close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

6. Патентная проработка

код для вставкиСкачать
 2 МОДЕРНИЗАЦИЯ НАСОСА ЦНС 180-1900
2.1 Патентная проработка
Патентная проработка велась по теме "разгрузочное устройство центробежного насоса" глубиной 20 лет в патентном отделе областной библиотеки г. Тюмени и интернете. По данной теме найдено более 10-ти авторских свидетельств и патентов, описанные изобретения в которых реальны для использования в горизонтальных центробежных насосах. Наиболее интересные технические решения описаны в этой главе.
Наиболее близкими и доступными для внедрения является техническое решение, описанное в пункте 2.1.4. В данном проекте предпринята попытка применить идею изобретения в конструкции прототипа для увеличения долговечности узла разгрузки. 2.1.1 Разгрузочное устройство с установленным жестким предохранительным кольцом со стороны внутреннего радиуса выступа диска
Предлагаемая конструкция разгрузочного устройства, схематично представленная на рисунок 2.1, обеспечивает повышение надежности за счет уменьшения механических потерь на нерасчетных режимах.
Рисунок 2.1 - Разгрузочное устройство с установленным жестким предохранительным кольцом со стороны внутреннего радиуса выступа диска
Гидравлическое разгрузочное устройство содержит корпус 1 с кольцевым выступом 2 и установленный в корпусе 1 на валу 3 разгрузочный диск 4 кольцевым выступом 5, образующий с корпусом 1 разгрузочную камеру 6. между торцами выступов диска 4 и корпуса 1 образована дросселирующая торцевая щель 7, а один из выступов, например, выступ 2, выполнен составным из упругого 8 и жесткого 9 предохранительных колец. Жесткое предохранительное кольцо 9 установлено со стороны внутреннего радиуса выступа 2. Радиальная протяженность жесткого предохранительного кольца 9 составляет 0,2-0,25 общего радиального размера выступа 2.
Устройство работает следующим образом. В нормальных условиях работы под действием давления перекачиваемой жидкости упругое кольцо 8 деформируется, торцевая щель 7 приобретает конфузорную форму, увеличивая тем самым несущую способность разгрузочного устройства.
В нерасчетных режимах работы насоса возможен контакт жесткого предохранительного кольца 9 и выступа 5 разгрузочного диска 4, что предотвращает работу упругого кольца 8 в режиме сухого трения и его разрушение.
2.1.2 Разгрузочное устройство с суживающимися к поверхности открытыми каналами в поперечном сечении
Задачей данного изобретения является повышение надежности и долговечности разгрузочного устройства центробежного насоса при его работе в режиме скольжения за счет увеличения площади контакта без снижения его характеристик при работе в гидростатическом режиме.
Рисунок 2.2 - Разгрузочное устройство с суживающимися к поверхности открытыми каналами в поперечном сечении
Устройство содержит (см. фиг. 1, 2) гидропяту 1, скрепленную с валом 2, подпятник 3, закрепленный на корпусе насоса 4. На гидропяте и соответственно на подпятнике размещены уплотняющие поверхности торцевого щелевого уплотнения 5 и дополнительные опорные поверхности 6 в разгрузочной камере. Дополнительные опорные поверхности 6 отделены от уплотняющих 5 кольцевым каналом 7, сообщенным с центральным районом открытыми 8 и закрытыми 9 каналами.
Устройство работает следующим образом. При номинальном режиме, когда гидростатическая сила уравновешивает осевую силу, прижимающую
гидропяту 1 к подпятнику 3, между гидропятой и подпятником образуется саморегулируемый зазор, и жидкость из центральной части будет течь к кольцевому каналу 7 главным образом по каналам 8, 9 и вытекать через зазор между уплотняющимися поверхностями 5. Работа устройства в этом случае практически не отличается от работы прототипа.
При переходных режимах, когда гидростатическая сила меньше прижимающей, и гидропята 1 с подпятником 3 соприкасаются, устройство будет работать как упорный подшипник скольжения (верчения), частично разгруженный гидростатической силой. При этом нагрузка будет распределяться не только на уплотняющие поверхности 5 как у прототипа, но и на дополнительные поверхности 6 в разгрузочной камере, что приведет к снижению удельных нагрузок. Благодаря открытым каналам 8 дополнительные поверхности 6 будут смачиваться перекачиваемой жидкостью, что обеспечит их смазку и охлаждение.
