Бесшпоночный ротор центробежного насоса
CENTRIFUGAL PUMP KEYLESS ROTOR

Бесшпоночный ротор центробежного насоса относится к области элементов насосов и агрегатов для перекачивания воды, водяных растворов, а так же сходных с ней жидкостей, по магистральным, технологическим и вспомогательным трубопроводам.
Известен (RU 2529979 C1, 10.10.2014) горизонтальный многоступенчатый секционный центробежный насос, включающий приводной электродвигатель, муфту, соединяющую валы насоса и электродвигателя, опорную раму для крепления насоса и электродвигателя. Вал установлен в тороидальных роликовых подшипниках, закреплённых в консольных опорах, установленных с наружной стороны торцевых крышек. Насос снабжён устройством фиксации секций насоса, включающим стяжные шпильки, установленные снаружи корпуса насоса и пропущенные сквозь каналы, выполненные в торцевых крышках, оси которых параллельны оси вала и равномерно расположены вокруг нее, устройством разгрузки вала от осевой силы, выполненным в виде гидропяты, содержащей две соосные втулки, установленные с радиальным зазором в зоне прохождения вала через напорную торцевую крышку, одна из которых жестко закреплена на валу, а другая - на напорной торцевой крышке, статорного и роторного кольца, закрепленных с помощью штифтов соответственно на наружной поверхности напорной торцевой крышки и роторе гидропяты, установленного на валу посредством двухстороннего цангового зажимного устройства, выполненного в виде трех соосных втулок с контактирующими коническими рабочими поверхностями и зажимных винтов, обеспечивающих возможность втягивания торцевых втулок в центральную втулку при их перемещении вдоль оси вала, при этом зазоры между втулками гидропяты, напорной торцевой крышкой и ротором гидропяты и между статорным и роторным кольцами гидропяты образуют канал для поступления закачиваемой воды из последней секции насоса в разгрузочную полость, образованную напорной торцевой крышкой, кронштейном для крепления опорного подшипника, статорным и роторным кольцами, ротором гидропяты и торцевым уплотнением, сообщающуюся посредством трубопровода, расположенного с наружной стороны корпуса насоса, с первой секцией насоса и устройством центровки вала. Муфта, опорные подшипники вала и торцевые уплотнения установлены на валу с помощью бесшпоночных соединений. В данном устройстве достаточно высокий уровень шума и вибраций.
Известен (JP 2009057967 A, 19.03.2009) узел бесшпоночной муфты, соединяющий компоненты коаксиального вала в насосе, включающий кольцевой корпус, первый и второй элемент системы вала, множество полосок, расположенных между внешней поверхностью второго элемента системы вала и поверхностью внутренней поверхности первого элемента системы вала, предотвращающих вращение относительно друг друга первого и второго элементов системы вала. В данном устройстве достаточно высок уровень шума, эксплуатационный ресурс недостаточен.
Известен (ЕА 009595 В1, 28.02.2008) герметичный центробежный насос, содержащий корпус с размещенным в нем рабочим колесом, приводимым во вращение цилиндрической магнитной муфтой, ведущая полумуфта которой соединена с приводным валом электродвигателя, а ведомая - с рабочим колесом, причем полумуфты выполнены многополюсными с чередованием полюсов, установлены коаксиально и герметично разделены закреплённым в корпусе цилиндрическим немагнитным экраном. Устройство характеризуется относительно высоким уровнем шума.
Известен (RU 2487272 C1, 10.07.2013) ротор центробежного насоса, включающий вала и рабочее колесо, рабочее колесо фиксировано на вал посредством двухстороннего цангового зажимного устройства с коническими втулками и винтами, а торцовые уплотнения ротора посажены на вал с помощью односторонних цанговых зажимных устройств с коническими втулками и винтами, ротор насоса установлен во внешних по отношению к корпусу насоса консольных опорах подшипников качения, оба подшипника установлены на валу на конических стяжных втулках с осевым разрезом. В патенте техническим результатом указано уменьшение вибраций, но тем не менее в данном устройстве снижение уровней шума и вибраций всё равно остаётся недостаточным.
Данное устройство можно принять в качестве ближайшего аналога.
Технической проблемой является недостаточная надёжность фиксирующих узлов, высокий уровень вибрации, шума, недостаточный срок эксплуатации.
Предлагается бесшпоночный ротор центробежного насоса, включающий вал, рабочее колесо, подшипники, торцевые уплотнения, цанговые зажимы.
Вал имеет полностью гладкую поверхность за исключением проточек, выполненных в месте установки роторных втулок.
На валу последовательно установлены рабочее колесо, роторные втулки, торцевые уплотнения, приводной и полевой подшипники, полумуфты.
Рабочее колесо установлено на вал с фиксацией цанговым зажимом, включающим корпус, две конические втулки, болты, обеспечивающие зажимное усилие.
Каждая роторная втулка установлена на вал за счёт создания зажимного усилия между упорными винтами и валом, таким образом, что винты упираются в выполненную на валу проточку.
Каждое торцевое уплотнение фиксировано на вал с помощью цангового зажима, включающего корпус и коническую втулку.
Каждый из подшипников установлен на вал посадкой с натягом и закреплён от осевого перемещения пружинным упорным кольцом.
Каждая полумуфта фиксирована к концу вала с помощью цангового зажима, включающего корпус, внутреннюю и наружную конические втулки, болты, обеспечивающее зажимное усилие.
