RU2786857C1

RU2786857C1 - Vertical multistage centrifugal pump for applications with a high content of hydrogen sulfide

Info

Publication number: RU2786857C1
Application number: RU2022118167A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Жубанов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Виллина"
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2022-12-26

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to vertical multistage centrifugal pumps operating in environments with a high content of hydrogen sulfide. A vertical multistage centrifugal pump for use in environments with a high content of hydrogen sulfide contains, mounted on a base plate, an asynchronous explosion-proof AC motor, the shaft of which is connected by means of flanges to the pump shaft through a magnetic coupling located in a separate housing, made with radial stiffeners and coaxially located below it, the discharge housing, in the upper part of which there is a radial-axial bearing, inside which there is an upper radial support of the pump shaft plain bearing and an axial plain bearing and a fitting outlet for air drainage when filling the pump, in the middle there is a discharge pipe, and in The lower part is coaxially fitted with a sleeve hermetically connected by means of sealing rings, in which working stages are installed, made of heat-resistant steel XH35BT, consisting of impellers and guide vanes. The lower part of the sleeve is coaxially mounted, hermetically connected by means of sealing rings, the suction housing in the side wall of which there is a suction pipe and a pipe with a union-nipple connection for draining liquid from the pump during repair, in the lower part of the suction housing there is a lower radial bearing of the pump shaft sliding, the suction housing is connected with a base plate through a flange connection, the suction pipe and the discharge pipe are installed in a horizontal direction, the discharge casing and the suction casing are pulled together with pins through the sleeve, while the body parts and shafts are made of corrosion-resistant steels 10X17H13M2T, 20ЮЧ, astm a350 lf2, the sealing screen is made without welded connections, welds between the sleeve and flanges are reduced, and threaded connections are used in nozzles.

EFFECT: improving the reliability and durability of the device.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к вертикальным многоступенчатым центробежным насосам, работающим в средах с большим содержанием сероводорода, и может быть использовано для перекачивания химически активных веществ и пожаровзрывоопасных жидкостей, пары которых при смешении с воздухом образуют опасные смеси для жизни и здоровья людей, а также окружающей среды.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to vertical multistage centrifugal pumps operating in environments with a high content of hydrogen sulfide, and can be used for pumping chemically active substances and flammable liquids, the vapors of which, when mixed with air, form dangerous mixtures for human life and health, as well as the environment.

Известен насос с магнитным приводом, включающий стационарный вал, содержащий металлическую переднюю опору, интегрированную с корпусом насоса во впуске насоса и покрытую полимерной оболочкой, изготовленной из фторполимера, заднюю опорную поверхность, расположенную на герметизированной нижней стороне защитной оболочки для обеспечения дополнительной опоры для стационарного вала и рабочее колесо, которое содержит канал для уменьшения скорости потока на впуске с целью обеспечения низкого допускаемого кавитационного запаса (RU 2534195, МПК F04D 13/02, F04D 29/047, опубл. 27.11.2014).Known pump with a magnetic drive, including a stationary shaft containing a metal front support integrated with the pump housing at the pump inlet and covered with a polymer shell made of fluoropolymer, a rear bearing surface located on the sealed underside of the protective shell to provide additional support for the stationary shaft and an impeller that contains a channel for reducing the flow rate at the inlet in order to ensure a low permissible NPSH (RU 2534195, IPC F04D 13/02, F04D 29/047, publ. 27.11.2014).

