Насос центробежный консольный 1К 100-65-200-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Насосы центробежные консольные типа К и 1К и агрегаты электро-насосные на их основе, предназначены для перекачивания технической во-ды
(кроме морской), а также других жидкостей сходных с водой по плотно-сти, вязкости, химической активности с рН=6...9, с содержанием твердых включений не более 1% по массе, размером не более 0,2 мм.
Температура перекачиваемой жидкости:
-для насосов 1К50-32-125, 1К65-50-160 – от 263 до 358К (от минус 10 до 850С);
-для насосов 1К80-50-200, 1К80-65-160, 1К100-80-160, К100-65-200,
1К100-65-250, 1К150-125-315,– от 263 до 378К (от минус 10 до 1050С).
Насосы (агрегаты) 1К относятся к изделиям вида 1 (восстанавливае-мые) по ГОСТ 27.003-90 и выпускаются в климатическом исполнении У3.1 и Т2 по ГОСТ 15150-69 .
Насосы с торцовым уплотнением вала, укомплектованные взрыво-защищенными двигателями, предназначены для установки во взрывоопас-ных и пожароопасных помещениях. Классы взрывоопасных зон 1,2 ГОСТ Р51330.9-99.
Насосы и агрегаты разработаны с учетом поставки на экспорт в со-ответствии с требованиями ОСТ26-06-2011-79.
Условное обозначение насоса (агрегата) при заказе, переписке и в технической документации должно быть:

Насос (агрегат) 1К80-50-200-с У3.1 ТУ3631-096-05747979-97


где 1К – консольный;
80 – диаметр входного патрубка, мм;
50 – диаметр выходного патрубка, мм;
200 –диаметр рабочего колеса (условный), мм;
с- сальниковое уплотнение (т- торцовое уплотнение)
У3.1 – климатическое исполнение и категория размещения.
При поставке насоса с одним из вариантов рабочих колес по внеш-нему диаметру, добавляется индекс:
«м» «л»- увеличенный диаметр рабочего колеса;
«а», «б», «в» - уменьшенный диаметр рабочего колеса.

 Консольные насосы К по ГОСТ 22247-96. Электронасосы типа «К»- центробежные, консольные, одноступенчатые с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу, предназначены для перекачивания чистой воды, производственно-технического назначения (кроме морской) с рН 6...9, температурой от 273 до 358К (от 0 до + 85oС) и от 273 до 378К (от 0 до 105oС), и других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности, содержащих твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1%.
 Уплотнение вала насоса – одинарное, двойное сальниковое или одинар-ное торцовое.
 Наибольшее допускаемое избыточное давление на входе в насос, для насосов с мягким сальником, 0,35Мпа (3,5 кгс/см2), с торцовым аменяя иием 0,6 Мпа (6,0 кгс/см2).
 Материал деталей проточной части – серый чугун.
Условное обозначение насоса соответствует ГОСТ 22247-96
К80-50-200-С-УХЛ4,
где
 К – тип насоса (консольный);
 80 – номинальный диаметр входного патрубка, мм;
 50 – номинальный диаметр выходного патрубка, мм;
 200 – номинальный диаметр рабочего колеса, мм;
 С – условное обозначение одинарного сальникового уплотнения вала насоса либо СД – двойного сальникового уплотнения;
 УХЛ – климатическое исполнение;
 4 – категория размещения агрегата при эксплуатации
Тот же насос с обточкой рабочего колеса и торцовым уплотнением вала насоса имеет обозначение: К80-50-200а-5-УХЛ4, где
• а – обточка рабочего колеса;
5 – условное обозначение одинарного торцового уплотнения

