Устройство для разгрузки вала от осевых сил Советский патент 1988 года по МПК F04D15/02 F04D29/04 

Фиг. 1

Изобретение относится к насосо- строению и может быть использовано в центробежных насосах.

Цель изобретения - повышение надежности путем расширения диапазона регулирования степени конфузорности торцовой дросселирующей щели и снижения динамических осевых колебаний ротора.

На фиг.1 изображено устройство для разгрузки вала от осевых сил с кольцевой канавкой, выполненной на торцовой поверхности пяты, продольны разрез; на фиг.2 - то же, с кольцево канавкой, выполненной на торцовой поверхности разгрузочного диска; на фиг.З - то же, с кольцевым выступом на торцовой поверхности диска, расположенным напротив кольцевой канавки, сообщенной с каналами; на фиг.4- то же, с кольцевым выступом на торцовой поверхности пяты, расположенны напротив кольцевой канавки, выполненной в диске, и при выполнении каналов в выступе; на фиг.З - то же, с противолежащими кольцевыми канавками и выступами, выполненными по периферии торцовых поверхностей пяты и диска, при расположении на дисках нескольких выступов, .размешенных напротив нескольких канавок, сообщенных с каналами; на фиг, 6 - то же, с противолежаии ми кольцевыми канавками и выступами, выполненными по периферии торцовых поверхностей пяты и диска при расположении на пяте нескольких выступов с выполненными в них каналами, а на диске - нескольких канавок, размещенных напротив кана- лоп; на фиг. 7 - то же, в процессе восстановления нормального режима работы; на фиг.8 - геометрическая схема торцового дросселирующег о зазора с кольцевыми выступами и канавками трапецеидального сечения.

Устройство для разгрузки вала от осевых сил содержит укрепленный на валу 1 разгрузочный диск 2 и установленную в корпусе 3 пяту 4 с радиальным участком 5, образующим с разгрузочным диском 2 кольцевую камеру 6, сообщающуюся с полостью нагнетания каналом 7, и торцовую дросселирующую щель 8. Радиальный участок 5 пяты 4 выполнен консольным и имеет на внутренней цилиндрической поверхности уплотнительный элемент 9, контактирующий с корпусом 3, а между пятой

0

20

If

4 и корпусом 3 образована полость 10, отделенная от кольцевой камеры 6 указанным уплотнительным элементом 9.

Полость 10 г щpaвличecки сообщена с периферией торцовой дросселирующей щели 8, образованной торцовыми поверхностями пяты 4 и разгрузочного диска 2, посредством каналов 11, выполненных в пяте 4 (фиг.1-6). На торцовой поверхности пяты 4 могут быть выполнены одна (фиг.1) или несколько (фиг.З) кольцевых канавок

12,сообщенных с каналами 11,

На торцовой поперхности разгрузочного диска 2 -.)гут быть выполнены одна (фиг.2) или несколько (фиг.6) кольцевых канавок 13, расположенных напротив каналов 11. Торцовая поверхность разгрузочного диска 2 может быть снабжена одним (фиг.З) или несколькими (фиг.З) кольцевыми выступами 14, расположенными напротив кольцевых

25 канавок 12, сообщенных с каналами 11.

Торцовая поверхность пяты 4 может быть снабжена одним (фиг.4) или несколькими выступами 15, расположенными напротив кольцевых канавок 13,

30 выполненных в диске 2. Каналы 11 выполнены в выступах 15. По периферии торцовых поверхностей пяты 4 и диска 2 выполнены противолежащие дополни- кольцевые канавки 16 и выс21: тупы 17 (фиг.З и 6). Все канавки 12,

13,16 и выступы 14, 13, 17 выполнены трапецеидального сечения (фиг.1-6).

Устройство для разгрузки вала от осевых сил работает следующим обра40 зом.

При нормальном режиме работы жидкость из полости нагнетания насоса но каналу 7 поступает в кольцевую камеру 6 и далее, через торцовую

45 дросселирующую щель 8, на слив. Осевая сила уравновещивается силой давления жидкости на разгрузочный диск 2, отгибающей его в сторону от пяты 4. В кольцевой камере 6 давление жидкости устанавливается меньшим, чем в полости нагнетания насоса, из-за дросселирования в канале 7.