Недостатками известного решения являются сложная при производстве и эксплуатации конструкция, отличающаяся низкой ремонтопригодностью, в следствие монолитности устройства, а также низкой взрывопожаростойкостью, обусловленной применением защитной полимерной оболочки из фторполимера, прочность которого снижается по мере увеличения температуры.The disadvantages of the known solutions are the design, which is difficult to manufacture and operate, and is characterized by low maintainability due to the solidity of the device, as well as low explosion and fire resistance due to the use of a protective polymer shell made of fluoropolymer, the strength of which decreases with increasing temperature.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является многосекционный электронасосный агрегат, включающий сообщенные между собой не менее двух электронасосных секций, каждая из которых включает корпус всасывания, средний корпус, корпус нагнетания, и магнитную муфту, связывающую приводной вал электродвигателя с рабочим валом, и снабжена двумя трехходовыми кранами – верхним трехходовыми краном и нижним трехходовыми краном, соединенных между собой трубопроводом, при этом верхний трехходовой кран установлен на корпусе нагнетания, а нижний трехходовой кран установлен на корпусе всасывания. Каждая секция снабжена обоймой, причем в обойме параллельно вертикальной оси каждой электронасосной секции по окружности выполнены сквозные отверстия и изогнутое Г-образное отверстие (RU 2773788, МПК F04D 13/02, опубл. 09.06.2022).The closest in technical essence to the proposed technical solution is a multi-section electric pump unit, which includes at least two electric pump sections interconnected, each of which includes a suction housing, a middle housing, a discharge housing, and a magnetic coupling connecting the drive shaft of the electric motor with the working shaft, and equipped with two three-way valves - an upper three-way valve and a lower three-way valve, interconnected by a pipeline, while the upper three-way valve is installed on the discharge housing, and the lower three-way valve is installed on the suction housing. Each section is equipped with a holder, and in the holder, parallel to the vertical axis of each electric pump section, through holes and a curved L-shaped hole are made in the holder (RU 2773788, IPC F04D 13/02, publ. 06/09/2022).

Недостатками известного технического решения являются относительно низкая надежность и долговечность, вызванные ускоренным развитием коррозионных процессов в деталях устройства и сварных швах корпусов, состоящих из гильз с приваренными к ним фланцами. А также коррозионные процессы развиваются в сварных швах герметизирующего экрана, что не позволяет должным образом использовать устройство в средах с большим содержанием сероводорода, характерным для жидкостей нефтеперерабатывающей и газовой промышленности.The disadvantages of the known technical solution are the relatively low reliability and durability caused by the accelerated development of corrosion processes in the details of the device and the welds of the housings, consisting of sleeves with flanges welded to them. Also, corrosion processes develop in the welds of the sealing screen, which does not allow the device to be properly used in environments with a high content of hydrogen sulfide, which is typical for liquids in the oil refining and gas industries.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности и долговечности устройства, за счет применения рабочих ступеней насоса из жаропрочной стали ХН35ВТ, корпусных деталей и валов из коррозионностойких сталей 10Х17Н13М2Т, 20ЮЧ, astm a350 lf2, герметизирующего экрана без сварных соединений, а также за счет сокращения сварных швов между гильзой и фланцами путем изменения конструкции корпусов, стягиваемых шпильками, а также за счет замены сварных швов резьбовыми соединениями в патрубках.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability and durability of the device, through the use of working stages of the pump made of heat-resistant steel KhN35VT, body parts and shafts made of corrosion-resistant steels 10Kh17N13M2T, 20YUCH, astm a350 lf2, a sealing screen without welded joints, and also by reducing welded seams between the sleeve and flanges by changing the design of the housings, pulled together by studs, as well as by replacing welds with threaded connections in branch pipes.

