Научная статья на тему 'Перспективное насосное оборудование для компрессорных и технологических установок нефтехимических производств'

Перспективное насосное оборудование для компрессорных и технологических установок нефтехимических производств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
417
153
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАСОСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ / ГИДРОПРИВОД / КОМПРЕССОРЫ / ГИДРОМАШИНА / PUMPING EQUIPMENT / HYDRAULIC DRIVE COMPRESSORS / HYDRAULIC MACHINE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Аистов Игорь Петрович, Свищёв Алексей Викторович

Рассматриваются насосное оборудование технологического назначения, эксплуатируемое в различных условиях. Одним из путей обеспечения работоспособности и повышения эффективности насосного оборудования является совершенствование гидросистем этих насосов. Проведен анализ научно-технической литературы и патентных материалов, который позволил выявить современные тенденции развития насосного оборудования (конструкций шестеренных насосов), а именно: упрощение конструкции; удобство эксплуатации и ремонта; снижение габаритных размеров, массы, шума и вибрации изготовления; повышение надежности, ресурса работы, механического и объемного КПД и т.д., что позволяет повысить технический уровень насосного оборудования, предназначенного для подачи смазочной жидкости к узлам трения компрессоров.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Аистов Игорь Петрович, Свищёв Алексей Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Prospective pumping equipment and compressors for process units of petrochemical plants

Pumping equipment for different process purposes operated under various conditions is considered. Hydraulic improvement of these pumps is one way to ensure efficiency and working capacity of pumping equipment. The analysis of scientific and technical literature and patent materials has revealed current trends in development of the pump equipment (gear pump designs), namely, the simplification of the design; ease of maintenance and repair; decrease in overall dimensions, weight, noise and vibration of manufacture; increasing the reliability, service life, mechanical and volumetric efficiency, etc., that allows to raise the technical level of the pumping equipment intended for feeding a lubricating fluid to the sites of friction compressors.

Текст научной работы на тему «Перспективное насосное оборудование для компрессорных и технологических установок нефтехимических производств»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

уДК 6216646602 и. П. АИСТОВ

А. В. СВИЩЁВ

Омский государственный технический университет

ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАСОСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОМПРЕССОРНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Рассматриваются насосное оборудование технологического назначения, эксплуатируемое в различных условиях. Одним из путей обеспечения работоспособности и повышения эффективности насосного оборудования является совершенствование гидросистем этих насосов. Проведен анализ научно-технической литературы и патентных материалов, который позволил выявить современные тенденции развития насосного оборудования (конструкций шестеренных насосов), а именно: упрощение конструкции; удобство эксплуатации и ремонта; снижение габаритных размеров, массы, шума и вибрации изготовления; повышение надежности, ресурса работы, механического и объемного КПД и т.д., что позволяет повысить технический уровень насосного оборудования, предназначенного для подачи смазочной жидкости к узлам трения компрессоров.

Ключевые слова: насосное оборудование, гидропривод, компрессоры, гидромашина.

Газотурбинные компрессорные и насосные уста- Рабочая жидкость гидросистемы выполняет функ-новки в настоящее время пока не нашли широко- ции смазывания и охлаждения деталей ШН. го применения в химической промышленности [1]. Также применение в химической промышленно-

Для подачи смазки узлов трения компрессоров, как сти получили поршневые, шестеренные и центро-правило, используются шестеренные насосы (ШН). бежные насосы, различного технологического на-

Рис. 1. Шестеренный насос [7]

значения. В химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности все большее применение находят ШН, которые используют для перекачивания вязких быстрозастывающих жидкостей, сжиженных газов, а также различных рабочих жидкостей при высоких давлениях. Их основным преимуществом является конструкционная простота, компактность, надежность в работе и сравнительно высокий КПД.

Однако ШН обладают недостатками, которые пытаются решить различными конструктивными и технологическими мероприятиями, основными из которых являются [2 — 6]: чувствительность к механическим примесям в перекачиваемой рабочей жидкости; пульсация нагнетаемого рабочего давления и неравномерность подачи рабочей жидкости; повышенная виброакустическая активность, причем существует однозначная связь между пульса-ционной производительностью ШН и уровнем его акустического шума; наличие зубчатого зацепления в качающем узле насоса обуславливает характерные свойства, присущие зубчатым механизмам; постепенный рост зазоров (увеличение зазоров в торцевых уплотнениях шестерен, торцевых и осевых зазорах уплотнений подшипников, и т. п.) в процессе эксплуатации насоса из-за износа деталей, связанное с этим увеличение внутренних утечек рабочей жидкости, и как следствие — уменьшение объемного КПД насоса; дополнительные динамические и радиальные нагрузки на подшипники, из-за периодического запирания рабочей жидкости в межзубном пространстве шестерен во время процесса перекачки, которые также ведут к увеличению виброакустической активности шестеренных насосов.

