Проектирование центробежного насоса

   Недостаток конструкции:

• поток по выходе из крыльчатки раздваивается, образуя на последних участках улитки два спиральных вихря, что связано с увеличением гидравлических потерь.

Выходные патрубки можно выполнить целыми, если сместить сечение улиток с оси симметрии крыльчатки (конструкция рис.17-г). В этом случае крыльчатку монтируют через крышку. Благодаря устранению периферийного фланца размеры улитки уменьшаются еще больше (максимальный размер 255 мм). Смещение сечений улитки вызывает завихрение водяного потока, но гидравлические потери здесь меньше, чем в конструкции на рис.17-в.

   Для дальнейшего проектирования  принимаем вариант б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.17.

 Варианты конструкции выходных  улиток.

 

2.4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ  ПОЛОСТИ. ВЫБОР УПЛОТНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ  ПОЛОСТИ.

2.4.1. Конструирование гидравлической  полости.

   Компоновка гидравлической  полости включает улитку, крышку, всасывающий патрубок с направляющим аппаратом. Направляющий аппарат выполнен в виде радиальных лопаток, прилитых к стенкам патрубка и объединенных центральной бобышкой обтекаемой формы, обеспечивающей плавный вход потока на крыльчатку. Стык присоединения крышки к улитке уплотнен резиновым шнуром m, размещенным в кольцевой выточке центрирующего буртика. Для демонтажа крышки предусмотрено простейшее съемное устройство в виде расположенных в корпусе (между бобышками крепежных шпилек) выборок n под разборный инструмент.

Для облегчения доводки направляющего аппарата, его можно сделать съёмным (рис. 18- а). Для серийного образца предпочтительнее более простая конструкция, изображенная на рис. 18- б

.

Рис.18.

 Варианты направляющего  аппарата.

Для работы на загрязненном фреоне на входе в патрубок предусматриваем сетку q.

   Сливную пробку с резьбой  располагаем внизу улитки в  продольной плоскости симметрии  насоса.

   Слив можно автоматизировать, закрыв выпускное отверстие подпружиненным  клапаном. Клапан при пуске насоса  запирается давлением фреона в улитке, а при остановке открывается силой пружины, сообщая полость улитки со сливным трубопроводом. Схема такого устройства представлена на рис.19. Применение данного устройства для насосов с небольшой производительностью   неоправданно, так как оно лишь усложнит конструкцию насоса. Поэтому остановимся на варианте с пробкой.

Рис. 19.

Схема автоматического слива.

 

2.4.2. Конструирование уплотнения  гидравлической полости.

   Уплотнение, отделяющее гидравлическую  полость от полости подшипников, в значительной степени предопределяет  эксплуатационную надежность и  долговечность насоса.

   Уплотнение необходимо для предотвращения или уменьшения протечки жидкости или газа через зазоры между деталями. Наличие в механизмах уплотнений вызвано тем, что в местах соединения деталей даже после самой тщательной их механической обработки остаются неровности, образующие зазоры. Каждое уплотнение характеризуется наличием пары сопряженных элементов с относительным перемещением. Основные требования к уплотнениям — герметичность, долговечность и способность работать при определенных давлениях, температуре и скоростях сопрягаемых деталей.

   В насосах используют в основном  контактные уплотнения вала двух  типов:сальники с мягкой набивкой и торцовые уплотнения.

Для наших условий выберем мягкую  сальниковую набивку асбестовую плетеную пропитанную марки АП-31 ГОСТ 5152-84 со следующими параметрами:

Набивка – круговая;

Материал волокна – скрученная асбестовая нить, пропитанная антифрикционным составом

Структура – эластичный шнур квадратного сечения, графитированный

Сечение – 4 – 50 мм;

Температура  -от -70 до 300о С;

Давление – до 4,5 МПа.

 

2.5. КРЕПЛЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ  И КРЫЛЬЧАТКИ НА ВАЛУ    НАСОСА.

Важной частью конструирования центробежного насоса является выбор крепления на его валу подшипников и рабочего колеса. Выбирая способ крепления, необходимо помнить, что оно должно обеспечивать надежное сцепление вала с крыльчаткой и подшипниками, то есть, недопустимы проскальзывания вала относительно подшипников или крыльчатки.

