УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА НАСОСА НА ВАЛУ Российский патент 2007 года по МПК F04D29/20 

Предлагаемое техническое решение относится к насосам необъемного вытеснения для жидкостей с вращательным движением рабочих органов (более конкретно - к конструктивным узлам лопастных насосов). Изобретение может быть преимущественно использовано на атомных электростанциях (АЭС) в насосах большой мощности, которые входят в состав главных циркуляционных насосных агрегатов (ГЦНА), предназначенных для обеспечения циркуляции теплоносителя через активную зону ядерного реактора.

ГЦНА типовой структурной схемы, применяемые на АЭС [Митенков Ф. М., Новинский Э.Г., Будов В.М. Главные циркуляционные насосы АЭС. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990: C.8 (Рис.В.5)], включают лопастной насос с вертикальным валом, на нижнем конце которого консольно закреплено рабочее колесо. Основной составляющей надежности ГЦНА является его ремонтопригодность в процессе эксплуатации на АЭС, позволяющая производить ревизию (для освидетельствования состояния металла ответственных для безопасности АЭС деталей), ремонт и замену отдельных узлов и деталей при минимально возможных затратах труда и времени. При этом ремонтопригодность ГЦНА в значительной степени определяет хорошая ремонтопригодность элементов насоса в зоне рабочего колеса. Условия эксплуатации на АЭС с водоохлаждаемыми реакторами (перекачивание радиоактивной и химически агрессивной жидкости в контуре с высокой температурой под большим давлением при неоднократном и периодическом полном дренировании насоса) характеризуются работой указанных элементов при больших величинах градиента температуры, а также высоких знакопеременных силовых нагрузках. После дренирования в полостях насоса остается боросодержащая вода, при испарении которой (из-за высокой температуры элементов насоса] в зазорах выделяется кристаллический бор, что является одной из причин образования первичных надиров на взаимодвижущихся при разборке элементах из кислотостойких вязких сталей (в частности, узла крепления рабочего колеса).

Известен узел крепления консольного рабочего колеса на валу [А.с. 1722094 СССР, МПК⁵ F 04 D 29/20. - Опубл. 30.03.1994, Бюл. №6], включающий разрезной центрирующий конус (разрезную конусную проставку), взаимодействующий со ступицей рабочего колеса, сегментные вкладыши, установленные в проточке на конце вала насоса, прижимное кольцо, расположенное между разрезным центрирующим конусом и вкладышами с возможностью взаимодействия с вкладышами, съемный упор, охватывающий вкладыши и прижимное кольцо с возможностью взаимодействия с разрезным центрирующим конусом, и винтовое соединение съемного упора с прижимным кольцом, у которого резьбовые отверстия для винтов (ввертных болтов) выполнены в прижимном кольце, а гладкие - в днище съемного упора.

Недостатком этого устройства является необходимость, как правило, разрушения прижимного кольца или съемного упора при демонтаже рабочего колеса. При осевой затяжке рабочего колеса (посредством указанного винтового соединения) возникает значительная радиальная составляющая реакции каждого из сегментных вкладышей на прижимное кольцо, обусловленная формой их контактирующих поверхностей (в частном случае, коническими). Малый радиальный зазор между съемным упором и прижимным кольцом, предназначенный для центрирования съемного упора, ведет к прикипанию их сопрягающихся боковых цилиндрических поверхностей. Изгибающие моменты, которые возникают в винтах, влекут закусывание последних в резьбовых отверстиях прижимного кольца. В последнем случае близость стержней винтов к валу насоса, вообще говоря, препятствует извлечению сегментных вкладышей из проточки на конце указанного вала. Кроме того, затруднено координирование элементов этого узла крепления при сборке (в частности, тяжело совместить геометрические оси резьбовых отверстий в прижимном кольце, гладких отверстий в днище съемного упора и самих винтов).

