EA029911B1

EA029911B1 - Узел крепления рабочего колеса на валу

Info

Publication number: EA029911B1
Application number: EA201500395A
Authority: EA
Inventors: Сергей Георгиевич Валюхов; Александр Григорьевич Давыденко
Original assignee: Открытое акционерное общество (ОАО) "Турбонасос"
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2018-05-31
Also published as: EA201500395A1

Abstract

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в конструкциях центробежных длительно или непрерывно работающих насосов, а именно к узлам крепления рабочих колес на валу, к которым предъявляются высокие требования по вибрации и надежности работы, например, к узлам крепления рабочих колес нефтяных магистральных насосов. Ступица 1 колеса насоса выполнена с центральным отверстием 2, внутри которого установлен вал 3. На торце Tступицы 1 заодно целое с ней выполнен кольцевой выступ 4, причем выступов может быть либо один, либо два - по одному выступу на каждом из торцев Tи Т. Выступ 4 выполнен тонкостенным, порядка 3 ... 5 мм, для того, чтобы вследствие обжатия его кольцом 7 внутренняя поверхность 5 выступа прижималась к валу 3 и плотно "сидела" на валу. Для увеличения податливости выступа при меньшем натяге в нем могут быть выполнены пазы 9. Для монтажа ступицы 1 колеса на валу 3 кольцо 7 нагревают до 100 ... 150°С и устанавливают на наружной поверхности 6 или 8 тонкостенного выступа 4. После остывания кольцо 7 сжимается и сжимает тонкостенный выступ 4 (или части этого выступа, расположенные между пазами 9, прижимая его к валу 3). Благодаря этому растягивающие усилия возникают только в кольце 7, но не в отверстии 2 ступицы 1. Таким образом, прочность ступицы 1 не уменьшается, а габариты всего узла крепления минимальны. Использование изобретения позволяет существенно повысить надежность узла крепления рабочего колеса на валу насоса.

Description

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в конструкциях центробежных длительно или непрерывно работающих насосов, а именно к узлам крепления рабочих колес на валу, к которым предъявляются высокие требования по вибрации и надежности работы, например, к узлам крепления рабочих колес нефтяных магистральных насосов. Ступица 1 колеса насоса выполнена с центральным отверстием 2, внутри которого установлен вал 3. На торце Τι ступицы 1 заодно целое с ней выполнен кольцевой выступ 4, причем выступов может быть либо один, либо два - по одному выступу на каждом из торцев Τι и Т₂. Выступ 4 выполнен тонкостенным, порядка 3 ... 5 мм, для того, чтобы вследствие обжатия его кольцом 7 внутренняя поверхность 5 выступа прижималась к валу 3 и плотно "сидела" на валу. Для увеличения податливости выступа при меньшем натяге в нем могут быть выполнены пазы 9. Для монтажа ступицы 1 колеса на валу 3 кольцо 7 нагревают до 100 ... 150°С и устанавливают на наружной поверхности 6 или 8 тонкостенного выступа 4. После остывания кольцо 7 сжимается и сжимает тонкостенный выступ 4 (или части этого выступа, расположенные между пазами 9, прижимая его к валу 3). Благодаря этому растягивающие усилия возникают только в кольце 7, но не в отверстии 2 ступицы 1. Таким образом, прочность ступицы 1 не уменьшается, а габариты всего узла крепления минимальны. Использование изобретения позволяет существенно повысить надежность узла крепления рабочего колеса на валу насоса.

029911 Β1

029911

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в конструкциях центробежных длительно или непрерывно работающих насосов, а именно к узлам крепления рабочих колес на валу, к которым предъявляются высокие требования по вибрации и надежности работы, например, к узлам крепления рабочих колес нефтяных магистральных насосов.

Для уменьшения вероятности смещения центра масс деталей ротора относительно оси вращения вала в пределах реального зазора между ступицей рабочего колеса и валом применяют нагрев колеса и посадку его на вал с натягом, что в ряде случаев затруднительно, так как колесо является массивной деталью и монтаж нагретого колеса небезопасен для обслуживающего персонала.

При этом демонтаж рабочего колеса, установленного с натягом на валу, также представляется затруднительным, так как для этого необходимо предусматривать использование специальных захватов, съемников и т.п.

Главным недостатком варианта посадки рабочих колес на вал с натягом является то, что натяг по внутреннему диаметру растягивает посадочное отверстие в ступице колеса, что может привести к появлению трещин в ступице и разрыву колеса, являющемуся весьма сложной и дорогостоящей деталью насоса.