Насос типа К – центробежный, горизонтальный, консольный, с саль-никовым уплотнением вала. Корпус насоса крепится к фланцу опорного кронштейна. В корпусе насоса выполнен спиральный отвод. Рабочее коле-со – одностороннего входа, закрытого типа. Подвод жидкости к рабочему колесу осевой. Напорный патрубок выполнен в корпусе насоса и располо-жен в одной плоскости с осью вращения и входным патрубком. Ротор насоса приводится во вращение электродвигателем через соединительную муфту. Опорами ротора служат один радиально-упорный и один ради-альный шарикоподшипники, установленные в кронштейне. Подшипники смазываются консистентной смазкой ЛИТОЛ 24 ГОСТ 21150-87.е Акцио-нерное Общество
Направление вращения ротора – по часовой стрелке, если смотреть со
стороны привода. В верхней части корпуса имеется отверстие, закрытое пробкой, для выпуска воздуха. В нижней части корпуса насоса имеется от-верстие, закрытое пробкой, для слива остатков жидкости при остановке насоса на длительное время. В кронштейне имеется отверстие, предназна-ченное для отвода утечки жидкости через сальник.
Присоединительные размеры фланцев – по ГОСТ 12815-80.
Консольные насосы составляют большую часть производства всех насосов (в штуках это составляет около 65%). Их качество, надежность и удобство в эксплуатации в значительной степени определяет насосострое-ние в стране. На рис. 1.2 показана их область применения.
Консольный насос представляет собой, с точки зрения гидравлики, характерный тип центробежного насоса рабочим органом которого явля-ется центробежное колесо.
Центробежное колесо состоит из двух дисков, между которыми, со-единяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса.
При вращении колеса на каждую частицу жидкости, находящуюся внутри колеса, действует центробежная сила, прямо пропорциональная расстоянию частицы от центра колеса и квадрату угловой скорости вра-щения колеса.
Под действием этой силы жидкость выбрасывается в напорный тру-бопровод из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части – повышенное давление.
Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствии разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и в центральной области колеса, где имеется разре-жение.
К группе консольных насосов относятся центробежные одноступен-чатые чугунные насосы с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу. Колесо такого насоса располагается на конце вала (консоли), за-крепленного в подшипниках корпуса насоса или электродвигателя. Такую же конструкцию имеют и другие типы насосов (химические, фекальные, грунтовые и т.д.).
Конструктивно насосы имеют следующие исполнения:
К – (основное исполнение) горизонтальные консольные с опорой на кор-пусе, с подводом от двигателя через упругую муфту;
КМ – консольные моноблочные. Рабочее колесо установлено на конце удлиненного вала электродвигателя;
КМП – повысительные, для установки в жилых зданиях;
ЦВЦ или КМЛ – линейные с расположением осей всасывающего и напор-ного патрубков в линию и вертикальной осью вращения ротора.
В консольных насосах типа К следует выделить насосы K250-125-400 производства Рыбницкого насосного завода, которые применяются для комплектации дождевальных установок типа «Кубань», а также по-жарный моноблочный насос – 4К-6ПМ производства Ковельской ВТК, ко-торый устанавливается на поливочных машинах типа ПМ-ВОВ, КПМ-3, АКПН-3 и АС-155.
Материал деталей проточной части консольных насосов – серый чу-гун.
Консольные насосы предназначены для перекачивания воды и дру-гих нейтральных жидкостей с температурой от 0° до 85°С (по специально-му заказу с температурой до 105°С) с содержанием твердых включений размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1%.
Наибольшее допускаемое избыточное давление перекачиваемой жидкости на входе: для насосов с опорой на корпусе и для повысительных 6 кГс/cм2, для моноблочных и линейных – 3,5 кГс/см2.