2.1.3 Разгрузочное устройство с дополнительными подводящими каналами
Данное изобретение позволяет повысить надежность и КПД насоса.
Разгрузочное устройство содержит кольцо разгрузки 4, прикрепленное к корпусу 6, разгрузочный диск 1, образующий с кольцом разгрузки 4 разгрузочную камеру (РК) 2 и торцовую дросселирующую щель 3, сообщающую РК с зоной 5 низкого давления. РК2 посредством цилиндрической щели 11, образованной корпусом 6 и дистанционной втулкой 12, и каналов 9, 10, снабженных клапаном 7, сообщена с зоной 8 нагнетания. Общее количество каналов 9,10, снабженных клапаном, принято два и они ровно расположены по окружности, что обеспечивает равномерное заполнение жидкостью РК.
Рисунок 2.3 - Разгрузочное устройство с дополнительными подводящими каналами
Разгрузочное устройство работает следующим образом. При работе насоса на маловязкой жидкости давление в РК 2, необходимое для нормального функционирования разгрузочного устройства без механического контакта, обеспечивается поступающей жидкостью из зоны 8 нагнетания по цилиндрической щели 11, размеры которой выбраны из условия работы насоса на жидкости с минимальной вязкостью, например на воде.
При переходе насоса на перекачку вязкой жидкости происходит частичное или полное запирание цилиндрической щели 11, давление в РК 2 снижается. В момент снижения давления в РК 2 ниже некоторого минимально допустимого значения, при котором сохраняется нормальное функционирование разгрузочного устройства, открываются регулирующие клапаны 7 следящего типа, отрегулированные на это давление, и жидкость из зоны 8 нагнетания по дополнительным каналам 9, 10 поступает в РК 2 и далее через торцовую щель 3 в зону 5 низкого давления. Пропускная способность каналов 9, 10 выбирается из условия 5 работы насоса на жидкости с максимальной вязкостью.
Когда насос работает на жидкостях с промежуточными значениями вязкости, регулирующий орган 13 клапана 7 занимает 10 промежуточное положение относительно вертикального канала 10, соответствующее перепаду давления между зоной 8 нагнетания и РК 2. вызванному изменением вязкости жидкости. Таким образом, за счет на стройки клапанов возможно достижение та кого расхода жидкости через каналы 9, 10 который совместно с подводимой жидкостью через щель 11 обеспечивает минимальный общий расход жидкости для нормального функционирования разгрузочного устройства (для поддержания оптимального давления в разгрузочной камере), тем самым повышаются надежность и КПД насоса.
2.1.4 Разгрузочное устройство с составным кольцом гидропяты из неметаллического материала
Изобретение позволяет снизить износ элементов разгрузочного устройства секционных центробежных насосов и уменьшить затраты на обслуживание насосов, связанные с ремонтом разгрузочных устройств, а также увеличить межремонтный цикл работы оборудования.
На рисунке 2.4 представлена конструкция предлагаемого разгрузочного устройства центробежного многоступенчатого секционного насоса.
Рисунок 2.4 - Разгрузочное устройство с составным кольцом гидропяты из неметаллического материала
Предлагаемое разгрузочное устройство центробежного многоступенчатого секционного насоса работает следующим образом. При работе насоса часть перекачиваемой воды из задней пазухи последнего колеса 3 поступает в щель 8 между дистанционной втулкой и втулкой разгрузки и далее в разгрузочную камеру 9. Давление воды на кольцо 5 и диск гидропяты 4 заставляет смещаться скрепленный с ними ротор в сторону нагнетания. При перемещении ротора в сторону нагнетания торцевой зазор 9 между кольцами 5, 6 гидропяты 4 и разгрузки увеличивается, и давление в разгрузочной камере 7 падает до тех пор, пока усилие, создаваемое им, не уравновешивается осевым усилием, действующим в сторону всасывания. При этом через торцевой зазор 9 между дисками проходит тонкий слой воды, и, в случае наличия в ней абразивных частиц, будет подвергать износу неметаллический материал кольца-вставки 10, но так как коэффициент трения в среде воды у абразива низкий, то износ будет меньше, чем в случае взаимодействия абразива с металлом. Увеличение осевого усилия вследствие изменения режима или износа уплотнительных колец 5, 6 будет приводить к смещению ротора в сторону всасывания, уменьшению зазора 9 между кольцами 5, 6, увеличению давления в камере 7 разгрузки и уравновешиванию в новом положении. Но и в этом случае абразивные частицы будут меньше подвергать износу неметаллический материал кольца-вставки 10, так как коэффициент трения в среде воды у абразива низкий, то и износ будет меньше, чем в случае взаимодействия абразива с металлом. Все сказанное будет справедливо в том случае, если при работе насоса не будет контакта между кольцами 5, 6 разгрузочного устройства, например, при переходных процессах, при неуспокоенном роторе насоса и т.д.