Техническим результатом являются улучшенные технико-экономические характеристики: пониженные шум и вибрации, увеличенные надёжность и ресурс.
Технический результат обеспечивается за счёт особенностей последовательной бесшпоночной фиксации к валу конструктивных элементов: рабочего колеса, роторных втулок, торцевых уплотнений, подшипников, полумуфт.
Конструкция бесшпоночного ротора центробежного насоса поясняется фигурами:
Фиг. 1 - Центробежный насос, вид спереди.
Фиг. 2 - Центробежный насос, вид справа.
Фиг. 3 - Центробежный насос, разрез по главной плоскости.
Фиг. 4 - Безшпоночный вал, конструкция соединения с полумуфтой.
Фиг. 5 - Безшпоночный вал, конструкция соединения с подшипником и торцевым уплотнением.
Фиг. 6 - Безшпоночный вал, конструкция соединения с рабочим колесом.
Фиг. 7 - Безшпоночный вал, конструкция соединения с втулкой вала.
На иллюстрациях позициями обозначены:
1. Центробежный насос;
2. Корпус;
3. Крышка;
4. Подводящий патрубок;
5. Отводящий патрубок;
6. Ротор;
7. Приводной подшипник;
8. Полевой подшипник;
9. Торцевое уплотнение;
10. Вал;
11. Рабочее колесо;
12. Полумуфта;
13. Корпус конического зажима полумуфты;
14. Левая коническая втулка зажима полумуфты;
15. Правая коническая втулка зажима полумуфты;
16. Болт;
17. Подшипник качения;
18. Пружинное упорное кольцо;
19. Корпус зажима торцевого уплотнения;
20. Коническая втулка зажима торцевого уплотнения;
21. Болт;
22. Корпус конического зажима рабочего колеса;
23. Левая коническая втулка зажима рабочего колеса;
24. Правая коническая втулка зажима рабочего колеса;
25. Болт;
26. Втулка ротора;
27. Упорный винт;
28. Цилиндрическая проточка на валу.
Главной общей задачей предлагаемого изобретения является создание центробежного насоса с улучшенными технико-экономическими характеристиками, конкретно с пониженным шумом и вибрациями, повышенной надежностью, ресурсом и КПД посредством комплекса объединённых единым изобретательским замыслом конструктивных усовершенствований в базовых узлах насоса.
Центробежный насос 1 состоит из корпуса 2, крышки 3, подводящего патрубка 4, отводящего патрубка 5, ротора 6 с установленным на валу 10 колесом двустороннего входа 11, ротор 6 вращается в подшипниковых опорах 7 и 8, а концы выхода вала 10 в атмосферу герметизируются торцевыми уплотнениями 9. Центробежный насос 1 имеет в своем составе гладкий цилиндрический вал 10 не содержаний шпоночных и резьбовых соединений.
На фиг.1-2 показан общий вид насоса 1 состоящего из корпуса 2, крышки 3, входного патрубка 4, выходного патрубка 5 и ротора 6.
На фиг. 3 показан разрез по главной плоскости А-А, на котором изображены основные элементы насоса, такие как приводной подшипник 7, полевой подшипник 8, торцевые уплотнения 9, гладкий цилиндрический вал 10 не содержаний шпоночных и резьбовых соединений, рабочее колесо 11, полумуфта 12.
На фиг. 4 показана конструкция крепления полумуфты 12 на гладкий конец вала 10, за счет установки цангового зажима, состоявшего из корпуса конического зажима полумуфты 13, левой конической втулки зажима полумуфты 14, правой конической втулки зажима полумуфты 15. Зажимное усилие между валом 10 и полумуфтой 12 создается за счет затяжки болтов 16.
На фиг. 5 показана конструкция крепления подшипников 17 и торцевого уплотнения 9 на гладкий вал 10. Крепление подшипников 17 осуществляется по цилиндрической посадке с натягом на вал, при этом дополнительно подшипники 17 фиксируются от осевого перемещения пружинным упорным кольцом 18. Торцевое уплотнение 9 крепится на цилиндрический вал 10 за счет установки цангового зажима, состоявшего из корпуса зажима торцевого уплотнения 19, конической втулки зажима торцевого уплотнения 20. Зажимное усилие между валом 10 и торцевым уплотнением 9 создается за счет затяжки болтов 21.
На фиг. 6 показана конструкция крепления рабочего колеса 11 на гладкий вал 10, за счет установки цангового зажима, состоявшего из корпуса конического зажима рабочего колеса 22, левой конической втулки зажима рабочего колеса 23, правой конической втулки зажима рабочего колеса 24. Зажимное усилие между валом 10 и рабочим колесом 11 создается за счет затяжки болтов 25.
На фиг. 7 показана конструкция крепления роторной втулки 26 на гладкий вал 10, за счет создания зажимного усилия между валом 10 и упорными винтами 27, при этом дополнительно, для недопущения осевого смещения втулки 26, упорные винты 27 упираются в проточку 28 выполненную на гладком цилиндрическом валу 10.
Комплекс объединённых единым изобретательским замыслом конструктивных усовершенствований в базовых узлах насоса, описанный выше, позволяет получить бесшпоночный ротор, в котором все основные компоненты установлены беззазорно с большим натягом, это в свою очередь снижает шум и вибрацию насоса, повышает его надёжность и КПД.