насос

Формула изобретения

Насос, содержащий ротор с рабочими колесами и разгрузочным диском, подшипник скольжения, включающий втулку, вставленную в корпус подшипника, и цапфу, установленную на валу, причем на корпус подшипника установлена крышка с прикрепленным на ней первым кольцом, а цапфа подшипника выполнена составной по длине, часть которой, расположенная со стороны свободного конца вала, имеет больший диаметр и образует со вторым кольцом, установленным в корпусе подшипника и окружающим указанную часть цапфы, радиальный зазор, отличающийся тем, что на внутреннем диаметре втулки в нижней ее части выполнены прямоугольные канавки, соединенные отверстиями с расположенной на наружном диаметре втулки кольцевой расточкой, которая сообщена с отверстием в корпусе, подводящим жидкость, при этом на части длины наружной поверхности цапфы большего диаметра со стороны свободного конца вала выполнена винтовая нарезка, образующая винтовихревое уплотнение с внутренней частью второго кольца, на котором выполнена ответная винтовая нарезка, а на торцевой поверхности первого кольца, прикрепленного к крышке, выполнены радиальные канавки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкциям насосов с устройствами пуска и остановки.

Известен насос (Раевский А.Н., Туркин А.Н., Ружековский Б.Г. «Повышение надежности питательных насосов» в сборнике научных трудов ВТИ «Разработка и исследование вспомогательного оборудования турбинных установок ТЭС»; М., Энергоиздат, 1991, с.61-65), включающий разгрузочный диск со ступицей и упорную пяту, образующую с диском зону высокого давления, а с камерой слива зону низкого давления, и гидростатический подшипник с подводом жидкости от постороннего источника.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относятся сложность системы автоматики управления и недостаточное быстродействие арматуры на линии питания к подшипнику.

Известен насос (авторское свидетельство СССР № 1789764, МКИ (5) F 04 D 29/04, опубл. 23.01.1993 «Насос»), содержащий разгрузочный диск со ступицей, неподвижное кольцо, образующее с разгрузочным диском разгрузочную камеру, сообщенную с зоной высокого давления, торцовую дроссельную щель, посредством которой разгрузочная камера сообщена с камерой низкого давления, и подшипник скольжения, включающий корпус со сливными пазухами и цапфу, установленную на валу.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относятся отсутствие подъемной силы радиального подшипника скольжения при пуске и остановке, а также гарантированного отжима ротора и, следовательно, зазора между разгрузочным диском и неподвижным кольцом.

Наиболее близким к заявленному изобретению устройством того же назначения по совокупности признаков является насос (патент РФ № 2187712, МПК (7) F 04 D 29/04, опубл. 23.01.2002 «Насос»), содержащий разгрузочный диск со ступицей, неподвижное кольцо, образующее с разгрузочным диском разгрузочную камеру. Камера сообщена с зоной высокого давления и посредством торцовой дросселирующей щели - с камерой низкого давления. Насос имеет подшипник скольжения, включающий корпус со сливными пазухами и цапфу, установленную на валу. На корпусе подшипника установлена крышка с прикрепленным к ней первым кольцом. Цапфа подшипника выполнена составной по длине, причем часть цапфы, расположенная со стороны свободного конца вала, выполнена большего диаметра и имеет упорный поясок, образующий с первым кольцом на крышке подшипника дополнительную дроссельную щель, которая сообщена со сливной пазухой.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся возникающие при пуске и остановке (на выбеге):

- контактное трение внутренней поверхности втулки и наружной поверхности цапфы;

- контактное трение торцовых поверхностей первого кольца на крышке подшипника и упорного пояска цапфы большего диаметра, возникающее при определенном соотношении осевых сил;

- необходимость при работе насоса увеличения объема жидкости, подводимой от постороннего источника к корпусу подшипника, вследствие раскрытия торцового зазора между первым кольцом и упорным пояском цапфы большего диаметра.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются:

повышение надежности насоса (исключение заклинивания по контактным поверхностям) в пусковых (остановочных) режимах;

повышение его ресурса путем создания гидроподъема ротора насоса в подшипнике скольжения и обеспечения смачивания жидкостью торцовой поверхности первого кольца и упорного пояска цапфы большего диаметра при их контактном трении, а также сокращение расхода жидкости, подводимой к корпусу подшипника от постороннего источника, при работе насоса путем применения винтовихревого уплотнения в радиальной щели между цапфой большего диаметра и вторым кольцом, установленным в корпусе подшипника и окружающим цапфу большего диаметра.