Таким образом, улучшая ремонтопригодность ГЦНА, желательно, в частности, обеспечить демонтаж рабочего колеса насоса без разрушения съемного упора и прижимного кольца (основных и дорогостоящих элементов узла крепления), а также без повреждения поверхности вала насоса в зоне крепления рабочего колеса.

При использовании предлагаемого изобретения могут проявиться, в частности, следующие технические результаты:

во-первых, предотвращение механической блокировки вкладышей прижимным кольцом в кольцевой проточке на конце вала насоса при закусывании любого сочетания элементов узла крепления рабочего колеса;

во-вторых, предотвращение прикипания съемного упора и прижимного кольца;

в-третьих, облегчение координирования съемного упора при сборке узла крепления рабочего колеса.

Как решение задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается узел крепления рабочего колеса насоса на валу, содержащий разрезной центрирующий конус, взаимодействующий со ступицей рабочего колеса, вкладыши, установленные в проточке на конце вала насоса, прижимное кольцо, расположенное на валу между разрезным центрирующим конусом и вкладышами с возможностью взаимодействия с последними, съемный упор, охватывающий вкладыши и прижимное кольцо, винтовое соединение съемного упора и прижимного кольца с резьбовыми отверстиями, выполненными в прижимном кольце, и гладкими отверстиями - в днище съемного упора,

и который отличается от прототипа тем, что

снабжен разрезным кольцом, установленным между разрезным центрирующим конусом и съемным упором с возможностью осевого взаимодействия с ними,

съемный упор охватывает с минимально возможными радиальными зазорами вал насоса своим днищем, а нижнюю часть разрезного кольца - ступенью, выполненной на внутренней поверхности съемного упора,

каждый вкладыш выполнен в виде части цилиндрической втулки между ее внешним и внутренним радиусами,

на внутренней поверхности прижимного кольца выполнена ступень, охватывающая верхние части вкладышей с минимально возможным радиальным зазором, причем длина указанной ступени меньше толщины разрезного кольца,

по меньшей мере два из резьбовых отверстий прижимного кольца предназначены для шпилек, выполненных с возможностью упора вворачиваемым в прижимное кольцо концом каждой из шпилек в разрезное кольцо и снабженных резьбой, предназначенной для гайки, на противоположном конце,

при этом радиальная толщина вкладышей выполнена меньше минимального радиального расстояния от вала насоса до стержня любого винта и любой шпильки.

Выполнение вкладышей в виде части цилиндрической втулки и ступени на внутренней поверхности прижимного кольца, вследствие чего основным является осевое взаимодействие плоских торцовых поверхностей прижимного кольца и вкладышей, исключает значительную радиальную составляющую реакции каждого из вкладышей на прижимное кольцо. Центрирование съемного упора за счет выполнения минимально возможным радиального зазора между валом насоса и охватывающим его днищем съемного упора позволяет увеличить радиальный зазор между прижимным кольцом и съемным упором. Это (в совокупности) исключает прикипание прижимного кольца и съемного упора, а также возникновение изгибающих моментов на винтах и шпильках, влекущих закусывание.

Введение разрезного кольца и выполнение длины ступени на внутренней поверхности прижимного кольца меньше толщины разрезного кольца обеспечивает возможность (после удаления разрезного кольца) смещения прижимного кольца вверх, достаточного для извлечения вкладышей из кольцевой проточки на конце вала насоса. Выполнение ступени на внутренней поверхности съемного упора обеспечивает возможность ослабить поджатие разрезного кольца (за счет перемещения шпилек до момента закусывания) и затем удалить его элементы.

Выполнение радиальной толщины вкладышей меньше минимального радиального расстояния от вала насоса до стержня любого винта и любой шпильки обеспечивает возможность извлечения вкладышей из кольцевой проточки на конце вала насоса при закусывании винтов.

Совмещение шпилек и гладких отверстий в днище съемного упора упрощает установку последнего при сборке, а также обеспечивает его ориентацию, требуемую заданной величиной динамической неуравновешенности вала насоса в сборе.

