НАСОС ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЦНС-105-245 С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ КРОНШТЕЙНОМ-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

РЕФЕРАТ

В данном дипломном проекте рассматривается такая проблема современной нефтяной промышленности, как утечки в центробежных насосах.
Разработанные в проекте уплотнения узла вала ротора направлены на решение указанной задачи.
Разработаны новые конструкции оборудования уплотнения узла вала ротора.
Пояснительная записка включает в себя 3 раздела: техническую часть, экономическую часть и раздел безопасности и экологичности проекта. В техническую часть входят: виды уплотнений, описание устройств, обзор технической и патентной литературы, а также все необходимые расчеты которые обеспечивают работоспособность центробежного насоса . Экономическая часть рассматривает вопросы обеспечения экономической эффективности при применении нового уплотнения. Раздел безопасности и экологичности проекта рассматривает вопросы охраны труда и окружающей среды.
Дипломный проект состоит из: графического материала общим объемом в количестве 10 листов формата А1 и пояснительной записки объемом 79 машинописных листов, включающие 20 рисунков, 10 таблиц и 41 формулу, а также список литературы, включающий 17 пунктов.

3 ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УЗЛОВ
  ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

В.А. Марцинковским, А.Н. Гулым и В.А. Мельником [ ] представлена конструкция уплотнения вала центробежного насоса (рисунок 3.1). Уплотнение вала содержит установленную в кор¬пусе гибкую втулку, которая охватывает вал с дросселирующим зазором. Со стороны полости низкого давления внутренняя поверхность корпуса снабжена кольцевым буртом, а участок гибкой втулки выполнен коническим с уменьшением диаметра в сторону полости низкого давления. Конический конец гибкой втулки помещен между ва¬лом и кольцевым буртом корпуса. Со стороны полости 9 высокого давления и со стороны полости низкого давления гибкая втулка герметизирована относи¬тельно корпуса с образованием подвиж¬ных пар. Между корпусом и гибкой втулкой образована камера, соеди¬ненная каналами 12 с дросселирующим зазором. Гибкая втулка со стороны по¬лости низкого давления подпружинена упругим элементом. Роль упругого элемента может выполнять разгрузочная камера. В процессе работы дроссе¬лирующий зазор приобретает конфузорную форму, что обеспечивает снижение протечек и повышение надежности.
Цель изобретения - повышение на¬дежности за счет уменьшения протечек.
Уплотнение вала работает следующим образом.
При подаче рабочей среды в полос¬ти высокого давления устанавливает¬ся давление Р1, в камере 1 - давле¬ние Р2, в полости низкого давления - давление Р3, причем Р1 > Р2 > Р3. Тогда сила, действующая на гибкую втулку со стороны полости 9 высокого давления, равна F1 = Р1 S1 где S1 - про¬екция поверхности торца гибкой втул¬ки 3, воспринимающей давление Р1, на плоскость, перпендикулярную оси вала. Сила, действующая на гибкую втулку 3 со стороны камеры 1, равна F2 = P2 S2, где S2 - проекция поверхности гибкой втулки, воспринимающей дав¬ление Р2, на плоскость, перпендику¬лярную оси вала. Сила, действующая со стороны полости низкого давле¬ния, равна F3 = P3 S3, где S3 - про¬екция поверхности гибкой втулки , воспринимающей давление P3, на плос¬кость, перпендикулярную оси вала.
Обозначим силу упругости упругого элемента 13 Fy. Тогда уравнение ста-тического равновесия гибкой втулки 3 в направлении оси вращения можно за-писать в виде
F1 = F2 + F3 +Fy

Рисунок 3.1 – Уплотнение вала

Ф.П. Снеговским, А.Н. Сербином и В.А. Гудимым [ ] предложена конструкция магнитного уплотнения вала (рисунок 3.2). Цель изобретения - повышение удер¬живаемого давления среды. Указанная цель достигается тем, что на валу установлены несколько втулок из мягкой стали, имеющие на наружной по¬верхности крыльчатки с заостренными кромками, которые с торцов ограничены дисками с заостренными кромками, а в магнит запрессовано кольцо из мягкой стали.
В кольцевой зазор между втулками и кольцом поочередно заливаются магнитная жидкость и смазочное масло.
Устройство состоит из уплотняемого вала, который опирается на подшипник скольжения, установленный в корпусе подшипника. На валу насажены втулки, изготовленные из мягкого железа. Кольцо запрессовано в кольцевой по¬стойный магнит. Кольцевой зазор между поверхностью втулки и кольцом заполняется магнитной жидкостьюи маслом. При этом заполнение кольцевых полостей осуществляется поочередно то магнитной жидкостью, то просто маслом. Необходимо только соблюдать следующее условие: магнитной жидкостью заполняют¬ся обязательно крайние втулки уплотнения.
Наружная поверхность втулки 4 выполнена в виде крыльчаток, края кото-рых имеют заостренные кромки, а с торцов соединены дисками, тоже имеющими заостренные кромки. Между наружной поверхностью втулки и кольцом имеется большой зазор, обеспечивающий свободное вращение втулки в кольце. Глубина впадин между крыльчатками втулки должна быть не более 3-5 мм. Снаружи уплотнение закрыто наконечни¬ком из мягкой стали.
Магнитное уплотнение вращающегося вала работает следующим образом.
В зазоры между кольцом и втулка¬ми поочередно заливают смазочную и магнитную жидкости. Магнитная жидкость при наличии постоянного магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом 6 че¬рез кольцо 5, образует жидкую пробку. Наличие на втулках 4 торцовых стенок с заостренными кромками и крыльчаток с заостренными кромками способствует кон¬центрации в этих местах магнитных си¬ловых линий. При вращении вала 1 благодаря наличию на поверхности втулок 4 крыльчаток происходит вращение смазоч¬ной и магнитной жидкостей, находящихся на впадинах. Таким образом, образуется вращающееся кольцо из масла, с торцов огражденное вращающимся кольцом из магнитной жидкости. Наличие таких вра¬щающихся жидких колец создает гидрав¬лическое сопротивление значительной ве¬личины. Кроме того, концентрация маг¬нитных силовых линий в определенных местах также способствует образованию прочных магнитных пробок, сохраняемых и при вращении вала.
Кольцевой постоянный магнит имеет два полюса, один из которых находится на наружной поверхности магнита, а вто¬рой на внутренней поверхности. Поэтому магнитные силовые линии идут из од¬ного полюса магнита через кольцо , магнитную жидкость, вал , затем через наконечник 8 к второму магнитному полюсу магнита. Наличие такого магнитопровода также способствует усилению магнитного поля.
Применение предлагаемой конструкции уплотнения позволяет обойтись без крепе¬жа деталей - магнитное уплотнение за счет магнитных сил может быть прикреп¬лено к корпусу подшипника.
Внедрение магнитного уплотнения позволит увеличить диапазон применения уплотнений по давлению среды.





Рисунок 3.2 – Магнитное уплотнение
И.Н. Бедом, С.В. Прядко [ ] предложили конструкцию щелевого уплотнения вала (рисунок 3.3). Цель изоб¬ретения - повышение надежности в ра¬боте путем устранения параметрических колебаний ротора за счет поддержания постоянного давления на дросселирующей щели. Уплотнение представляет со¬бой цилиндрическую дросселирующую щель, образованную внутренней поверх¬ностью корпуса и ротора. На внутрен¬ней поверхности корпуса выполнена кольцевая канавка, разделяющая щель на два неравных участка, меньший по длине из которых расположен перед ка¬навкой по ходу уплотняемой среды. В канавку помещен предварительно поджа¬тый упругий элемент, при этом посто¬янная сила со стороны упругого эле¬мента поддерживает в канавке постоян¬ное давление, обеспечивает постоянный перепад давления на дросселирующей щели и стабилизирует радиальную гид¬родинамическую силу в щелевом уплотнений.




Рисунок 3.3 – Щелевое уплотнение


С.А. Александровым [ ] было предложено уплотнение для герметизации высокооборотных валов (рисунок 3.4). Целью изобретения является повы¬шение надежности путем создания динами¬ческой составляющей противодавления уплотняемой среды. Уплотнение вала содержит расположенный между валом и корпусомуплотнительный элемент в виде тел качения, размещенных в канавке, выполненной в виде винтового паза на по¬верхности вала, при этом тела качения установлены с зазором по отношению к корпусу. При вращении вала тела каче¬ния центробежными силами выбрасывают¬ся из канавки в зазор до упора и касания поверхности корпуса 2, захватывают уплот¬няемую среду и приводят ее в совместное вращение. За счет сил вязкостного трения тела качения создают динамическую со¬ставляющую перепада давления, направ¬ленную на возврат уплотняемой среды.
Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть исполь¬зовано для герметизации высокооборотных валов, насосов, компрессоров.




Рисунок 3.4 – Уплотнение вала

Д.Г. Крыловым и Я.Ш. Шкиря [ ] предложено уплотнение для вращающихся валов (рисунок 3.5). Цель изобретения - повышение надежности. Уплотнение вала содержит плавающее кольцо с торцовой уплотнительной поверхностью, установленное в корпусе опорное кольцо и эла¬стичную уплотнительную прокладку, уста¬новленную между корпусом и кольцом. На сопряженных с прокладкой поверхно¬стях кольца и корпуса и (или) на ответных поверхностях прокладки выполнены коль¬цевые канавки с внутренним диаметром d1 не менее наружного диаметра d2 повер¬хности, соединенные каналами с уплот¬няемой полостью Б. Прокладка гасит осевые вибрации корпуса, предотвращая разрушение стыка колец и, при этом канавки и каналы 7 способствуют повыше¬нию эффективности защиты стыка этих ко¬лец.



Рисунок 3.5 – Уплотнение вала

Г.А. Лучиным, Б.И. Казаковым, В.А. Курносовым и Д.И. Гремиловым [ ] было предложено плавающее уплотнение (рисунок 3.6), содержащее установленное в корпусе в кольцевой камере с зазором относительно уплотняемого вала уплотнительное кольцо, а также средство разгрузки торцового стыка кольца с корпусом, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы уплотнения, средство разгрузки выполнено в виде кольцевого электромагнита, установ¬ленного в корпусе со стороны уплотняемой полости напротив торца уплотнительного кольца.
При работе уплотнений плавающего типа в условиях больших перепадов дав¬лений уплотняемой среды возникают осевые силы, значительно превышающие несущую способность колец и не позволяющие им всплывать. К этим силам необходимо доба¬вить еще упругие силы пружин, с помощью которых при пусковых и остановочных ре¬жимах осуществляется предварительное поджатие колец.
Одним из эффективных методов повыше¬ния надежности работы плавающих уплот¬нений, работающих при больших перепа¬дах давления уплотняемой среды, является разработка конструктивных мероприятий, связанных с разгрузкой их от осевых сил.

Рисунок 3.6 – Плавающее уплотнение

Э.П. Кревсуном и А.В. Мельниковым [ ] предложено уплотнительное устройство (рисунок 3.7). Целью изобретения является снижение осе¬вых габаритов и стабилизация торцового за¬зора в уплотнении при изменениях темпера¬туры.
С этой целью в кольце выполнены осевые отверстия, стержни установлены в них с за¬зором, выступают над опорным торцом коль¬ца и закреплены у противоположного торца. Для регулирования торцового зазора между кольцом и корпусом стержни закреплены в кольце с возможностью осевого перемещения, а для регулирования жесткости упругой под¬вески кольца в отверстиях установлены с воз¬можностью осевого перемещения и фиксации втулки, плотно охватывающие стержни.
Недостатком известной конструкции явля¬ется нестабильность торцового зазора при изменениях температуры вследствие измене¬ния длины стержней, а также большие осе¬вые габариты уплотнения.

Рисунок 3.7 – Уплотнительное устройство

 А.Е. Черновым и С.Т. Лапоного [ ] представлена конструкция уплотнения вала (рисунок 3.8). Цель изобретения - снижение утечек и повышение надежности. Уплотнение вала содержит плавающее кольцо, охватываю¬щее вал с дросселирующим зазором 3 и установленное в камере корпуса. Плава¬ющее кольцо снабжено кольцевыми радиальными буртами 6 и торцовым пояском 8, на наружной поверхности которого вы¬полнена радиальная кольцевая канавка 9. Торцовый стык образован торцовым по¬яском 8 и упорной поверхностью корпуса. Данная конструкция обеспечивает нераскрытие торцового стыка тем самым снижение суммарных утечек и повышение надежности.

Рисунок 3.8 – Уплотнение вала

Нами представлена конструкция уплотнительного узла центробежного насоса. Конструкция уплотнения приведена на рисунке 3.9. Уплотнение состоит из трубы 1, фланца 2, гаек специальных 3 и 4, прокладки 6, шнура асбестового 7.
 Достоинством уплотнения является то, что практически отсутствуют утечки перекачиваемой жидкости.