ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС С ДВУХЗАВИТКОВЫМ СПИРАЛЬНЫМ ОТВОДОМ И РАЗЪЕМОМ КОРПУСА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

Полезная модель относится к области насосостроения и может быть использована при создании центробежных насосов с двухзавитковым спиральным отводом, имеющих разъем корпуса в плоскости параллельной оси ротора, например, нефтяных магистральных насосов.
Насосы с двухпоточными (двухзавитковыми или двухспиральными) отводами изготавливают для уменьшения радиальных сил, действующих на подшипники с целью увеличения ресурса работы насоса.
В качестве прототипа выбран известный центробежный насос с рабочим колесом двухстороннего входа, содержащий корпус, состоящий из верхней и нижней частей, образующих горизонтальный разъем, подвод и двухзавитковый спиральный отвод с приваренной перегородкой [патент РФ на полезную модель №106680, кл. F04D 1/00, F04D 29/00].
Для обеспечения минимальных гидравлических потерь перегородка двухзавиткового спирального отвода изготовлена из листового проката минимальной толщины.
Применение приварной перегородки двухзавиткового спирального отвода позволяет до ее приварки к стенкам спирального отвода производить механическую зачистку проточной части спирального отвода в отливке с последующим покрытием (или без покрытия) с целью получения требуемой чистоты поверхности для снижения гидравлических потерь, а следовательно, повышения КПД, а также защиты от коррозионного воздействия перекачиваемой среды.
Основное назначение перегородки - обеспечение высокой точности изготовления профиля спирали, а именно, глубины спирального канала, который образует вогнутая поверхность перегородки - в противном случае не будет выдержано требование обеспечения симметричности двух противоположно расположенных спиральных каналов - один из которых образован стенкой отливки корпуса или крышки, а второй канал образован тонкостенной криволинейной перегородкой, приваренной к литой стенке крышки или корпуса (перегородки две-одна находится в крышке, а другая - в корпусе).
Так как перегородка имеет толщину меньшую, чем толщина литых стенок каналов, к которым она приварена, то слабым местом является сварной шов (швы). При опрессовках на прочность внутри корпуса создается высокое давление, под действием которого стенки корпуса и крышки деформируются ("раздуваются"), что нагружает сварные швы, прочность которых ограничена из-за малости толщины перегородки и размеров сечения шва. Надежность крепления перегородки невысокая еще и по той причине, что дефекты, которые могут появиться в сварных швах трудно выявить, так как швы расположены в труднодоступных местах.
Таким образом, у приварной перегородки есть недостаток - низкая надежность, обусловленная трудностью контроля качества соединения (сварки), малой толщиной перегородки и малым сечением сварных швов.
При этом, из-за недостаточной жесткости перегородки сложно сохранить ее заданную конфигурацию (выпуклость перегородки или профиль), что так же снижает надежность корпуса из-за деформации перегородки.
Целью полезной модели является повышение надежности центробежного насоса с двухзавитковым спиральным отводом и разъемом корпуса в плоскости параллельной оси ротора за счет увеличения жесткости и сохранения параметров кривизны образующей двухзавитковый отвод перегородки, а также уменьшение нагрузки на сварные швы, соединяющие перегородку со стенками корпуса насоса.
Поставленная задача решена тем, что в центробежном насосе с разъемом корпуса в плоскости, параллельной оси ротора, содержащем корпус, состоящий из верхней и нижней частей, и двухзавитковый спиральный отвод, образованный криволинейной тонкостенной перегородкой, приваренной к внутренней поверхности корпуса, согласно полезной модели, перегородка по всей длине снабжена, по крайней мере, одним продольным ребром жесткости, в котором с обратной стороны перегородки выполнена канавка с шириной, меньшей, чем толщина ребра и глубиной, превышающей толщину перегородки.
Для обеспечения большего снижения нагрузки на сварные швы канавка в ребре жесткости выполнена с глубиной, более 3-кратной толщины перегородки.
Полезная модель иллюстрирована чертежами, на которых показан общий вид центробежного насоса с двухзавитковым спиральным отводом и разъемом корпуса в плоскости параллельной оси ротора (направляющий аппарат не показан): Фиг. 1 - фрагмент поперечного разреза двухзавиткового отвода насоса; Фиг. 2 - сечение А-А на Фиг. 1; Фиг. 3 - сечение Б-Б на Фиг. 1.
