AXIÁLNÍ ZATÍŽENÍ NA OBĚŽNÉ KOLO ODSTŘEDIVÉHO ČERPADLA

Cílem tohoto článku je prezentovat materiály o nových technologických postupech pro výrobu oběžných kol odstředivých čerpadel s využitím přesného objemového ražení s vysokými ukazateli a kvalitou KIM a KNP a s nízkými ukazateli pracnosti.

Každá věda začíná klasifikací. Doposud existovalo několik klasifikací kol lopatkových strojů, plynových a hydraulických, založených na konstrukčních funkčních vlastnostech, kde se nezohledňují technologické vlastnosti výroby tohoto typu součásti. Je navržena klasifikace kol lopatkových strojů (tabulka 1), založená na technologickém prvku, tj. na způsobu výroby součásti.

Navrhovaná klasifikace se skládá ze dvou typů kol: typ 1 – uzavřený s krycím kotoučem, typ 2 – otevřený bez kotouče.

Podle konstrukčních prvků lze kola rozdělit na:

monowheels 1.1 a 2.1 – kotouč s lopatkami;

1.2 a 2.2 – monolitické;

1.3 a 2.3 – lisované a svařované z plechu;

Tabulka 1. Klasifikace oběžných kol lamelových hydraulických strojů (odstředivých čerpadel) podle technologického znaku

– přesné, metodou odlévání přes vytavitelný materiál

1.3. Lisováno a svařováno z plechu

Typ II (otevřený)

– přesné, metodou odlévání přes vytavitelný materiál

2.3. Lisováno a svařováno z plechu

Charakteristika metod

1. Monokoly 1.1 a 2.1, vyrobené mechanickým zpracováním, mají vysokou pracnost a nízký KIM (koeficient využití kovu) a KNP (koeficient neopracovaného povrchu) chybí, tj. je roven nule.

2. Litá kola 1.2 a 2.2 jsou v současnosti v čerpadlech nejpoužívanější, ale mají velkou hmotnost a nízkou úroveň kvality povrchu.

3. Lisovaná svařovaná montovaná kola 1.3 a 2.3 mají vysoké ukazatele KIM a KNP. Jedná se o progresivní metodu výroby pracovních kol hydraulických lopatkových strojů, kterou hojně používají zahraniční firmy vyrábějící čerpadla (Wilo, Grundfos atd.). To však vyžaduje použití velkého množství drahých lisovacích zařízení a montážních stolů.

4. Lisovaná a pájená kola 1.4 a 2.4 mají stejné technické a ekonomické ukazatele jako metody 1.3 a 2.3.

5. Navrhuje se zvážit technologický proces výroby oběžných kol hydraulických lopatkových strojů s využitím metod přesného objemového ražení – 2.5 mono-ražených kol. Ze všech metod uvažovaných v tabulce 1 se jedná o nejinovativnější technologický projekt v oblasti čerpadel, který se od ostatních odlišuje nízkou pracností, vysokými ukazateli KIM a KNP a kvalitou povrchu.

Jednorázově ražená oběžná kola jsou novým směrem v technologii výroby oběžných kol pro plynové a hydraulické lopatkové stroje, jehož novost spočívá v tom, že oběžná kola pro lopatkové stroje s hotovými funkčními plochami se vyrábějí z polotovaru jednoduchého tvaru, vyříznutého z tyče pomocí metod plastické deformace (vysokorychlostní nebo izotermické ražení) (obr. 1).

Obr. 1. Pracovní kola lopatkových strojů s opracovanými funkčními plochami.

Celolisovaná kola dle schématu „kotouč s lopatkami“ s vysoce kvalitními funkčními plochami připravenými po tvarování s drsností Ra 3,2, pro vibrační jemné obrábění, vibrační broušení, minimální tloušťka lopatek: 0,8 – 1,2 mm, což umožňuje výrazně snížit ztráty třením v čerpadle.

Jednolitá kola se vyrábějí z různých slitin na základě:

– hliník (AB, AMts, AMg, AK 4-1, AK 6, B 95 atd.);

– měď (Braz 9-4, L 62, L 63 atd.);

– titan (VT 1-0, VT 3-1, VT 6, VT 8 atd.);

– ocel (jakákoli konstrukční a nerezová ocel typu 12X18N9T).

