RU206908U1

RU206908U1 - Радиальное щелевое уплотнение центробежного колеса насоса

Info

Publication number: RU206908U1
Application number: RU2020136532U
Authority: RU
Inventors: Сергей Георгиевич Валюхов; Александр Григорьевич Давыденко; Сергей Владимирович Ярославцев
Original assignee: Акционерное общество (АО) "Турбонасос"
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Полезная модель относится к радиальным щелевым уплотнениям, в частности к уплотнениям рабочих колес центробежных насосов, имеющих колеса с бандажом на покрывном диске с протяженностью 30…60 мм и более, и может быть использована в различных отраслях техники, например, в нефтяной и химической промышленности для уменьшения вибраций в насосах с центробежными колесами с одно- и/или двухсторонним входом.Радиальное щелевое уплотнение центробежного колеса 1 с кольцевым бандажом 2 образовано цилиндрической поверхностью отверстия 3 в детали (кольце) 4 корпуса 5 центробежного насоса и поверхностью 6 бандажа 2, разделяемыми зазором Z уплотнения.Охватываемая поверхность 6 бандажа 2 выполнена профилированной таким образом, что на протяжении L1, составляющем 0,1…0,4 от общей протяженности L2зазора Z уплотнения, бандаж 2 образован цилиндрической поверхностью, переходящей в поверхность вращения с плавно уменьшающимся диаметром в направлении от детали 4 корпуса 5.Для более эффективного снижения уровня вибраций, вызываемых радиальным щелевым уплотнением центробежного колеса 1 насоса, наружная поверхность 6 бандажа 2 с плавно уменьшающимся диаметром выполнена конической, а угол α1между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа составляет (1…3)°.Использование полезной модели обеспечивает достижение следующего технического результата - снижение уровня вибраций, вызываемых щелевым уплотнением. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Полезная модель относится к радиальным щелевым уплотнениям, в частности к уплотнениям рабочих колес центробежных насосов, имеющих колеса с бандажом на покрывном диске с протяженностью (30…60) мм и более, и может быть использована в различных отраслях техники, например, в нефтяной и химической промышленности для уменьшения вибраций в насосах с центробежными колесами с одно- и/или двухсторонним входом.

Известен центробежный насос, содержащий корпус с крышкой, образующий горизонтальный разъем в плоскости, параллельной оси ротора (вала, в котором размещено рабочее колесо насоса с двусторонним входом, имеющее покрывные диски с бандажами (с двух сторон), образует радиальные щелевые зазоры, то есть щелевые уплотнения, разделяющие полость высокого давления в насосе (за колесом) и полость низкого давления перед колесом [Малюшенко В.В. «Динамические насосы», Атлас, - М., Машиностроение, 1984, лист 32, рис. 91 - Насос предвключенный ПД650/180].

Таким образом, кольцевой зазор в уплотнении при изготовлении поверхности бандажа на покрывном диске в виде цилиндра и поверхности отверстия в детали корпуса (кольце) образует уплотнительный зазор с постоянной по длине бандажа площадью проходного сечения [Марцинковский В.А. «Бесконтактные уплотнения роторных машин», М., Машиностроение, 1980, с. 78]. На стр. 78 отмечено, что щелевые уплотнения влияют на вибрации ротора и «…даже при малейших диффузорностях (см. строки 21…25, считая снизу)» возникают силы, увеличивающие прогиб ротора, что в свою очередь ухудшает его (ротора) вибрационное состояние.

В этой же книге (на стр. 78, см. строки 17…19 считая снизу) отмечено, что диффузорность в уплотнениях может возникать из-за деформации уплотнительных колец и входной воронки бандажа колеса.

Опыт проектирования, изготовления, испытания насосов со щелевыми уплотнениями, образованными двумя концентричными цилиндрическими поверхностями, из которых одна цилиндрическая поверхность - поверхность детали корпуса (а именно кольца, установленного в корпусе), а вторая цилиндрическая поверхность - поверхность бандажа показывает, что обеспечить достаточную жесткость элементов, предотвращающую появление диффузорности не представляется возможным.

Таким образом, радиальное щелевое уплотнение рабочего колеса, образованное цилиндрической поверхностью отверстия в детали корпуса и цилиндрической поверхностью бандажа на колесе, имеет склонность к возникновению вибраций.

Целью полезной модели является уменьшение уровня вибраций, вызываемых щелевыми уплотнениями.

Поставленная цель достигается тем, что в радиальном щелевом уплотнении центробежного колеса насоса, образованном цилиндрической поверхностью отверстия в детали корпуса и поверхностью бандажа колеса, разделяемыми зазором уплотнения, согласно полезной модели охватываемая поверхность бандажа выполнена профилированной таким образом, что на протяжении 0,1…0,4 от общей протяженности зазора уплотнения бандаж образован цилиндрической поверхностью, переходящей в поверхность вращения с плавно уменьшающимся диаметром в направлении от детали корпуса.

Для более эффективного снижения уровня вибраций, вызываемых радиальным щелевым уплотнением центробежного колеса насоса, поверхность бандажа с плавно уменьшающимся диаметром выполнена конической, а угол между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа равен (1…3)°.