Технический результат, который получен при осуществлении изобретения, заключается в устранении контактного трения в подшипнике скольжения и обеспечении жидкостного контактного трения между первым кольцом и упорным пояском цапфы большего диаметра, а также в бесперебойной подаче жидкости от постороннего источника (на случай аварийной остановки) при сокращении расхода жидкости в работающем насосе.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном насосе, содержащем ротор с рабочими колесами и разгрузочным диском, подшипник скольжения, включающий втулку, вставленную в корпус подшипника и цапфу, установленную на валу, причем на корпус подшипника установлена крышка с прикрепленным на ней первым кольцом, а цапфа подшипника выполнена составной по длине, часть которой, расположенная со стороны свободного конца вала, имеет больший диаметр и образует со вторым кольцом, установленным в корпусе подшипника и окружающим указанную часть цапфы, радиальный зазор, на внутреннем диаметре втулки в нижней ее части выполнены прямоугольные канавки, соединенные отверстиями с расположенной на наружном диаметре втулки кольцевой расточкой, которая сообщена с отверстием в корпусе, подводящем жидкость, при этом на части длины наружной поверхности цапфы большего диаметра со стороны свободного конца вала выполнена винтовая нарезка, образующая винтовихревое уплотнение с внутренней частью второго кольца, на котором выполнена ответная винтовая нарезка, а на торцовой поверхности первого кольца, прикрепленного к крышке, выполнены радиальные канавки.

При исследовании отличительных признаков описываемого устройства не выявлено каких-либо известных аналогичных решений по выполнению втулки подшипника, на внутреннем диаметре которой в нижней ее части расположены канавки, соединенные отверстиями с кольцевой расточкой, расположенной на наружном диаметре втулки, а кольцевая расточка втулки сообщена с отверстием в корпусе подшипника, через которое подводится жидкость. При пуске и остановке насоса подача жидкости в канавки на внутреннем диаметре втулки от постороннего источника через отверстие в корпусе, кольцевую расточку и отверстия во втулке обеспечивает гидростатический подъем ротора в подшипнике, исключает контактное трение между втулкой и цапфой, предотвращает заклинивание и увеличивает ресурс деталей.

На части длины наружной поверхности цапфы большего диаметра со стороны свободного конца вала выполнена винтовая нарезка, которая образует винтовихревое уплотнение с внутренней частью второго кольца, установленного в корпусе подшипника и окружающего часть цапфы большего диаметра, причем на втором кольце выполнена ответная винтовая нарезка. После пуска насоса и повышения частоты вращения разгрузочный диск перемещается к неподвижному кольцу. В результате увеличивается величина торцового зазора между первым кольцом, прикрепленным к крышке подшипника, и опорным пояском цапфы большего диаметра, что снижает гидравлическое сопротивление движению жидкости от постороннего источника в сливную пазуху, увеличивая ее расход, а наличие винтовихревого уплотнения при повышении частоты вращения насоса снижает указанный расход до необходимого минимума. Такое конструктивное решение позволяет при работе насоса постоянно подавать жидкость от постороннего источника к подшипнику, что важно при аварийной остановке насоса, и одновременно сокращает расход жидкости.

На наружной торцовой поверхности первого кольца, прикрепленного к крышке подшипника, расположены радиальные канавки, обеспечивающие смачивание жидкостью торцовых поверхностей первого кольца и упорного пояска цапфы большего диаметра при их контактном трении в аварийной ситуации, что повышает надежность насоса и ресурс деталей.

Совокупность всех существенных признаков изобретения позволяет повысить ресурс насоса и надежность на режимах пуска и остановки, во-первых, за счет создания гидростатического подъема ротора насоса в подшипнике, исключения контактного трения между втулкой и цапфой и предотвращения возможного заклинивания в подшипнике; во-вторых, за счет смачивания жидкостью торцовых поверхностей первого кольца и упорного пояска цапфы большего диаметра при их контактном трении в аварийной ситуации, предотвращающего износ металла и заклинивание; в-третьих, за счет обеспечения сокращения расхода жидкости от постороннего источника путем введения винтовихревого уплотнения в зазоре между цапфой большего диаметра и вторым кольцом при работе насоса.

На фиг.1 изображен насос, продольный разрез. на фиг.2 - узел А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2.

