ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОСНЫЙ КОНСОЛЬНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1998 года по МПК F04D13/06 

Изобретение относится к центробежным насосным агрегатам консольного типа для перекачивания различных жидкостей.

Широко известны насосные агрегаты этого типа, состоящие из собственно насоса, закрепленного на подшипниковой стойке (корпус насоса присоединяется к корпусу стойки), центробежное колесо которого расположено на консольном участке вала. Задний (противоположный тому, где расположено рабочее колесо) конец вала снабжается муфтой, посредством которой он кинематически связывается с валом стандартного электродвигателя. Стойка насоса и электродвигатель монтируются на общий плите (Информационный сборник насосного оборудования.- М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1991, с. 3, 80).

Преимущество этой конструкции заключается в возможности использования электродвигателей обычного типа с нормальным коротким концом вала, а также в возможности выполнения стойки с подшипниками, надежно воспринимающими высокие радиальные и осевые усилия, обычно имеющие место в центробежных химических и других насосах. Т.е. в этой конструкции подшипники якоря электродвигателя не нагружаются радиальными и осевыми усилиями со стороны насоса.

Недостаток известного технического решения заключается в больших габаритах и массе электронасосного агрегата.

Поэтому стремятся по возможности применять моноблочные конструкции электронасосных агрегатов, в которых используют специальные электродвигатели с удлиненным концом вала (там же, с. 8).

Однако в этом случае подшипники электродвигателя нагружаются значительными радиальными и осевыми усилиями. Кроме того, часто требуется вал насоса выполнять из химически стойких материалов различного типа (в зависимости от вида перекачиваемой агрессивной среды и поэтому на вал электродвигателя из обычной стали приходится также надевать различные рубашки защитные втулки) или использовать жестко скрепленные с валом удлинители из специальной стали, что усложняет конструкцию агрегата в целом.

Наиболее близким к изобретению является центробежный насосный консольный агрегат, содержащий центробежный насос, корпус которого прикреплен к торцевой расточке опорной стойки, а рабочее колесо расположено консольно на переднем конце вала, установленного в подшипниках стойки, и электродвигатель, фланец передней крышки которого жестко соединен со стойкой посредством кольцевой проточки, а вал кинематически связан с задним концом вала насоса, причем в последнем выполнена торцевая проточка, соосная кольцевой проточке стойки, диаметр вала насоса в зоне опорной стойки выполнен превышающим диаметр вала электродвигателя, и вал последнего расположен в проточке вала насоса (заявка Франции N 2485646, кл. F 04 D 13/06, 1981).

Недостатками известного агрегата являются его большие массогабаритные характеристики, сложность сборки и технического обслуживания и недостаточный теплоотвод от подшипников.

Задача изобретения - снижение массы и габаритов агрегата, упрощение обслуживания и повышение надежности.

Указанная задача решается тем, что в центробежном насосном консольном агрегате, содержащем центробежный насос, корпус которого прикреплен к торцевой расточке опорной стойки, а рабочее колесо расположено консольно на переднем конце вала, установленного в подшипниках стойки, и электродвигатель, фланец передней крышки которого жестко соединен со стойкой посредством кольцевой проточки, а вал кинематически связан с задним концом вала насоса, причем в последнем выполнена торцевая проточка, соосная кольцевой проточке стойки, диаметр вала насоса в зоне опорной стойки выполнен превышающим диаметр вала электродвигателя, и вал последнего расположен в проточке вала насоса, на валу электродвигателя установлена полумуфта сцепления, проходящая с гарантированным зазором в проточку заднего конца вала насоса, а последняя выполнена в виде ответной полумуфты, причем кинематическая связь полумуфт осуществлена посредством промежуточных элементов, выполненных в виде тел вращения и расположенных в продольных параллельных общей оси валов пазах, а стойка снабжена опорной поверхностью, общей для всего агрегата.

