КОМПЕНСИРУЮЩАЯ СДВОЕННАЯ ДИСКОВАЯ МУФТА ДЛЯ НАСОСНОГО АГРЕГАТА
COMPENSATING DOUBLE DISC COUPLING OF UNIT PUMP

Область техники
Изобретение относится к дисковым (мембранным) муфтам, передающим крутящий момент, в том числе в магистральных насосных агрегатах от электродвигателя к магистральному центробежному насосу.
Уровень техники
Известна муфта центробежной насосной установки, включающая наружную и внутреннюю полумуфты, соединенные посредством расположенных рядами на концентрических окружностях разного диаметра упругих элементов, как правило, изготовленных из резины, и фиксатор этих упругих элементов (патент РФ №2246047, опубл. 10.02.2005).
Недостатком данной муфты является относительно невысокая эксплуатационная надежность, возрастное и температурное старение резиновых упругих элементов с изменением модуля упругости резины при больших колебаниях температуры, особенно в присутствии нефтяных паров и при возможном попадании нефти при использовании муфты в магистральной нефтяной центробежной насосной установке.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому изобретению является мембранная (или дисковая) муфта, содержащая две одинаковые полумуфты, установленные на соединяемых валах, и мембраны (гибкие диски), а между полумуфтами установлен промежуточный вал, к этому валу по внутреннему контуру жестко прикреплены мембраны, а по внешнему контуру мембраны прикреплены к фланцам полумуфт (авт св. RU №25559, опубл. 10.10.2002).
Недостатком указанной муфты является малый ресурс мембран, вызванный наличием значительных изгибных напряжений во внутреннем контуре мембран при угловых рассогласованиях соединяемых валов, а также искро- и взрывоопасность самой муфты в случае поломки любой из мембран в присутствии огнеопасных паров, например, при использовании муфты в магистральном нефтяном насосном агрегате.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а также придание муфте ряда дополнительных конструктивных отличий-преимуществ для повышения ее надежности и ресурса, а также для удобства монтажа муфты на соединяемых валах.
В первую очередь необходимо уточнить терминологию, которая, по мнению авторов, была неправильно применена в прототипе, а именно в прототипе (как и в предлагаемом изобретении) описана не одиночная, а сдвоенная муфта, состоящая не из двух полумуфт, а из двух отдельных муфт, каждая из которых, в свою очередь, состоит из двух полумуфт (итого всего полумуфт в сдвоенной муфте - четыре).
Конструкция муфт такова, что каждая муфта допускает только угловое смещение соединяемых валов за счет деформации гибкого диска. Комбинация двух муфт, соединенных промежуточным полым валом, позволяет соединять валы насоса и приводного двигателя (электродвигателя), неизбежно имеющие погрешности расположения валов не только угловые, но и радиальные.
Ответственной деталью каждой муфты является гибкий стальной диск (или комплект (пакет) дисков), испытывающий циклические деформации изгиба и кручения при наличии углового смещения полумуфт вращающейся муфты. Однако при соединении двух таких муфт промежуточным полым валом образуется сдвоенная муфта, у которой, помимо угловой, появляется также и радиальная податливость, которая, например, допускает радиальные смещения валов двигателя и насоса относительно друг друга.
Для решения указанной задачи изобретения для разгрузки тонких упрочненных стальных гибких дисков (аналогов мембран в прототипе) предусмотрены сферические шарниры (или шарнирные опоры) (в виде сферических двухрядных подшипников качения (шариковых или роликовых)), установленных в стаканах в муфтах. Эти шарниры призваны разгружать гибкий диск муфты от дополнительных нагрузок, вызванных дисбалансом (неуравновешенностью) промежуточного полого вала, соединяющего муфты.
Также для равномерности и одинаковости передаваемых нагрузок на диски каждая из двух муфт содержит одинаковое четное количество зажимных креплений комплектов дисков. Крепления состоят из высокопрочных резьбовых втулок с ответными зажимными винтами и зажимными шайбами. Одна половина втулок креплений запрессована во фланце одной полумуфты и направлена сквозь соответствующие отверстия комплекта гибкого диска в соответствующие отверстия фланца второй полумуфты для резьбовых соединений с соответствующими винтами зажимных креплений, а вторая половина втулок, наоборот, запрессована во фланце второй полумуфты и направлена сквозь соответствующие отверстия комплекта гибкого диска в соответствующие отверстия фланца первой полумуфты для резьбовых соединений с соответствующими винтами зажимных креплений. Противоположно направленные втулки креплений расположены на фланцах полумуфт через одну, равномерно и на едином радиальном расстоянии от общей центральной оси вращения муфт и валов, причем противоположно направленные зажимные крепления комплектов гибких дисков обеих муфт являются соосными.
Указанные гибкие диски могут быть изготовлены из пружинной стали, например, марки 65Г, а резьбовые втулки - из термически обработанной стали, например стали 50.
