ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС ДВУСТОРОННЕГО ВХОДА

Полезная модель относится к области насосостроения и может быть использована в различных отраслях промышленности для перекачивания широкого спектра жидкостей.
Известен центробежный насос двустороннего входа (Каталог-справочник «Насосы» ГНТИМЛ, Москва, 1959, рисунок на стр.244), содержащий крышку корпуса, корпус насоса, в котором выполнены кронштейны для размещения корпусов подшипниковых опор, корпуса подшипниковых опор, закрепленные на кронштейнах крепежными изделиями (болты с гайками), уплотнения вала, рабочее колесо двустороннего входа, установленное на валу и зафиксированное защитными втулками и резьбовыми гайками с контргайками, уплотняющие кольца, образующие с рабочим колесом щелевые уплотнения.
В известной конструкции установка корпусов подшипников в кронштейнах посредством крепежных элементов усложняет конструкцию насоса. Фиксация рабочего колеса и защитных втулок резьбовыми гайками с контргайками также усложняет конструкцию и снижает надежность фиксации.
В качестве прототипа принимается центробежный насос двустороннего входа (Каталог-справочник «Насосы», ГНТИМЛ, Москва, 1959, рисунок на стр.67), содержащий корпус с крышкой и кронштейнами для размещения на них корпусов подшипниковых опор, рабочее колесо двустороннего входа, установленное на валу и зафиксированное защитными втулками и резьбовыми гайками, уплотняющие кольца, образующие с цилиндрическими поверхностями рабочего колеса щелевые уплотнения, и уплотнения вала, имеющие полости, связанные с полостью высокого давления насоса каналами, выполненными посредством трубных соединений.
В прототипе установка корпусов подшипников в кронштейнах посредством крепежных элементов усложняет конструкцию насоса. Фиксация рабочего колеса и защитных втулок резьбовыми гайками без дополнительного стопорения снижает надежность конструкции. Примененное в прототипе соединение полостей высокого давления насоса и уплотнений вала обеспечивает высокое избыточное давление в полостях уплотнений, что приводит к преждевременному износу как самих уплотнительных элементов, так и защитных втулок.
В основу заявляемого технического решения поставлена задача - повышение надежности, ресурса и экономичности центробежного насоса двустороннего входа.
Технический результат достигается тем, что в центробежном насосе двустороннего входа, содержащем корпус насоса с крышкой и кронштейнами, вал, установленный в подшипниковых опорах, размещенных на кронштейнах корпуса, центробежное рабочее колесо двустороннего входа, зафиксированное на валу посредством защитных втулок и стопорных элементов, уплотняющие кольца, образующие с рабочим колесом щелевые уплотнения, и уплотнения вала, имеющие полости, связанные с полостью высокого давления насоса, уплотняющие кольца рабочего колеса выполнены с отверстиями, а само рабочее колесо в зоне щелевого уплотнения выполнено с коническими канавками, при этом полости уплотнений вала связаны с полостью высокого давления насоса через отверстия в уплотняющих кольцах, щелевые уплотнения и канавки рабочего колеса.
Кроме того, кронштейны корпуса выполнены с канавками для размещения в них ответных выступов, выполненных на корпусах подшипников подшипниковых опор вала, при этом корпуса подшипников прижаты к кронштейнам корпуса скобами, а в качестве стопорных элементов для фиксации защитных втулок на валу в разных вариантах исполнения используются: фигурные шпонки с резьбовыми гайками и стопорными шайбами, или размещенные на лыске вала цилиндрические элементы, резьбовые гайки и стопорные шайбы или стопорные кольца и установленные на шпонках стопорные втулки, размещенные между защитными втулками и стопорными кольцами, при этом контактирующие между собой торцы защитных втулок и стопорных втулок выполнены под углом относительно их оси вращения.
Связь уплотнений вала с полостью высокого давления насоса через отверстия в уплотняющих кольцах, щелевые уплотнения и канавки рабочего колеса обеспечивает создание в полости уплотнений области пониженного давления, что способствует повышению ресурса и надежности уплотнений.
Конические канавки на цилиндрических поверхностях рабочего колеса способствуют снижению перетечек жидкости из полости высокого давления во всасывающую полость, вследствие чего повышается КПД насоса и, кроме того, являются более технологичными в изготовлении, чем канавки другого сечения, например прямоугольного.
Фиксация защитных втулок на валу посредством фигурных шпонок с резьбовыми гайками и стопорными шайбами или посредством цилиндрических элементов, располагаемых на лысках вала, или посредством размещения на валу стопорных колец, между которыми и рабочим колесом располагаются защитные втулки и стопорные втулки, при этом контактирующие между собой торцы защитных втулок и стопорных втулок выполнены под углом относительно их оси вращения, обеспечивают компактность и надежность соединения.
Выполнение кронштейнов корпуса с канавками для размещения в ответных выступах, выполненных на корпусах подшипников подшипниковых опор, и прижатие корпусов подшипниковых опор к кронштейнам корпуса скобами упрощает конструкцию крепления корпусов подшипников к кронштейнам корпуса при сохранении достаточной надежности.
Заявляемый насос двустороннего входа поясняется чертежами, где на фиг.1 - представлен центробежный насос двустороннего входа в разрезе; на фиг.2 - рабочее колесо с коническими канавками на цилиндрических поверхностях; на фиг.3 - узел фиксации защитной втулки на валу посредством цилиндрического элемента на лыске вала; на фиг.4 - узел фиксации защитных втулок на валу посредством стопорных колец и стопорных втулок; на фиг.5 и 6 - показано выполнение контактирующих друг с другом торцов защитной втулки и стопорной втулки соответственно.