Внутренняя полость стойки может быть заполнена жидкой смазкой и со стороны рабочего колеса загерметизирована уплотнением по валу, а со стороны двигателя ограничена торцевой передней крышкой электродвигателя, причем торец между фланцем электродвигателя и стойкой загерметизирован уплотнением, а полость муфты гидравлически сообщена с полостью стойки.

Передней и задний подшипники стойки могут быть выполнены радиально-упорными, наружные обоймы подшипников оперты на внутренние упоры стойки, внутренние обоймы подшипников оперты на упоры вала, передний из которых выполнен в виде бурта, а задний - в виде установочно-подвижной гайки, расположенной со стороны конца вала с торцевой проточкой, при этом передний подшипник со стороны рабочего колеса насоса установлен на вал с натягом.

Между подшипниками и соответствующими торцами стойки могут быть установлены отражательные для масла втулки, а полости между этими втулками и подшипниками в их нижней части могут быть гидравлически сообщены с внутренней полостью стойки.

Промежуточные элементы муфты могут быть выполнены в виде последовательно установленных в продольных пазах муфты цилиндров с протяженностью 1,0-1,5 их диаметра.

Промежуточные элементы муфты могут быть выполнены в виде шариков.

Внутренняя полость муфты может быть отделена от внутренней полости стойки дополнительным эластичным уплотнением.

Вал насосного агрегата в зоне подшипников может быть выполнен в виде трубчатого элемента, а его консольная часть, связанная с рабочим, - в виде стержня, жестко связанного с трубчатым элементом по его торцу, расположенному со стороны корпуса насоса.

На чертеже изображен центробежный насосный консольный агрегат, продольный разрез.

Центробежный насосный консольный агрегат состоит из центробежного насоса, корпус 1 которого прикреплен к торцевой расточке 2 опорной стойки 3 через прокладку 4. Рабочее колесо 5 насоса расположено консольно на переднем конце составного вала 6, установленного в подшипниках 7 и 8 стойки 3. Вал 9 электродвигателя 10 кинематически через муфту 11 связан с задним концом вала 6 насоса. Для улучшения массогабаритных характеристик часть вала в зоне опорной стойки 3, расположенная в переднем и заднем подшипниках 7, 8, выполнена по диаметру большей, чем вал 9 электродвигателя с установленной на нем полумуфтой 12, проходящей с гарантированным зазором в торцевую проточку 13 заднего конца вала 6, выполненную как ответная часть полумуфты и расположенную в зоне опорной поверхности заднего подшипника 8. Кинематическая связь полумуфты 12 вала 9 и торцевой проточки 13 осуществлена посредством промежуточных элементов 14, выполненных как тела вращения и расположенных в продольных пазах 15 полумуфты 12, и торцевой проточки 13, параллельных общей оси валов 6 и 9. Кинематическая связь фланца 16 двигателя 10 со стойкой 3 выполнена жесткой и осуществлена посредством кольцевой проточки 17, соосной торцевой проточке 13 валов.

Стойка 3 снабжена опорной поверхностью 18, общей для всего насосного агрегата, при этом центр массы агрегата по оси валов 6, 9 предпочтительно располагается в площади опорной поверхности 18 стойки 3.

Для минимизации габаритов агрегата, повышения надежности работы муфты сцепления и упрощения конструкции внутренняя полость 19 стойки 3 с жидкой смазкой со стороны рабочего колеса 5 загерметизирована уплотнением 20 по валу 6, а со стороны двигателя 10 гидравлически сообщена с торцевой передней крышкой 21 электродвигателя 10 и муфтой сцепления 11. Торец между фланцем 16 электродвигателя 10 и стойкой 3 загерметизирован уплотнением 22, что образует между стойкой 3 и двигателем 10 дополнительную полость 23 для запасания масла и позволяет уменьшить необходимый объем полости 19, а также выполнять центральную часть 24 стойки 3 из трубы, облегчая выполнение стойки 3 в виде сварной конструкции. Объединение полостей 19 и 23 улучшает теплоотвод от подшипников 7 и 8, что полезно в случае использования насосов с большими осевыми и/или радиальными усилиями, а также обеспечивает непрерывность смазки элементов муфты жидкой смазкой, что уменьшает ее износ.