В зажимных креплениях гибких стальных дисков желательно для искро- и взрывобезопасности муфты применить исключающие искрение между стальными деталями после разрушения дисков бронзовые втулки, напрессованные на зажимных шайбах на резьбовых втулках зажимных креплений дисков.
Дополнительно для удобства и надежности беззазорной посадки муфты на конический вал, например, насоса предусмотрено следующее конструктивное отличие в случае конического вала, состоящего из трех последовательно расположенных участков: конического участка конца вала для посадки ответного конического отверстия ступицы муфты; цилиндрического резьбового участка для затяжки ступицы муфты ее отверстием на конический участок вала посредством упора зажимной гайки через подкладную шайбу на внутренний торец отверстия ступицы муфты; и участка хвостовика-шипа для сферического подшипника качения муфты, а именно на резьбовой участок конца вала навернута зажимная гайка с упирающимися через заранее установленную подкладную шайбу на внутренний торец отверстия ступицы муфты и затянутыми расчетным моментом зажимными винтами в сквозных резьбовых отверстиях в теле зажимной гайки, при этом оси сквозных резьбовых отверстий расположены параллельно оси гайки.
Перечень фигур
Фиг.1 - общий продольный разрез предлагаемой муфты (с дополнительным разрезом в нижней части правой муфты для показа крепежного винта фланца промежуточного вала к фланцу полумуфты правой муфты).
Фиг.2 - вид спереди на один из гибких дисков муфт.
Осуществление изобретения
На фигурах позициями в сквозной нумерации обозначены следующие детали компенсирующей сдвоенной муфты. Соединение вала насоса и двигателя (фиг.1). Вал двигателя и насоса соединены двумя муфтами «А» и «Б» взрывобезопасного исполнения с промежуточным полым валом «В» требуемой длины.
Обе муфты состоят из одинакового и зеркально расположенного набора деталей и могут отличаться только концевыми частями отверстий своих посадок на валы насоса и двигателя из-за отличий форм концов самих валов (например, вал насоса - с конической посадочной частью, вал двигателя - цилиндрический). Каждая из муфт состоит из двух соосных полумуфт 1, 2, между которыми также установлено по одному гибкому стальному диску 3 (или по комплекту (пакету) тонких дисков). К промежуточному валу «В» приварены фланцы 4, которые винтами 5 (в опытном образце сдвоенной муфты - по 12 винтов 5 равномерно расположенных по окружности одного диаметра) прижаты к фланцам полумуфт 2.
Особенностью конструкции муфт является наличие внутри полумуфт 2 двух сферических шарнирных опор в виде сферических шариковых двухрядных подшипников качения 6. Подшипники 6 установлены на хвостовиках-шипах 7 соединяемых валов насоса и двигателя по посадке с зазором и закреплены стопорными кольцами во вспомогательных стаканах 8, соединенных винтами 9 с полумуфтами 2. В результате уменьшаются дополнительные динамические нагрузки на диски муфт, вызванные остаточной несбалансированностью промежуточного вала «В». Каждый подшипник препятствует возможному радиальному смещению одной полумуфты вместе со своим валом относительно другой полумуфты. Кроме того, установка полумуфт на сферических шариковых подшипниках на концах соединяемых валов исключит смещение промежуточного вала «В» со смежными полумуфтами 2 относительно полумуфт 1 после усталостного разрушения любого из гибких дисков 3.
Каждая муфта состоит из полумуфт 1 и 2, соединенных между собой тонким гибким стальным диском 3, или комплектом стальных дисков, который через один соединяет полумуфты зажимными втулками 10 с внутренней резьбой. На втулки 10, запрессованные во фланцы полумуфт, надевают диск 3 и зажимают винтами 11 через шайбы 12. При затяжке винтов 11 на боковых поверхностях гибкого диска 3 создаются значительные силы трения, которыми диск 3 соединяется с полумуфтами 1 и 2. Это исключает проскальзывание участков гибких дисков относительно полумуфт и контактирующих с дисками деталей. Резьбовые втулки 10 из более прочного материала запрессованы в полумуфты 1, 2 для предохранения резьбовых соединений от действия внешних изгибающих моментов, которые воспринимаются в первую очередь телами втулок. Для обеспечения равномерного вращения в сдвоенной муфте также необходимо контролировать условие соосности зажимных креплений дисков, расположенных в разных муфтах и противоположно направленных друг другу (на фиг.2 условно помечены два направления зажимных креплений через одного наличием или отсутствием черного сектора в отверстиях креплений диска 3).
На каждую шайбу 12 напрессована бронзовая втулка 13, препятствующая образованию искр после возможного аварийного разрушения стального диска 3. После усталостного разрушения гибкого стального диска может появиться искрение при контакте разрушенного участка стального диска 3 с соседними стальными деталями. Для исключения этого контакта и применены бронзовые втулки 13. Муфта является искро- и взрывобезопасной в результате напрессовки бронзовых втулок 13 на стальные шайбы 12, прижимающие гибкий диск 3 к фланцу полумуфты.