Предлагаемое устройство (в частном выполнении) поясняется чертежами:

фиг.1 - вид на зону узла крепления рабочего колеса снизу;

фиг.2 - зона узла крепления рабочего колеса (разрез А-А).

Узел крепления рабочего колеса 1 на валу 2 насоса включает разрезной (например, с одной прорезью) центрирующий конус 3, разрезное (например, из двух частей) кольцо 4, съемный упор 5, прижимное кольцо 6, вкладыши 7, винты (ввертные болты) 8 и шпильки 9.

Разрезной центрирующий конус 3 выполнен с возможностью осевого перемещения вдоль вала 2 (без повреждения последнего), коническая поверхность конуса 3 предназначена для взаимодействия со ступицей рабочего колеса 1, а плоский торец - с разрезным кольцом 4.

Вкладыши 7 выполнены в виде частей цилиндрической втулки (с плоскими торцами) и установлены (например, в количестве двух) в кольцевой проточке на конце вала 2 насоса.

Ступень 10, выполненная на нижней части внутренней поверхности прижимного кольца 6 (длиной меньше толщины разрезного кольца 4), охватывает верхние части вкладышей 7 с минимально возможным радиальным зазором.

Съемный упор 5 охватывает прижимное кольцо 6 и вкладыши 7 с возможностью осевого взаимодействия с разрезным кольцом 4. При этом ступень 11, выполненная на верхней части внутренней поверхности съемного упора 5, охватывает нижнюю часть разрезного кольца 4 с минимально возможным радиальным зазором, а днище 12 съемного упора 5 - вал 2 насоса также с минимально возможным радиальным зазором. Целесообразно выполнение ступени 11 длиной в пределах 0,3...0,7 шага резьбы отверстий для шпилек в прижимном кольце.

Винтовое соединение съемного упора 5 с прижимным кольцом 6 включает резьбовые отверстия в прижимном кольце 6 и гладкие отверстия в днище 12 съемного упора 5. По меньшей мере два из указанных резьбовых отверстий (например, четыре) предназначены для шпилек 9, выполненных с возможностью упора в разрезное кольцо 4 вворачиваемым в прижимное кольцо 6 концом каждой из шпилек 9 и снабженных резьбой (другого шага, например, большего) под гайки 13 на противоположном конце. Остальные отверстия (например, четыре) предназначены для вворачивания винтов 8.

При сборке насоса для закрепления рабочего колеса 1, установленного (например, с помощью шлицевого соединения) на валу 2, на последний устанавливают разрезной центрирующий конус 3 и прижимное кольцо 6 с ввернутыми (неполностью) шпильками 9. Удерживая прижимное кольцо 6 выше кольцевой проточки на конце вала 2, в последнюю вводят вкладыши 7 и опускают на них прижимное кольцо 6, фиксируя вкладыши 7 от выпадения из указанной проточки (при этом вкладыши 7 ограничивают осевое перемещение прижимного кольца 6 вниз). Затем вводят элементы разрезного кольца 4 в промежуток между прижимным кольцом 6 и разрезным центрирующим конусом 3.

Ввертывая все шпильки 9 в равной мере, производят предварительное поджатие разрезного кольца 4 к разрезному центрирующему конусу 3, а последнего к рабочему колесу 1 и, одновременно, фиксацию прижимного кольца 6 относительно вкладышей 7 и разрезного кольца 4. Далее устанавливают съемный упор 5, ориентируя его введением шпилек 9 в отверстия днища 12, и фиксируют гайками 13.

Необходимое усилие осевой затяжки разрезного центрирующего конуса 3 и рабочего колеса 2 создают с помощью последующего вращения винтов 6 и гаек 13.

При нормальной разборке насоса вывертывают винты 8 и, отвинтив гайки 13 на шпильках 9, удаляют съемный упор 5. Вращая шпильки 9, ослабляют поджатие элементов разрезного кольца 4 и извлекают их. Приподняв прижимное кольцо 6 над проточкой на конце вала 2 насоса (это возможно, так как длина ступени 10 на нижней части внутренней поверхности прижимного кольца 6, охватывающей верхние части вкладышей 7, меньше толщины разрезного кольца 4), извлекают из нее вкладыши 7. Далее снимают с вала 2 прижимное кольцо 6, а затем - разрезной центрирующий конус 3.