Исполнение насоса по узлу уплотнения определяется температурой воды и давлением на входе в насос. В одинарное сальниковое уплотнение затворная жидкость не подается. При температуре воды свыше 85°С или при абсолютном давлении на входе ниже атмосферного в двойное сальни-ковое уплотнение подается затворная вода под давлением, превышающем давление жидкости перед уплотнением на 0,5 – 1 кГс/см2. В двойное саль-никовое уплотнение затворная жидкость (вода) подается в тупик. Нор-мальная величина внешней утечки воды до 3 л/час, (через сальник должна просачиваться жидкость, чтобы смазывать уплотняющую поверхность).
Не допускается установка и эксплуатация насосов во вэрыво и пожа-роопасных производствах и использование их для перекачивания горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, а также размещение в жилых здани-ях (кроме повысительных насосов ЦВЦ и КМЛ).
Насосы исполнения К и КM выпускаются на одинаковые рабочие параметры и при ограниченных рабочих площадях предпочтение отдается исполнению КМ, которые имеют меньшую длину ( рис. 1.3).
Повысительные насосы типа КМП используются для перекачивания чистой воды о температурой до 105°С в жилых и общественных зданиях.
Главная конструктивная особенность этих насосов – соединение напорного и всасывающего патрубков с напорным и всасывающим трубо-проводом при помощи гибких вставок. Применение гибких вставок позво-ляет снизить уровень вибрации, передаваемый электронасосом на трубо-провод. Эти же вставки позволяют заменять насос и его детали без отсо-единения трубопроводов.
Гибкие вставки имеют два исполнения: с рукавами для холодной во-ды и для горячей воды.
Конструкция корпуса насоса позволяет устанавливать напорный па-трубок как вертикально вверх, так и горизонтально в обоих направлениях.
Консольный линейный насос типа КМЛ или ЦВЦ – имеет верти-кальную моноблочную конструкцию с расположением осей всасывающего и напорного патрубков в линию и предназначен для перекачивания (цир-куляции) воды в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.
Насос КМЛ перекачивает воду с температурой до 105°С, насос ЦВЦ – до 70°С. Данный насос может быть закреплен непосредственно на тру-бопроводе. Насос типа КМЛ, кроме того, имеет собственную опору, с по-мощью которой устанавливается на фундамент.
Ясногорским машиностроительным заводом выпускается консоль-ный насос К-60М, предназначенный для перекачивания воды с объемной концентрацией взвешенных частиц до 0,3% при крупности до 1 мм. Этот насос используется для откачивания воды из шахт и по своему функцио-нальному назначению и по характеристике перекачиваемой среды близок к насосам для взвешенных веществ. Другая особенность этого насоса – комплектация его электродвигателем взрывозащищенного исполнения 2БР132-S4. Температура перекачиваемой жидкости до 80°С.
В связи с тем, что консольные насосы самые массовые в производ-стве, имеют наименьший рейтинг дефицита и предназначены для самых простых условий работы (перекачивание воды с температурой до 85°С), варианты взаимозаменяемости чаще всего сводятся к комбинированию различных вариантов параллельного соединения насосов с малой подачей, чтобы получить требуемое большее значение подачи. Реже применяется замена с последовательным соединением насосов, чтобы получить нужный напор.
При замене консольных насосов следует руководствоваться тем, что заменять консольные насосы могут практически все другие близкие по ра-бочим параметрам насосы, т.к. они проходят испытания на воде.
Исключения составляют насосы, работающие на самосмазывающих жидкостях, например, шестеренные маслонасосы.
Чаще всего производится замена консольных насосов насосами, вы-пускаемыми крупными сериями, например, насосами вихревыми, бензино-выми и молочными.

