Центробежный насос ЦНС 60-66

Основными параметрами центробежных насосов является подача, напор, мощность, коэффициент быстроходности.
Действительной подачей насоса называется количество жидкости, про-ходящей через напорный патрубок в единицах объемного или массового рас-хода.
Теоретической подачей насоса называется подача, равная количеству жидкости, которую рабочие органы насоса перемещают по его внутренним ка-налам в единицу времени.
Напором насоса называется величина, характеризующая приращение механической энергии, получаемое жидкостью, проходящей через насос; напор насоса представляет собой разность напоров при выходе их насоса и при входе в него и выражается в метрах столба перекачиваемой жидкости. Напор насоса зависит от числа ступеней насоса. Чем больше ступеней насоса, тем сильней напор.[2]
Сравнительной характеристикой центробежных насосов считают коэф-фициент быстроходности. Он характеризует конструктивные особенности се-рии подобных насосов для работы в заданных условиях, используя соотно-шения подобия. Под коэффициентом быстроходности понимают число оборо-тов в минуту модельного насоса, геометрически пообного данному насосу, ко-торый при работе на воде создает напор в 1 метр и потребляет мощность 0,736 кВт при наивыcшем значении КПД.[3]
Мощность насоса зависит от объемной производительности насоса, плотности перекачиваемой воды полного напора, развиваемого насосом, а также зависит от общего КПД насосной установки. Мощность насоса увеличи-вается при увеличении напора, вязкости жидкости, подачи и уменьшении об-щего КПД.
Коэффициент быстроходности насоса меняется в зависимости от часто-ты вращения колеса, подачи насоса и напора издаваемого одной ступенью. Коэффициент быстроходности насоса можно увеличить с помощью частоты вращения колеса и подачи насоса.
Основные технические характеристики насосов типа ЦНС приведены в таблице 1. [2]

1.4 Анализ конструктивного исполнения

Многоступенчатые центробежные насосы развивают большие напоры при
относительно небольших подачах. Различают многоступенчатые насосы сек-ционного и спирального типа. В секционном насосе жидкость поступает после-довательно из одного колеса в другое через направляющие аппараты, которые имеются в каждой секции. Корпус многоступенчатого насоса секционного ти-па состоит из отдельных секций и двух крышек, соединенных стяжными бол-тами. Осевое давление в многоступенчатых насосах секционного типа воспри-нимается гидравлической пятой. Рабочие колеса и направляющие аппарты из-готовляют обычно из чугуна, уплотняющие кольца - из бронзы, вал - из ста-ли.[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 сальников перекачиваемой жидкостью и создание гидравлического затвора, в котором нет необходимости, так как насос работает с подпором. Охлаждение подшип-ников осуществляется водой от постороннего источника, технический уровень и конструкция развития устройств для заливки центробежного насоса приве-дены в таблице 2
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.
Основными частями насоса являются корпус, вал, рабочие колеса, направляющие аппараты, подшипниковые узлы, напорный и нагнетательный патрубки. Рассмотрим конструкцию некоторых из них более подробно.
Рабочее колесо и нагнетательный аппарат вместе составляют ступень. Ступень насоса ЦНС 60 изображена на рисунке 3.
Колесо насоса 1 фиксируется от проворачивания на валу шпонкой 6, устанавливаемой в шпоночный паз вала. Если устанавливается более одного колеса, то шпоночные пазы располагают в «шахматном» порядке. Секции при соединении уплотняются резиновым кольцом 4. Перетеканию жидкости из од-ного нагнентательного аппарата вдругой препятствуют уплотнительные коль-ца 3 и 7.
Форма колес зависит от быстроходности насоса. По величине коэффи-циента быстроходности различают насосы тихоходные, нормальные, быстро-ходные. [2]

