НАСОС ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ

Техническое решение насос центробежный вертикальный относится к машиностроению и может использоваться преимущественно в наcосах центробежных вертикального исполнения типа КсВ для перекачивания, к примеру, конденсата на тепловых и атомных электростанциях.
Известно техническое решение [1], уравновешивающее аксиальные силы насоса, включающее разгрузочный барабан, установленный на валу и размещенный с радиальным зазором (дросселирующей щелью) внутри втулки. Последняя закреплена на корпусной детали.
При работе центробежного вертикального насоса на каждой ступени возникает аксиальная сила, обусловленная осевой несимметрией геометрии рабочего колеса Суммарное значение осевой силы зависит от числа ступеней насоса и веса ротора Вышеуказанные силы действуют на роторную часть вниз, в сторону входа потока в насос. В то же время, жидкость на последней ступени действует на торцовую площадь разгрузочного барабана, создавая силу, направленную вверх, в сторону, противоположную первой. При этом, часть жидкости, проходя дросселирующую щель попадает в камеру разгрузочного устройства, соединенную с входным патрубком. Давление этой жидкости в дросселирующей щели к выходу значительно уменьшается, а значит, уменьшается ее действие на разгрузочный барабан со стороны отвода жидкости.
Таким образом, в результате действия на барабан гидравлических сил, разных по величине и по направлению, они уравновешиваются, создавая благоприятные условия для работы подшипника.
Традиционно, при проектировании насосов диаметр разгрузочного барабана насоса определяется из условия полного гидравлического уравновешивания ротора, при котором равнодействующая гидравлических осевых сил, действующих вертикально вниз и вверх, равна нолю.
При работе насоса, спроектированного по указанному признаку, по мере износа рабочих поверхностей, образующих дросселирующую щель разгрузочного устройства, а, следовательно, по мере увеличения размера щели, происходит постепенное увеличение неуравновешенной силы, действующей вниз, воспринимаемой радиально-упорным подшипником. При дальнейшем увеличении дросселирующей щели аксиальная сила достигает своего предельного значения, при котором происходит нагрев и выход из строя подшипника.
Известен в насосах [2], [3], подшипниковый узел, включающий сдвоенные радиально-упорные подшипники установленные наружным кольцом в корпусе и внутренним кольцом на валу ротора Указанная установка подшипников является жесткой и не может компенсировать неточность изготовления (торцевое биение) деталей узла, а также несоосность сборки В процессе работы, возникшие на валу перекосы, воспринимает сдвоенный радиально-упорный подшипник В результате чего происходит нагрев. Возникает необходимость останавливать насос и менять подшипник.
Известен центробежный вертикальный насос [4], включающий корпус с входным и выходным патрубками, в котором размещена выемная часть, содержащая вал с последовательно установленными предвключенным колесом, рабочими колесами, разгрузочный барабан, сдвоенный радиально-упорный подшипник и муфту, при этом рабочие
колеса чередуются с направляющими аппаратами, барабан находится внутри втулки напорной крышки, а радиально-упорный подшипник наружными кольцами установлен в корпусе подшипника.
Общими недостатками указанных насосов является то, что в них применены разгрузочные барабаны, расчетные размеры которых определены из условия полного уравновешивания гидравлических осевых сил. Существенным недостатком, также является жесткая установка подшипников в корпусе. Указанные недостатки уменьшают время эксплуатации насоса до ремонта.
Для устранения этих недостатков, поставлена задана, создать вертикальный центробежный насос с увеличенным ресурсом работы.
Для решения поставленной задачи предложен насос центробежный вертикальный, включающий корпус с входным и выходным патрубками, в котором размешена выемная часть, содержащая вал с последовательно установленными предвключенным колесом, рабочими колесами, разгрузочный барабан, сдвоенный радиально-упорный подшипник и муфту, при этом рабочие колеса чередуются с направляющими аппаратами, барабан находится внутри втулки напорной крышки, а радиально-упорный подшипник наружными кольцами установлен в корпусе подшипника.
б
0
Согласно изобретению, в заявляемом насосе, между внешними торцами наружных колец, корпусом и крышкой подшипника размещены упругие элементы, а разгрузочный барабан выполнен по диаметру в соответствии с зависимостью D=(1,010....l,025)D,
0
где: D - расчетный диаметр барабана Кроме того, упругие элементы могут быть выполнены в форме тарельчатой или волнистой пружины
Указанные отличительные признаки имеют ряд положительных свойств и неразрывно связаны с техническим результатом, а именно:
- между внешними торцами наружных колец, корпусом и крышкой подшипника размещены упругие элементы. Наличие упругих элементов позволяет компенсировать перекосы, созданные при изготовлении и в процессе монтажа и наладки, а также демпфировать аксиальные колебания вала ротора и равномерно распределить нагрузки на дорожки и тело качения подшипника;
- упругие элементы выполнены в форме тарельчатой пружины Предложенная конструкция упругих элементов наиболее технологична при изготовлении;
- упругие элементы выполнены в форме волнистой пружины Такие упругие элементы наиболее чувствительны к перекосам и аксиальному перемещению ротора Это значит, что упругий элемент мягко воспринимает и гасит колебания;
- разгрузочный барабан выполнен по диаметру в соответствии
б
0
с зависимостью D=(1,010....l,025)D,
0
где: D - расчетный диаметр барабана Заведомо увеличенный в диаметре барабан, обеспечивает более длительный срок работы насоса С увеличенным диаметром барабана, в первый период времени насос работает с неуравновешенной осевой силой, направленной вверх. Это значит, что в данный момент времени работает верхняя часть сдвоенного подшипника. По истечении времени, дросселирующая щель увеличится и насос будет работать в режиме уравновешенных осевых сил, а при дальнейшем увеличении дросселирующей щели, возникает неуравновешенная гидравлическая осевая сила, направленная вниз. При этом будет нагружена нижняя часть сдвоенного подшипника.