Насос содержит разгрузочный диск 1 со ступицей 2, неподвижное кольцо 3, образующее с разгрузочным диском разгрузочную камеру 4. Камера 4 сообщена с зоной высокого давления 5 и посредством торцовой дроссельной щели 6 шириной Щ1 с камерой 7 низкого давления. Насос имеет подшипник скольжения, включающий втулку 8, вставленную в корпус 9 подшипника со сливной пазухой 10, и цапфу, выполненную составной по длине из двух частей 11 и 12, имеющую со стороны свободного конца вала часть 12 большего диаметра. Между частями цапфы 11 и 12 находится пазуха 13. На внутреннем диаметре втулки 8 в нижней ее части расположены прямоугольные канавки 14, которые отверстиями 15 соединяются с кольцевой расточкой 16, расположенной на наружном диаметре втулки 8, а кольцевая расточка 16 втулки сообщена с отверстием 17 в корпусе 9. На части длины наружной поверхности цапфы 12 со стороны свободного конца вала выполнена винтовая нарезка 18, которая образует винтовихревое уплотнение с внутренней частью второго кольца 19, на котором выполнена ответная винтовая нарезка 20. В корпусе 9 установлены второе кольцо 19, окружающее часть цапфы 12, и крышка 21 подшипника с прикрепленным к ней первым кольцом 22. Радиальные канавки 23 выполнены на торцовой поверхности первого кольца 22, образующей дополнительную дроссельную щель 24 шириной Щ2 с упорным пояском 25 цапфы 12. Указанная щель сообщена со сливной пазухой 26 в крышке 21 подшипника. Насос содержит ротор 27 с входящими в него рабочими колесами 28, разгрузочным диском 1 и частями цапфы 11 и 12.

Насос работает следующим образом.

Перед пуском насоса к отверстию 17 подводится жидкость от постороннего источника. Через отверстие 17 жидкость поступает в кольцевую расточку 16 и через отверстия 15 в канавки 14.

Поскольку радиальный зазор между цапфой 11 и втулкой 8 практически равен нулю, в подшипнике возникает гидростатическая сила, направленная вверх, которая стремится поднять ротор 27 насоса, образуя минимальный зазор в нижней части подшипника, при этом в верхней части подшипника зазор максимальный. Давление жидкости, протекающей по боковой поверхности втулки 8 от минимального зазора в подшипнике к максимальному, дросселируется, в результате чего на часть цапфы 11, т.е. на ротор 27 насоса, действует результирующая гидростатическая сила, направленная вверх. Таким образом, с образованием определенного зазора в нижней части подшипника сила от массы ротора уравновешивается гидростатической силой жидкости, подаваемой от постороннего источника, а ротор 27 насоса перед пуском (при остановке) имеет гарантированный зазор в подшипнике между втулкой 8 и частью цапфы 11. Жидкость, проходя через подшипник, попадает в полость 13, далее через радиальную щель между вторым кольцом 19 и частью цапфы 12, торцовую щель 24 между первым кольцом 22 и упорным пояском 25 части цапфы 12 сливается в пазуху 26. В результате дросселирования давления жидкости в радиальной щели между вторым кольцом 19 и частью цапфы 12 создается перепад давления и на части цапфы 12 возникает осевая сила, которая перемещает ротор 27 насоса в сторону первого кольца 22 и обеспечивает перед пуском (при остановке) гарантированный зазор Щ1 и отсутствие касания разгрузочного диска 1 с неподвижным кольцом 3.

В то же время в аварийной ситуации, например при повышении давления жидкости, подводимой от постороннего источника, наличии большой осевой силы от упругой муфты (на чертеже не показана) между насосом и приводом насоса (на чертеже не показан ) и др., возможно полное закрытие зазора Щ2 и прижатие части цапфы 12 к первому кольцу 22. В этом случае наличие радиальных отверстий 23 на кольце 22 обеспечивает протекание жидкости в пазуху 26 и смачиваемость торцовых поверхностей первого кольца 22 и упорного пояска 25 части цапфы 12 при пуске и остановке насоса. После пуска насоса и повышения частоты вращения на рабочих колесах 28 возникает осевая сила, которая перемещает ротор 27 и, соответственно, разгрузочный диск 1 к неподвижному кольцу 3, уменьшая ширину зазора Щ1 и увеличивая зазор Щ2. При этом снижается гидравлический коэффициент сопротивления подводимой от постороннего источника жидкости в этом зазоре, способствуя увеличению ее расхода. Однако винтовихревое уплотнение, создаваемое в радиальной щели между вторым кольцом 19 и частью цапфы 12, уменьшает указанный расход жидкости, при этом чем выше частота вращения насоса, тем меньше расход подводимой жидкости.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения (устройства) поставленных задач:

- средство, воплощающее заявленное изобретение (устройство), при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, а именно в насосостроении;

- преимущество изобретения состоит в том, что оно повышает надежность работы насоса при пуске и остановке за счет исключения контактного трения в подшипнике между цапфой и втулкой и обеспечения смачивания торцовых поверхностей цапфы и первого кольца при их возможных контактах;

- при работе насоса в устройстве обеспечено уменьшение расхода воды, подводимой от постороннего источника, что сокращает эксплуатационные расходы.

Кроме того, комплексное решение проблемы надежности, отсутствие дополнительных устройств и саморегуляция системы увеличивает ресурс насоса и сокращает время и стоимость его технического обслуживания.