В полости 10 находится жидкость под давлением, равным давлению текущей через торцовую дросселирующую щель В жидкости в месте сообщения ее с отверстиями 11. Разность давлений в кольцевой камере бив полости 10 изгибает радиальный участок 5 пя50

ты 4 внутрь полости 10, компенсируя этим отгиб разгрузочного диска 2 от давления жидкости, т.е. устраняя диффузорность торцовой дросселирую- щей щели, образующуюся из-за отгиба разгрузочного диска 2, что повышает степень использования поверхности диска 2. Вместе с тем сохраняется возможность производить притирку параллельных в нерабочем состоянии поверхностей пяты 4 и диска 2.

При нерасчетном режиме работы увеличивающееся в кольцевой камере 6 давление жидкости отгибает ради- альный участок 5 пяты 4 внутрь полости 10, устраняя контакт его с разгрузочным диском 2, и вытесняет жидкость из полости 10 через каналы 11 в торцовую дросселирующую щель 8 под давлением. Это давление практически несжимаемой жидкости действуе на разгрузочный диск 2, отгибая его в сторону от пяты 4, и развивает дополнительное усилие, уравновешивая нерасчетную осевую силу и устраняя непосредственный контакт пяты 4 и разгрузочного диска 2 по их периферии, т.е. нерасчетная осевая сила приводит к упругому отгибу разгрузоч ного диска 2 без контакта его с пятой 4, что обеспечивает гашение возможных гидроударов.

Перетекающая из полости 10 в торцовую дросселирующую щель 8 и далее на слив жидкость, а также жидкость из кольцевой камеры 6 дросселируется в образовавшемся зазоре между пятой 4 и разгрузочным диском 2, поглощая энергию увеличивающегося давления, и обеспечивая возможность увеличения изгиба радиального участка 5 пяты 4 до величины, ограничиваемой только его собственной упругостью.

Таким образом, широкий диапазон изменения конфузорности торцовой дросселирующей щели 8, а следовательно, степени использования поверхност разгрузочного диска 2 и его уравновешивающей силы обеспечивает уравно- вешивание переменной осевой силы при неизменном относительно корпуса 3 положении вала 1 насоса, дросселирование вытесняемой из полости.10 жидкости и жидкости, перетекающей из кольцевой камеры 6, демпфирует колебания давления жидкости, а упругий отгиб разгрузочного диска 2 гасит возможные гидроудары. Торцовая

дросселирующая щель В дополнительно служит демпфирующим каналом, а разгрузочный диск 2 - компенсатором гидроударов. Устройство наряду с уравновешиванием осевой силы насоса выполняет функции демпфирования энергии колебаний давления жидкости в насосе, уменьшая динамические осевые колебания вала насоса, и компенсатора гидроудара в насосе, защищая детали устройства и насоса от повреждений.

Полость 10 заполняется жидкостью из то рцовой дросселирующей щели 8, а значит, восстановление нормального положения радиального участка 5 пяты

4возможно только после раскрытия торцовой дросселирующей щели 8 и восстановления этим уравновешивающей силы разгрузочного диска 2, так как жидкость имеет большую прочность на разрыв, а полость 10 герметична.

Для уменьшения влияния на демпфирующие свойства торцовой дросселирующей щели 8, образующейся конфузорности ее и увеличения отгиба разгрузочного диска 2 на нерасчетном режиме соединение полости 10 с торцовой дросселирующей щелью 8 выполнено на ее периферии, где абсолютная величина изгиба пяты 4 мала и минимальна жесткость разгрузочного диска 2 на изгиб

При нерасчетном или аварийном режиме работы возможно запирание торцовой дросселирующей щели 8. При этом прекращается течение жидкости через нее из кольцевой камеры 6. Давление в кольцевой камере сравнивается с давлением в полости нагнетания насоса. Это давление передается в результате изгиба радиального участка

5пяты 4 к жидкости в полости 10 и далее, через отверстия 11 и канавки 12 или 13 - на диск 2 (фиг.7). Вследствие очень малой степени сжимаемости жидкости давление в полости 10 достигает максимально возможной величины при незначительной деформации радиального участка 5 пяты 4 и за короткий период времени. о

Давление жидкости в кольцевых канавках 12 и 13 развивает усилие, действующее на разгрузочный диск 2, отгибая его в сторону от пяты 4 и уравновешивая нерасчетную осевую силу, устраняя этим непосредственный контакт разгрузочного диска 2 и пяты 4. Жидкость при этом перетекает из

