Соединение обжимной шайбой для валов наземного насоса, несущих осевую нагрузку Российский патент 2019 года по МПК F04D13/02 F04D29/44 F16D1/05 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Данное изобретение относится, в целом, к области техники, связанной с насосными установками, и, более конкретно, к устройству и способу соединения несущих осевую нагрузку валов, установленных внутри наземной насосной установки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] Горизонтальные насосные установки используют в различных отраслях промышленности с различными целями. Например, в нефтегазовой промышленности горизонтальные насосные установки используют для перекачивания текучих сред, таких как вода, отделенная от нефти, к удаленному месту назначения, такому как резервуар или скважина для сброса промысловых сточных вод. В типичном случае эти горизонтальные насосные установки содержат насос, двигатель и всасывающий корпус, расположенный между насосом и двигателем. Между двигателем и всасывающим корпусом также расположена подшипниковая камера.

[003] Вращающий момент от двигателя передается к валу, проходящему через подшипниковую камеру. Вал подшипниковой камеры присоединен к короткому валу, проходящему через всасывающий корпус. В системах большой мощности происходит передача вращающего момента значительной величины от двигателя к валу подшипниковой камеры и к короткому валу. Обычно короткий вал присоединен к валу подшипниковой камеры простым фланцем, расположенным на одном конце короткого вала. Вал подшипниковой камеры, как правило, является достаточно большим, чтобы иметь на одном конце фланец с системой болтовых отверстий.

[004] Однако в установках с большой осевой нагрузкой диаметр фланца под болты на коротком валу превышает диаметр вала подшипниковой камеры. Поэтому непрактично или, иными словами, нежелательно изготавливать вал подшипниковой камеры с размером, соответствующим размеру короткого вала. Следовательно, существует потребность в усовершенствованной конструкции для присоединения короткого вала к валу подшипниковой камеры.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[005] В предпочтительном варианте выполнения данное изобретение содержит соединительную муфту для присоединения первого вала ко второму валу. Соединительная муфта содержит первую ступицу, содержащую втулку, установленную на участке первого вала. Первая ступица также содержит соединительный фланец, присоединенный к втулке. Соединительная муфта также содержит зажимной фитинг, установленный на втулке для приложения сжимающего усилия к втулке и к первому валу. Соединительная муфта дополнительно содержит вторую ступицу, присоединенную ко второму валу и к первой ступице.

[006] В другом варианте выполнения данное изобретение содержит горизонтальную насосную установку, содержащую двигатель, насос, приводимый в действие двигателем, и всасывающую камеру, присоединенную к насосу. Всасывающая камера содержит короткий вал, передающий вращающий момент к насосу. Горизонтальная насосная установка дополнительно содержит подшипниковую камеру, содержащую вал, передающий вращающий момент короткому валу.

[007] Соединительная муфта, присоединяющая вал подшипниковой камеры к короткому валу, содержит упорную ступицу и зажимной фитинг. Зажимной фитинг присоединен к упорной ступице, а указанная ступица вала присоединена как к короткому валу, так и к валу подшипниковой камеры

[008] В еще одном аспекте предпочтительные варианты выполнения содержат соединительную муфту, предназначенную для присоединения вала подшипниковой камеры к короткому валу. Соединительная муфта содержит упорную ступицу, присоединенную к короткому валу и к валу подшипниковой камеры, а также зажимной фитинг, присоединенный к упорной ступице.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[009] Фиг. 1 изображает вид сбоку горизонтальной насосной установки, выполненной в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом выполнения.

[010] Фиг. 2 изображает вид сбоку в разрезе части подшипниковой камеры, короткого вала, механизма сцепления и уплотнения картриджного типа горизонтальной насосной установки, показанной на фиг. 1.

[011] Фиг. 3 изображает вид в аксонометрии вала подшипниковой камеры.

[012] Фиг. 4 изображает вид в аксонометрии ступицы вала подшипниковой камеры.

