РАДИАЛЬНОЕ ЩЕЛЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОЛЕСА НАСОСА

Полезная модель относится к радиальным щелевым уплотнениям, в частности к уплотнениям рабочих колес центробежных насосов, имеющих колеса с бандажом на покрывном диске с протяженностью (30…60) мм и более, и может быть использована в различных отраслях техники, например, в нефтяной и химической промышленности для уменьшения вибраций в насосах с центробежными колесами с одно- и/или двухсторонним входом.
Известен центробежный насос, содержащий корпус с крышкой, образующий горизонтальный разъем в плоскости, параллельной оси ротора (вала, в котором размещено рабочее колесо насоса с двусторонним входом, имеющее покрывные диски с бандажами (с двух сторон), образует радиальные щелевые зазоры, то есть щелевые уплотнения, разделяющие полость высокого давления в насосе (за колесом) и полость низкого давления перед колесом [Малюшенко В.В. «Динамические насосы», Атлас, - М., Машиностроение, 1984, лист 32, рис. 91 - Насос предвключенный ПД650/180].
Таким образом, кольцевой зазор в уплотнении при изготовлении поверхности бандажа на покрывном диске в виде цилиндра и поверхности отверстия в детали корпуса (кольце) образует уплотнительный зазор с постоянной по длине бандажа площадью проходного сечения [Марцинковский В.А. «Бесконтактные уплотнения роторных машин», М., Машиностроение, 1980, с. 78]. На стр. 78 отмечено, что щелевые уплотнения влияют на вибрации ротора и «…даже при малейших диффузорностях (см. строки 21…25, считая снизу)» возникают силы, увеличивающие прогиб ротора, что в свою очередь ухудшает его (ротора) вибрационное состояние.
В этой же книге (на стр. 78, см. строки 17…19 считая снизу) отмечено, что диффузорность в уплотнениях может возникать из-за деформации уплотнительных колец и входной воронки бандажа колеса.
Опыт проектирования, изготовления, испытания насосов со щелевыми уплотнениями, образованными двумя концентричными цилиндрическими поверхностями, из которых одна цилиндрическая поверхность - поверхность детали корпуса (а именно кольца, установленного в корпусе), а вторая цилиндрическая поверхность - поверхность бандажа показывает, что обеспечить достаточную жесткость элементов, предотвращающую появление диффузорности не представляется возможным.
Таким образом, радиальное щелевое уплотнение рабочего колеса, образованное цилиндрической поверхностью отверстия в детали корпуса и цилиндрической поверхностью бандажа на колесе, имеет склонность к возникновению вибраций.
Целью полезной модели является уменьшение уровня вибраций, вызываемых щелевыми уплотнениями.
Поставленная цель достигается тем, что в радиальном щелевом уплотнении центробежного колеса насоса, образованном цилиндрической поверхностью отверстия в детали корпуса и поверхностью бандажа колеса, разделяемыми зазором уплотнения, согласно полезной модели охватываемая поверхность бандажа выполнена профилированной таким образом, что на протяжении 0,1…0,4 от общей протяженности зазора уплотнения бандаж образован цилиндрической поверхностью, переходящей в поверхность вращения с плавно уменьшающимся диаметром в направлении от детали корпуса.
Для более эффективного снижения уровня вибраций, вызываемых радиальным щелевым уплотнением центробежного колеса насоса, поверхность бандажа с плавно уменьшающимся диаметром выполнена конической, а угол между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа равен (1…3)°.
Полезная модель иллюстрирована чертежами
Фиг. 1 - продольный разрез щелевого уплотнения рабочего колеса центробежного насоса;
Фиг. 2 - схема деформации бандажа рабочего колеса;
Фиг. 3 - схема уплотнения с перекошенной деталью корпуса при деформации ее вместе с корпусом.
Перечень позиций и обозначений на чертежах:
1 - центробежное колесо;
2 - бандаж колеса;
3 - цилиндрическое отверстие в детали корпуса;
4 - деталь корпуса;
5 - корпус;
6 - наружная поверхность бандажа;
1
α - угол между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа;
2
α - угол конфузорной части щелевого зазора;
Z- зазор в щелевом уплотнении;
1
П - полость с высоким давлением;
2
П - полость с низким давлением;
1
L - протяженность (длина) цилиндрического участка бандажа;
2
L - полная протяженность бандажа;
а, б - точки, в которых определяются деформации бандажа;
a
ΔR - радиальное увеличение диаметра бандажа в точке а;
б
ΔR - радиальное увеличение диаметра бандажа в точке б;
1
2
γ, γ - углы перекоса детали корпуса при его деформации.
Радиальное щелевое уплотнение центробежного колеса 1 с кольцевым бандажом 2 образовано цилиндрической поверхностью отверстия 3 в детали (кольце) 4 корпуса 5 центробежного насоса и поверхностью 6 бандажа 2, разделяемыми зазором Z уплотнения.
1
2
Охватываемая поверхность 6 бандажа 2 выполнена профилированной таким образом, что на протяжении L, составляющем 0,1…0,4 от общей протяженности L зазора Z уплотнения, бандаж 2 образован цилиндрической поверхностью, переходящей в поверхность вращения с плавно уменьшающимся диаметром в направлении от детали 4 корпуса 5.
1
Для более эффективного снижения уровня вибраций, вызываемых радиальным щелевым уплотнением центробежного колеса 1 насоса, наружная поверхность 6 бандажа 2 с плавно уменьшающимся диаметром выполнена конической, а угол α между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа составляет (1…)3°.
1
Величина угла α конусности наружной поверхности бандажа 2 определяется расчетным путем с учетом следующих факторов.
б
a
a
б
1. Деформации бандажа 2 (см. Фиг. 2) от действия центробежных сил на колесо в плоскостях щелевого зазора Z, проходящих через точки а и б. Расчеты показывают, что увеличение диаметров бандажа 2 в этих плоскостях различаются. В плоскости, проходящей через точку 6, диаметр увеличивается больше (величина ΔR), чем в плоскости, проходящей через точку а (величина ΔR). Схематично картина деформаций бандажа 2 изображена на Фиг, 2. Разница величин деформации ΔR, и ΔR (в долях миллиметра) качественно зависит от частоты вращения колеса, от геометрической формы элементов и материала бандажа 2.
2. Деформации бандажа 2 под действием гидродинамических сил в зазоре Z.
1
2
1
2
1
3. Деформации детали 4 и корпуса 5 насоса на углы γ и γ под действием давлений в полостях высокого и низкого давления (П и П, соответственно). Эту деформацию определить практически невозможно, поэтому угол конусности αподбирается опытно-экспериментальным путем.
1
2
2
На участке L=0,1…0,4 L щель образована цилиндрической поверхностью бандажа 2 и цилиндрической поверхностью отверстия 3 в детали 4 корпуса 5, и этот «просвет» щели имеет наименьшую площадь проходного сечения - то есть зазор в уплотнении является конфузорным с углом конфузорности α.
Таким образом, предлагаемое щелевое уплотнение обладает меньшей склонностью к появлению повышенных вибраций по сравнению с известным щелевым уплотнением.
1
2
1
1
Величина возможных углов перекоса γ и γ (см. Фиг. 3) детали 4 корпуса 5 также должна быть учтена при назначении угла α между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа 2. По экспериментальным данным α составляет (1…3)° в зависимости от конфигурации корпуса 5, частоты вращения колеса 1, и выбирается по результатам отработки уплотнения в составе конкретного насоса.
Использование полезной модели обеспечивает достижение следующего технического результата - снижение уровня вибраций, вызываемых щелевым уплотнением.