Насос НПС-200-700 с усовершенствованием узла уплотнения вала-Курсовая работа

Многоступенчатые центробежные насосы развивают большие напоры при относительно небольших подачах. Различают многоступенчатые насосы секционного и спирального типа. В секционном насосе жидкость поступает по-следовательно из одного колеса в другое через направляющие аппараты, ко-торые имеются в каждой секции. Корпус многоступенчатого насоса секцион-ного типа состоит из отдельных секций и двух крышек, соединенных стяжными болтами. Осевое давление в многоступенчатых насосах секционного типа вос-принимается гидравлической пятой. Рабочие колеса и направляющие аппарты изготовляют обычно из чугуна, уплотняющие кольца - из бронзы, вал - из стали.[4]
Центробежные насосы по своей конфигурации весьма разнообразны, рассмотрим конструкцию центробежного насоса типа ЦНС 60, приведенном на рисунке 2.
Конструктивно центробежные секционные насосы типа ЦНС состоят из корпуса и ротора.
Корпусные детали насоса: крышки входная 19 и нагнетания 12, корпуса направляющих аппаратов 13, 31, направляющие аппараты 14, передний 28 и задний 1 кронштейны. Подвод жидкости к рабочему колесу первой ступени 40 с уплотнительным кольцом 39 осуществляется через входной патрубок вход-ной крышки, направленный под углом 90° к оси насоса и располагаемый в го-ризонтальной плоскости. Напорный патрубок в крышке нагнетания направлен вертикально вверх.
Корпуса направляющих аппаратов, направляющие аппараты, входная крышка и крышка нагнетания крепятся с помощью стяжных болтов 18 с шай-бами 21 и 22. Стыки корпусов направляющих аппаратов уплотнены круглым резиновым шнуром 29.
Корпус направляющего аппарата 13 с уплотнительным кольцом 15, направляющий аппарат 14 с уплотнительным кольцом 16 совместно с рабочим колесом 17 составляют секцию насоса.
Ротор насоса представляет собой вал 2, на котором на шпоночных со-единениях смонтированы рабочие колеса 17, 30 и 40, кольцо 25, защитная втулка вала 24, дистанционная втулка 11, регулировочные кольца 9, разгру-зочный диск 7. Осевое перемещение деталей, смонтированных на валу, устра-няют с помощью гайки ротора 4. В местах выхода вала из ротора установлены сальниковые уплотнения 6 со втулкой 3, прижимающей набивку.
Для предупреждения подсасывания воздуха через сальник на стороне входной крышки предусмотрен гидравлический затвор, при этом жидкость под давлением, равным давлению после первой ступени, проходит через от-верстие В во входной крышке к втулке гидрозатвора 23, в которой имеется от-верстие для подвода жидкости к защитной втулке вала 24. Проходя по защит-ной втулке вала через сальниковую набивку, перекачиваемая жидкость не только предупреждает попадание воздуха в насос, но и охлаждает сальниковое уплотнение.
Опоры вала — подшипники качения, устанавливаемые в переднем и заднем кронштейнах на скользящей посадке, позволяющие ротору переме-щаться в осевом направлении на величину разбега ротора. В заднем крон-штейне 1, закрываемом с торцов крышками 34 и 38, подшипник, установлен-ный на втулке 32, удерживается от перемещения гайкой 37.
Отверстия под подшипники в кронштейнах закрыты крышками. Места выхода вала из кронштейнов герметизируются резиновыми манжетами 35. От-бойные кольца 33 устраняют попадание воды в подшипниковые камеры.
Уравновешивание возникающего при работе насоса осевого усилия осуществляется с помощью разгрузочного устройства, состоящего из диска 7, кольца 8, разгрузочной 10 и дистанционной 11 втулок.
Конструкция насосов типа ЦНСГ не предусматривает охлаждение саль-ников перекачиваемой жидкостью и создание гидравлического затвора, в ко-тором нет необходимости, так как насос работает с подпором. Охлаждение подшипников осуществляется водой от постороннего источника.
Выходящая из разгрузочного устройства жидкость в насосах типа ЦНСГ отводится в приемный трубопровод или наружу по трубке 5. Отвод воздуха при заполнении насоса водой осуществляется с помощью крана 20.
Секционные насосы, вследствие одинаковой конструкции секций (ступе-ней) насоса, позволяют при одной и той же подаче путем набора секций полу-чать заданные напоры. При этом насосы конструктивно различаются только длиной вала, длиной стяжных шпилек, обводной трубки и числом секций.
Насос с электродвигателем соединен с помощью упругой муфты 26.
В комплект поставки насосов типа ЦНС входят насос, электродвигатель, соединительная муфта, фундаментная плита.
В отличие от насосов типа ЦНС насосы типа НПС имеют много кон-структивных особенностей. Конструкция центробежного насоса типа НПС 200-700 представлена на рисунке 3.
Насос состоит из корпуса 1. Корпус насоса состоит из двух половин с разъемом по горизонтальной плоскости. Поверхности разъема обеих половин корпуса тщательно притираются и стягиваются с помощью шпилек и колпач-ковых гаек.
Нижняя половина корпуса представляет собой сварную конструкцию, состоящую из стальной отливки, к которой приваривается полутруба, образу-ющая переводной канал из камеры нагнетания в камеру всасывания и штуцер-ного соединения для разгрузочной трубы, которые выравнивают давление в камере перед уплотнением вала, расположенным с высоконапорной стороны, до давления на приеме насоса.
Направление осей патрубков насоса – горизонтальное, боковое и пер-пендикулярное оси вала.
Проточная часть насоса состоит из правых и левых секций, входных камер 5 и выходных камер 6. Все секции и камеры центрируются по внутрен-ней расточке корпуса и стопорятся от провинчивания штифтами. Правильное расположение камер относительно отверстий в корпусе обеспечивается за-кладными стопорами.
Уплотнение зазора между деталями проточной части и корпусом насо-са, исключающее переток жидкости между ступенями, осуществляется уплот-нительными кольцами круглого сечения, выполненными из термостойкой ре-зины.
Рабочие колеса 3 на валу собраны в две группы по четыре колеса в каждой группе. Входные отверстия рабочих колес обеих групп обращены в противоположные стороны, что позволило практически разгрузить ротор от осевых сил.
Уплотнение вала осуществляется сальниковым уплотнением.
Вал насоса 2 вращается в двух подшипниковых опорах 8. Опора, рас-положенная у муфты состоит из двух радиально-упорных шарикоподшипни-ков, наружные кольца которых устанавливаются широкими торцами друг к другу, и воспринимают осевые и радиальные силы, действующие на вал насо-са. Между радиально-упорными подшипниками устанавливаются комплекто-вочные шайбы, создающие предварительный натяг в подшипниках.
Вторая опора состоит из двух радиальных роликоподшипников.
Внутренние кольца радиально-упорных шарикоподшипников от осево-го перемещения закрепляются с помощью шайбы и гайки, которые одновре-менно крепят полумуфту.
Смазка подшипников – жидкая. Предусмотрена местная автономная циркуляция масла с автоматическим поддержанием его уровня.
Охлаждение – водяное. Для подвода и отвода охлаждающей жидкости в подшипниковых узлах предусмотрены отверстия.
Основные технические параметры насоса НПС 200-700 указаны в таб-лице 2.