[013] Фиг. 5 изображает вид в аксонометрии узла короткого вала.

[014] Фиг. 6 изображает вид в аксонометрии обжимной шайбы, выполненной в соответствии с предпочтительными вариантами выполнения.

[015] Фиг. 7 изображает разрез обжимной шайбы, показанной на фиг. 6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[016] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения на фиг. 1 показан вид сбоку горизонтальной насосной установки 100. Установка 100 содержит двигатель 102, всасывающий корпус 104, насос 106 и подшипниковую камеру 108. Всасывающий корпус 104 присоединен между насосом 106 и камерой 108. Камера 108 присоединена между всасывающим корпусом 104 и двигателем 102. Как правило, двигатель 102 приводит в действие насос 106 с помощью последовательности валов (на фиг. 1 не показанных), проходящих через камеру 108 и всасывающий корпус 104. Перекачиваемые текучие среды направляются к всасывающему корпусу 104 и сжимаются с помощью насоса 106. В предпочтительном варианте выполнения насос 106 является центробежным. В особенно предпочтительном варианте выполнения насос 106 является многоступенчатым центробежным насосом.

[017] Обратимся теперь к фиг. 2, на котором показан вид сбоку в разрезе части камеры 108, части вала 110 подшипниковой камеры, части короткого вала 112, соединительной муфты 114 и узла 116 уплотнения картриджного типа. Соединительная муфта 114 содержит упорную ступицу 118 и зажимной фитинг 120. Следует отметить, что узел 116 уплотнения картриджного типа, в типичном случае, расположен внутри всасывающего корпуса 104. Для ясности на фиг. 2 корпус всасывающего корпуса 104 не показан.

[018] Обратимся к фиг. З и 4, на которых показаны виды в аксонометрии, соответственно, вала 110 подшипниковой камеры и упорной ступицы 118. Вал 110 содержит ступичный участок 122 и заплечик 124. Ступица 118 содержит соединительный фланец 126, втулку 128 и осевую поверхность 129 на дистальном конце втулки 128. В особенно предпочтительном варианте выполнения соединительный фланец 126 и втулка 128 изготовлены из единого куска материала. Ступица 118 имеет отверстия 130 под крепежные элементы.

[019] Обратимся теперь к фиг. 5, на котором показан вид в аксонометрии короткого вала 112. Короткий вал 112 содержит ступицу 132, предпочтительно изготовленную в виде отдельной детали, приваренной или прикрепленной иным способом к короткому валу 112. Ступица 132 короткого вала имеет отверстия 134 под крепежные элементы. Поскольку короткий вал 112 проходит во всасывающий корпус 104 и подвергается воздействию перекачиваемой текучей среды, то короткий вал 112 предпочтительно изготовлен из нержавеющей стали или другого коррозионно-устойчивого металла.

[020] Обратимся к фиг. 6 и 7, на которых показаны виды в аксонометрии в разрезе, соответственно, зажимного фитинга 120 соединительной муфты. Зажимной фитинг 120 выполнен с возможностью приложения регулируемого сжатия к ступице 118. В особенно предпочтительном варианте выполнения зажимной фитинг 120 является соединительным средством типа «обжимной шайбы», содержащим первое наружное кольцо 136, второе наружное кольцо 138, внутреннее кольцо 140 и крепежные элементы 142 зажимного фитинга. Затягивание крепежных элементов 142 стягивает первое наружное кольцо 136 вместе со вторым наружным кольцом 138. Конусообразная форма наружной части внутреннего кольца 140 и внутренней части первого наружного кольца 136 и второго наружного кольца 138 вызывает уменьшение диаметра внутреннего кольца 140, так как кольца 136 и 138 сближаются. Внутреннее кольцо 140 может иметь паз 144, способствующий уменьшению диаметра кольца 140. Подходящие соединительные средства типа «обжимной шайбы» поставляются под товарным знаком B-LOC от компании Fenner Drives, Inc.