На основании проведенного анализа отечественных центробежных насосов, наиболее близким к техническому заданию по параметрам явля-ется насос 1К 100-65-200 производства ООО Ливгидромаш, выбранный как модель наиболее широко распространенная в регионе.

2.2 Описание модернизируемого насоса

Горизонтальные центробежные консольные насосы предназначены для перекачивания воды и других жидкос¬тей, сходных с водой по вязко-сти и химической активности.
Предусмотрено изготовление двух конструкций центробежных кон-сольных насосов:
К — с горизонтальным валом и отдельной стойкой,
КМ — моноблочные с горизонтальным валом.
Основные технические характеристики насосов такого типа при-ведены в таблице. В этих насосах предусмотрен односторонний под¬вод жидкости к рабочему колесу.
Основные детали насосов типа К (рисунок 2.1): корпус 2 (фигур¬ная литая деталь, внутренняя полость которой выполнена в виде спирали с диффузорным каналом и напорным патрубком), крышка корпуса 1 с входным патрубком 16, рабочее колесо 3, вал 8 и опор¬ная стойка 9.
Напорный патрубок расположен под углом 90° к оси насоса и в


зависимости от условий монтажа и эксплуатации может быть по-вернут вместе с корпусом на 90, 180 и 270°.
Рабочее колесо, закрепленное на валу гайкой 4, состоит из двух дис-ков — ведущего и ведомого, соединенных пространственными или цилин-дрическими лопатками. Ведущий диск имеет несколько разгру¬зочных от-верстий 14. Жидкость в это колесо подводится в осевом направлении.
Сальник состоит из корпуса 5, крышки 7, набивки 6 и кольца гид-равлического уплотнения 12.
Рабочие колеса, разгруженные от осевых сил, имеют двустороннее, остальные — одностороннее уплотнение, образуемое за счет за¬зора между цилиндрическими поверхностями колеса и кольцами 13 и 15.
Вал насоса 8 вращается в шарикоподшипниках 10 и 11, разме-щенных в опорной стойке. Смазка подшипников осуществляется жидким маслом, заливаемым в корпус опорной стойки.
Основные детали насосов типа КМ: спиральный корпус , рабочее коле-со и корпус сальника . Рабочее колесо насаженное на удлиненный конец вала электродвигателя, закреплено шпонкой и специальной гайкой с ле-вой резьбой. Для уменьшения потерь от перетоков жидкости из области высокого в область низкого давления и для защиты корпуса и рабочего колеса от износа устанавливают двустороннее уплотнение с помощью двух защитно-уплотнительных колец .
Узел уплотнения вала состоит из корпуса сальника 9, отлитого за од-но целое с крышкой насоса, крышки сальника 8, набивки 6 и грундбуксы 5.
2.3 Модернизация

Практика эксплуатации консольных насосов показывает, что к.п.д насосов, работающих на воде невысок. Особенностью работы на воде яв-ляется ее низкая вязкость, что приводит к перетечкам в проточной части насосов т.е. между корпусом и рабочим колесом, а также в уплотнениях вала. В качестве модернизации предлагается снизить утечки, повысив к.п.д. установкой адаптирующегося к режиму работы насоса уплотнения и усилить подшипниковый узлы, установкой двойных подшипников, рабо-тающих параллельно.

