Центробежные насосы, самоочищающиеся фильтры

скачать книгу бесплатно


колеса центробежного насоса 24НДс

Так как литые лопасти существенно отличались одна от другой по массе, то, с целью уменьшения начального статического дисбаланса рабочего колеса, расстановка литых лопастей производилась с учётом их фактической массы, которая определялась взвешиванием каждой лопасти. После сборки, сварки и механической обработки до проектных размеров производилась статическая балансировка рабочего колеса с приваркой балансировочного груза (стальной пластины), рис. 1.36.

Рис. 1.36. Рабочее колесо сварной конструкции

для центробежного насоса 24НДс

Приёмочная комиссия, назначенная приказом по Министерству мелиорации и водного хозяйства УзССР за №2024 от 31.10.78 г., провела приёмочные испытания рабочих колёс сварной конструкции насосов 24НДс в соответствии с программой и методикой приёмочных испытаний в период с 13 ноября по 12 декабря 1978 г.

Натурные параметрические испытания насосов проведены на третьем коллекторе первой очереди насосной станции Аму-Занг II. При этом на насосные агрегаты №9 и №10 установлены сварные рабочие колёса, а на агрегаты №11 и №12 – новые литые чугунные рабочие колёса.

Построенные по результатам параметрических испытаний характеристики насосов 24НДс со сварными и литыми рабочими колёсами представлены на рис. 1.37.

Рис. 1.37. Характеристики насосов 24НДс (по результатам натурных испытаний)

Как следует из рассмотрения рис. 37, напорные характеристики испытуемых насосов, в сравнении с характеристикой, пересчитанной в соответствии с ТУ 26-06-888-74 для диаметра 960 мм и частоты вращения – 600 об/мин занижены на 4?7% для насосов со сварными рабочими колесами и на 13% для насоса с чугунным рабочим колесом Сумского насосного завода. Некоторое снижение напорной характеристики сварных рабочих колёс обусловлено отклонениями от проектных размеров геометрии лопастей в результате замены штампованных на литые, а также отклонениями при сборке и сварке рабочего колеса (причина понижения на целых 13% напорной характеристики насоса с новым чугунным рабочим колесом Сумского насосного завода не установлена)

На основании рассмотрения технической документации и результатов натурных испытаний приёмочная комиссия рекомендовала рабочие колеса сварной конструкции для центробежного насоса двустороннего входа 24НДс к серийному производству и внедрению на насосных станциях.

Приказом №168 от 27.01.79. «Узминводхоз» обязал объединение «Водстройиндустрия» изготовить на подведомственных предприятиях 30 шт. рабочих колёс сварной конструкции для насосов 24 НДс. Однако, вышеупомянутый приказ «Узминводхоза» не был исполнен.

Продольный разрез центробежного насоса двустороннего входа 20Д-6 с цельнолитым чугунным рабочим колесом (поз. 12) изображён на рис. 1.38.

Рис. 1.38. Центробежный насос двустороннего входа 20Д-6*

В сравнении с рабочим колесом насоса 24НДс (рис. 32,33), рабочее колесо насоса 20Д-6 имеет существенно более узкие и длинные межлопастные каналы, вследствие чего при переходе на сварную конструкцию практически исключается доступ изнутри канала для ручной приварки значительных участков лопастей к ступице и к покрывным дискам, даже в случае разделения рабочего колеса на составные части, как это показано выше на рис. 1.34.

Для решения проблемы обеспечения надёжной приварки лопастей к ступице и к покрывным дискам в разрабатываемом варианте сварной конструкции рабочего колеса высоконапорного насоса было использовано техническое решение по авт. свид. №911951 [32], в соответствии с которым лопасти рабочего колеса «имеют со стороны одного из входов укороченный профиль, расположенный у соседних лопастей по разные стороны от оси симметрии, а ведущий диск выполнен с разъёмом вдоль последней», что позволило обеспечить доступ для приварки лопастей к соответствующим дискам изнутри межлопастных каналов. Составные части рабочего колеса с укороченным профилем лопастей изображены на рис. 1.39.

Рис. 1.39. Составные части рабочего колеса сварной конструкции высоконапорного центробежного насоса

1- лопасть с укороченным профилем; 2- покрывной диск; 3- центрирующее кольцо; 4- полуступица; 5- горловина

Так как ограниченные производственные возможности механического участка ПКТБ «Узводприборавтоматика» не позволяли изготовить опытный образец рабочего колеса сварной конструкции насоса 20Д-6 в масштабе 1:1, то для оценки возможности практического использования описанной выше конструкции, на опытном механическом участке ПКТБ «Узводприборавтоматика» был изготовлен макет сварного рабочего колеса в масштабе 1:5.