Zdůvodnění použití otevřených kol při konstrukci odstředivých čerpadel

Lisovaná otevřená kola mají ve srovnání s litými uzavřenými koly nižší hmotnost. Při volbě přesné minimální vůle Z 0,2 – 0,5 mm (obr. 2) mezi tělesem odstředivého čerpadla a kolem se vytvoří „mezní vrstva“, která funguje jako krycí kotouč. Experimenty a dlouholetý provoz od roku 1988 několika tisíc odstředivých čerpadel značky CNL (odstředivé lineární čerpadlo) nebo KML (konzolové monoblokové lineární) potvrdily platnost tohoto řešení.

Obr. 2. Montážní vůle Z mezi kolem (1) a skříní (2) odstředivého čerpadla.

Obr. 3 znázorňuje skupinu jednorázově ražených čerpacích kol vyrobených z hliníkových slitin a ocelí.

Všechny elektrické čerpací jednotky CNL (KML) jsou vybaveny elektromotory pro všeobecné průmyslové použití typu AIR nebo AIS, verze 3081 (přírubové), nebo 2081 (patková příruba). Čerpadla CNL mohou být navíc vybavena elektromotory v nevýbušném provedení typu VZI, a také jedním

fázové elektromotory s kondenzátorovým rozběhem.

Obr. 3. Jednolitá kola odstředivých čerpadel.

Všechny elektrické čerpací jednotky typu CNL mohou být vybaveny frekvenčními měniči.

Čerpadla CNL mají kompaktní konstrukci s následujícími celkovými rozměry v instalačním provedení: do DN 80 – „čerpadlo na potrubí“; od DN 100 a dále – „trubky na čerpadle“, ale v obou případech nejsou základy pro čerpadlo nutné.

Čerpadla CNL/KML jsou analogy přírubových lineárních čerpadel se suchým rotorem od společností Wilo, Grundfos, KSB atd. Všechna čerpadla jsou vyrobena ze slitiny hliníku a litiny.

Řada inovativních konstrukčních a technologických řešení při vývoji čerpadel řady CNL (KML) je chráněna dvěma patenty:

1. Patent Ruské federace č. 2107193 ze dne 12.11.1993. Registrován dne 24.04.1998. „Způsob dodávky kapaliny a odstředivé čerpadlo pro jeho provedení“. Fink Yu. M., Vorobyov V. M. a kol.;

2. Patent Ruské federace č. 2107839 ze dne 06.08.1993. Registrován dne 27.04.1998. „Způsob dodávky kapaliny a odstředivé čerpadlo pro jeho provedení“. Fink Yu. M., Vorobyov V. M. a kol.

Čerpadla CNL jsou určena pro čerpání: horké a studené vody; chladicích kapalin, jako je nemrznoucí směs nebo ethylenglykol; minerálních a rostlinných olejů atd.

Závěry

Článek představuje materiály o vývoji nových inovativních technologických postupů pro výrobu oběžných kol lopatkových, hydraulických a plynových strojů s využitím schématu „kotouč s lopatkami“. Jednolitá kola mají vysoké technicko-ekonomické ukazatele. Spolehlivost získaných výsledků je prokázána zavedením nových technologických postupů do sériové výroby.

Vorobjov V.M., doktor technických věd, prof.

Když je čerpadlo v provozu, oběžné kolo je vystaveno axiálnímu hydraulickému tlaku, který má tendenci pohybovat hřídelí s namontovaným kolem ve směru opačném ke směru pohybu kapaliny vstupující do kola.

Tlak na sací straně v prstencovém prostoru je vždy menší než tlak na opačné straně kotouče oběžného kola (2.13). Pokud na pravé straně oběžného kola působí tlaková síla P2 na prstencovou plochu kotouče o poloměru r2 a rd, pak na levé straně je její působení omezeno prstencovou plochou o poloměru r3 a Rt. Z toho vyplývá, že síly celkového tlaku na oběžné kolo s jednostranným vstupem kapaliny vpravo a vlevo nejsou stejné.