[021] Во время сборки зажимной фитинг 120 ослабляют и размещают на втулке 128 ступицы 118. Затем ступицу 118 размещают на ступичном участке 122 вала 110 подшипниковой камеры. Ступицу 118 надвигают на вал 110 до тех пор, пока втулка 128 не упрется в заплечик 124. В особенно предпочтительном варианте выполнения внутренний диаметр втулки 128 обеспечивает номинально посадку с небольшим зазором на наружном диаметре ступичном участке 122 вала 110. Чтобы установить ступицу 118 на валу 110, на конец вала 110 может быть навинчен сборочный пресс (не показан) и затянут для приложения усилия к соединительному фланцу 126 ступицы 118 с введением тем самым осевой поверхности 129 в контакт с заплечиком 124 вала 110.

[022] После того, как ступица 118 будет полностью надета на вал 110 подшипниковой камеры, затягивают фитинг 120 для закрепления ступицы 118 на валу 110. В особенно предпочтительном варианте выполнения зажимной фитинг 120 вводят в соединение путем затягивания крепежных элементов 142 зажимного фитинга для сближения первого наружного кольца 136 и второго наружного кольца 138. По мере сближения колец 136 и 138 внутреннее кольцо 140 стягивается с приложением закрепляющего сжимающего усилия к втулке 128 и ступичному участку 122 вала 110. После полного затягивания зажимного фитинга 120 сборочный пресс удаляют.

[023] Затем, короткий вал 112 присоединяют к валу 110, присоединяя ступицу 132 к соединительному фланцу 126 ступицы 118. Отверстия 130 под крепежные элементы выравнивают с отверстиями 134 под крепежные элементы и затягивают крепежные элементы для прикрепления короткого вала 112 к валу 110. Таким образом, осевое усилие, создаваемое насосом 106, передается через короткий вал 112, через соединительную муфту 114 к валу 110 с помощью заплечика 124. Вращающий момент передается от вала 110 к короткому валу 112 через муфту 114. Зажимной фитинг 120 прикрепляет ступицу 118 к валу 110 без использования шлицевого или шпоночного соединения между валом 110 и ступицей 118. Использование соединительной муфты 114 является новым и улучшенным способом присоединения короткого вала 112 к валу 110, который может найти определенное полезное применение в системах большой мощности.

[024] Следует понимать, что даже несмотря на то, что в вышеприведенном описании изложены многочисленные характеристики и преимущества различных вариантов выполнения изобретения вместе с деталями конструкции и функциями различных вариантов его выполнения, тем не менее, это описание является лишь иллюстративным, при этом возможно внесение изменений в деталях, особенно в вопросах, касающихся конструкции и расположения ее частей, в пределах основополагающих идей изобретения, в полной мере отображенных общепринятым значением терминов, с помощью которых изложена формула изобретения. Специалистам должно быть очевидно, что основные идеи изобретения могут быть применены к другим установками без отклонения от его объема и сущности. Например, соединительная муфта 114 может использоваться для присоединения любого первого вала к любому соответствующему второму валу.

Группа изобретений относится к способу и устройству соединения валов наземной насосной установки, несущих осевую нагрузку. Горизонтальная насосная установка содержит присоединенную всасывающую камеру, содержащую короткий вал, подшипниковую камеру, содержащую вал, передающий вращающий момент короткому валу, и соединительную муфту, соединяющую вал подшипниковой камеры с коротким валом. Соединительная муфта содержит упорную ступицу, которая присоединена к короткому валу и к валу подшипниковой камеры, и зажимной фитинг, который присоединен к упорной ступице. Вал подшипниковой камеры содержит ступичный участок, на котором установлена упорная ступица, и заплечик, в который она упирается для передачи осевого усилия через соединительную муфту к валу подшипниковой камеры. Изобретения направлены на усовершенствование соединения валов насосной установки. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Горизонтальная насосная установка, содержащая:

