболее рациональный способ повышения надежности эксплуатации центробежных насосов, по моему мнению, является улучшения уплотнения вращающихся частей центробежного насоса. Силы гидростатического давления жидкости, действующие на торцевую поверхность цилиндрических выступов полуколец через каналы в корпусе и сквозь радиальные отверстия во втулке, поджимают полукольца к вращающейся части центробежного насоса, перекрывая переток жидкости из области высокого в область низкого давления. Стыкуемые поверхности полуколец, имеющие форму шипа и паза, предотвращают перетечки жидкости между полукольцами, а также препятствуют осевым смещениям полуколец относительно друг друга, а имеющийся зазор между ними обеспечивает сближение полуколец в результате износа уплотняемых поверхностей.

3 Описание устройства

3.1 Центробежный насос (устройство, принцип действия и применение в промышленности)

Центробежный насос – это гидравлическая машина, которая преобразует механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление и напор, которые создаются за счёт центробежной силы, появляющейся при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Разность давлений жидкости в насосе является условием ее перемещения.

Принцип действия центробежного насоса заключается в том, что жидкость поступает через трубопровод во входной (всасывающий) патрубок, а после идет в рабочее колесо, где под действием центробежных сил перемещается от центра к периферии.

Вследствие, та самая жидкость, которую отбрасывают лопатками колеса, поступает в спиральный отвод, где происходит преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию давления, и далее она следует в напорный трубопровод.

Рисунок 2 – Схема работы центробежного насоса

Область применения центробежных, насосов может находиться в теплоэнергетических установках:

- для подвода конденсата, в систему, регенеративного подогрева питательной воды;

- для питания, котлов;

- для подвода оборотной, воды в конденсаторы турбин;

- для, сетевой воды в, системах теплофикации.

Так же применяются и на ТЭС в системах гидрозолоудаления.

Используются, в технологическом цикле АЭС специальных конструкций: обычного и герметичного, исполнения.

Более обширное применение нашли насосы на, промышленных предприятиях, так же в сельском, хозяйстве и для водоснабжения городов (хозяйственного и технического, водоснабжения), еще используются для подачи разнообразных растворов и реагентов в технологических, схемах производств.

Центробежные насосы нашли свое место в строительной, и угольной промышленностях:

- при гидромеханизации, разработки, грунтов;

- при гидравлическом способе. добычи угля.

Равно как они применяются для различных целей в легкой, химической, пищевой, и, нефтяной, промышленности.

На нефтеперерабатывающих заводах центробежный насос служит для перекачивания нефти, светлых и темных нефтепродуктов, сжиженных газов, воды, щелочей, кислот.

Эксплуатируются в трубопроводных, системах транспорта воды, и нефти на, дальние расстояния. Так же следует, отметить, что все системы коммунального, водоснабжения основаны, на, использовании центробежных, насосов.

В сельском хозяйстве применяются, в основном, центробежные скважинные, насосы для водоснабжения, животноводческих ферм.

3.2 Предлагаемый способ повышения надежности эксплуатации центробежных насосов

При конструировании центробежных насосов большое внимание уделяется уплотнению рабочих органов насоса, поскольку в процессе эксплуатации, происходит износ контактирующих поверхностей уплотнений, что значительно ухудшает основные, параметры насоса: КПД, напор и надежность.

С целью повышения надежности и эффективности эксплуатации насоса необходима комплексная модернизация, элементов конструкции центробежного насоса.

В данной работе затрагивается тема обеспечения надежного самоуплотнения рабочего колеса центробежного насоса при меньшем расходе мощности, располагаемой на уплотняющих деталях, тем самым повышая КПД насоса и его надежность.

В этой работе я предлагаю центробежный насос, который состоит из корпуса, где на валу установлено рабочее колесо с уплотняющими ступицами. В данном корпусе располагаются эластичные кольца, установленные с гарантированным зазором, из-за чего предоставляется возможность передвижения кольца в радиальном направлении относительно корпуса насоса.

В средней части внутренней поверхности кольца сделаны равномерно расположенные по окружности клиновые или ступенчатые выемки, которые с уплотняемой цилиндрической поверхностью ступицы создают полости. Эти кольца выполнены с наружными фланцами, на которых расположены стопорные элементы, гарантирующие предотвращение эластичных колец от проворота.

При эксплуатации насоса, фланец эластичного кольца, в осевом направлении прислоняется к корпусу насоса под действием сил, образующихся от разницы давления, обеспечивающегося рабочим колесом.

С минимальным зазором в радиальном направлении кольцо прижимается к ступице, при вращении колеса формируется гидродинамический клин, образованный в полости выемок между кольцом, и цилиндрической поверхностью ступицы. Из-за создания клина осуществляется оттеснение поверхности эластичного кольца от поверхности ступицы на расстояние до 50×10-6 м, и трение скольжения преобразуется в жидкостное трение.

Следовательно, представленная конструкция делает возможным надежное самоуплотнение рабочего колеса с наименьшими расходами мощности, и это обеспечивает неизменность его параметров в течение всего срока эксплуатации, а также значительно повышает КПД насоса.

Заключение

Проблема организации полной герметичности конструкции центробежного насоса по-прежнему актуальна на сегодняшний день. В каждом отдельном случае ее решение, должно быть индивидуальным.

Повышение продолжительности срока, службы насоса – эта актуальная задача на нефтеперерабатывающем производстве. Предложенный способ, делающий возможным надежное самоуплотнение рабочего колеса, по моему мнению, является одним из практичных способов.

Мы провели литературный и научный обзор по данной теме. Так же провели патентный поиск, убедились в том, что на сегодняшний день повышение работоспособности насосов за счет улучшений элементов конструкции является одной из известных проблем, так как предложенные методы были недостаточно безупречны и совершены. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Разработали мероприятия по повышению надежности эксплуатации центробежных насосов.