Указанные отличительные признаки находятся в причинно следственной связи с получаемым результатом и позволяют на высоком техническом уровне осуществить разработку новой конструкции центробежного вертикального насоса с увеличенной долговечностью работы подшипников.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами
На фиг.1 изображен общий вид насоса центробежного вертикального.
На фиг.2 изображено место 1.
На фиг.3 изображено место 2
На фиг.4 изображена графическая зависимость долговечности от диаметра барабана T=f(D).
0
Насос центробежный вертикальный включающий корпус 1 с входным и выходным патрубками 2, 3, в котором размещена выемная часть, содержащая вал 4 с последовательно установленными, предвключенным колесом 5, рабочими колесами 6, 7, 8, 9, разгрузочным барабаном 10, сдвоенным радиально-упорным подшипником 11 и муфтой 12. Рабочие колеса 6, 7, 8, 9 чередуются с направляющими аппаратами, 13, 14, 15, 16. Внутри втулки 17 напорной крышки 18 находится разгрузочный барабан 10, диаметр которого выполнен в соответствии с зависимостью (1,010....1,025)D
0
где D- расчетный диаметр барабана, определенный из условия полного уравновешивания гидравлических осевых сил. Кольцевыми (рабочими) поверхностями втулки 17 и барабана 10 образована дросселирующая щель 19, соединенная с разгрузочной камерой 20 и входным патрубком 2. Радиально-упорный подшипник 11 наружными кольцами 21 установлен в корпусе 22 подшипника 11. При этом, между внешними торцами наружных колец 21, корпусом 22 и крышкой 23 подшипника, размещены упругие элементы 24.
Насос центробежный вертикальный работает следующим образом.
Через входной патрубок 2 жидкость поступает на вращающиеся предвключенное колесо 5 и рабочее колесо 6, первой ступени и далее в каналы направляющего аппарата 13. По каналам направляющего аппарата 13, жидкость перетекает к его центральной части и далее - в рабочее колесо 7, второй ступени. Колесо 7 второй ступени, подает
жидкость в последующий направляющий аппарат 14 и т.д. После выхода из последнего натравляющего аппарата 16, жидкость направляется в выходной патрубок 3, а часть жидкости поступает к разгрузочному барабану 10.
При работе насоса, на каждой ступени возникает неуравновешенная гидравлическая осевая силе, суммарная величина которой возрастает пропорционально количеству ступеней. Указанная сила действует вниз, в сторону входа потока в насос. При этом, часть жидкости действует на торцовую поверхность разгрузочного барабана 10, создавая осевую силу, направленную вниз, в противоположную сторону. В дросселирующей щели 19 происходит падение давления до величины давления в разгрузочной камере 20, соединенной с входным патрубком 2.
Таким образом, с другой стороны барабана 9 действует осевая сила, обусловленная давлением в разгрузочной камере 20. Результирующая сил, действующих на элементы ротора, воспринимается верхней частью сдвоенного подшипника 10.
По мере износа рабочих поверхностей разгрузочного барабана 10 и втулки 17 и, соответственно, увеличения размера дросселирующей щели, происходит уравновешивание осевой силы.
Далее, с течением времени, по мере увеличения дросселирующей щели появляется неуравновешенная осевая сила, действующая вниз, воспринимаемая нижней частью сдвоенного подшипника.
Таким образом, время работы насоса увеличивается за счет более равномерного распределения нагрузки, действующей на верхнюю и нижнюю часть сдвоенного радиально-упорного подшипника
Кроме того, на стабильную работу насоса влияет упругий элемент 24, выполненный в виде тарельчатой или волнистой пружины: При наличии перекосов, в системе «ротор-корпус», вызванных неточностью изготовления и оборки, упругие элементы 24 их компенсируют. При воздействии аксиальной нагрузки на подшипники 11, происходит
равномерное распределение нагрузки на дорожки и тела качения, вследствие чего, снижается вероятность повреждения сопрягаемых элементов качения и повышается долговечность подшипника.
Заявляемое техническое решение является новым и полезным, не требует значительных дополнительных материальных затрат. Использование заявляемого технического решения дало возможность решить поставленную задачу - увеличение ресурса работы центробежного вертикального насоса.