После изготовления каждого элемента, формообразование макета рабочего колеса осуществлялось в следующей последовательности: первоначально производилась сборка каждой половины рабочего колеса, для чего к соответствующей поверхности полуступицы 4 приваривались торцы «К» лопастей 1 (см. рис. 1.39). Затем, к длинным торцам «L» лопастей 1 приваривался покрывной диск 2, так что после сварки образовывалось «полуколесо» с выступающими по периферии «полуступицы» 4 торцами «М».. В том же порядке собиралось и сваривалось второе «полуколесо» с лопастями зеркально расположенными по отношению к лопастям первого «полуколеса» (рис. 1.40).

Рис. 1.40. Сборка составных частей сварного рабочего колеса c лопастями, имеющими укороченный профиль

Общий вид сварного рабочего колеса с укороченными профилями лопастей изображен на рис. 1.41.

Рис. 1.41. Сварное рабочее колесо c лопастями, имеющими укороченный профиль

Изготовление макетов осуществлялось рабочими средней квалификации, не имеющих опыта изготовления рабочих органов лопастных гидромашин. Тем не менее, качество изготовления проточной части макетов оказалось достаточно высоким, что свидетельствует о практической возможности изготовления и сборки рабочих колёс сварной конструкции в условиях ремонтно-механических мастерских областных водохозяйственных организаций.

Описанные выше конструкция и формообразование рабочего колеса высоконапорного центробежного насоса, разработаны с использованием технического решения по авт. свид. №911951 [32] могут найти применение для изготовления рабочих колёс средненапорных центробежных насосов типа НДс (см. рис. 1.42).

Рис. 1.42. Рабочее колесо сварной конструкции

средненапорного центробежного насоса типа НДс. 1- лопасть с укороченным профилем (левая); 2 – лопасть с укороченным профилем (правая); 3- полуступица (левая); 4- полуступица (правая); 5- покрывной диск (левый); 6- покрывной диск (правый)

Как следует из рассмотрения рис. 1.40—1.42 в результате соединения составных частей количество лопастей, расположенных на участке от середины (приблизительно) до периферии сварного рабочего колеса, увеличилось вдвое.

Как известно [33], с увеличением числа лопастей относительная циркуляция в межлопастном канале уменьшается, вследствие чего при большем числе лопастей возрастают сообщенный напор и полезный напор насоса.

Установлено [34], что КПД насоса с увеличенным числом лопастей в значительной степени зависит от расположения дополнительных лопастей с укороченным профилем относительно лопастей с профилем нормальной длины.

Для экспериментального определения оптимального положения «длинных» и «коротких» лопастей целесообразно использовать устройство по авт. свид. №1258139 [35], рис 1.43, в котором изменение взаимного положения «длинных» и «коротких» лопастей обеспечивается перестановкой половины рабочего колеса поворотом на один или более шаг шлицевого соединения рабочего колеса с валом насоса.

Рис. 1.43. Шлицевое соединение половинок рабочего колеса (имеющего «укороченные» профили лопастей) с валом насоса

Параметрические испытания проводятся для каждого заданного положения «длинных» и «коротких» лопастей; по результатам испытаний строится универсальная характеристика, по которой определяется оптимальная рабочая зона опытного образца насоса новой конструкции.

По данным работы [34], при обеспечении оптимального взаимного расположения дополнительных лопастей с укороченным профилем относительно лопастей с профилем нормальной длины, увеличение КПД насоса новой конструкции составит 1,5 ? 2%.

Описанные выше конструкция и формообразование рабочего колеса высоконапорного центробежного насоса, разработанные с использованием технического решения по авт. свид. №911951 [32], могут найти применение для формообразования цельносварного ротора центробежного насоса двустороннего входа, схематично изображённого на рис. 1.44 и 1.45.

Рис. 1.44. Схема сборки половинок цельносварного ротора центробежного насоса двустороннего входа

Рис. 1.45. Цельносварной ротор центробежного

насоса двустороннего входа

Априори можно утверждать, что по показателям механической прочности, износостойкости, трудоёмкости изготовления, материалоёмкости и ремонтопригодности конструкция цельносварного ротора, рис. 1.45, в разы превышает аналогичные показатели сборного ротора традиционной конструкции, рис. 1.46

Рис. 1.46. Сборный ротор центробежного насоса двустороннего входа

(традиционная конструкция)

1- рабочее колесо; 2- уплотнительное кольцо; 3- вал; 4 – шпонка; 5- втулка конусная; 6- уплотнительное кольцо; 7- втулка защитная; 8- специальная гайка; 9- стопорная шайба

Можно также утверждать, что практическое применение цельносварных роторов существенно повысит энергоэффективность

эксплуатации центробежных насосов двустороннего входа.

6.2. Повышение износостойкости щелевых уплотнений рабочего колеса

Типовая конструктивная схема щелевого уплотнения рабочего колеса центробежного насоса двустороннего входа изображена на рис. 1.47.