Аналогичный недостаток имеется в конструкциях насосов, где установка колеса обеспечивается за счет натяга при выполнении в отверстии ступицы колеса конического отверстия и конического участка на валу насоса [Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Книга

2. Под ред. Н.П. Учаева - М.: Машиностроение, 1988. Стр.297, рис. 631 "а"].

В качестве прототипа выбран узел крепления рабочего колеса на валу, в котором между центральным отверстием ступицы колеса и поверхностью вала установлен разжимной элемент, обеспечивающий за счет стягивания деталей разжимного элемента создание усилия фрикционной фиксации ступицы на валу [патент РФ № 2484305 "Магистральный нефтяной электронасосный агрегат и способ улучшения характеристик агрегата", МПК Ρ04Ό 13/00, Ρ04Ό 29/62].

Основным недостатком известного узла крепления является то, что натяг по внутреннему диаметру растягивает посадочное отверстие ступицы колеса и может привести к появлению трещин в ступице и разрыву колеса, являющемуся весьма сложной и дорогостоящей деталью насоса.

Другим недостатком известного устройства является сложность его конструкции и изготовления изза значительного количества деталей (винтов, колец и пр., служащих для создания натяга между отверстием в ступице колеса и валом). Еще один существенный недостаток известного устройства - это необходимость дополнительного увеличения наружного диаметра ступицы, что требует увеличения толщины стенки ступицы, и увеличения ее диаметра, а также приводит в целом к увеличению габаритов проточной части насоса. Последнее обстоятельство ухудшает как прочностные свойства рабочего колеса, так и его гидравлические и габаритно-массовые характеристики. Все это в целом снижает надежность узла крепления рабочего колеса на валу насоса.

Целью изобретения является повышение надежности узла крепления рабочего колеса на валу насоса.

Поставленная цель достигается тем, что в узле крепления рабочего колеса на валу, содержащем ступицу рабочего колеса с торцем, и центральным отверстием, внутри которого размещен вал с элементами крепления колеса на валу, согласно изобретению, по меньшей мере на одном торце ступицы заодно целое со ступицей выполнен тонкостенный кольцевой выступ с внутренней и наружной кольцевыми поверхностями, внутренняя из которых охватывает вал, а элемент крепления колеса на валу выполнен в виде кольца с натягом установленного на наружной поверхности выступа.

С целью создания натяга при установке кольца без нагревания последнего наружная поверхность выступа и обращенная к ней поверхность кольца, выполнены коническими.

При этом для улучшения прижатия к валу на выступе может быть выполнено по меньшей мере два

паза.

Для упрощения монтажа кольца и последующего демонтажа на наружной поверхности кольцевого выступа выполнена резьба, на которой смонтирована кольцевая гайка с внутренней резьбой, взаимодействующей с резьбой кольцевого выступа.

С целью повышения технологичности изготовления гайка и кольцо выполнены в виде одной детали.

Для упрощения монтажа в кольце выполнены отверстия, в которых размещены резьбовые изделия, например, болты, расположенные параллельно оси вала для перемещения кольца к торцу ступицы.

С целью упрощения изготовления наружная поверхность выступа может быть выполнена цилиндрической.

На наружной поверхности кольца может быть выполнена резьба для демонтажа кольца и снятия натяга.

Полезная модель иллюстрирована чертежами, где

фиг. 1 - продольный разрез вала насоса с рабочим колесом и элементами его крепления, фиг. 2 и 3 - варианты крепления кольца.

- 1 029911

Перечень позиций и обозначений на чертежах

1 - ступица рабочего колеса;

2 - центральное отверстие ступицы;

3 - вал насоса;

4 - выступ рабочего колеса насоса;

5, 6 - цилиндрические поверхности выступа рабочего колеса;

7 - кольцо;

8 - коническая поверхность выступа 4 рабочего колеса;

9 - паз;

10 - резьба на кольце 7;

11 - резьба на кольцевом выступе 4 рабочего колеса;

12 - болт;

13 - отверстие в кольце 7;

Τι, Т₂ - торцы ступицы 1 рабочего колеса.

Ступица 1 рабочего колеса насоса выполнена с центральным отверстием 2, внутри которого с малым диаметральным зазором установлен вал 3 насоса.

На торце Τ₁ ступицы 1 рабочего колеса насоса заодно целое с ней выполнен кольцевой выступ 4, которых может быть один или два - по одному выступу 4 на каждом из торцев Τ₁ и Т₂ (см. фиг. 1). Выступ слева (на торце Τ₁) образован двумя цилиндрическими поверхностями: внутренней поверхностью 5, обращенной к валу 3, и наружной поверхностью 6.

