УЗЕЛ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РАЗГРУЗКИ ОСЕВОГО УСИЛИЯ РОТОРА НАСОСА

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в конструкции высокооборотных шнекоцентробежных насосов турбонасосных агрегатов (ТНА), снабженных узлом осевой гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса.
В качестве прототипа выбран узел гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса, содержащий корпус, в котором расположен ротор, состоящий из вала, установленного на радиальных опорах скольжения с возможностью осевого перемещения, и закрепленного на валу одного или более рабочего колеса, при этом вал и рабочее колесо снабжены торцевыми пятами с возможностью их контактирования с установленным в корпусе упорным подшипником трения скольжения в крайних положениях ротора при нестационарной работе насоса [А.К. Михайлов, В.В. Малюшенко, Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления, М, Машиностроение, стр. 201, рис. 140].
Основным недостатком известного узла является низкая надежность работы из-за отсутствия плоско - параллельного контакта пяты вала и пяты рабочего колеса с жестко закрепленным в корпусе упорным подшипником трения скольжения из-за неизбежного относительного перекоса контактирующих элементов при монтаже, низкой долговечности трущихся элементов, выполненных из конструкционной стали, а также высокой инерционности срабатывания узла при нестационарной работе насоса вследствие медленного прохождения (дросселирования) перекачиваемой насосом среды через узкие кольцевые щели радиальных опор скольжения вала.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении надежности узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса ТНА за счет обеспечения точного плоско-параллельного контакта пяты вала и пяты рабочего колеса с упорным подшипником трения скольжения, повышения долговечности трущихся элементов, а также снижения инерционности срабатывания узла при нестационарной работе насоса, например, при запуске и останове ТНА.
Поставленный технический результат достигается тем, что в узле гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса, содержащем корпус, в котором расположен ротор, состоящий из вала, установленного на радиальных опорах скольжения с возможностью осевого перемещения, и закрепленного на валу рабочего колеса, при этом вал и рабочее колесо снабжены торцевыми пятами с возможностью их контактирования с установленным в корпусе упорным подшипником трения скольжения в крайних положениях ротора при нестационарной работе насоса, согласно полезной модели, упорный подшипник установлен в корпусе по сферической поверхности с возможностью самоустановки и обеспечения плоско-параллельного контакта его торцев с пятой вала и пятой рабочего колеса при крайних положениях ротора, при этом в пяте вала и рабочем колесе выполнены сквозные отверстия, а на контактирующие с подшипником торцевые поверхности пяты вала и пяты колеса нанесено износостойкое покрытие.
Для повышения надежности узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса за счет повышения долговечности трущихся элементов износостойкое покрытие выполнено в виде твердосплавного наплава из релита, а самоустанавливающийся подшипник выполнен из карбида вольфрама.
Для повышения надежности узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора за счет исключения проворачивания самоустанавливающегося подшипника в нем выполнен, по крайней мере, один паз, а в корпусе закреплен, по крайней мере, один ответный штифт.
Для обеспечения надежной установки подшипника в корпусе по сферической поверхности в корпусе выполнены симметрично два паза шириной более ширины подшипника и длинной равной половине ширины сопрягающейся с подшипником части корпуса.
Для повышения надежности работы узла при нестационарном режиме в момент запуска насоса его ротор выполнен подпружиненным в сторону рабочего колеса ротора насоса.
Для повышения надежности работы узла при нестационарных режимах (запуске и останове насоса) усилие подпружинивания ротора насоса выполнено регулируемым.
Для повышения надежности работы узла за счет упрощения его конструкции регулируемое осевое усилие подпружинивания ротора обеспечено пружиной торцового уплотнения ротора.
Полезная модель иллюстрирована чертежами, на которых представлен общий вид узла гидравлической разгрузки ротора насоса в варианте турбонасосного агрегата (ТНА):
Фиг. 1 - продольный разрез узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса при запуске ТНА (при крайнем левом положении ротора);
Фиг. 2 - то же самое при номинальной работе ТНА;
Фиг. 3 - то же самое при останове ТНА (при крайнем правом положении ротора);
Фиг. 4 - выносной элемент А на Фиг. 1;
Фиг. 5 - сечение Б-Б на Фиг. 1;
Фиг. 6 - сечение Б-Б на Фиг. 4;
Перечень позиций и обозначений на чертежах:
1 - корпус;
2 - ротор;
3 - вал;
4 - рабочее колесо;
5 - торцевая пята вала;
6 - торцевая пята рабочего колеса;
7 - упорный подшипник трения скольжения;
8 - сквозное отверстие в пяте вала;
9 - сквозное отверстие в рабочем колесе;
10 - износостойкое покрытие;
11 - паз в подшипнике;
12 - штифт;
13 - сопрягающаяся с подшипником по сферической поверхности съемная часть корпуса;
14 - паз в съемной части корпуса;
сф.
П - сферическая поверхность сопряжения подшипника с корпусом;
D - наружный диаметр штифта;
1
H - ширина паза съемной части корпуса под установку в него упорного подшипника;
2
Н - ширина упорного подшипника;
3
Н - ширина сопрягающейся по сферической поверхности с подшипником съемной части корпуса;
4
Н - ширина паза (диаметр глухого отверстия) упорного подшипника под штифт;
L - длина паза съемной части корпуса под установку в нее упорного подшипника.