Сущность изобретения заключается в том, что вертикальный многоступенчатый центробежный насос для применения в средах с большим содержанием сероводорода, содержит, установленные на плите опорной, электродвигатель переменного тока асинхронный взрывозащищенный, вал которого посредством фланцев соединен с валом насоса через муфту магнитную, расположенную в отдельном корпусе, выполненном с радиальными ребрами жесткости и соосно расположенным ниже него корпусом нагнетания, в верхней части которого расположен радиально-осевой подшипник, внутри которого установлена верхняя радиальная опора подшипника скольжения вала насоса и осевой подшипник скольжения и отвод штуцерно-ниппельного соединения для дренажа воздуха при заполнении насоса, по середине расположен нагнетательный патрубок, а в нижней части соосно установлена герметично соединенная посредством уплотнительных колец гильза, в которой установлены рабочие ступени, выполненные из жаропрочной стали ХН35ВТ, состоящие из рабочих колес и направляющих аппаратов, в нижней части гильзы соосно установлен герметично соединенный посредствам уплотнительных колец корпус всасывания в боковой стенке которого установлен всасывающий патрубок и патрубок со штуцерно-ниппельным соединением для слива жидкости из насоса при ремонте, в нижней части корпуса всасывания расположена нижняя радиальная опора скольжения вала насоса, корпус всасывания соединен с опорной плитой посредством фланцевого соединения, всасывающий патрубок и нагнетательный патрубок установлены в горизонтальном направлении, корпус нагнетания и корпус всасывания через гильзу стягивают шпильками, при этом корпусные детали и валы выполнены из коррозионностойких сталей 10Х17Н13М2Т, 20ЮЧ, astm a350 lf2, герметизирующий экран выполнен без сварных соединений, сокращены сварные швы между гильзой и фланцами, а в патрубках используют резьбовые соединения.The essence of the invention lies in the fact that a vertical multistage centrifugal pump for use in environments with a high content of hydrogen sulfide, contains, installed on the base plate, an explosion-proof asynchronous AC motor, the shaft of which is connected by means of flanges to the pump shaft through a magnetic coupling located in a separate housing, made with radial stiffeners and a discharge housing coaxially located below it, in the upper part of which there is a radial-axial bearing, inside which the upper radial support of the pump shaft plain bearing and the axial plain bearing are installed and the outlet of the nipple connection for air drainage when filling the pump, a discharge pipe is located in the middle, and a sleeve hermetically connected by means of sealing rings is coaxially installed in the lower part, in which working stages are installed, made of heat-resistant steel ХН35ВТ, consisting of impellers and guides suction casing is installed coaxially in the lower part of the sleeve, hermetically connected by means of sealing rings, in the side wall of which there is a suction branch pipe and a branch pipe with a fitting-nipple connection for draining liquid from the pump during repair, in the lower part of the suction housing there is a lower radial bearing of the pump shaft sliding , the suction body is connected to the base plate by means of a flange connection, the suction pipe and the discharge pipe are installed in a horizontal direction, the discharge body and the suction body are pulled together with pins through the sleeve, while the body parts and shafts are made of corrosion-resistant steels 10X17H13M2T, 20YUCH, astm a350 lf2, sealing the screen is made without welded joints, the welds between the sleeve and the flanges are reduced, and threaded connections are used in the nozzles.

На фиг. 1 представлено продольное сечение вертикального многоступенчатого центробежного насоса для применения в средах с большим содержанием сероводорода, на фиг. 2 – узел верхнего подшипника, на фиг. 3 – узел нижнего подшипника.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a vertical multistage centrifugal pump for use in environments with a high content of hydrogen sulfide, FIG. 2 - top bearing assembly, in Fig. 3 - lower bearing assembly.