В статье приведен обзор патентной литературы по конструкциям ШН, направленным на устранение какой-либо доли указанных недостатков.

На рис. 1 представлен ШН [7], конструкция которого направлена на снижение скорости изнашивания приводного вала за счет ликвидации утечки жидкости в зону трения приводной вал — корпус и снижения скорости изнашивания трибосопряже-ний вал — верхняя крышка, вал — нижняя опорная пластина и ведомая шестерня — ось ведомой шестерни. Техническим результатом является повышение долговечности насоса.

Рис. 2. Шестеренный насос [8]

Результаты испытаний этого насоса шестеренного на прядильных машинах ОАО «Каменскволок-но» показали стабильную и надежную работу описанной конструкции. На 11% снизилась неравномерность подачи насоса при изменении давления на входе жидкости в насос и выходе ее из насоса. Прекратилось просачивание жидкости через три-босопряжения верхняя крышка шестеренного механизма — приводной вал — корпус насоса. Срок эксплуатации шестеренного дозирующего насоса в сравнении со сроком эксплуатации известной конструкции увеличился в 1,2—1,3 раза.

Техническим результатом предложенной конструкции является усовершенствование компенсации торцовых зазоров, оптимизация сил прижатия уплотнительных втулок, локализация зон влияния высокого давления на корпус, улучшение уплотнений полостей высокого и низкого давления. Вследствие этого снижаются объемные и механические потери, повышается долговечность машины.

На рис. 2 приведена конструкция ШН [8], который относится к области насосного оборудования для использования подачи рабочей жидкости для смазки узлов трения.

На рис. 2 указано: 1 — корпус, 2, 6 — ведущая и ведомая шестерни. На торцах ведущей шестерни 2 — установлены уплотнительные втулки 9, а также тарельчатые пружины — 3. На ведомой шестерне 6 — установлены пластины 5, диаметры которых равны диаметру окружности вершин зубьев шестерни, так, чтобы тарельчатые пружины 3 набегали на пластины 5 в зоне зацепления шестерен. Шестерни установлены на игольчатых подшипниках 4, которые, в свою очередь, помещены во втулки 8. Задачей, решаемой изобретением, является исключение трения по торцам шестерен и утечек рабочей жидкости по торцам шестерен.

Технической задачей, на решение которой направлена конструкция ШН [9], являются гидромашины с повышенными механическим и объемным КПД, которые достигаются как за счет усовершенствования конструкции камер компенсации торцовых зазоров и оптимизации сил прижатия уплотни-тельных втулок, так и за счет локализации зон воздействия высокого давления на корпус путем улучшения уплотнений полостей высокого и низкого давления. Такая конструкция шестеренной гидромашины разрешает устранить заклинивание уплот-нительных втулок, обеспечивает их оптимальное поджатие к торцам шестерен и герметизацию полостей высокого и низкого давления в корпусе машины, благодаря чему, по сравнению с прототипом, снижаются объемные и механические потери и повышается долговечность машины.

Рис. 3. Шестеренный насос [12]

В изобретении [10] приведена конструкция компактной шестеренной гидромашины с малыми объемными и механическими потерями за счет рационального торцевого уплотнения шестерен и дальнейшего повышения степени локализацией зоны воздействия высокого давления на внутренние полости. Предложенная шестеренная гидромашина позволяет устранить приклинивание, неравномерный износ подшипниковых втулок и восьмеркоо-бразных пластин, значительно уменьшить внутренние перетечки рабочей жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления и т. д. Проведенные испытания подтвердили высокую эффективность предложенной машины и достижение технического результата по всем упомянутым аспектам.