Узел гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса турбонасосного агрегата (ТНА) содержит корпус 1, в котором расположен ротор 2, состоящий из вала 3, установленного на радиальных опорах скольжения (не показано) с возможностью осевого перемещения, и закрепленного на валу 3 рабочего колеса 4. Вал 3 и рабочее колесо 4 снабжены торцевыми пятами 5, 6, соответственно, с возможностью их контактирования с упорным подшипником 7 трения скольжения из карбида вольфрама в крайних положениях ротора 2 при нестационарной работе ТНА.
сф
Упорный подшипник 7 установлен в корпусе 1 по сферической поверхности П с возможностью самоустановки и обеспечения плоско - параллельного контакта его торцев с пятой 5 вала 3 и пятой 6 рабочего колеса 4 при крайних положениях ротора 2.
В пяте 5 вала 3 и рабочем колесе 4 выполнены сквозные отверстия 8 и 9, соответственно.
На контактирующие с подшипником 7 торцевые поверхности пяты 5 и пяты 6 нанесено износостойкое покрытие 10 в виде твердосплавного наплава из релита.
Для исключения проворачивания самоустанавливающегося подшипника 7 в нем выполнен паз в виде глухого отверстия 11, а в корпусе 1 закреплен (запрессован) ответный штифт 12.
сф.
Для повышения надежности узла за счет упрощения его монтажа сопрягающаяся с подшипником 7 по сферической поверхности П часть 13 корпуса 1 выполнена съемной.
сф.
1
2
3
При этом для повышения надежности работы узла за счет обеспечения точного монтажа подшипника 7 по сферической поверхности П в съемной части 13 корпуса 1 выполнены симметрично два паза 14 шириной H более ширины Н подшипника 7 и длинной L равной половине ширины Н сопрягающейся с подшипником 8 съемной части 13 корпуса 1 (см. Фиг. 4).
Для повышения надежности работы узла при нестационарном режиме в момент запуска насоса его ротор 2 выполнен подпружиненным в сторону рабочего колеса 4, усилие подпружинивания которого для обеспечения настройки узла выполнено регулируемым (не показано).
Для повышения надежности работы узла за счет упрощения его конструкции регулируемое осевое усилие подпружинивания ротора обеспечено пружиной торцового уплотнения ротора (не показано).
Монтаж узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса ТНА осуществляется следующим образом.
сф
Устанавливают и фиксируют на валу 3 пяту 5, как это показано на Фиг. 1. Устанавливают в съемной части 13 корпуса 1 подшипник 7, заводя последний до упора в повернутом на 90° положении в паз 14 съемной корпусной детали 13 до совмещения сферических поверхностей П деталей 7, 13. После этого разворачивают подшипник 7 на 90°, фиксируя его штифтом 12, запрессовываемом в съемной части 13 корпуса 1, как это показано на Фиг. 4. Закрепляют съемную часть 13 к корпусу 1, после чего устанавливают вал 3 с пятой 5 в корпус 1, пропуская вал 3 сквозь центральное отверстие подшипника 7 как это показано на Фиг. 1. Далее монтируют и фиксируют на валу 3 рабочее колесо 4 с выполненной с ним за одно целое пятой 6 как это показано на Фиг. 1.
Работа узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса ТНА происходит следующим образом.
На запуске, во время работы и на останове ТНА имеет место различное направление осевой силы, действующей на ротор 2.
В случае, когда осевая сила направлена влево, согласно фиг. 1, работает торцевая (упорная) пята 6 взаимодействуя своим торцем 10 с левым торцем самоустанавливающегося подшипника 7, что обеспечивает плоскопараллельный контакт между ними, снижая местные нагрузки на взаимодействующих торцах элементов 7, 10.
ТНА спроектирован таким образом, что направленная влево осевая сила появляется только при запуске, когда давление за рабочим колесом 4 не достигло своего номинального значения, а на ротор 2 уже действует осевая сила (от турбины и регулируемой пружины, - не показ.), см. Фиг. 1. Таким образом работа торцевой пяты 6 сведена к минимальному времени работы.
3
2
На фиг. 2 изображен ротор, находящийся под осевой нагрузкой, направленной вправо. В этом случае зазор между торцем АОР рабочего колеса и самоустанавливающимся кольцом стремится к нулю. Давление в полости Р возрастает до давления равного давлению на выходе из колеса, создавая отжимающее усилие. При правильной настройке узла соприкосновение взаимодействующих торцев пят 5, 6 и самоустанавливающегося подшипника 7 не происходит. Ротор 2 ТНА находится в рабочем положении как показано на Фиг. 2, а давление Р снижается до давления на входе в колесо.
На Фиг. 3 показан узел в момент остановки ТНА, когда осевая сила, действующая на ротор 2 направлена вправо.
Наличие сквозных отверстий 8 и 9 в пяте 5 и рабочем колесе 4 обеспечивает быстродействие срабатывания узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса за счет высокой скорости прохождения через отверстия 8, 9 жидкой среды (без дросселирования) при смене режимов работы насоса.
Использование полезной модели позволяет существенно повысить надежность узла гидравлической разгрузки осевого усилия ротора насоса за счет обеспечения точного плоско - параллельного контакта пяты вала и пяты рабочего колеса с упорным подшипником трения скольжения, повышения долговечности трущихся элементов, а также снижения инерционности срабатывания узла при нестационарной работе насоса при его запуске и останове.