Список использованных источников

1. Фурсов, В.К. Центробежные насосы. Конструкция и расчет: учеб. пособие / В.К. Фурсов, Г.Я. Фурсова. – Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2005 – 78 с.

2. Киселев И. И. Крупные осевые и центробежные насосы. Монтаж, эксплуатация и ремонт: справочное пособие / И. И. Киселев, А. Л. Герман, Л. М. Лебедев, В. В. Васильев. – М.: Машиностроение, 1997. – 184 с.

3. Буренин В. В. Конструкция и эксплуатация центробежных герметичных насосов / В. В. Буренин, Д. Т. Гаевик, В. П. Дронов, В. В. Иванов. – М.: Машиностроение, 1977. – 152 с.

4. Гримитлин, А. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры в инженерном оборудовании: учеб. пособие / А. М. Гримитлин, О. П. Иванов, В. А. Пухкал. – СПб: Издательство «АВОК Северо-Запад», 2006. – 213 с.

5. Волков, А. В. Повышение эффективности работы центробежных насосов, находящихся в эксплуатации / А. В. Волков, А. Г. Парыгин, Г. П. Хованов, А. В. Наумов // Новости теплоснабжения. – 2010. №10. – С 122.

6. Абдурашитов, С. А. Насосы и компрессоры / С. А. Абдурашитов, А. А. Тупиченков, И. М. Вершинин, С. М. Тененгольц. — М.: Недра, 1974. –

296 с.

7. Серов, И. М. Особенности эксплуатации и диагностирования динамического оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Часть 1. Насосное оборудование / И. М. Серов, А. В. Зубков, С. В. Паршиков, А.В. Коробов // Молодой ученый. — 2015. №24. — С. 199-203.

8. Шиян, А. Модернизация центробежных процессных насосов для нефтепереработки серий НПС и НК до соответствия требованиям стандарта API 610 — ИСО 13709 / А. Шиян, Е. Князева, А. Михайличенко // Насосы и оборудование. — 2014. № 2–3. — С. 54–57.

9. ОСТ 26-06-2028-96 «Насосы общепромышленного назначения. Требования безопасности».

10. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывоопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств». Утверждены Приказом Ростехнадзора от 11.03.2013 №96.

11. Савинцева, Ю. И. Основные принципы безопасной эксплуатации центробежных насосов / Ю. И.Савинцева, Д. И. Потеряхин, Р. А. Хазиев, Т. В. Шипунова // Евразийский Союз Ученых. – 2016. №1. – С. 22.

12. Хованов, Г. П. Исследование влияния гидрофобности поверхностей элементов проточной части на эксплуатационные качества и отдельные виды потерь центробежных насосов : диссертация ... канд. техн. наук : 05.04.13 / Хованов Георгий Петрович. – М., 2012. – 350 с.

13. Горбунов, Р. М. Повышение эффективности функционирования центробежного молочного насоса путем совершенствования рабочих органов и оптимизации параметров : диссертация ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Горбунов Роман Михайлович. – Киров, 2007. – 18 с.

14. Халед Сулейман Аль-Рабаба Энергосберегающие режимы мелиоративных насосных станций с крупными центробежными насосами : диссертация ... канд. техн. наук : 05.23.07 / Халед Сулейман Аль-Рабаба. – Ташкент, 1998. – 23 с.

15. Пат. 2191296 Российская федерация, МПК F04D29/16 F16J15/48. Уплотнение вращающихся частей центробежного насоса / Двинин А. А., Староносов М. Г., Ерка Б. А. : заявитель и патентообладатель Тюменский государственный нефтегазовый университет. - № 2001103474/06 ; заявл. 05.02.2001; опубл. 20.10.2002.

16. Пат. 2187706 Российская федерация, МПК F04D13/06 F04D29/24 B60S1/48. Центробежный насос / Ефимов С. А., Мочалов О. Ю.: заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество Чебоксарский приборостроительный завод «ЭЛАРА». - № 2000114538/06 ; заявл. 06.06.2000; опубл. 20.08.2002.

17. Пат. 2183291 Российская федерация, МПК F04D29/04. Центробежный насос / Гинзбург А. Е.; Дмитриев А. А. : заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Энергомашкорпорация». - № 2001110040/06; заявл. 16.04.2001; опубл. 10.06.2002.

18. Пат. 2154750 Российская федерация, МПК F04D29/12 F16J15/34. Торцовое уплотнение центробежного насоса / Козлов М. Т.; Окин В. Н.; Сафин Р. Б. : заявитель и патентообладатель Потребительское общество «Финэкс». - № 99114283/06; заявл. 25.06.1999; опубл. 20.08.2000.

19. Пат. 2016248 Российская федерация, МПК F04D1/00 F04D29/10. Центробежный консольный насос / Сергеев Г. А.; Щебланов А. П.; Казачанский А. В. : заявитель и патентообладатель Научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений АН Башкортостана. - № 4916870/29; заявл. 05.03.1991; опубл. 15.07.1994.

20. Пат. 2018719 Российская федерация, МПК F04D29/10. Уплотнительная система напорной стороны рабочего колеса центробежного насоса / Русяева Н. П. : заявитель и патентообладатель Научно-производственное объединение «Союзнеруд». - № 4858835/29; заявл. 08.05.1990; опубл. 30.08.1994.

21. Пат. 2161272 Российская федерация, МПК F04D29/10. Уплотнение вала центробежного насоса / Марков Д. В.; Соболев Г. В.; Дурбайло Ю. Т. : заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью Инновационно- производственное предприятие «Протон». - № 98118947/06; заявл. 19.10.1998; опубл. 27.12.2000.

6