Таким образом, в предлагаемой муфте можно считать аварийным устройством наличие сферических подшипников и бронзовых втулок. Даже после разрушения гибкого диска муфта будет продолжать передавать крутящий момент от двигателя к насосу.
Также для надежной, практически беззазорной посадки коническим отверстием муфты 1 на конический участок 18 вала насоса между ступицей полумуфты 1 с конической частью отверстия и подшипником 6, расположена большая зажимная гайка 14 с резьбовым отверстием для соединения с цилиндрическим резьбовым участком 17 вала насоса и со сквозными резьбовыми отверстиями по окружности на своих торцах для нескольких (в опытном образце муфты - шести) малых зажимных винтов 15, которые при их упоре в подкладную шайбу 16 надежно зажимают большую гайку 14 и далее ступицу полумуфты с коническим отверстием на коническом участке 18 вала насоса. Такое решение позволяет создать большую силу затяжки гайки 14 при малом моменте завинчивания каждого винта 15 для надежности сборки и снижения возможности вибраций в этом месте. При этом заменяется неудобное и ненадежное применение большого винта и большого ключа для его затяжки в большой гайке 14 на множество малых винтов 15 (порядка 6-8 штук) и малого ключа для них с малыми усилиями их затяжки.
В конце описания приведена последовательность операций сборки предлагаемой сдвоенной муфты и установки ее на соединяемые валы (примечание: всего в каждой муфте «А» и «Б» для креплений гибких дисков по шесть резьбовых втулок и соответственно по три противонаправленные втулки).
1. Перед установкой на вал насоса собрать в отдельный сборочный узел муфту «А», для чего запрессовать по три резьбовые втулки 10 в отверстия на фланцах каждой из полумуфт 1, 2. Далее установить полумуфту в вертикальное положение, на резьбовые втулки 10 надеть шайбы 12, установить гибкий диск 3 в положение, соответствующее положению при расточке трех отверстий. Установить втулки 10 и завернуть винты 11 моментом, равным 0,8 от расчетного момента завинчивания.
2. На поверхности гибкого диска 3 соосно с отверстиями разместить шайбы 12, после чего установить диск 3 на полумуфту так, чтобы резьбовые втулки 10 вошли в соответствующие отверстия в гибком диске 3. После этого перевернуть полумуфту и, установив втулки 10, завернуть три винта 11 указанным выше моментом.
3. Отбалансировать муфту «А» в сборе, но без стакана 8.
4. Собрать стакан 8 для подшипника 6, установив в него мазеудерживающее кольцо. В подшипник 6 заложить смазку, установить его в стакан 8, закрыть вторым кольцом и закрепить эти детали стопорным кольцом.
5. Установить муфту «А» на конический вал, например, насоса и через центральное отверстие в гибком диске 3 на резьбовой участок 17 вала насоса надеть опорное кольцо 16, навернуть большую зажимную гайку 14 от руки до контакта с кольцом (малые винты 15 в сквозные резьбовые отверстия в торце большой зажимной гайки 14 можно установить заранее) и произвести затяжку малых винтов 15 в три обхода. При первом обходе момент затяжки Тзат. равен 0,2 Тзат. расчетного, при втором - 0,7 Тзат расчетного. После затяжки малые винты 15 законтрить проволокой, использовав предварительно просверленные в них отверстия.
6. На выступающий хвостовик-шип 7 вала насоса надеть стакан 8 в сборе с подшипником 6 для муфты «А» и закрепить его в муфте «А» винтами 9, законтрив их.
7. Муфту «Б» собрать в последовательности, указанной в п.1…4. Затем установить муфту «Б» на вал двигателя на хвостовик 7 вала надеть второй стакан 8 с установленным в нем подшипником 6 и закрепить его в муфте «Б» винтами 9.
8. После балансировки промежуточного вала «В» установить его между муфтами, предварительно сдвинув муфту «Б» до упора в выступ вала двигателя. Рекомендуется перед присоединением к муфтам вал «В» вывесить, после чего соединить его с муфтой «А», а затем, надвинув муфту «Б» на посадочную поверхность вала «В», соединить фланцы 4 вала «В» с фланцами полумуфт 2 муфт «А» и «Б» винтами 5 с каждой стороны.
9. После включения двигателя на несколько секунд произвести окончательную затяжку винтов компенсирующей сдвоенной муфты моментами, равными расчетным.
Сборка компенсирующей сдвоенной муфты окончена.
В результате предлагаемая компенсирующая сдвоенная дисковая муфта выполнена в надежном беззазорном, искро- и взрывобезопасном исполнении, с возможностью компенсации осевой и угловой податливости, с возможностью вращения и передачи крутящего момента в любую сторону (то есть без отсутствия ведущих и ведомых частей) и может работать в том числе в магистральном нефтяном электронасосном агрегате.