Вертикальный многоступенчатый центробежный насос для применения в средах с большим содержанием сероводорода (фиг. 1) включает корпус всасывания 1 с патрубком 2 и корпус нагнетания 3 с патрубком 4 с герметизацией кольцами уплотнительными резиновыми 5. Между корпусами всасывания 1 нагнетания 3 в гильзе 6 размещены и стянуты шпильками 7 ступени, уплотненные кольцами аппаратными 8 и включающие в себя рабочие колеса 9, 10, 11 и аппараты направляющие 12, 13, 14. Рабочие колеса посажены последовательно на вал основной 15 на шпонке 16. Их перемещение ограничено конструкцией аппаратов направляющих 12, 13, 14. Корпус шнека 17 и шнек 18, предназначенный для увеличения кавитационного запаса, размещены в гильзе 6 и закреплены на валу основном 15 при помощи шпонки 16. Узел верхнего подшипника 19 (фиг. 2) закреплен в корпусе нагнетания 3 от проворота при помощи штифта 20 и состоит из пяты нижней 21, пяты верхней 22 и подпятника 23, закрепленных при помощи шпонки 24 и воспринимающих осевые нагрузки, действующие на вал основной 15. Также в узел верхнего подшипника входят шайба 25, втулка 26, опора неподвижная 27 и втулка защитная 28, закрепленные шпонкой 29 и воспринимающие радиальные нагрузки, действующие на вал основной 15. Узел нижнего подшипника (фиг. 3) опирается на корпус 30 и притягивается к корпусу всасывания 1 при помощи шпилек 31. Он состоит из шайбы стопорной 32, кольца уплотнительного 33, опоры неподвижной 27, зафиксированной штифтом 34, кольцом пружинным 35 и шпонкой 36, а также втулки защитной 28, закрепленной на валу основном 15 гайкой 37. Ведомая магнитная полумуфта 38 закреплена на валу основном 15 гайкой 39 с шайбой стопорной 32. Ведущая магнитная полумуфта 40 закреплена на валу электродвигателя переменного тока асинхронного взрывозащищенного 41 с помощью фланца 42, проволоки 43 и винта 44, шайбы 45, болтов 46 и 47. Экран тонкостенный герметизирующий 48 из немагнитного материала, уплотненный кольцом резиновым 49, устанавливают между ведомой 38 и ведущей 40 полумуфтами магнитными. Он обеспечивает герметичность насоса по валу. Насос крепится к плите опорной 50 болтами 51. Через плиту насос крепят к фундаменту. Стойка 52 электродвигателя переменного тока асинхронного взрывозащищенного 41 закреплена на корпусе нагнетания 3 болтами 53. Окно, закрытое щитком съемным 54, дает возможность проворачивания вала основного 15 вручную. Соединение штуцерно-ниппельное 55 (вид Г фиг. 1) корпуса всасывания 1, включает прокладку 56, заглушку 57, гайку 58 и ниппель 59. К нему подключают трубопровод, через который осуществляется слив перекачиваемой жидкости из насоса перед проведением ремонтных работ. Соединение штуцерно-ниппельное 60 (вид Г фиг. 1) корпуса нагнетания 3, включает прокладку 56, заглушку 57, гайку 58 и ниппель 59. Его используют для удаления воздуха при заполнении насоса перекачиваемой жидкостью. Гнездо 61 предусмотрено для контроля температуры герметизирующего экрана 48.A vertical multistage centrifugal pump for use in environments with a high content of hydrogen sulfide (Fig. 1) includes a suction housing 1 with a branch pipe 2 and a discharge housing 3 with a branch pipe 4 sealed with rubber sealing rings 5. Between the suction housings 1, the discharge 3 in the sleeve 6 are placed and tightened studs 7 stages, sealed with hardware rings 8 and including impellers 9, 10, 11 and guide devices 12, 13, 14. The impellers are mounted in series on the main shaft 15 on the key 16. Their movement is limited by the design of the guide devices 12, 13, 14. The screw housing 17 and the screw 18, designed to increase the cavitation reserve, are placed in the sleeve 6 and fixed on the main shaft 15 with the key 16. The upper bearing assembly 19 (Fig. 2) is fixed in the discharge housing 3 from rotation using the pin 20 and consists of the bottom heel 21, the heel of the top 22 and the thrust bearing 23, fixed with a key 24 and perceiving axial loads, d acting on the main shaft 15. Also, the upper bearing assembly includes a washer 25, a bushing 26, a fixed support 27 and a protective bushing 28, fixed with a key 29 and perceiving radial loads acting on the main shaft 15. The lower bearing assembly (Fig. 3) rests on the body 30 and is attracted to the suction body 1 with the help of pins 31. It consists of a lock washer 32, a sealing ring 33, a fixed support 27 fixed with a pin 34, a spring ring 35 and a key 36, as well as a protective sleeve 28, fixed on the main shaft 15 with a nut 37. The driven magnetic half-coupling 38 is fixed on the main shaft 15 with a nut 39 with a lock washer 32. The driving magnetic half-coupling 40 is fixed on the shaft of an asynchronous explosion-proof AC motor 41 using a flange 42, a wire 43 and a screw 44, a washer 45, bolts 46 and 47. A thin-walled sealing screen 48 made of non-magnetic material, sealed with a rubber ring 49, is installed between the driven 38 and the leading 40 magnetic coupling halves. It ensures the tightness of the pump along the shaft. The pump is attached to the base plate with 50 bolts 51. The pump is attached to the foundation through the plate. The stand 52 of the asynchronous explosion-proof AC motor 41 is fixed on the injection housing with 3 bolts 53. The window, closed by the removable shield 54, makes it possible to rotate the main shaft 15 manually. The fitting-nipple connection 55 (view D of Fig. 1) of the suction body 1 includes a gasket 56, a plug 57, a nut 58 and a nipple 59. A pipeline is connected to it, through which the pumped liquid is drained from the pump before repair work. The fitting-nipple connection 60 (view D of Fig. 1) of the injection housing 3 includes a gasket 56, a plug 57, a nut 58 and a nipple 59. It is used to remove air when filling the pump with the pumped liquid. A socket 61 is provided to control the temperature of the sealing screen 48.