Полезная модель иллюстрирована чертежами

Фиг. 1 - продольный разрез щелевого уплотнения рабочего колеса центробежного насоса;

Фиг. 2 - схема деформации бандажа рабочего колеса;

Фиг. 3 - схема уплотнения с перекошенной деталью корпуса при деформации ее вместе с корпусом.

Перечень позиций и обозначений на чертежах:

1 - центробежное колесо;

2 - бандаж колеса;

3 - цилиндрическое отверстие в детали корпуса;

4 - деталь корпуса;

5 - корпус;

6 - наружная поверхность бандажа;

α₁ - угол между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа;

α₂ - угол конфузорной части щелевого зазора;

Z- зазор в щелевом уплотнении;

П₁ - полость с высоким давлением;

П₂ - полость с низким давлением;

L₁ - протяженность (длина) цилиндрического участка бандажа;

L₂ - полная протяженность бандажа;

а, б - точки, в которых определяются деформации бандажа;

ΔR_a - радиальное увеличение диаметра бандажа в точке а;

ΔR_б - радиальное увеличение диаметра бандажа в точке б;

γ₁, γ₂ - углы перекоса детали корпуса при его деформации.

Радиальное щелевое уплотнение центробежного колеса 1 с кольцевым бандажом 2 образовано цилиндрической поверхностью отверстия 3 в детали (кольце) 4 корпуса 5 центробежного насоса и поверхностью 6 бандажа 2, разделяемыми зазором Z уплотнения.

Охватываемая поверхность 6 бандажа 2 выполнена профилированной таким образом, что на протяжении L₁, составляющем 0,1…0,4 от общей протяженности L₂ зазора Z уплотнения, бандаж 2 образован цилиндрической поверхностью, переходящей в поверхность вращения с плавно уменьшающимся диаметром в направлении от детали 4 корпуса 5.

Для более эффективного снижения уровня вибраций, вызываемых радиальным щелевым уплотнением центробежного колеса 1 насоса, наружная поверхность 6 бандажа 2 с плавно уменьшающимся диаметром выполнена конической, а угол α₁ между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа составляет (1…)3°.

Величина угла α₁ конусности наружной поверхности бандажа 2 определяется расчетным путем с учетом следующих факторов.

1. Деформации бандажа 2 (см. Фиг. 2) от действия центробежных сил на колесо в плоскостях щелевого зазора Z, проходящих через точки а и б. Расчеты показывают, что увеличение диаметров бандажа 2 в этих плоскостях различаются. В плоскости, проходящей через точку 6, диаметр увеличивается больше (величина ΔR_б), чем в плоскости, проходящей через точку а (величина ΔR_a). Схематично картина деформаций бандажа 2 изображена на Фиг, 2. Разница величин деформации ΔR_a, и ΔR_б (в долях миллиметра) качественно зависит от частоты вращения колеса, от геометрической формы элементов и материала бандажа 2.

2. Деформации бандажа 2 под действием гидродинамических сил в зазоре Z.

3. Деформации детали 4 и корпуса 5 насоса на углы γ₁ и γ₂ под действием давлений в полостях высокого и низкого давления (П₁ и П₂, соответственно). Эту деформацию определить практически невозможно, поэтому угол конусности α₁подбирается опытно-экспериментальным путем.

На участке L₁=0,1…0,4 L₂ щель образована цилиндрической поверхностью бандажа 2 и цилиндрической поверхностью отверстия 3 в детали 4 корпуса 5, и этот «просвет» щели имеет наименьшую площадь проходного сечения - то есть зазор в уплотнении является конфузорным с углом конфузорности α₂.

Таким образом, предлагаемое щелевое уплотнение обладает меньшей склонностью к появлению повышенных вибраций по сравнению с известным щелевым уплотнением.

Величина возможных углов перекоса γ₁ и γ₂ (см. Фиг. 3) детали 4 корпуса 5 также должна быть учтена при назначении угла α₁ между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа 2. По экспериментальным данным α₁ составляет (1…3)° в зависимости от конфигурации корпуса 5, частоты вращения колеса 1, и выбирается по результатам отработки уплотнения в составе конкретного насоса.

Использование полезной модели обеспечивает достижение следующего технического результата - снижение уровня вибраций, вызываемых щелевым уплотнением.

Claims

1. Радиальное щелевое уплотнение центробежного колеса насоса, образованное цилиндрической поверхностью отверстия в детали корпуса и поверхностью бандажа колеса, разделяемыми зазором уплотнения, отличающееся тем, что охватываемая поверхность бандажа выполнена профилированной таким образом, что на протяжении 0,1…0,4 от общей протяженности зазора уплотнения бандаж образован цилиндрической поверхностью, переходящей в поверхность вращения с плавно уменьшающимся диаметром в направлении от детали корпуса.

2. Радиальное щелевое уплотнение центробежного колеса насоса по п. 1, отличающееся тем, что поверхность бандажа с плавно уменьшающимся диаметром выполнена конической.

3. Радиальное щелевое уплотнение центробежного колеса насоса по п. 2, отличающееся тем, что угол между образующими цилиндрической и конической поверхностями бандажа равен (1…3),°.