Перечень позиций и обозначений на чертежах:
1 - корпус;
2 - крышка;
3 - рабочее колесо;
4 - плоский разъем;
5 - шпилька;
6 - гайка;
7, 8, 9, 10 - спиральные канавки;
11, 23 - перегородка;
12 - вогнутая поверхность перегородки;
13 - криволинейный канал;
14 - выпуклая поверхность;
15, 24 - ребро;
16 - канавка в ребре;
17, 18 - стенки в ребре;
19, 20 - стенки разъемного корпуса;
21, 22 - сварные швы;
b - ширина канавки;
h - глубина канавки;
S - толщина перегородки;
t - толщина ребра.
Корпус насоса образован скрепленными вместе двумя частями: корпусом 1 и крышкой 2 (см. Фиг. 2), во внутренней полости которых размещено рабочее колесо 3. Разъем 4 между корпусом 1 и крышкой 2 расположен в плоскости параллельной оси ротора (оси вращения рабочего колеса 3). Корпус 1 и крышка 2 скреплены с помощью шпилек 5 и гаек 6.
За рабочим колесом 3 внутри разъемного корпуса расположен двухзавитковый отвод, состоящий из спиральных канавок 8, 9, выполненных в крышке 2, и спиральных канавок 7 и 10, выполненных в корпусе 1.
В собранном насосе спиральные канавки 7 и 8, и 9 и 10 образуют двухзавитковый отвод, позволяющий уменьшить до минимума радиальную силу, действующую на рабочее колесо 3, вал и подшипники (вал и подшипники не показаны) насоса, что увеличивает ресурс подшипников и насоса в целом.
Часть двухзавиткового отвода расположена в крышке 2 (см. Фиг. 1), где установлена криволинейная перегородка 11, вогнутая поверхность 12 которой образует дно спиральной канавки 9, а криволинейный канал 13 расположен с выпуклой стороны 14 перегородки. На выпуклой поверхности 14 перегородки заодно целое с перегородкой 11 выполнено ребро 15, в котором со стороны вогнутой поверхности выполнена канавка 16 с шириной "b", меньшей, чем толщина "t" ребра. Канавка 16 образует стенки 17 и 18 в ребре, отделяющие полость спирального канала 9 от полости канала 13. Перегородка приварена с стенкам 19 и 20 крышки - сварные швы 21, 22.
Вторая часть двухзавиткового отвода расположена в корпусе 1 насоса, где установлена вторая криволинейная перегородка 23, в которой заодно целое с перегородкой 23 выполнено ребро 24, в котором проточена канавка, аналогичная канавке 16, выполненной в крышке 2, которая также приварена к стенкам - только уже к стенкам корпуса, а не крышки (стенки корпуса и сварные швы в корпусе, а также канавка в ребре 24) - не показаны.
При работе насоса (или при его испытаниях на прочность и герметичность) в полости насоса создается высокое давление, которое приводит к деформации ("раздуванию") стенок 19 и 20 крышки и растяжению перегородки, как это показано на Фиг. 1 пунктирной линией. Благодаря канавке 16, стенки 17 и 18 ребра также деформируются (показано пунктиром на Фиг. 1). За счет податливости стенок 17 и 18 при их изгибе уменьшаются усилия, разрывающие сварные швы 21 и 22, что позволяет снизить напряжения в сварных швах и тем самым увеличить надежность разъемного корпуса и насоса в целом.
Стенки 17 и 18 ребра 15 придают жесткость перегородке в части сохранения кривизны (выпуклости) при изготовлении перегородки и при приварке ее к крышке или корпусу.
Соотношения размеров "b" и "t", "h" и "S" определяются индивидуально к каждому насосу с учетом обеспечения расчетного запаса прочности, размеров входящих деталей и технологии изготовления.
Таким образом, за счет увеличения жесткости и сохранения параметров кривизны образующей двухзавитковый отвод приварной тонкостенной перегородки, а также уменьшения нагрузки на сварные швы, соединяющие перегородку со стенками корпуса насоса, при использовании заявляемой полезной модели обеспечивается существенное повышение надежности центробежного насоса с двухзавитковым спиральным отводом и разъемом корпуса в плоскости параллельной оси ротора.