На наружной поверхности 6 кольцевого выступа 4 с натягом установлено кольцо 7.

На фиг. 1 (справа со стороны торца Т2) изображен вариант исполнения, в котором внутренняя поверхность 5 выступа, обращенная к валу, выполнена цилиндрической, а наружная поверхность 8 выступа выполнена конической. Конической выполнена (справа на фиг. 1) и обращенная к выступу 4 поверхность кольца 7.

Выступ 4 выполнен тонкостенным (порядка 3 ... 5 мм) для того, чтобы вследствие обжатия его кольцом 7 внутренняя поверхность 5 выступа прижималась к валу 3 и плотно "сидела" на валу. Для увеличения податливости выступа при меньшем натяге в нем могут быть выполнены пазы 9.

Натяг может быть создан также путем выполнения кольца 7 в виде гайки с внутренней резьбой и выполнения резьбы 11 на кольцевом выступе, когда кольцо 7 "наползает" по конической поверхности 8 выступа (см. фиг. 2) или за счет ввинчивания в ступицу 1 болтов 12, установленных в отверстиях кольца 7 (см. фиг. 3).

Резьба 10 выполняется на наружной поверхности кольца 7 для демонтажа.

Для монтажа ступицы 1 колеса на валу 3 кольцо 7 нагревают до 100 ... 150°С (эта деталь в тысячи раз меньше по массе и в разы меньше по габаритам, чем рабочее колесо) и устанавливают на наружной поверхности 6 или 8 тонкостенного выступа 4. После остывания кольцо 7 сжимается и сжимает тонкостенный выступ 4 (или части этого выступа, расположенные между пазами 9, прижимая его к валу). Таким образом, растягивающие усилия возникают только в кольце 7, но не в отверстии ступицы 1. Таким образом, прочность ступицы 1 не уменьшается, а габариты всего узла будут минимальными.

Для демонтажа кольца 7 используется резьба 10 на его наружном диаметре, на которую навинчивается съемник (не показан).

Если на внутренней поверхности кольца 7 и обращенной к ней поверхности кольцевого выступа 4 выполнить конические поверхности 8, то снятие кольца 7 с наружной резьбой 10 еще более упрощается.

Следует отметить, что кольцо 7 - это небольшая и простая деталь, что также упрощает и удешевляет всю конструкцию насоса в целом. При этом кольцо 7 может поставляться как запасная деталь к насосу.

Так как элементы крепления в виде кольца 7 сжимают кольцевой выступ 4, то в ступице 1 рабочего колеса насоса отсутствуют напряжения растяжения, что не ослабляет его прочность. При этом расположение элементов крепления на торце ступицы 1 не требует увеличения диаметра отверстия 2 ступицы 1, что также повышает надежность конструкции узла крепления рабочего колеса на валу.

Использование изобретения позволяет существенно повысить надежность узла крепления рабочего колеса на валу.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Узел крепления рабочего колеса на валу, содержащий ступицу рабочего колеса с торцем и центральным отверстием, внутри которого размещен вал с элементами крепления колеса на валу, отличающийся тем, что по меньшей мере на одном торце ступицы за одно целое со ступицей выполнен тонкостенный кольцевой выступ с внутренней и наружной кольцевыми поверхностями, внутренняя из которых охватывает вал, а элемент крепления колеса на валу выполнен в виде кольца, установленного с натягом на наружной поверхности выступа.
2. Узел крепления рабочего колеса на валу по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность

- 2 029911

выступа выполнена цилиндрической.
3. Узел крепления рабочего колеса на валу по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность выступа и обращенная к ней поверхность кольца выполнены коническими.
4. Узел крепления рабочего колеса на валу по п.1, отличающийся тем, что на выступе выполнено по меньшей мере два паза.
5. Узел крепления рабочего колеса на валу по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности кольцевого выступа выполнена резьба, на которой смонтирована кольцевая гайка с внутренней резьбой, взаимодействующей с резьбой кольцевого выступа.
6. Узел крепления рабочего колеса на валу по п.5, отличающийся тем, что гайка и кольцо выполнены в виде одной детали.
7. Узел крепления рабочего колеса на валу по п.3, отличающийся тем, что в кольце выполнены отверстия, в которых размещены резьбовые изделия в виде болтов, расположенных параллельно оси вала для перемещения кольца к торцу ступицы.