Если при разборке произошло закусывание резьбы шпилек 9 съемный упор 5 может быть опущен на величину наименьшего перемещения шпилек 9 в процессе их вращения до момента закусывания. Эта величина превосходит длину ступени 11 на верхней части внутренней поверхности съемного упора 5, охватывающей нижнюю часть разрезного кольца 4, что позволяет удалить элементы последнего. Далее разборку продолжают, как в предыдущем случае.

Если при разборке произошло закусывание резьбы винтов 8, то их головки срезают, например, механическим способом и, отвинтив гайки 13 на шпильках 9, удаляют съемный упор 5. Вращая шпильки 9, ослабляют поджатие элементов разрезного кольца 4 и извлекают их. Приподняв прижимное кольцо 6 над проточкой на конце вала 2 насоса, извлекают из нее вкладыши 7, проводя их между оставшимися стержнями винтов 8 и валом 2 насоса.

Изобретение относится к лопастным насосам и может быть преимущественно использовано на АЭС в главных циркуляционных насосных агрегатах первого контура теплоносителя. Узел содержит расположенное на валу насоса прижимное кольцо, ограничивающие его перемещение вниз вкладыши, установленные в проточке на конце вала, съемный упор (СУ), охватывающий вкладыши и прижимное кольцо (ПК), винтовое соединение съемного упора СУ и ПК для создания усилия осевой затяжки рабочего колеса. СУ охватывает вал насоса своим днищем с минимально возможным радиальным зазором. Узел снабжен разрезным кольцом (РК), нижняя часть которого охвачена ступенью на внутренней поверхности СУ. Верхние части вкладышей охвачены ступенью на внутренней поверхности ПК с длиной, меньшей толщины РК. Часть резьбовых отверстий ПК предназначена для вворачивания шпилек с возможностью их упора в РК. Каждый вкладыш выполнен в виде части цилиндрической втулки с радиальной толщиной, меньшей радиального расстояния от вала насоса до любого стержня шпильки или винта. Изобретение направлено на обеспечение демонтажа без разрушения СУ и ПК. 2 ил.

Узел крепления рабочего колеса насоса на валу, содержащий разрезной центрирующий конус, взаимодействующий со ступицей рабочего колеса, вкладыши, установленные в проточке на конце вала насоса, прижимное кольцо, расположенное на валу между разрезным центрирующим конусом и вкладышами с возможностью взаимодействия с последними, съемный упор, охватывающий вкладыши и прижимное кольцо, винтовое соединение съемного упора и прижимного кольца с резьбовыми отверстиями, выполненными в прижимном кольце, и гладкими отверстиями в днище съемного упора, отличающийся тем, что он снабжен разрезным кольцом, установленным между разрезным центрирующим конусом и съемным упором с возможностью осевого взаимодействия с ними, съемный упор охватывает с минимально возможными радиальными зазорами вал насоса своим днищем, а нижнюю часть разрезного кольца - ступенью, выполненной на внутренней поверхности съемного упора, каждый вкладыш выполнен в виде части цилиндрической втулки между ее внешним и внутренним радиусами, на внутренней поверхности прижимного кольца выполнена ступень, охватывающая верхние части вкладышей с минимально возможным радиальным зазором, причем длина указанной ступени меньше толщины разрезного кольца, по меньшей мере, два из резьбовых отверстий прижимного кольца предназначены для шпилек, выполненных с возможностью упора вворачиваемым в прижимное кольцо концом каждой из шпилек в разрезное кольцо и снабженных резьбой другого (например, большего) размера на противоположном конце, предназначенной для гайки, при этом радиальная толщина вкладышей выполнена меньше минимального радиального расстояния от вала насоса до стержня любого винта и любой шпильки.