присоединенную всасывающую камеру, содержащую короткий вал,

подшипниковую камеру, содержащую вал, передающий вращающий момент короткому валу, и

соединительную муфту, соединяющую вал подшипниковой камеры с коротким валом, причем соединительная муфта содержит упорную ступицу, которая присоединена к короткому валу и к валу подшипниковой камеры, и зажимной фитинг, который присоединен к упорной ступице,

причем вал подшипниковой камеры содержит ступичный участок, на котором установлена упорная ступица, и заплечик, в который она упирается для передачи осевого усилия через соединительную муфту к валу подшипниковой камеры.

2. Установка по п. 1, в которой упорная ступица содержит втулку, установленную на ступичном участке вала подшипниковой камеры, и соединительный фланец, присоединенный к втулке.

3. Установка по п. 2, в которой зажимной фитинг окружает наружную часть втулки.

4. Установка по п. 3, в которой зажимной фитинг прикладывает сжимающее усилие к втулке для прикрепления упорной ступицы к валу подшипниковой камеры.

5. Установка по п. 3, в которой зажимной фитинг является обжимной шайбой.

6. Установка по п. 5, в которой зажимной фитинг содержит первое наружное кольцо, второе наружное кольцо и внутреннее кольцо, которое уменьшается в диаметре при сближении первого и второго наружных колец.

7. Установка по п. 6, в которой короткий вал содержит ступицу, прикрепленную к соединительному фланцу упорной ступицы.

8. Соединительная муфта для присоединения вала подшипниковой камеры к короткому валу, содержащая упорную ступицу, которая присоединена к короткому валу и к валу подшипниковой камеры, и зажимной фитинг, присоединенный к упорной ступице, причем вал подшипниковой камеры содержит ступичный участок, на котором установлена упорная ступица, и заплечик, в который она упирается для передачи осевого усилия через соединительную муфту к валу подшипниковой камеры.

9. Соединительная муфта по п. 8, в которой упорная ступица содержит втулку, установленную на ступичном участке вала подшипниковой камеры, и соединительный фланец, присоединенный к втулке.

10. Соединительная муфта по п. 9, в которой зажимной фитинг окружает наружную часть втулки.

11. Соединительная муфта по п. 10, в которой зажимной фитинг прикладывает сжимающее усилие к втулке для прикрепления упорной ступицы к валу подшипниковой камеры.

12. Соединительная муфта по п. 11, в которой зажимной фитинг является обжимной шайбой.

13. Соединительная муфта по п. 11, в которой зажимной фитинг содержит первое наружное кольцо, второе наружное кольцо и внутреннее кольцо, которое уменьшается в диаметре при сближении первого и второго наружных колец.

14. Соединительная муфта по п. 13, в которой короткий вал содержит ступицу, прикрепленную к соединительному фланцу упорной ступицы.

15. Соединительная муфта для присоединения первого вала ко второму валу, содержащая:

первую ступицу, содержащую втулку, установленную на участке первого вала, и соединительный фланец, присоединенный к втулке,

зажимной фитинг, установленный на втулке для приложения сжимающего усилия к втулке и первому валу, и

вторую ступицу, присоединенную ко второму валу и к первой ступице, причем

первый вал содержит ступичный участок, на котором установлена первая ступица, и заплечик, в который она упирается для передачи осевого усилия через соединительную муфту к первому валу.

16. Соединительная муфта по п. 15, в которой вторая ступица присоединена ко второму валу с предотвращением отсоединения.

17. Соединительная муфта по п. 15, в которой первая ступица присоединена к первому валу с возможностью отсоединения.

18. Соединительная муфта по п. 16, в которой зажимной фитинг содержит первое наружное кольцо, второе наружное кольцо и внутреннее кольцо, которое уменьшается в диаметре при сближении первого наружного кольца и второго наружного кольца.