Насос відцентровий двостороннього входу

Винахід належить до галузі машинобудування і може використовуватись у відцентрових насосах і компресорах двостороннього входу. При експлуатації відцентрових насосів двостороннього входу значні незручності виникають із-за неврівноважених осьових сил що рухають ротор. Тим самим порушується робота насоса. Це може призвести до збільшення зазору (пазухи) між обертовим колесом і корпусом з одного боку колеса і до зменшення зазору з другого боку колеса, тобто до можливого металічного контакту двох спряжених деталей, обертової і необертової. Для утримання ротора від довільного осьового зміщення використовується підшипниковий вузол [1], розміщений в компенсаційній втулці 7, осьове положення якої відносно величини необхідного робочого зазору S до корпуса компресора 2 може визначатися регулюючою прокладкою 11. Крім того, компенсаційна втулка 7 має місце 9 для кріплення опорного елемента 10, що прилягає до регулюючої прокладки. Причому, як опорний елемент 10, так і регулююча прокладка 11 можуть видалятися з компенсаційної втулки 7, установленої в корпусі компресора 2. Вказаний підшипниковий вузол не вирішує технічної проблеми самоустановлення ротора, так як для установки прокладки необхідно заздалегідь розрахувати її товщину, врахува вши багато факторів, що впливають на осьову силу, що практично майже не здійснено. Тому при розробці насоса неминучі аналітичні і конструктивні огріхи, що впливають наприкінці на роботоспроможність підшипникового вузла. Відомий відцентровий насос двостороннього входу [2], [3], що вміщує литий корпус з горизонтальним роз'ємом і нерухомо установленими ущільнюючими кільцями, і ротор, що складається з вала і установленого на ньому колеса двостороннього входу. Між ущільнювальними кільцями і робочим колесом є радіальні щілини. З обох боків корпуса насоса установлені підшипники, що сприймають радіальне навантаження і, як правило, з одного боку - два спарені радіально-упорні підшипника, що утримують обертовий ротор від зміщення під дією неврівноважених осьових сил. Це означає, що робоче колесо також утримується радіально-упорними підшипниками. Таким чином, величина пазух залежить від роботи радіально упорних підшипників. Сили, що діють на підшипники, обумовлені багатьма факторами, що впливають на їх величину. Найзначніше впливають на величину осьової сили: неточності виготовлення, стан обробки поверхні проточної частини насоса, розміри пазух і ущільнюючих щілин, в'язкість робочого середовища, частота обертання ротора, корозійно-ерозійні процеси і інші фактори. Найбільше впливає на осьову силу частота обертання ротора в робочому і пускозупиночному режимах Звідси - різна збуджуюча осьова сила. Це означає, що відстань між робочим колесом і корпусом по обидва боки робочого колеса буде змінною і за величиною і з часом. Але, при змінних режимах роботи, і особливо в робочому режимі, на підшипник постійно діє осьова сила, урівноважити яку робочим колесом двостороннього входу традиційного виконання неможливо. Для цього в насосах застосовуються радіально-упорні підшипники, діапазон застосування яких обмежений частотою обертання і дією навантаження. Різні відстані між робочим колесом і корпусом і різні радіальні щілини обумовлюють неідентичність течій рідини в пазуха х, що в свою чергу позначається на епюрах сил, що діють на робоче колесо в протилежні боки. В насосах зазначеного типу відрегулювати відстань між ущільнюючими кільцями корпуса і робочим колесом неможливо як в неробочому, так і в робочому стані. Для усунення перелічених недоліків поставлена задача, створити насос двостороннього входу з самоустановчим гідравлічно врівноваженим ротором, шляхом створення торцевої щілини між робочим колесом і ущільнювальними кільцями корпуса і удосконалення підшипникового вузла, що сприймає осьові навантаження. Для вирішення поставленої задачі створено відцентровий насос двостороннього входу, що має корпус з двома ущільнюючими кільцями і ротор, що містить вал і робоче колесо, до того ж, між робочим колесом і ущільнюючими кільцями є радіальні щілини, а по боках корпуса насоса установлені два підшипники для сприймання радіального і один - осьового навантаження, при цьому, останній розміщений в корпусі підшипника з циліндричною і боковою поверхнями. Відповідно до винаходу, з обох боків колеса і на ущільнюючих кільцях виконані торцеві поверхні, між якими утворені торцеві щілини, а по обидва боки підшипника осьового навантаження і боковими поверхнями установлені пружніелементи, осьова деформація яких менша ширини торцевих щілин. Заявлені відрізняючі ознаки нові і нерозривно пов'язані з технічним результатом, а саме: - з обох боків колеса і на ущільнюючих кільцях виконані торцеві поверхні, між якими утворені торцеві щілини. Наявність торцевої