2.1.5 Разгрузочное устройство с фиксацией диска на шлицах в осевом направлении
Изобретение позволяет повысить надежность и ресурс центробежного насоса за счет увеличения эффективности компенсации осевого усилия, возникающего при работе насоса.
На рисунке 2.5 изображено разгрузочное устройство центробежного насоса. Разгрузочное устройство содержит: корпус 1 с полостью 2, сообщенной со входом насоса, и с установленным концевым торцовым уплотнением 3; диск разгрузки 4; два кольца разгрузки 5 из стойкого к износу материала; втулку разгрузки 6; втулку дистанционную 7; сферические шайбы 8; гайку 9. Разгрузочная камера 10 посредством дросселирующей цилиндрической щели 11, образованной втулкой разгрузки 6 и втулкой дистанционной 7, сообщена с зоной нагнетания 12. Втулка дистанционная 7 посажена на вал 13 и воспринимает крутящий момент шпоночным соединением 14. Диск разгрузки 4 установлен по уплотнительному кольцу 15 на втулке дистанционной 7 и зафиксирован на ней в окружном направлении по шлицевому соединению 17 с посадкой по боковым поверхностям шлиц с зазором, а в осевом направлении зафиксирован гайкой 9 через пару сферических шайб 8, при этом гайка 9 наворачивается по резьбе на валу 13 до упора во втулку дистанционную 7. Разгрузочная камера 10 и полость 2 разобщены уплотнительным кольцом 15 и защитным кольцом 16.
Рисунок 2.5 - Разгрузочное устройство с фиксацией диска на шлицах в осевом направлении
Во время работы насоса перекачиваемая жидкость под давлением проходит через дросселирующую цилидрическую щель 11 в разгрузочную камеру 10 и оказывает воздействие на разгрузочный диск 4. Равнодействующая осевых сил, возникающих на разгрузочном диске 4 и на рабочих колесах насоса, стремится сместить ротор в сторону всасывания, при этом образуется торцевой зазор между кольцами разгрузки 5. Величина образующегося торцевого зазора устанавливается автоматически и зависит от величины давления в разгрузочной камере 10 и в полости 2.
Следует отметить, что в предлагаемой конструкции передача крутящего
момента от вала 13 к диску разгрузки 4 происходит через втулку дистанционную 7, посредством шлицевого (например: эвольвентного) соединения, а осевое усилие через сферические шайбы 8 и гайку 9, которая затянута в до упора во втулку 7. При передаче крутящего момента шлицами центрация разгрузочного диска на втулке 7 осуществляется боковыми поверхностями шлицевого соединения. Под влиянием осевых сил диск разгрузки 4 будет покачиваться по сферической поверхности шайб 8 таким образом, что обеспечивается параллельность рабочих поверхностей колец разгрузки. Использование шлицевого соединения позволяет обеспечить определенную степень свободы диска разгрузки 4 относительно вала 13 и оси вращения. Сферические шайбы 8 являются направляющим элементом. В процессе работы уплотнительное кольцо 15 и защитное кольцо 16 деформируются и защищают шлицы от эрозии.
2.2 Выбор и обоснование прототипа
На основании проведенного анализа насосов и особенностей эксплуатации, выбрана наиболее массовая модель насосного агрегата ЦНС 180-1900, хорошо зарекомендовавшим себя в работе, простоте сборки-разборки, удобству обслуживания и наиболее подходящим по техническим характеристикам для ремонта.
2.3 Описание модернизации
В качестве модернизации разгрузочного устройства, предлагается согласно с идеей изобретения повысить износостойкость и экономичность путем использования кольца-вставки из антифрикционного материала в кольце гидропяты.
Особенностью работы центробежного насоса является наличие осевого усилия, действующего на вал рабочего колеса и направленного в сторону всасывающего патрубка. Осевое усилие, особенно у много ступенчатых секционных насосов, достигает больших величин и сильно нагружает подшипники, может приводить к смещению всего ротора насоса в сторону всасывающего патрубка и износу передних дисков рабочих колес. Для снижения осевых усилий в центробежных насосах используют различные способы и приемы. Выбор способа разгрузки зависит от конструкции центробежного насоса.