В некоторых конструкциях ШН недостатком является неподвижность подшипников при изгибе шестерен в цапфах под действием давления нагнетаемой жидкости на венцы шестерен. Неподвижность подшипников под нагрузкой изгибающей цапфы шестерни в подшипниках приводит к уменьшению площади трения цапфы в подшипнике вплоть до двухточечной, на входе цапфы в подшипник и на выходе. Масляный клин из-за возросших сил трения выдавливается, и зона трения превращается в зону сухого трения с перегревом цапф, что приводит к их заклиниванию в подшипниках и вы-

ходу насоса из строя. В решении, представленном в изобретении [11], предлагается установка самоустанавливающихся подшипников при любых нагрузках (давлениях) и возникающих прогибах цапф шестерен, исключающих уменьшение площади трения цапф в подшипниках.

На рис. 3 представлена конструкция ШН с гидравлической компенсацией торцевых зазоров [12].

Изобретение направлено на снижение габаритов и веса насоса за счет упрощения конструкции устройства гидравлической компенсации торцевых зазоров. Для достижения указанного технического результата в ШН каналы подвода рабочей жидкости сообщены с полостью нагнетания, а в камерах поджима расположены фторопластовые манжеты, внутри которых установлены упругие уплотнительные кольца, сообщенные с каналами подвода с возможностью поджатия подвижных подшипников к рабочим торцам шестерен.

На рис. 4 представлена конструкция ШН, которая может применяться в смазочных устройствах компрессоров для оборудования с возможностью изменения объема смазной жидкости [13].

Недостатком насосов данного ШН является низкая скорость регулирования, невысокий КПД. Задачей изобретения является повышение скорости регулирования и КПД насоса. Технический результат достигается тем, что ШН регулируемый, содержащий корпусные детали, ведущий вал с ведущей шестерней, вращающийся в подшипниках скольжения, опорный вал с ведомой шестерней, управляемый штоком ползун с уводящей втулкой, шестеренные обоймы, установленные с возможностью изменения длины зацепления шестерен, снабжен плунжерами, а в ползуне выполнены плунжерные камеры с отверстиями, при этом в зубьях верхней шестеренной обоймы выполнены продольные отверстия, а в нижней шестерне — пазы с возможностью изменения длины зацепления шестерен при совмещении пазов в шестерне и отверстий в зубьях обоймы с отверстиями в ползуне.

Изобретение [14] относится к ШН, предназначенным для подачи смазочной жидкости к узлам трения компрессоров. В предлагаемом насосе изменена и упрощена конструкция поджимной обоймы, что устраняет факторы, приводящие к ее разрушению, упрощению конструкции, повышению надежности работы насоса. Технический результат при использовании изобретения заключается в устране-

Рис. 4. Шестеренный насос [13]

Рис. 5. Шестеренный насос [15]

46

нии факторов, приводящих к разрушению поджимной обоймы, упрощении конструкции, повышении надежности работы шестеренного насоса. Увеличен также ресурс насоса путем введения системы двойной компенсации торцового износа, снижена металлоемкость изделия и повышена технологичность изготовления.

На рис. 5 приведена конструкция ШН [15], обладающая возможностью двойной компенсации торцового износа шестерен: за счет поджима рабочей жидкостью компенсирующих металлических пластин из алюминиевого сплава и дополнительной герметизации рабочей камеры подвижным полиамидным уплотнительным пояском трапецеидального сечения.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что дополнительно введенное в конструкцию насоса уплотнение, разделяющее области нагнетания и всасывания, выполнено комбинированным и состоит из взаимодействующих друг с другом по принципу клинового механизма резиновой прокладки и полиамидного пояска, предохраняющего прокладку от выдавливания из канавки камеры поджима в торцовой зазор, гарантированно уплотняющего торцевые поверхности компенсатора и корпуса.

Проведенный анализ насосного оборудования для компрессорных и технологических установок нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств позволил выявить современные тенденции развития насосного оборудования, а именно, основные направления которого направленны на: упрощение конструкции насоса; повышение надежности, ресурса работы, механического и объемного КПД, технологичности изготовления; повышение удобства эксплуатации и ремонта; применение для изготовления деталей и узлов новых материалов с высокими техническими характеристиками; снижение массы, габаритных размеров, шума и вибрации, стоимости изготовления и т. д., что позволяет повысить технический уровень насосного оборудования, предназначенного для подачи смазочной жидкости к узлам трения компрессоров.

Библиографический список

1. Пластинин, П. И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет / П. И. Пластинин. — М. : Колос, 2002. — 456 с.

2. Аистов, И. П. Влияние качества сборки на типовые дефекты шестеренных насосов авиационного назначения / И. П. Аистов // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2007. - № 12. - С. 51-54.