2.5.1. Крепление подшипников.

Для того чтобы подшипники надежно были закреплены, необходимо посадку на вал назначать с гарантированным натягом. При запрессовке подшипников необходимо их нагреть до 3000С, затем насадив подшипники на вал постучать по ним латунным молотком до упора о бурт вала. Выбираем одну из распространенных посадок в системе отверстия, обеспечивающей натяг и предохраняющей от проворота вал Н7/р6  [1,т.2,c.272]

2.5.2. Крепление крыльчатки.

Крепление крыльчатки к валу насоса можно обеспечить тремя способами: шпоночным, шлицевым и прессовым (посадка с натягом) соединением. Рассмотрим подробнее каждый из способов.

Шпоночное соединение относительно легко в изготовлении. Его применяют тогда, когда  межремонтный период машины небольшой, так как в случае поломки шпонку можно заменить. При таком соединении колесо с вала снимается без особых усилий применения специальной оснастки, что особенно важно в производственных условиях при частых ремонтах. Несмотря на это, соединение характеризуют значительные местные деформации вала и ступицы, что приводит к неравномерному распределению давления на поверхности контакта посадочных поверхностях, что в свою очередь, снижает усталостную прочность вала. [1,т.2, c.809] При передаче вращающего момента применение посадок колеса на вал с зазором недопустимо, а переходных нежелательно. Если в соединении имеется зазор, то при вращении вала происходит обкатывание со скольжением поверхностей вала и отверстия колеса, которое приводит к их изнашиванию. Поэтому применение шпоночных соединений ограниченно. [2, c.77-78].

Шлицевое соединение с позиции прочности вала и ступицы лучше шпоночного. Также, как и при шпоночном при таком соединении колесо с вала снимается без особых усилий применения специальной оснастки. Кроме того, довольного легко проводить монтаж такого соединения. К недостаткам данного способа можно отнести: трудоемкость выполнения, более точная центровка вала и колеса и необходимость установки дополнительной фиксирующей гайки от осевого движения колеса. [2, c. 78-80] [1, т.2, c.827]

Соединение с натягом в последнее время все чаще применяют для передачи момента с колеса на вал. Оно не требует дополнительных деталей (шпонок) и дополнительных операций над валом и колесом (изготовление шлицев и шпоночных пазов) для соединения. Но для того чтобы соединение прочно держалось, необходимо предусмотреть не раскрытие стыка вала и колеса, для чего предусматривают посадку с гарантированным «глубоким» натягом. [2, c.81]Данное соединение ограниченно в применении так как не допускает замены одной из детали на новую, что отрицательно сказывается на  ремонтопригодности узла и всего насоса в целом. 

Рассмотрев представленные виды соединений и проанализировав все их достоинства и недостатки, приходим к выводу что наиболее оптимальным вариантом гарантирующем простоту и неоднократную сборку и разборку узла является шпоночное соединение. Его и принимаем для дальнейшего проектирования.

 

2.6. СХЕМА ОПИСАНИЯ СБОРКИ И РАЗБОРКИ  ОСНОВНОГО УЗЛА НАСОСА.

       Порядок сборки и разборки тесно связан с системой установки подшипников на   валу и  корпусе. Принципиально возможны две схемы сборки разборки.

   При первой схеме подшипники устанавливают в корпус с натягом, а на валу — на центрирующей или плотной посадке. Порядок разборки следующий. начала с вала снимают крышку подшипника и движением вправо извлекают вал из внутренних отверстий подшипников вместе с сидящей на нем крыльчаткой.

   Возможен и другой порядок  разборки: вначале с вала снимают  крыльчатку и движением влево  извлекают вал из подшипников.

  Основным недостатком схемы  является отсутствие посадочного  натяга по внутренним отверстиям  подшипников. При длительной эксплуатации  возможно разбивание посадочных  поясов под действием радиальных  усилий. Кроме того побочный пояс  вала под один из подшипников при извлечении вала проходит сквозь внутреннюю обойму другого подшипника, что может привести к повреждению поверхности пояса.

   При второй схеме подшипники устанавливают на валу с натягом и при разборке извлекают из корпуса вместе с валом. Здесь подшипники можно затянуть на буртики, выполненные заодно с валом.

