Насосний агрегат

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в насосных агрегатах (НА) авиационных и космических систем. Известен НА с двумя центробежными колесами, установленными рядом консольно на валу. Недостатком такого агрегата является ограниченный ресурс работы (не более 5000 ч). При размещении рядом двух колес на конце вала электродвигателя увеличивается длина консоли, возрастает изгибающий момент радиальных сил от неуравновешенных масс колес. Это приводит к изгибу вала, перекосу колец шарикоподшипников и к ускоренному их износу. Для устранения этого недостатка вместо двухступенчатого насоса выполняют одноступенчатый, центробежное колесо которого можно разместить на валу близко к подшипниковой опоре, уменьшив консоль и изгибающий момент сил (Mизг.=Fr · X). Ресурс работы агрегата при этом увеличивается до 10000 ч. Однако одноступенчатые насосы имеют существенно меньшие КПД, чем двухступенчатые при равных напорах. Это объясняется тем, что в низкооборотных НА значительную долю потребляемой мощности составляют потери дискового трения, зависящие в пятой степени от наружного радиуса колеса. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является НА, содержащий два центробежных колеса закрытого типа со щелевыми уплотнениями между корпусом и буртами колес. В этом устройстве одно центробежное колесо установлено на валу так, что своим ведущим диском обращено к подшипнику, второе центробежное колесо также установлено на валу рядом с первым и обращено ведущим диском к ведущему диску первого колеса. Такое взаимное расположение центробежных колес позволяет в наибольшей степени уравновесить осевые силы, действующие на шарикоподшипники, а щелевые уплотнения по буртам колес демпфируют радиальные перемещения конца ротора. Однако из-за расположения двух колес на конце вала рядом друг с др угом плечо изгибающего момента сил велико, что приводит к изгибным колебаниям вала и уменьшению ресурса работы насоса. Целью изобретения является повышение ресурса работы НА путем уменьшения изгибных колебаний вала, радиальных перемещений колес и обеспечения гарантированного осевого поджатия шарикоподшипников при их износе. Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве первое колесо, закрепленное на валу, установлено с упором в подшипник, а второе закреплено на ступице первого со стороны подшипника и обращено к подшипнику покрывным диском, при этом кольцевой цилиндрический буртик покрывного диска второго колеса расположен на большем диаметре, чем аналогичный буртик первого, а неподвижные кольца щелевых уплотнений выполнены из антифрикционного материала. В известном устройстве на ступице закреплено колесо, расположенное дальше от подшипника, а в заявленном - колесо, расположенное ближе к подшипнику, со стороны подшипника. Учитывая, что вал и ступицы колес не являются абсолютно жесткими, изгибающий момент, действующий на конец вала, определяется по формуле М = Fr1 · Х1 + Fr2 · X2 . где Fr1 и Fr2 - радиальная сила от неуравновешенной массы первого и второго колес; X1 и Х2 - плечи момента сил. Радиальная сила от неуравновешенной массы прямо зависит от радиуса центра тяжести колеса Fr = m · R · w2, где m - масса колеса: R - радиус центра тяжести; w - часто та вращения. Радиус центра тяжести определяется радиальным перемещением колеса вследствие изгиба конца вала (R1 и R2) и величиной радиального зазора (Dу) в посадке одного колеса на ступице другого колеса. В известном устройстве изгибающий момент от двух колес определяется по формуле (при m 1»m 2»m) Мизв. = m×w2 [(R1 + Dy)X1 + R2 X2]. В предлагаемом устройстве Мпред.=m×w2 [R1 X1 + (R2 + Dу)Х2), но X1 > Х2, следовательно, Мизв. > Мпред. Таким образом, в предлагаемом устройстве изгибающий момент на конце вала меньше, чем в известном. Однако в технике имеется множество решений, когда для уравновешивания осевых сил в насосном агрегате диаметры буртиков центробежных колес выполняются различными. В предложенном устройстве это создает гарантированную осевую силу, благодаря которой исключаются радиальные перемещения ротора в шарикоподшипниках при их износе и увеличивается ресурс работы насосного агрегата. Известно применение антифрикционных колес в щелевых уплотнениях и гидростатических подшипниках. Но в известных устройствах это уменьшает износ и объемные перетечки, в предлагаемом устройстве ограничивает радиальные перемещения конца вала при износе шарикоподшипников и служит резервным подшипникам. На чертеже представлена схема устройства, продольный разрез. Предлагаемое устройство состоит из корпусных деталей 1, вала 2, опирающегося на шарикоподшипники 3 и 4, центробежного колеса 5, закрепленного на конце вала с упором в подшипник, и центробежного колеса 6, закрепленного на ступице колеса 5 со стороны подшипника и обращенного к подшипнику покрывным диском. В корпусных деталях установлены неподвижные кольца 7 из антифрикционного материала, образующие с буртиками колес щелевые уплотнения. Предлагаемое устройство работает следующим образом. При вращении ротора НА на конец вала 2 действуют радиальные силы неуравновешенных масс колес Fr1 и Fr2, которые создают изгибающий момент. Размещение одного колеса на ступице другого со стороны подшипника обеспечивает большую жесткость консоли и наименьший изгибающий момент. В результате этого уменьшаются изгибные колебания вала. Кольцевой буртик покрывного диска второго колеса 6 расположен на большем диаметре, чем аналогичный буртик первого 5, благодаря чему создается гарантированная осевая сила. Под действием осевой силы исключаются радиальные перемещения ротора в шарикоподшипниках до полного их износа, так как шарики находятся в постоянном контакте с поверхностями желобов наружной и внутренней обойм подшипника. Неподвижные кольца 7 щелевых уплотнений из антифрикционного материала ограничивают радиальные перемещения колес и в случае износа шарикоподшипников играют роль резервных подшипников скольжения, увеличивая ресурс работы НА. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает существенно большим ресурсом, что позволяет сэкономить большие средства, особенно в случае применения его для космических систем. Предельное значение ресурса работы прототипа определяется работоспособностью подшипников электродвигателя и не превышает 12000 ч. На двух опытных образцах заявленного устройства достигнут ресурс более 34000 ч и они продолжают работать.