1.5 Постановка задачи разработки структурной и конструктивной схем

Разработка конструкции насоса обычно выполняется при многократном чередовании расчетов, графического исполнения и испытания отдельных эле-ментов или насоса в целом.
Исходными данными при проектировании насоса являются подача, напор, характеристика перекачиваемой жидкости, функции, выполняемые насосом, и дополнительные требования к нему, такие например, как ограниче-ние его габаритов, массы, условия применения по климатическим факторам, по размещению.
Функции, выполняемые насосом, определяют некоторые особенности его конструкций, материалы деталей, систему его обвязки трубопроводами, привод насоса. Так, например, у насоса для отбора жидкости, загрязненной крупными механическими частицами, необходимо предусмотреть широкие проходные каналы; для перекачки кислоты — стойкие материалы рабочих ор-ганов и корпуса. Насос передвижных автоцистерн обычно служит для запол-нения цистерн, отбора жидкости из них, обслуживания других цистерн или аг-регатов. Эти функции обусловливают систему обвязки насоса и его привод от ходового двигателя, гидросистемы или двигателя внутреннего сгорания, уста-новленного на платформе автомашины.
Конструктивная схема собственно насоса определяется возможностями его размещения (с горизонтальным или вертикальным расположением вала), числом ступеней насоса (ступень — рабочее колесо и направляющий аппарат), одно- или двухпоточной системой рабочего колеса насоса.
Если в результате расчета рабочего колеса его наружный диаметр D2 в 2,5—3 раза больше диаметра D1 входа жидкости на лопасть по средней струй-ке жидкости, то выбирают многоступенчатый насос.
При D2/D1= (1,4…1,6) рационально использовать рабочее колесо с двухсторонним входом потока жидкости.
Проверкой коэффициента быстроходности ступени ns насоса подтвер-ждается необходимость создания центробежного насоса или объемного цен-тробежно-осевого или осевого насоса. При ns<0,04 выбирают объемный насос, ns= 0,25 и более — центробежно-осевые и осевые.
На этапах первичной проработки конструктивной схемы насоса выпол-няют необходимые расчеты для определения D1,D2 и прочих размеров и пара-метров. Иногда необходима эскизная проработка самого насоса и вариантов его установки, сравнение критериев надежности установки при различных ва-риантах и их экономический анализ.
Таким образом определяют принципиальную конструктивную схему насоса, его привода и обвязки.
Далее при наличии аналогичного (модельного по критериям подобия) центробежного насоса с высокими технико-экономическими данными с него пересчитывают по законам подобия ступень проектируемого насоса. Возможен расчет нового насоса с использованием опытных материалов и пересчетных коэффициентов. Если модельного насоса нет, а расчет по коэффициентам не-приемлем, то ступень нового насоса проектируют заново.
За базовую конструкцию принят насос обычного исполнения ЦНС 60 , предназначенный для перекачивания воды и других жидкостей имеющих с ней схожие физико-химические свойства.

1.6 Эскизная проработка узла конструкции

В качестве усовершенствования конструкции насоса предлагается кон-струкция заднего кронштейна содержащего в себе подшипниковый узел, также играющего роль уплотнительного узла. Подшипник выполнен из специально-го материала – углепластика ФУТ и обладающего наиболее высокими эксплу-атационными характеристиками.
Актуальность модернизации данного элемента конструкции заключает-ся в том, что подишпниковые и уплотнительные узлы являются наиболее быстроизнашивающимися. Быстрый износ подшипника возникает в результате плохой балансировки и низкой точности изготовления рабочих колес. Возни-кающая вибрация, а затем и возникающие биения, отрицательно сказываются на ресурсе работы подшипника.
В таблице 3 приведена сравнительная характеристика материалов, ис-пользуемых в высокоскоростных подшипниках скольжения при смазывании их
водой.
Проанализировав данные видно, что наиболее перспективным является углепластик ФУТ.
Подшипник, изображенный на рисунке 4, можно изготовить по тем же размерам, какие имеет стандартно устанавливаемый. Следовательно при его использовании можно оставить без изменений торцовое уплотнение. На внут-ренней поверхности выполняется спиральная канавка, имеющая, глубину 2 мм и ширину 3 мм. Ее выполнение необходимо для предотвращения перегрева поверхности соприкосновения вала и подшипника во избежании разрушения подшипника По этим канавкам будет перемещаться некоторое количество пе-рекачиваемой жидкости, играющей роль охлаждающего агента. В общем слу-чае форма и размеры канавки должны быть такими, что бы количество жидко-сти прошедшей по этой канавке не превышало утечек, которые происходили бы через сальниковую набивку.
В данном курсовом проекте также рассматривается изменение кон-струкции заднего кронштейна насоса при использовании выше рассмотренно-го подшипника. Конструкция существенно упрощается из-за отсутствия необ-ходимости наличия в насосе герметизирующего.
Предлагаемая конструкция заднего кронштейна с установленным в нем подшипником показана на рисунке 5.
Данная модернизация позволит более быстро производить замену под-шипника, которую придется производить гораздо реже. Вместе с тем умень-шится перечень быстроизнашивающихся деталей и габариты насоса, а также его масса, что облегчит транспортировку и повысит монтажеспособность.

1.7 Патентные исследования

Патентные исследования проводятся с целью определения технического уровня и тенденций развития объектов техники, их патентоспособности и па-тентной чистоты на основе научно-технической информации.
В таблице 4 приведен технологический уровень и тенденции подшипни-ков скольжения применяемых в центробежных насосах.

На основании анализа функционального назначения, анализа условий эксплуатации и причин отказа основных параметров и конструктивного ис-полнения, а также патентных исследований в курсовом проекте предлагается ЦНС с перспективной конструкцией подшиникового узла совмещенного с уплотнением. Предлагаемая конструкция выгодно отличается тем, что при её использовании совместно с подшипником из материала ФУТ многократно по-вышается время наработки на отказ данного узла, что облегчает техническое обслуживание насоса. Кроме того существенно уменьшаются размеры и масса насоса, увеличивается монтажеспособность, повышается надежность.