Z vzorce () vyplývá, že axiální tlak směřuje zprava doleva (P2 > Px). V důsledku toho vzniká podél osy hřídele síla, která se snaží

Posuňte oběžné kolo směrem k sací straně. Velikost axiální síly je větší, čím větší je průměr vstupu a tím větší je tlakový rozdíl (р2 рг). Vzorec (2.81) je přibližný, protože nezohledňuje reaktivní tlak kapaliny při pohybu v oběžném kole, ke kterému dochází v důsledku změny směru proudění kapaliny z axiálního na radiální.

Axiální tlak v čerpadle, a to i na jednom kole, může být značný a u vícestupňových čerpadel vyžaduje odstranění axiální síly speciální zařízení. Axiální tlak posouvá oběžné kolo pevně upevněné na hřídeli čerpadla, což vede k zahřívání ložisek, a při značném posunutí rotoru čerpadla se oběžné kolo může dostat do kontaktu s pevnými stěnami skříně. To může způsobit oděr stěn oběžného kola a zvýšení spotřeby energie a v některých případech i poruchu čerpadla.

Axiální sílu lze odstranit nebo výrazně snížit následovně:

použití oběžného kola s dvojitým sáním; obtok kapaliny z dutiny zadní mezery disku do sacího hrdla. V tomto případě musí být plocha průřezu obtokového výtlačného potrubí alespoň 4krát větší než plocha mezery mezi těsněním oběžného kola a tělesem čerpadla. Ucpávka na výtlačné straně bude pod sacím tlakem;

vytvořením otvorů v pouzdře oběžného kola. Tato metoda snižuje účinnost čerpadla o 4-6 %, proto je vhodnější provádět odlehčení pomocí obtokového potrubí;

instalací radiálních žeber na disk zadního kola (metoda se široce používá při konstrukci kol pro kyseliny);

U vícestupňových čerpadel jsou axiální síly vyrovnávány následujícími způsoby: instalací kol v opačných směrech a odpovídajícím systémem pro přenos kapaliny z kola na kolo; použitím vyvažovacího kotouče (hydraulické paty) (2.14).

V tomto případě je rovnováhy rotoru dosaženo působením tlaku px v opačném směru než je axiální zatížení. Za tímto účelem je dutina před odlehčovacím kotoučem propojena systémem mezer, kterými je nevýznamná část čerpané kapaliny Qy2 odváděna do sacího potrubí. To umožňuje minimální rozběh rotoru v axiálním směru a odlehčení těsnění na výtlačné straně od působení vysokého tlaku.

Odstředivé čerpadla. Hlavní dělníci tělo odstředivý čerpadlo, se volně otáčí uvnitř pouzdra kolečko, namontovaný na hřídeli.
Axiální čerpadla. Práce kolečko axiální čerpadlo skládá se z pouzdra, na kterém je namontováno několik čepelí.

Odstředivé vertikálně čerpadla typ B (GOST 19740-74) konzolový, jednostupňový, s axiální přívod kapaliny pracovat kolečko jsou určeny pro čerpání vody a dalších čistých kapalin.

Vliv skutečné povahy pohybu tekutiny v pracovník kolo čerpadlo na hodnotě teoretického tlaku. V předchozích odstavcích byly uvažovány idealizovaná schémata pohybu kapaliny v mezilopatkových kanálech pracovní kola odstředivý и axiální.

Koncept ustáleného proudění proudění skrz pracovat kolečko odstředivý čerpadlo je založena hypotéza tryskového proudění kapaliny.
To zajišťuje axiální symetrie proudění za dělníci kolo čerpadlo.

Aplikace věty na ustálený pohyb tekutiny skrz pracovat kolečko odstředivý čerpadlo mezi úseky od vchodu do kolečko řekněme před jeho ukončením.

Pro pracovníky tělo odstředivý čerpadla, vystavené největšímu opotřebení, je čepel kolečko.
Detaily velkých odstředivý и axiální čerpadla, pracující za kavitačních podmínek, jsou vyrobeny ze slitin železa a uhlíku.

Formulář pracovník kola axiální čerpadlo v obecné řadě čepelí kola je limit.
Grafické charakteristiky axiální čerpadlo mírně odlišné od grafických charakteristik odstředivý čerpadlo.