2.4 Патентная проработка

Патентная проработка велась по теме «уплотнения валов центробеж-ных насосов» глубиной 20 лет. По данной теме найдено более 20-ти автор-ских свидетельств и патентов, описанные изобретения в которых реальны для использования в горизонтальных одноступенчатых центробежных насосах. Наиболее интересные технические решения описаны в главе.
Торцовое уплотнение [5]. Торцовое уплотнение вращающегося вала, содержащее корпус, вращающееся и невращающееся уплотнительные кольца пары трения, хотя бы одно из которых размещено и зафиксирова-но в обойме байонетным соединением и подпружинено относительно дру-гого кольца пары трения, отличающееся тем, что байонетное соединение выполнено сопрягаемым по конической поверхности и снабжено дополни-тельным элементом фиксации, выполненным в виде подпружиненного сту-пенчатого стержня.
Торцевое уплотнение [6]. Торцевое уплотнение вращающегося вала относится к уплотнительной технике и может быть использовано для гер-метизации вращающихся валов насосов, перекачивающих высокотемпера-турные, взрыво- и пожароопасные, токсичные жидкости. Торцевое уплот-нение вращающегося вала состоит из вращающегося уплотнительного элемента, закрепленного на валу, и невращающегося уплотнительного элемента, установленного в корпусе. Для охлаждения элементов торцевого уплотнения используется охлажденная перекачиваемая среда. Подача охлажденной среды осуществляется через каналы, выполненные во флан-це, закрепленном на корпусе уплотнения, затем охлажденная среда попа-дает в полость, образованную проточкой во фланце и опорным кольцом. Через перепускные каналы и дросселирующий зазор среда поступает в по-лость уплотнения и по каналам и цилиндрическим отверстиям втулки, установленной в корпусе и разделяющей полость насоса и полость уплот-нения, а также через дросселирующий зазор, образованный внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью вала, поступает в полость насоса.
Торцевое уплотнение [7]. Торцовое уплотнение вращающегося вала предназначено для герметизации вращающихся валов и механизмов. Ан-тифрикционное кольцо взаимодействует с опорным кольцом через проме-жуточное кольцо, изготовленное из материала с более высоким пределом прочности, чем антифрикционное кольцо. Контактирующие торцы анти-фрикционного и промежуточного колец изготовлены с плоскостностью и шероховатостью, аналогичной поверхностям уплотняющего подвижного контакта. На одном из торцов выполнена концентрическая кольцевая ка-навка, соединенная радиальными канавками с полостью высокого давле-ния, а кольцевой поясок, расположенный в диаметральных пределах вход-ной кромки уплотнительного пояска и вторичного уплотнения, выполнен на одном из контактирующих между собой торцов промежуточного или опорного колец. Изобретение повышает надежность и увеличивает срок службы уплотнения.
 Торцевое уплотнение [8]. Торцевое уплотнение вращающегося вала, уплотняющий подвижный контакт которого образован взаимодействую-щими по уплотнительному пояску элементами вращающегося и неподвиж-ного узлов, по меньшей мере один из которых состоит из опорного коль-ца, взаимодействующего в радиальном направлении через вторичное уплотнение с базовой деталью, и антифрикционного кольца, взаимодей-ствующего с опорным кольцом в осевом направлении по кольцевому пояс-ку, расположенному в диаметральных пределах входной кромки уплотни-тельного пояска и вторичного уплотнения, отличающееся тем, что анти-фрикционное кольцо взаимодействует с опорным кольцом через промежу-точное кольцо, изготовленное из материала с более высоким пределом прочности, чем антифрикционное кольцо, причем контактирующие торцы антифрикционного и промежуточного колец изготовлены с плоскостно-стью и шероховатостью, аналогичной поверхностям уплотняющего по-движного контакта, и одном из этих торцов выполнена концентрическая кольцевая канавка, соединенная радиальными канавками с полостью высо-кого давления, а вышеупомянутый кольцевой поясок, расположенный в диаметральных пределах входной кромки уплотнительного пояска и вто-ричного уплотнения, выполнен на одном из контактирующих между собой торцов промежуточного или опорного колец.
Торцевое уплотнение [9]. Использование: изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации вращающихся валов и механизмов. Сущность изобретения: уплотнение содержит невращающийся аксиально подвижный уплотнительный элемент, вращающийся уплотнительный узел, состоящий из укрепленного на валу опорного кольца, антифрикционного кольца и уплотнительного элемента, установленного между антифрикционным и опорным кольцами. Послед-ние установлены с зазорами в осевом и радиальном направлениях для обеспечения углового поворота антифрикционного кольца относительно опорного, при этом одна пара сопрягающихся рабочих поверхностей ан-тифрикционного и опорного колец расположена перпендикулярно оси вращения вала, а другая - параллельно.

  2.5 Описание модернизированного узла

Изобретение [10] относится к уплотнительной технике и предназна-чено для герметизации валов насосов и химической аппаратуры, Цель изобретения - повышение герметичности и надежности за счет нераскры-тия пары трения. Торцовое сальниковое уплотнение, в котором пара тре-ния состоит из вращающегося металлического кольца 1, неподвижно установленного в корпусе 2 на валу 3 и имеющего на торцовой по-верхности выступ 4, и двух или более колец сальниковой набивки 5, установленных аксиально подвижной обойме 6, Обойма 6 имеет внут-ренний кольцевой выступ 7 с конической поверхностью 8 и наружный выступ 9 с цилиндрической поверхностью. Радиальные силы с кониче-ской поверхности дополнительно равномерно по всей окружности по-верхности сальниковой набивки создают дополнительное усилие поджа-тия к внутренней расточке корпуса, что обеспечивает повышенную гер-метичность внутренней полости с
давлением жидкости и атмосферой. Изобретение относится к уплотни-
тельной технике и предназначено для герметизации валов насосов и хими-ческой аппаратуры.
Целью изобретения является повышение герметичности и надежности за счет нераскрытия пары трения,
На рисунке 2.1 изображено торцовое сальниковое уплотнение, разрез.
Пара трения состоит из вращающегося металлического кольца 1, неподвижно установленного в корпусе 2 на валу 3 и имеющего на торцо-вой поверхности выступ 4, и двух или более колец сальниковой набивки 5 (стыки которых расположены в противоположные стороны), установлен-ных
в аксиально подвижной обойме 6.
Обойма имеет внутренний кольцевой выступ 7 с конической
поверхностью 8 и наружный выступ 9 по высоте не более 0,5 высоты кольца сальниковой набивки. Кольца сальниковой набивки и обойма
поджимаются к вращающемуся кольцу через нажимную втулку 10
упругими элементами усилия которых можно регулировать гайкой 12.
Кольца сальниковой набивки 5 являются элементами пары трения, одновременно выполняют роль вторичного уплотнения, отделяющего герметизируемую жидкость от атмосферы, а места стыка сальниковой набивки, образующие кольца, разнесены диаметрально противополож-но.
Кольца сальниковой набивки внутренними диаметрами садятся на ко-ническую поверхность обоймы, и при действии усилий на них поджима-ются наружными поверхностями к внутреннему диаметру корпуса.
Торцовое сальниковое уплотнение работает следующим образом. При вращении вала кольцо 1, неподвижно закрепленное на валу 3, вра-
щается в корпусе 2 и торцовым ступенчатым выступом 4 контактируете
сальниковым кольцом 5 пары трения.
Кольца сальниковой набивки 5 размещены в аксиально подвижной обойме 6, имеющей выступ 7 с конической поверхностью 8.
Благодаря конической поверхности 8 обойма в процессе торцового под-жатия появляются радиальные силы, которые стремятся поджать кольца набивки 5 к конической поверхности 8 и тем самым препятствуют про-вороту колец сальниковой набивки, при этом высота выступа с кониче-ской поверхностью взята не менее двух высот сальниковой набивки для то-го, чтобы обеспечить надежную посадку колец и этим обеспечивается герметизация по всей высоте конической поверхности 8 выступа 7. Кроме того, радиальные силы с конической поверхности дополнительно равно-мерно по всей окружности поверхности сальниковой набивки 5 создают дополнительное усилие поджатия к внутренней расточке корпуса 2, что обеспечивает повышенную герметизацию внутренней полости 13 с давле-нием жидкости и атмосферой 14. Наружный выступ 9 аксиально подвиж-ной 'обоймы 6 по высоте составляет не более 0,5 высоты кольца сальни-ковой набивки. Это обеспечивает надежную посадку кольца 5 сальниковой набивки и препятствует его провороту при работе. Кроме того, часть вы-соты кольца сальниковой набивки 5, прилегающей к днищу обоймы 6, способствует герметизации рабочей поверхности, контактирующей с кор-пусом 2 за счет усилий нажима и радиальных сил, создаваемых кониче-ской поверхностью.
Жесткое кольцо 1, установленное на валу 3, имеет ступенчатую торцовую поверхность с выступом к наружному диаметру, это дает воз-можность при небольших усилиях поджима колец 5 сальниковой набивки удерживать и герметизировать при работе уплотнения. Ширина выступа составляет не более 0,5 ширины сечения кольца и не менее 0,1, что обеспе-чивает надежный контакт и герметизацию в паре трения и способствует повышению срока службы уплотнения.
Торцовое сальниковое уплотнение имеет узел регулировки величины поджатия колец 5 сальниковой набивки, включающий упругий элемент 11, установленный на шпильке, и гайку 12, шпилька пропущена в отвер-стие нажимной втулки 10.
  Торцовое сальниковое уплотнение, содержащее пружину, поджи-мающую кольца сальниковой набивки, которые установлены в непо-движной обойме, к вращающемуся кольцу, установленному жестко на валу, отличающееся тем, что, с целью повышения герметичности и надежности, поверхность обоймы, примыкающая к набивке, выполнена конической со стороны вала и цилиндрической со стороны корпуса, при этом длина конической поверхности выполнена не менее двух радиальных размеров сечения сальниковых набивок, а глубина цилиндрической сто-роны - не более 0,5 ширины сечения, причем кольцо, жестко установ-ленное на валу, имеет ступенчатую торцовую поверхность с выступом к наружному диаметру и ширина выступа составляет не более 0,5 ширины сечения кольца и не менее 0,1.