щілини, по-перше, дозволяє колесу, в порівнянні з прототипом, знаходитись в більш вільному осьовому переміщенні. По-друге, при звуженні торцевої щілини, вона стає дроселюючою, що позитивно впливає на роботу насоса. Тобто, наявність і використання торцевих щілин призводить до того, що гідравлічний опір в них змінюється, і залежать ці зміни від осьового стану ротора; - радіальні і торцеві щілини з’єднані між собою. В результаті утворилось лабіринтне ущільнення, яке зменшує перетоки робочої рідини; - по обидва боки підшипника, що сприймає осьове навантаження і боковими поверхнями установлені пружні елементи з осьовою деформацією. Наявність пружних елементів по обидва боки підшипника забезпечує самоустановлення ротора при його зміщенні уздовж осі. Під дією пружних елементів і сил, що діють на ротор, він буде змушений знайти те місце, де сили урівноважились би, тобто, пружні елементи при роботі насоса сприймають частину навантаження. Це дало можливість в заявлюваному насосі радіально-упорні підшипники замінити на радіальні, як більш доступні і ремонтопридатні, що не потребують тарування при їх збиранні; - осьова деформація пружних елементів менша ширини торцевих щілин між колесом і ущільнюючими кільцями на корпусі насоса. Це дозволяє усун ути контакт обертової деталі (робочого колеса) і нерухомих корпусних деталей (ущільнюючих елементів) при роботі насоса. Наявність відрізняючих ознак - торцевих щілин по обидва боки робочого колеса і пружних елементів по обидва боки підшипника і їх механічний зв'язок між собою, забезпечили позитивний ефект - самоустановлення ротора і рівновагу протилежно спрямованих гідравлічних сил, що розвантажують підшипник, який сприймає осьові навантаження. Заявлюваний насос відцентровий двостороннього входу пояснюється кресленням. На фіг. зображений насос в перетині. Насос відцентровий двостороннього входу має корпус 1 з двома ущільнюючими кільцями 2 і ротор, що складається з валу 3 і робочого колеса 4. Між робочим колесом 4 двостороннього входу і ущільнюючими кільцями 2 є радіальні 2 і торцеві 6 щілини, утворені торцевими кільцевими поверхнями 7, 8 робочого колеса 4 і поверхнями ущільнюючих кілець 2. По боках корпуса 1 насоса установлені два підшипника 9 для сприймання радіального і один підшипник для сприймання осьового навантаження. При цьому, останній розміщений в корпусі підшипника з циліндричною 11 і боковими поверхнями 12. По обидва боки підшипника 10 осьового навантаження і боковими поверхнями 12 корпуса розміщені пружні елементи 13. По формі вони можуть бути виконані суцільними або рознімними, металевими або неметалевими. По конструкції - тарілчастими, пелюстковими, спіральними, хвилястими і т.д. Насос працює так. При обертанні ротора робочим колесом 4 двостороннього входу, робоча рідина подається на вихід з насоса. При роботі насоса, в пазухах виникають протилежно спрямовані гідравлічні сили різні за величиною. При цьому, виникає осьове навантаження з будь-якого боку робочого колеса 4, яке намагається зсунути ротор в той або інший бік. Торцева щілина 6 з одного боку збільшується, а з іншого - зменшується. З мірою її зменшення підвищується гідравлічний опір і вона стає дросельною. При цьому, тиск робочої рідини в цій щілині збільшується і перешкоджає подальшому осьовому зміщенню ротора в цей бік. Тиск з боку збільшеної щілини зменшується, тобто у випадку переміщення ротора змінюється різниця між тисками з боків робочого колеса Сила, що виникла, зміщує ротор в бік збільшеної щілини. Крім того, торцева щілина 6 і радіальна щілина 5, що працює як лабіринтне ущільнення, зменшують витікання робочої рідини. В свою чергу, радіальний підшипник 10, в момент осьового переміщення ротора, сприймає осьове навантаження, стискуючи, при цьому один з попередньо навантажених пружних елементів 13. Сприймаючи осьове навантаження, пружний елемент 13 прагне повернути ротор, що обертається, в стан рівнодіючої всіх сил, які виникли і діють під час роботи насоса в певному режимі. Другий пружний елемент 13, в момент навантаження першого, знаходиться в розвантаженому стані і сприймає осьове навантаження при зміщенні ротора в зворотному напрямку в стан рівнодіючої всіх сил. Для забезпечення нормальної роботи насоса жорсткість пружних елементів 13 розрахована і підібрана так, що величина їх осьової деформації на 0,20-0,50мм менша максимальної ширини торцевої щілини 6. Таким чином, зв'язок торцевих щілин 6 по обидва боки робочого колеса 4 і пружних елементів 13 по обидва боки підшипника 10 забезпечують урівноваження виниклих сил, що позитивно впливає на роботу насоса. Застосування заявленого технічного рішення дозволило вирішити поставлену задачу. Для виготовлення запропонованих насосів не потрібно спеціального інструмента і обладнання. Технічне рішення корисне і придатне до застосування.