   Порядок разборки следующий. С вала снимают крыльчатку, отвертывают болты крепления корпуса заднего уплотнения и движением влево извлекают вал вместе с подшипниками. При извлечении вала передний подшипник свободно проходит через расширенное посадочное отверстие заднего подшипника.

   При полном демонтаже  подшипники спрессовывают с вала, что является более легкой  операцией, чем выпрессовывание  подшипников из корпуса (как в  первой схеме).

   Из сопоставления обеих  схем очевидны преимущества второй. Эту схему и принимаем за  основу.

 

2.7. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ  СМАЗКИ.

   Подшипники насоса работают  при небольших нагрузках и  сравнительно высоком числе оборотов. В этих условиях целесообразна система смазки разбрызгиванием с применением жидкого масла небольшой вязкости и с пологой вязкостно-температурной характеристикой. Выбираем масло ИС-20А ТУ 38.101238-74 с комплексной присадкой ЦИАТИМ-330 или ЦИАТИМ-8.

   При компоновании масляной  системы необходимо решить следующие  задачи:

• предупредить барботаж и вспенивание масла, вызывающие излишний нагрев и ускоряющие тепловое перерождение масла;
• обеспечить резерв масла па длительный срок работы;
• обеспечить регулярную подачу масла к подшипникам в умеренных количествах;
• защитить подшипники от избыточной смазки и предупредить проникновение масляных брызг на шарики и сепараторы;
• обеспечить вентиляцию масляной полости во избежание возникновения давления в полости и выброса масла через уплотнения в периоды нагрева (пуск) и образования вакуума в периоды охлаждения (остановки);
• обеспечить удобный спуск отработавшего масла и заливку свежего;
• обеспечить удобный контроль уровня масла.

   Первые две задачи в  основном можно решить путём  придания масляной полости большого  объема и создания достаточно  емкого маслоотстойника в нижней  части корпуса. Емкость маслоотстойника  в располагаемых осевых габаритах можно увеличить за счет раздачи его в стороны.

   Подшипники защищаем от  избыточной смазки при помощи  установки отражательных дисков  на обращенных внутрь масляной полости торцах подшипников.

   В данной конструкции  регулярный подвод масла к  подшипникам представляет некоторые трудности. Нередко применяемая система масляной ванны, заполняемой маслом до уровня нижних шариков, не решает дела. С понижением уровня масла (в результате испарения летучих составляющих) подшипники  остаются без смазки задолго до исчерпания всего резерва, что вынуждает к частой доливке масла.

   Применить обычный прием  подачи масла при помощи кольца, свободно висящего на валу, в  данном случае невозможно по  монтажным условиям, так как кольцо  препятствует выемке вала из  корпуса. Введение хотя бы простейшего приводного масляного насоса связано с появлением лишних трущихся частей. Кроме того, привод насоса будет также мешать разборке вала.

   Целесообразным решением  является установка па валу  откидного подпружиненного разбрызгивателя. Разбрызгиватель (рис.20) представляет  собой рычаг 3, изготовленный из тонколистовой стали и закрепленный на отражательном диске переднего подшипника. Пружина 1 постоянно притягивает его к валу. Под действием центробежной силы рычаг, преодолевая натяжение пружины, выдвигается, погружаясь в масляный отстойник. При остановке насоса пружина оттягивает рычаг до упора 2 в исходное положение, что позволяет беспрепятственно извлечь вал из корпуса.

   Возникающую при выдвинутом  разбрызгивателе незначительную  неуравновешенность легко устранить  путем установки на отражательном  диске небольшого противовеса 4.

Рис. 20.

   Схема   выдвижного разбрызгивателя.

 

   Благодаря способности разбрызгивателя  самоустанавливаться, количество подаваемого им масла автоматически поддерживается приблизительно постоянным, независимо от его уровня в отстойнике. Ударяясь о поверхность масла, разбрызгиватель отклоняется против направления вращения, захватывая каждый раз небольшую порцию смазки, что предупреждает излишний барботаж.

Верхний уровень масла в отстойнике располагаем по нижним точкам обойм шарикоподшипников.