3. Аистов, И. П. Особенности расчета нагруженного состояния и формирование назначенного ресурса шестеренных насосов / И. П. Аистов, Л. О. Штриплинг // Известия вузов. Машиностроение. - 2008. - № 7. - С. 11-16.

4. Аистов, И. П. Оценка износа пары трения авиационного агрегата на основе теории фрикционной усталости / И. П. Аистов, А. В. Свищёв // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2011. — Т. 13, № 4 (3). - С. 940-943.

5. Буренин, В. В. Новые конструкции шестеренных насосов для химических производств / В. В. Буренин // Химическая техника. - 2012. - № 1. - С. 23-27.

6. Буренин, В. В. Шестеренные насосы для химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств : обзорная информация / В. В. Буренин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2005. - № 10. - С. 23-25.

7. Пат. 2307260 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08. Шестеренный дозирующий насос / Миньков Д. В., Лакунин В. Ю., Иванов А. С., Слугин И. В., Башкиров О. М., Миньков М. Д., Донцов А. М. ; заявитель Миньков Д. В. ; патентообладатель ООО «Рос ДМ». - № 2006120261/06 ; заявл. 09.06.06 ; опубл. 27.09.07, Бюл. № 27.

8. Пат. 2291986 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08. МПК Б 01 С19/00. Шестеренный насос / Поскребышев В. А., Исько А. Б., Егоров Д. В., Тарновская Е. В. ; заявитель Поскребышев В. А. ; патентообладатель Братский гос. ун-т. -№ 2005124902/06 ; заявл. 04.08.05 ; опубл. 20.01.07, Бюл. № 2.

9. Пат. 2313005 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08. Шестеренная гидромашина / Захарчук Ю. В., Скрицкий В. Ф. ; патентообладатель Захарчук Ю. В., Скрицкий В. Ф. -№ 2005128095/06 ; заявл. 08.09.05 ; опубл. 20.12.07, Бюл. № 35.

10. Пат. 2343315 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08. Шестеренная гидромашина / Захарчук Ю. В., Скрицкий В. Ф. ; патентообладатель Захарчук Ю. В., Скрицкий В. Ф. -№ 2007115721/06 ; заявл. 25.04.07; опубл. 10.01.09. Бюл. № 1.

11. Пат. 2380573 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08. Шестеренный насос / Георгиевский М. Г., Георгиевский Г. М. ; патентообладатель Георгиевский М. Г., Георгиевский Г. М. -№ 2006130416/06 ; заявл. 23.08.06 ; опубл. 27.01.10, Бюл. № 3.

12. Пат. 2384738 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08. Шестеренная насос / Макасеев Л. И., Кемов В. Ф. ; заявитель Макасеев Л. И. ; патентообладатель ОАО «Омское машиностроительное конструкторское бюро». - № 2008140828/06 ; заявл. 14.10.08 ; опубл. 20.03.10, Бюл. № 8.

13. Пат. 2177085 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08, Б 04 С15/04. Шестеренный регулируемый / Бодогазин С. Б. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Уралкалий». -№ 99109525/06 ; заявл. 07.05.99 ; опубл. 20.12.01, Бюл. № 35, ч. II.

14. Пат. 2209342 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08. Насос шестеренный / Чечевичкин В. А., Первичко А. С. ; заявитель Чечевичкин В. А. ; патентообладатель ОАО «Гидроагрегат». - № 2001114151/06 ; заявл. 29.05.01 ; опубл. 27.07.2003, Бюл. № 21 (III ч.).

15. Пат. 2210005 Российская Федерация, МПК Б 04 С2/08. Шестеренный гидронасос / Сорокин Н. А., Сироткина В. С., Шу-лекин В. Е., Богатырев С. А., Нестеров А. Л., Петряков В. К., Сафонов В. В., Левушкин С. Н. ; заявитель Сорокин Н. А. ; патентообладатель ОАО «Саратовдизельаппарат». - № 2002106471/06 ; заявл. 12.03.02 ; опубл. 10.08.03, Бюл. № 22, (III ч.).

АИСТОВ Игорь Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры «Промышленная экология и безопасность».

СВИЩЁВ Алексей Викторович, аспирант, ассистент кафедры «Организация и управление наукоемкими производствами».

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 19.05.2014 г. © И. П. Аистов, А. В. Свищёв

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.