1.5 Эскизная проработка узла конструкции

Уплотнением вала служит мягкий сальник, что является существенным недостатком в конструкции насоса. Работа такого уплотнения является недол-гой, что приводит частой его замене или ремонту.
В курсовом проекте предлагается замена сальникового уплотнения на торцовое с металлополимерной парой трения, выполненное с применением специальных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и облада-ющее наиболее высокими эксплуатационными характеристиками.
В таблице 3 приведены механические и триботехнические свойства ком-позиционных материалов, используемых в металлополимерных парах трения.
В таблице 4 приведена скорость изнашивания металлополимерных пар трения.
Проанализировав данные, приведенные в таблицах 3 и 4, видно, что лучшей износостойкостью обладает композиция Б48ДЗ.
Рекомендуемая конструкция металлополимерного торцового уплотне-ния показана на рисунке 4. Невращающееся кольцо 3 изготавливается из за-крепленной стали, рабочая поверхность тщательно обрабатывается и подвер-гается ионной имплантации. Вращающееся кольцо 2 представляет собой ме-таллополимерный узел, состоящий из металлического и полимерного колец. Полимерное кольцо устанавливается с натягом методом прессования в канавку стального кольца.
В качестве металлических контртел для работы в паре трения с поли-мерным композиционным материалом на основе ПТФЭ была выбрана сталь 18ХГТ. Для повышения изностойкости металлических контртел был использо-ван один из перспективных в промышленности методов поверхностной моди-фикации - метод ионной имплантации. Ионную имплантацию контртел произ-водили ионами меди с энергией 40-50 кэВ и дозой 1017 см-2.
Данная модернизация позволит повысить срок службы уплотнения примерно в 5…7 раз, а следовательно позволит значительно увеличить меж-ремонтный период. Вместе с тем уменьшатся габариты насоса, а также его мас-са, что облегчит транспортировку и повысит монтажеспособность.

1.6 Патентные исследования

Патентные исследования проводятся с целью определения технического
уровня и тенденции развития объектов техники, их патентоспособности и па-тентной чистоты на основе научно-технической информации.
В таблице 5 приведен технологический уровень и тенденции развития торцовых уплотнений применяемых в центробежных насосах.

В данном проекте разобраны этапы проектирования насоса цен-тробежного секционного. Проведен анализ, функционального назначения, условий эксплуатации и причин отказов, конструктивного исполнения. Так же предложены мероприятия по повышению надежности работы насоса центробежного секционного.
Приведены таблицы и рисунки, наиболее полно отобра¬жающие суть данного курсового проекта.
В курсовой работе произведен анализ тенденции развития и постанов-ки задачи проектирования, в которой описано назначение НПС, условия экс-плуатации и причин отказов. Произведен анализ основных параметров и кон-структивного исполнения. Сделан выбор базовой конструкции и рассмотрена эскизная проработка узла конструкции, где предложена замена сальникового уплотнения на торцовое. Произведены патентные исследования по изобрете-нию.
На основании расчетной части для заданной подачи и напора выбран многосекционный центробежный насос НПС 200-700.
Рассмотрены монтаж, техническое обслуживание насоса, структура ремонта и технология ремонта вала насоса.