В простых случаях нагружения полость муфты 11 может быть изолирована от полости 23, например, эластичным уплотнением 25 и заполнена консистентной смазкой. При этом возможна и изоляция полости 23 от полости 19, что требует установки дополнительного уплотнения на задний конец вала 6, аналогично уплотнению 20. Это, однако, увеличивает продольные габариты агрегата и снижает надежность агрегата в целом.

Консольные центробежные насосные агрегаты имеют самое различное назначение, а, следовательно, и очень разнообразные условия по радиальным и осевым нагрузкам, поэтому для обеспечения максимальной универсальности, упрощения конструкции насоса и агрегата в целом, упрощения сборки и технического обслуживания агрегата передний и задний подшипники 7, 8 стойки 3 выполнены радиально-упорными, наружные обоймы подшипников 7, 8 оперты на упоры вала, передний из которых выполнен в виде бурта 28, а задний - в виде установочно-подвижной гайки 29, расположенной со стороны конца вала 6 с торцевой проточкой 13. При этом передний подшипник 7, расположенный со стороны рабочего колеса 5 насоса, установлен на вал 6 с натягом.

Для повышения надежности путем улучшения условий смазки подшипников и уменьшения выброса масла в случае нарушения герметичности уплотнений вала 6 между подшипниками 7, 8 и соответствующими торцами стойки 3 установлены отражательные для масла втулки 30 с коническими периферийными поверхностями, направляющими отбрасываемое ими масло на периферию к наружным обоймам подшипников 7 и 8, причем полости между втулками и подшипниками в их нижней части гидравлически сообщены каналами 31 с внутренней полостью 19 стойки 3. При описанной установке подшипников 7, 8 масло, проходящее через вращающийся подшипник, за счет действия втулок 30 сразу направляется через каналы 31 в полость 19, что обеспечивает хорошие условия смазки и охлаждения подшипников 7, 8. При этом прокладками 32 задается величина конусного зазора 33 между втулкой 30 и корпусной втулкой 34, обеспечивающая стекание масла с кромки втулки 34 на муфту 11 с расходом, достаточным и для смазки элементов этой муфты.

Для повышения надежности муфты 11 промежуточные элементы 14 муфты выполнены в виде последовательно установленных в пазах 15 муфты 11 цилиндров, протяженностью 1-1,5 их диаметра, что обеспечивает независимость действия каждого такого элемента, необходимую при реально существующей несоосности валов 6 и 9 и их перекосе за счет погрешностей изготовления элементов конструкции. В результате износ элементов 14 и пазов 15 существенно уменьшается. Пазы 15 в поперечном сечении муфты имеют круглое сечение, например, диаметр которого выполняется на величину гарантированного зазора меньшим, чем диаметр промежуточных элементов 14. В качестве промежуточных элементов рационально использовать и шарики. То, что вал 6 выполняется диаметром большим, чем диаметр вала 9 электродвигателя 10, позволяет при необходимости выполнять этот вал составным с консольной частью, взаимодействующей с перекачиваемой насосом жидкостью, из стойкого в этой среде материала, при выполнении основной массы вала из простых конструкционных материалов. Для этого вал насосного агрегата в зоне подшипников 7 и 8 выполнен в виде трубчатого элемента, а его консольная часть, связанная с рабочим валом 5 в виде стержня, кинематически жестко связанного с трубчатым элементом по его торцу, расположенному со стороны корпуса 1 насоса. Технологически такая жесткая связь осуществляется применением термопрессовых посадок, сварки трением или сварки взрывом.

Таким образом, конструкция позволяет использовать стандартный электродвигатель и выполнять стойку с высоконесущими и надежными опорными узлами вала, способного воспринимать со стороны рабочего колеса насоса относительно большие радиальные и осевые усилия, при одновременном обеспечении высоких массогабаритных характеристик, приближающихся к характеристикам моноблочных конструкций центробежных насосных агрегатов.