5

замкнуто полости 10 через отверстия 11, кольцевые канавки 12 ил 13 и 4GI1C3 участок торцопо/ Д1юссе: ирую- щей щели 8 на слив, обеспечивая возможность участ а 5 пяты 4 1 унеличе ие ко1 фузорност торцово дросселирующей цели 8. Из- радиального участка 5 пять 4 поддерживает давление ж адкости в канавках 12 и 13. Разгру- зочньп диск 2 пр ЭТОМ находится на определенном расстоянии S от пяты

1370309 6

разгрузоч 1ого диска 2 в зависимости от колебаний давления жидкости, демп- фир(зиан(е энерг И колебаний давле 1ия жидкости и гашение гидроударов в насосе, что повьплает надежность работь устройства, 1озволяя выполнить рабочий зазор в торцовой дросселирую дей щели 8 минимальным и СНИЗРГТЬ этим расход жидкости.,

to

Формула изобретения

Формула изобретения

Изобретение может быть использовано в центробежных насосах и позволяет повысить надежность устройства путем расширения диапазона регулирования степени конфузорности торцовой дросселирующей щели и снижения динамических осевых колебаний ротора. Торцовая дросселирующая щель 8 образована торцовыми поверхностями (ТП) пяты и разгрузочного диска 2. Полость / 12 В 10 между пятой и корпусом 3 гидравлически сообщена с периферией щели 8 посредством каналов 11, выполненных в пяте. На ТП пяты могут быть выполнены одна или несколько кольцевых канавок 12,сообщенных с каналами 11. На ТП диска могут быть выполнены одна или несколько кольцевых канавок, расположенных напротив каналов 11. Тлкое выполнение устройства обеспечивает компенсацию отгиба диска 2 на нормальном режиме работы при-параллельных поверхностях пяты и диска в нерабочем состоянии, автоматическое регулирование уравновешивающей силы диска 2 в зависимости от колебаний давления жидкости, демпфирование энергии колебаний давления жидкости и гашение гидроударов в насосе, что повышает надежность работы устройства, позволяя выполнить рабочий зазор в щели 8 минимальным и снизить этим расход жидкости через устройство. 7 з.п. ф-лы, 8 ил. I (Л оо о со N)

ческое сопротивление участка щели 8 (фиг.В).

Гидравлическое сопротивление определяется расстоянием h по нормали к боковым поверхностям кольцевых канавки 12 (13) и выступа 14 (15), При этом расстоя 1ие между разгрузочнь м донском 2 и 1ятой 4 на участке от кольцевой камеры 6 до кольцевых ка- 12 (13) и выступа 14 (15) будет больше, пропорционально углу между нлоскостью торцовой дроссели- рующе 8 и боковой поверхностью канавки 12 (13) и выступа 14 (15), что способствует распространению давления из кольцевой камеры 6 в торцовую дросселирующую щель 8.

Вследствие увеличивающейся кон- фузорности дроссел рующей щели 8 давле 1ие жидкост -, находящейся в кольцевой камере 6, распространяясь к. пер1 ферии разгрузочного диска 2, создает дополнительную силу, урав- нонешивающую осевую i восстанавливающую нормальное раскрытие торцовой дросселирующей щели и нормальную работу устройства (фиг.З). После раскрытия торцовой дросселирующей щели 8 конфузорность ее уменьщается заполнением полости 10 жидкостью из торцовой дросселирующей щели 8 через отверстия 1 1 .

При возможном гидроударе в насосе ударное давление снижается- в результате указан} ого упругим отгибом участка 5 пяты 4 и разгрузочного диска 2, поглощающим энергию удара.

Предлагаемое устройство обеспеч - вает компенсацию отгиба разгрузочног диска 2 на нормальном режиме работь пр иараллель ых поверх шстях пяты 4 и разгрузочного диска 2, образую ци торцовую дроссе;н1рующу о щель 8 в нерабочем состоянии, автоматическое регулирование уравнове пиваю1цей силы

выступом, расположенным папрот 1в кольцевой канавки, сообще1 Ной с каналами.

пом, расположенным напротив кольцевой канавки, выполненной в диске, каналы выполнены в выступе.

13

Фиг. 2

513

фиг.З

1C 7 1S/ 12

1

Фиг.

/J

8

Фиг.в

lii

фиг. 7

Фиг.8