Вертикальный многоступенчатый центробежный насос для применения в средах с большим содержанием сероводорода перекачивает в стационарных условиях, химически активные вещества и пожаровзрывоопасные жидкости, пары которых при смешении с воздухом образуют опасные смеси для жизни и здоровья людей, а также окружающей среды. Содержание сероводорода до 6 %, наличие примесей (не абразивного характера) не более 0,2 %, размером не более 0,2 мм. Температура перекачиваемой жидкости до +150 °С. Интервал перепада давления жидкостей между входом и выходом из насоса составляет от 2 кг/см² до 25 кг/см².Vertical multistage centrifugal pump for use in environments with a high content of hydrogen sulfide pumps in stationary conditions, chemically active substances and flammable liquids, the vapors of which, when mixed with air, form dangerous mixtures for life and health of people, as well as the environment. The content of hydrogen sulfide is up to 6%, the presence of impurities (non-abrasive nature) is not more than 0.2%, the size is not more than 0.2 mm. The temperature of the pumped liquid is up to +150 °С. The interval of liquid pressure difference between the inlet and outlet of the pump is from 2 kg/cm ² to 25 kg/cm ² .

Устройство работает следующим образом. При запуске вертикального многоступенчатого центробежного насоса для применения в средах с большим содержанием сероводорода крутящий момент от электродвигателя переменного тока асинхронного взрывозащищенного 41 с помощью магнитных сил полумуфты ведущей магнитной 40 бесконтактно через экран герметизирующий 48 передается на полумуфту ведомую магнитную 38, которая, в свою очередь, с помощью шпоночного соединения 29 передает крутящий момент на вал основной 15, приводя во вращение колеса рабочие 9, 10, 11 ступеней насоса. The device works as follows. When starting a vertical multistage centrifugal pump for use in environments with a high content of hydrogen sulfide, the torque from the asynchronous explosion-proof AC motor 41 with the help of magnetic forces of the leading magnetic coupling half 40 is contactlessly transmitted through the sealing screen 48 to the driven magnetic coupling half 38, which, in turn, with using a keyed connection 29 transmits torque to the main shaft 15, driving the wheels of the working 9, 10, 11 pump stages.

Жидкость поступает через патрубок 2 корпуса всасывания 1 на рабочие ступени, состоящие из колес рабочих 22, 47, 53 и аппаратов направляющих 12, 13, 14, расположенных в гильзе 6. С помощью центробежных сил в рабочих ступенях повышается давление жидкости, далее жидкость уже с повышенным давлением поступает в корпус нагнетания 3 и затем в патрубок 4.The liquid enters through the pipe 2 of the suction body 1 to the working stages, consisting of the wheels of the workers 22, 47, 53 and the apparatus of the guides 12, 13, 14, located in the sleeve 6. With the help of centrifugal forces in the working stages, the liquid pressure increases, then the liquid already with with increased pressure enters the discharge body 3 and then into the branch pipe 4.