Сущность изобретения: центробежный насосный консольный агрегат состоит из центробежного насоса и электродвигателя. Корпус насоса прикреплен к торцевой расточке опорной подшипниковой стойки, а рабочее колесо расположено консольно на переднем конце вала, установленного в подшипниках указанной опорной стойки. Вал электродвигателя через муфту кинематически связан с задним концом вала насоса. Часть вала насоса в зоне опорной стойки, расположенная в подшипниках, выполнена по диаметру большей, чем диаметр вала электродвигателя с установленной на нем полумуфтой. Полумуфта расположена с гарантированным зазором в торцевой части заднего конца вала насоса. Задний конец вала насоса выполнен в виде ответной части полумуфты, расположенной в зоне опорной поверхности заднего подшипника, причем кинематическая связь полумуфты вала электродвигателя и торцевой проточки вала насоса осуществляется посредством промежуточных элементов, выполненных как тела вращения и расположенных в продольных параллельных общей оси валов пазах полумуфты электродвигателя и торцевой проточки вала насоса. Стойка снабжена опорной поверхностью, общей для всего агрегата. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Центробежный насосный консольный агрегат, содержащий центробежный насос, корпус которого прикреплен к торцевой расточке опорной стойки, а рабочее колесо расположено консольно на переднем конце вала, установленного в подшипниках стойки, и электродвигатель, фланец передней крышки которого жестко соединен со стойкой посредством кольцевой проточки, а вал кинематически связан с задним концом вала насоса, причем в последнем выполнена торцевая проточка, соосная с кольцевой проточкой стойки, диаметр вала насоса в зоне опорной стойки выполнен превышающим диаметр вала электродвигателя и вал последнего расположен в проточке вала насоса, отличающийся тем, что на валу электродвигателя установлена полумуфта сцепления, проходящая с гарантированным зазором в проточку заднего конца вала насоса, а последняя выполнена в виде ответной полумуфты, причем кинематическая связь полумуфт осуществлена посредством промежуточных элементов, выполненных в виде тел вращения и расположенных в продольных параллельных общей оси валов пазах, а стойка снабжена опорной поверхностью, общей для всего агрегата. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что внутренняя полость стойки заполнена жидкой смазкой и со стороны рабочего колеса загерметизирована уплотнением по валу, а со стороны двигателя ограничена торцевой передней крышкой электродвигателя, причем торец между фланцем электродвигателя и стойкой загерметизирован уплотнением, а полость муфты гидравлически сообщена с полостью стойки. 3. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что передний и задний подшипники стойки выполнены радиально-упорными, наружные обоймы подшипников оперты на внутренние упоры стойки, внутренние обоймы подшипников оперты на упоры вала, передний из которых выполнен в виде бурта, а задний - в виде установочно-подвижной гайки, расположенной со стороны конца вала с торцевой проточкой, при этом передний подшипник со стороны рабочего колеса насоса установлен на вал с натягом. 4. Агрегат по пп.2 и 3, отличающийся тем, что между подшипниками и соответствующими торцами стойки установлены отражательные для масла втулки, а полости между этими втулками и подшипниками в их нижней части гидравлически сообщены с внутренней полостью стойки. 5. Агрегат по пп.1 - 4, отличающийся тем, что промежуточные элементы муфты выполнены в виде последовательно установленных в продольных пазах муфты цилиндров с протяженностью 1 - 1,5 их диаметра. 6. Агрегат по пп.1 - 4, отличающийся тем, что промежуточные элементы муфты выполнены в виде шариков. 7. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что внутренняя полость муфты отделена от внутренней полости стойки дополнительным эластичным уплотнением. 8. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что вал насосного агрегата в зоне подшипника выполнен в виде трубчатого элемента, а его консольная часть, связанная с рабочим колесом, - в виде стержня, жестко связанного с трубчатым элементом по его торцу, расположенному со стороны корпуса насоса.