Центробежный насос двустороннего входа (фиг.1), содержащий корпус 1 насоса с крышкой 2 и кронштейнами 3, вал 4, установленный в подшипниковых опорах 5, размещенных на кронштейнах 3 корпуса 1, центробежное рабочее колесо 6 двустороннего входа, зафиксированное на валу 4 посредством защитных втулок 7 и стопорных элементов, уплотняющие кольца 8, образующие с рабочим колесом 6 щелевые уплотнения 9, и уплотнения 10 вала 4, имеющие полости 11, связанные с полостью 12 высокого давления насоса. Уплотняющие кольца 8 рабочего колеса 6 выполнены с отверстиями 13, открытыми преимущественно в среднюю часть щелевых уплотнений 9, рабочее колесо 6 в зоне щелевого уплотнения 9 выполнено с коническими канавками 14 (фиг.2), полости 11 уплотнений 10 вала 4 связаны с полостью 12 высокого давления насоса через отверстия 13 в уплотняющих кольцах 8, щелевые уплотнения 9 и канавки 14 рабочего колеса 6.
Кронштейны 3 корпуса 1 выполнены с канавками 15 для размещения в них ответных выступов 16, выполненных на корпусах 17 и 18 подшипниковых опор 5 вала 4, при этом корпуса 17 и 18 прижаты к кронштейнам 3 корпуса 1 скобами 19. Такая фиксация корпусов 17 и 18 подшипниковых опор 5 с помощью ответных выступов 16 в канавках 15 кронштейнов 3 с прижимом их скобами 19, упрощает конструкцию насоса при сохранении необходимого уровня надежности.
В качестве стопорных элементов для фиксации защитных втулок 7 на валу 4 используются фигурные шпонки 20 с резьбовыми гайками 21 специальной конструкции и стопорными шайбами 22 (фиг.1).
Также для стопорения защитных втулок 7 на валу 4 могут быть использованы размещенные на лыске 23 вала 4 цилиндрические элементы 24 (фиг.3), резьбовые гайки 21 специальной конструкции и стопорные шайбы 22.
Еще в одном варианте (фиг.4) фиксации защитных втулок 7 на валу 4 используются стопорные кольца 25 и установленные на шпонках 26 стопорные втулки 27, между которыми и рабочим колесом 6 расположены защитные втулки 7. Контактирующие торцы защитных втулок 7 (фиг.5) и стопорных втулок 27 (фиг.6) выполнены под углом относительно их оси вращения.
Насос работает следующим образом.
При запуске приводного двигателя (на фигурах не показан) вал 4 с установленными на нем подшипниковыми опорами 5, рабочим колесом 6, защитными втулками 7, стопорными элементами: фигурными шпонками 20, резьбовыми гайками 21 и стопорными шайбами 22 или цилиндрическими элементами 24 на лыске 23 вала 6 или стопорными кольцами 25, стопорными втулками 26 и другими деталями приходят во вращение. В результате рабочим колесом 6 создается давление в полости 12 высокого давления.
Под перепадом давлений в полости 12 высокого давления и на входе в рабочее колесо 6 по щелевым уплотнениям 9 жидкость перетекает из полости 12 высокого давления во всасывающую полость (на фигурах не показана). Причем по длине щелевого уплотнения 9 давление падает пропорционально длине щелевого уплотнения 9, т.е. посередине щелевого уплотнения 9 перепад давлений будет вдвое меньше, чем перед щелевыми уплотнениями 9. Под этим давлением жидкость через отверстия 13 поступает к полостям 11 уплотнений 10. Пониженное давление способствует повышению ресурса элементов трения уплотнений 10 и, следовательно, самих уплотнений 10.
Снижению давления дополнительно способствует наличие конических канавок 14 в зоне щелевого уплотнения 9 рабочего колеса 6 (фиг.2).
При эксплуатации насоса двустороннего входа стопорение защитных втулок 7 на валу 4 при помощи фигурных шпонок 20 (фиг.1) обеспечивает компактность соединения и исключает их выпадение из шпоночных канавок вала 4, а резьбовые гайки 21 специальной конструкции и стопорные шайбы 22 полностью исключают самоотворачивание указанных гаек, обеспечивая высокую надежность соединения.
При фиксации защитных втулок 7 с помощью цилиндрического элемента 24 (фиг.3) на лыске 23 вала 4 исключаются проворот защитных втулок 7 и выпадение цилиндрического элемента 24, а резьбовые гайки 21, имеющие специальную конструкцию, и стопорные шайбы 22 также полностью исключают самоотворачивание этих элементов в процессе работы насоса.
В случае фиксации рабочего колеса 6 и защитных втулок 7 методом заклинивания (фиг.4) при работе насоса двустороннего входа момент сил трения, действующий на защитные втулки 7 противоположно крутящему моменту вала 4 стремится повернуть их относительно вала 4. Этот поворот защитных втулок 7 продолжается до тех пор, пока не выберутся осевые зазоры между торцами рабочего колеса 6, защитных втулок 7 относительно стопорных втулок 27 и их контактирующие торцы (фиг.5 и фиг.6) взаимно заклиниваются и вращение защитных втулок 7 относительно вала 4 прекращается. В случае реверса направление моментов изменяется на противоположное и защитные втулки 7, расклинившись и повернувшись вокруг вала 4 на некоторый угол, вновь заклинятся.
Таким образом, в каждом из предлагаемых вариантов выполнения узлов фиксации на валу рабочего колеса и защитных втулок обеспечивается высокая надежность стопорения защитных втулок и, следовательно, повышается надежность работы насоса.