Для охлаждения полумуфт магнитных 38, 40, нагревающихся в процессе работы от возникающих токов Фуко, жидкость из корпуса нагнетания 3 через отверстия 62, расположенные по окружности в корпусе верхнего подшипника 12 поступает в полость между полумуфтой ведомой магнитной 38 и экраном герметизирующим 48, затем через отверстие центральное 63 в валу основном 15 отводится в полость рабочих секций. Данная технология охлаждения полумуфт магнитных 38, 40 обеспечивает надежную работу насоса при любых возможных ситуациях, возникающих во время длительной беспрерывной эксплуатации.To cool the magnetic coupling halves 38, 40, which are heated during operation from the emerging Foucault currents, the liquid from the injection housing 3 through holes 62 located around the circumference in the upper bearing housing 12 enters the cavity between the driven magnetic coupling half 38 and the sealing screen 48, then through the hole the central 63 in the main shaft 15 is retracted into the cavity of the working sections. This technology of cooling the magnetic coupling halves 38, 40 ensures reliable operation of the pump in all possible situations that arise during long-term continuous operation.

После окончания эксплуатации устройства жидкость необходимо слить через соединение штуцерно-ниппельное 55 (вид Г фиг. 1) корпуса всасывания 1.After the end of the operation of the device, the liquid must be drained through the fitting-nipple connection 55 (view D of Fig. 1) of the suction body 1.

По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет повысить надежность и долговечность устройства, за счет применения рабочих ступеней насоса из жаропрочной стали ХН35ВТ, корпусных деталей и валов из коррозионностойких сталей 10Х17Н13М2Т, 20ЮЧ, astm a350 lf2, герметизирующего экрана без сварных соединений, а также за счет сокращения сварных швов между гильзой и фланцами путем изменения конструкции корпусов, стягиваемых шпильками, а также за счет замены сварных швов резьбовыми соединениями в патрубках.Compared with the known solution, the claimed invention improves the reliability and durability of the device, due to the use of working pump stages made of heat-resistant steel KhN35VT, body parts and shafts made of corrosion-resistant steels 10Kh17N13M2T, 20YuCh, astm a350 lf2, a sealing screen without welded joints, and also due to reduction of welds between the sleeve and flanges by changing the design of the housings, pulled together by studs, as well as by replacing welds with threaded connections in nozzles.

Claims

Vertical multistage centrifugal pump for use in environments with a high content of hydrogen sulfide, including, mounted on a base plate, an asynchronous explosion-proof AC motor, the shaft of which is connected by means of flanges to the pump shaft through a magnetic coupling located in a separate housing, made with radial stiffeners and coaxially the discharge housing located below it, in the upper part of which there is a radial-axial bearing, inside which there is an upper radial support of the pump shaft plain bearing and an axial plain bearing and a branch fitting for draining air when filling the pump, in the middle there is a discharge pipe, and in the lower part, a sleeve hermetically connected by means of sealing rings is installed coaxially, in which working stages are installed, made of heat-resistant steel XN35VT, consisting of impellers and guide vanes, in the lower part of the sleeve The suction housing is hermetically connected by means of sealing rings, in the side wall of which there is a suction pipe and a pipe with a union-nipple connection for draining liquid from the pump during repair, in the lower part of the suction housing there is a lower radial bearing of the pump shaft sliding, the suction housing is connected to the base plate by means of a flange connection, the suction pipe and the discharge pipe are installed in a horizontal direction, the discharge casing and the suction casing are pulled together with pins through the sleeve, while the body parts and shafts are made of corrosion-resistant steels 10X17H13M2T, 20YUCH, astm a350 lf2, the sealing screen is made without welded joints, reduced welds between the sleeve and flanges, and threaded connections are used in nozzles.