В частности, для уравновешивания осевого усилия, действующего на ротор в сторону всасывания, в многоступенчатых секционных насосах применяется гидравлическое разгрузочное устройство. Гидравлическое разгрузочное устройство автоматически обеспечивает равновесие ротора при всех режимах работы насосов. Принцип его действия заключается в следующем: при работе насоса часть перекачиваемой воды из задней пазухи последнего колеса поступает в щель между дистанционной втулкой и втулкой разгрузки и далее в разгрузочную камеру; давление воды на кольцо и диск гидропяты заставляет смещаться прикрепленный к ней ротор в сторону нагнетания. При перемещении ротора в сторону нагнетания зазор между кольцами гидропяты и разгрузки увеличивается, и давление в разгрузочной камере падает до тех пор, пока усилие, создаваемое им, не уравновешивается осевым усилием, действующим в сторону всасывания. Увеличение осевого усилия вследствие изменения режима или износа уплотнительных колец приводит к смещению ротора в сторону всасывания, уменьшению зазора между кольцами разгрузки и гидропяты, увеличению давления в камере разгрузки и уравновешиванию в новом положении.
С износом колец гидропяты и разгрузочного устройства ротор насоса постепенно смещается в сторону всасывания. Предельно допустимая величина выхода контрольной риски на валу насоса из-под крышки подшипника (сигнализирует о величине износа) составляет - 3 мм. При таком смещении ротора необходимо вернуть его в нормальное положение, снимая для этого регулировочные кольца или заменяя изношенные детали (кольца разгрузки и гидропяты).
Для этого необходима остановка насоса и его частичная разборка (со стороны разгрузочного устройства).
Для повышения износостойкости колец предлагалось изготавливать их из легированных сталей, термообрабатывать, наносить на изнашиваемую поверхность износостойкие покрытия. Указанные мероприятия оказывались дорогостоящими и не приносили значительного эффекта.
Задачей модернизации является создание разгрузочного устройства, которое бы имело высокую износостойкость и простую конструкцию.
Технический результат достигается тем, что в разгрузочном устройстве центробежного секционного насоса, включающем корпус, вал с закрепленными на нем рабочими колесами и гидропятой с кольцом и кольцо разгрузки, размещенное в корпусе, согласно изобретению наружная часть кольца гидропяты выполнена составной со вставкой из неметаллического материала в виде кольца-вставки и закрепленной внутри кольца гидропяты в месте его возможного контакта с выступом кольца разгрузки.
Согласно изобретению кольцо гидропяты выполнено составным и имеет внутреннюю торцевую армировку (вставку) из неметаллического материала (например, резины, маслянита, фторопласта и т.п.), который в паре со сталью в водной среде имеет низкий коэффициент трения.
При работе насоса часть перекачиваемой воды из задней пазухи последнего колеса поступает в щель между дистанционной втулкой и втулкой разгрузки и далее в разгрузочную камеру. Давление воды на кольцо и диск гидропяты заставляет смещаться скрепленный с ними ротор в сторону нагнетания. При перемещении ротора в сторону нагнетания торцевой зазор между кольцами гидропяты и разгрузки увеличивается, и давление в разгрузочной камере падает до тех пор, пока усилие, создаваемое им, не уравновешивается осевым усилием, действующим в сторону всасывания. При этом через торцевой зазор между дисками проходит тонкий слой воды, и, в случае наличия в ней абразивных частиц, будет подвергать износу неметаллический материал кольца-вставки, но так как коэффициент трения в среде воды у абразива низкий, то износ будет меньше, чем в случае взаимодействия абразива с металлом. Увеличение осевого усилия вследствие изменения режима или износа уплотнительных колец будет приводить к смещению ротора в сторону всасывания, уменьшению зазора между кольцами увеличению давления в камере разгрузки и уравновешиванию в новом положении. Но и в этом случае абразивные частицы будут меньше подвергать износу неметаллический материал кольца-вставки, так как коэффициент трения в среде воды у абразива низкий, то и износ будет меньше, чем в случае взаимодействия абразива с металлом. Все сказанное будет справедливо в том случае, если при работе насоса не будет контакта между кольцами разгрузочного устройства, например, при переходных процессах, при неуспокоенном роторе насоса и т.д.
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
743
Размер файла
627 Кб
Теги
патентная, проработка
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа