разгрузочное устройство центробежного насоса

Формула изобретения

Гидравлическое разгрузочное устройство, содержащее корпус с полостью, сообщенной со входом насоса, и с установленным концевым торцевым уплотнением, диск разгрузки, два кольца разгрузки из стойкого к износу материала, одно из которых установлено на опорной периферийной части диска разгрузки, а другое - на напорной крышке насоса, ограничивающей полость разгрузочного устройства, дросселирующую цилиндрическую щель между втулкой разгрузки, запрессованной в напорную крышку, и втулкой дистанционной, посаженной на вал и для передачи крутящего момента имеющей шпоночное соединение по валу, отличающееся тем, что диск разгрузки установлен по уплотнительному кольцу на втулке дистанционной и зафиксирован на ней в окружном направлении по шлицевому соединению с посадкой по боковой поверхности шлиц с зазором, а в осевом направлении зафиксирован гайкой через пару шайб, подогнанных друг к другу по сферической поверхности с центром на оси вала, при этом гайка наворачивается по резьбе на валу до упора во втулку дистанционную и стягивает втулку дистанционную и рабочие колеса насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению и, в частности, может быть использовано в центробежных насосах для разгрузки роторов от осевых сил.

Известно гидравлическое разгрузочное устройство, описанное в а.с. СССР №1492092, МПК F04D 29/04 (опубл. 07.07.1989), содержащее пяту, закрепленную на корпусе через упругое основание, диск разгрузки, установленный на валу таким образом, что образует с пятой торцевую щель во время работы насоса. Равномерность торцевой щели в окружном направлении в данном техническом решении должно обеспечиваться установкой пяты на упругом основании.

Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения стабильных свойств упругого основания во время работы и особенно при высоких температурах нагрева пяты и диска разгрузки, имеющего место на пусковых режимах при отсутствии или недостаточном количестве жидкости во внутренних полостях насоса.

Наиболее близким техническим решением является разгрузочное устройство центробежного насоса ЦНС 63-1400 (Паспорт 1635.01.00.000 ПС. Насос центробежный секционный ЦНС 63-1400 УХЛ4). В данном насосе для компенсации осевой силы, возникающей при перекачке жидкости, предусмотрено гидравлическое разгрузочное устройство, содержащее: корпус с полостью, сообщенной со входом насоса, и с установленным концевым торцевым уплотнением; диск разгрузки; два кольца разгрузки или без них из стойкого к износу материала, одно их которых установлено на опорной периферийной части диска разгрузки, а другое - на напорной крышке насоса, ограничивающей полость разгрузочного устройства; дросселирующую цилидрическую щель между втулкой разгрузки, запрессованной в напорную крышку, и втулкой дистанционной, посаженной на вал и для передачи крутящего момента, имеющей шпоночное соединение по валу; полукольца или гайку, находящихся в полости разгрузочного устройства и обеспечивающих осевую фиксацию установленных на вал рабочих колес, втулки дистанционной и диска разгрузки, при этом диск разгрузки посажен на вал и для передачи крутящего момента имеет шпоночное соединение.

Во время работы насоса перекачиваемая жидкость под давлением проходит через дросселирующую цилидрическую щель в разгрузочную камеру между напорной крышкой и диском разгрузки и оказывает воздействие на разгрузочный диск. Равнодействующая осевых сил, возникающих на разгрузочном диске и на рабочих колесах насоса, стремится сместить ротор в сторону всасывания, при этом образуется торцевой зазор между кольцами разгрузки. Величина образующегося торцевого зазора зависит от величины давления в разгрузочной камере и устанавливается автоматически.

Основными недостатками данной конструкции разгрузочного устройства являются эксплуатационная не технологичность, посадка и осевая фиксация диска разгрузки на валу насоса. Не перпендикулярность или перекос во время работы рабочих поверхностей диска и колец разгрузки относительно оси вращения вала насоса из-за допусков на изготовление деталей и воздействие осевой силы, прижимающей диск разгрузки к опорной поверхности, вызовут изгибающий момент на валу. При вращении изгибающий момент будет иметь характер переменной нагрузки, которая ограничит циклическую долговечность вала, это приведет к преждевременным поломкам вала и сокращению ресурса насоса.

Технической задачей данного изобретения является повышение надежности и рабочего ресурса центробежного насоса за счет увеличения эффективности компенсации осевого усилия, возникающего при работе насоса, посредством усовершенствования конструкции разгрузочного устройства.

Решение поставленной задачи достигается гидравлическим разгрузочным устройством, содержащим: корпус с полостью, сообщенной со входом насоса, и с установленным концевым торцевым уплотнением; диск разгрузки; два кольца разгрузки из стойкого к износу материала, одно их которых установлено на опорной периферийной части диска разгрузки, а другое - на напорной крышке насоса, ограничивающей полость разгрузочного устройства; дросселирующую цилидрическую щель между втулкой разгрузки, запрессованной в напорную крышку, и втулкой дистанционной, посаженной на вал и для передачи крутящего момента имеющей шпоночное соединение по валу. Новым является то, что диск разгрузки установлен по уплотнительному кольцу на втулке дистанционной и зафиксирован на ней в окружном направлении по шлицевому соединению с посадкой по боковой поверхности шлиц с зазором, а в осевом направлении зафиксирован гайкой через пару шайб, подогнанных друг к другу по сферической поверхности с центром на оси вала, при этом гайка наворачивается по резьбе на валу до упора во втулку дистанционную и стягивает втулку дистанционную, и рабочие колеса насоса.

Суть изобретения заключается в том, что установка диска разгрузки на втулку дистанционную посредством шлицевого соединения с посадкой по боковым поверхностям шлиц с зазором и фиксация в осевом направлении через сферические шайбы гайкой, затянутой с упором во втулку дистанционную, позволяют компенсировать не перпендикулярность или перекос во время работы рабочих поверхностей диска и колец разгрузки относительно оси вращения вала насоса за счет самоустановки диска разгрузки в пределах бокового зазора по шлицевому соединению. Тем самым обеспечивается отсутствие условий, приводящих к появлению изгибающего момента на валу насоса.

Возможность передачи крутящего момента посредством шлицевого соединения в сочетании со сферическими шайбами подтверждается опытом их применения в конструкции авиационных газотурбинных двигателей (см. книгу Г.С.Скубачевский «Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей», М.: «Машиностроение», 1981 г., рис.5-28, с.149-152).

На чертеже 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.

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.