Щелевое уплотнение рабочего колеса – это минимально допустимый зазор между наружной поверхностью А

вращающейся горловины рабочего колеса 2 и внутренней поверхностью А

неподвижного уплотнительного кольца 3 (исполнение 1) или тот же зазор между наружной поверхностью защитного (ремонтного) уплотнительного кольца 4 и поверхностью А

неподвижного уплотнительного кольца 3 (исполнение 2).

Рис. 1.47. Узел щелевого уплотнения рабочего колеса центробежного насоса двустороннего входа (типовая конструкция)

1- спиральный отвод (корпус); 2- рабочее колесо; 3- уплотнительное кольцо; 4- защитное уплотнительное кольцо; А

 – наружная поверхность горловины рабочего колеса; А

 – внутренняя поверхность уплотнительного кольца 3

Следует отметить, что формообразование защитных

уплотнительных колец 4, их предварительная обработка и установка на рабочее колесо, сборка ротора и окончательная обработка существенно усложняют технологию восстановления щелевых уплотнений и требуют значительных трудозатрат.

Наиболее распространенной и значимой причиной падения КПД (на 2—12%) и ухудшения характеристик насоса в процессе эксплуатации является износ деталей щелевого уплотнения рабочего (http://xn--80aaakjoeag4b2boc1a.xn--p1ai/tag/shhelevogo-uplotneniya-rabochego/) колеса [36]; фото характерного гидроабразивного износа конструктивных элементов щелевого уплотнения рабочего колеса центробежного насоса показан выше (см рис. 1.4 и 1.5) и, фрагментарно, на рис. 1.47 (цилиндрические поверхности А

 и Б

).

Технические решения, направленные на решение проблемы повышения износостойкости и упрощения технологии формообразования щелевых уплотнений рабочих колес центробежных насосов представлены на рис. 1.48.

ис. 1.48. Узел щелевого уплотнения рабочего колеса центробежного насоса двустороннего входа (после усовершенствования): 1- спиральный отвод (корпус); 2- рабочее колесо; 3- уплотнительное кольцо с порогом; 4- резиновое кольцо; 5- резиновая облицовка; 6- нержавеющая износостойкая наплавка; 7- уплотнительное кольцо [37]. А

 – наружная поверхность горловины рабочего колеса; А

 – внутренняя поверхность уплотнительного кольца 3; Б

 – внутренняя поверхность спирального отвода, сопряжённая с поверхностью Б

; В – поверхность «боковой пазухи» спирального отвода

Для повышения износостойкости щелевых уплотнений рабочих колес центробежных насосов рекомендуется:

1) заменить литые чугунные рабочие колеса на стальные сварной конструкции;

2) применять износостойкие наплавки (поз. 6) цилиндрических поверхностей А

 горловины рабочего колеса;

3) облицовывать резиной* (поз. 5) внутреннюю поверхность неподвижного уплотнительного кольца 3 в насосах, предназначенных для насосных установок с отрицательной высотой всасывания (рис. 3б);

4) устанавливать во внутреннюю поверхность А

неподвижного уплотнительного кольца 3 поршневые уплотнительные кольца 7 в насосах предназначенных для насосных установок с положительной высотой всасывания (рис. 1.3а);

5) устанавливать резиновые кольца 4 между наружной поверхностью Б

 неподвижного уплотнительного кольца 3 и посадочной поверхностью Б

спирального отвода 1. [38]

* Примечание: Облицовка резиной неподвижного внутренней поверхности А

уплотнительного кольца целесообразна только в случаях, когда сопрягаемая с ней поверхность А

 горловины рабочего колеса выполнена из нержавеющей стали и когда имеется 100% гарантия наличия водяной смазки в зазоре между упомянутыми поверхностями; пример выполнения резиновой облицовки внутренней поверхности А

Для упрощения конструкции и технологии формообразования посадочных мест в спиральном отводе под неподвижные кольца щелевых уплотнений предлагается:

Вариант1: изменить форму наружной поверхности Б

 неподвижного уплотнительного кольца 3 путём замены полукольцевого выступа рис. 1.47) на кольцевой (рис. 1.48) и с установкой в кольцевые канавки резиновых колец 4 с гарантированным обеспечением деформации сжатия 15? 20% от диаметра сечения кольца после закрепления крышки насоса.

Вариант2: выполнять фиксацию положения неподвижного уплотнительного кольца относительно спирального отвода посредством цилиндрического штифта поз. 2, рис. 1.49 (по аналогии с конструкцией насосов типа Д производства Болгарии).

Рис. 1.49. Вариант фиксации положения неподвижного уплотнительного кольца относительно спирального отвода

1- неподвижное уплотнительное кольцо; 2- установочный штифт; 3- спиральный отвод (корпус)

6.3. Защита от износа стенок спирального отвода в зоне «боковых пазух»