Особенности осевых насосов

У осевых насосов поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен параллельно оси. В связи с большими размерами насосов, для которых строится насосная станция, с учётом конкретной марки насоса, вопрос о взаимозаменяемости не стоит в практическом плане.

1-ротор эл. двигателя, 2-статор эл. двигателя, 3-штуцер подачи подпорного воздуха, 6-узел уплотнения вала,

7-рабочее колесо, 8-сигнализатор протечек, 9-сборник.

Рисунок 3.1 - основные узлы насоса типа ОПВ

Несколько исполнений рабочего колеса для оптимизации КПД и производительности. Конусообразная сальниковая камера увеличивает срок службы. Возможность отсоединения привода без отключения насоса от трубопровода в стандартном исполнении для типоразмеров с присоединениями вплоть до 914.4 мм. Осевые насосы имеют достаточно простое устройство. Их масса гораздо меньше по сравнению с центробежными конструкциями. Кроме того, эти системы вполне подходят для того, чтобы использовать их для перекачивания не совсем чистой воды. Следует также отметить, что осевые насосы допустимо устанавливать на вертикальной, горизонтальной или на наклонной поверхности.

Существуют две основных разновидности осевых насосов: жестколопастные с лопастями, закрепленными неподвижно на втулке рабочего колеса, называемые пропеллерными, и поворотно-лопастные, оборудованные механизмом для изменения угла наклона лопастей. Насосы обеих разновидностей строят обычно одноступенчатыми, реже двухступенчатыми.

Пропеллерные насосы используются в тех случаях, когда нужно получить высокую производительность при низкой величине напора. Служат для перекачки агрессивных, загрязненных и чистых сред с твердыми включениями или без них, таких как масла, сырая нефть, грязная и чистая вода и другие вещества. Прибегают к услугам данного типа насоса в очистных технологиях, например, для получения пресной воды из морской. Также этот агрегат используется в химической промышленности для перекачки различных жидкостей и веществ. Устройством пропеллерный насос очень схож с винтовыми насосами. Существует большое количество пропеллерных насосов в различном исполнении, с разным устройством и для различных видов работ. Агрегаты классифицируются по числу колес или ступеней, по способу отвода воды, по расположению вала насоса и по другим признакам. Важной и основной характеристикой рабочего колеса пропеллерных насосов и некоторых других агрегатов является коэффициент быстроходности, который обозначается как ns. То есть коэффициент ns – это количество оборотов рабочего колеса, которые он делает за минуту, при подаче определенной жидкости Q и соответствующем напоре Н. Отмечен очень низкий уровень шума. Подшипники и детали смазаны специальной долговечной консистентной смазкой, что является надежным фактом. Эти насосы очень мощны с хорошим коэффициентом полезного действия, также оптимизирована полностьюгидравлика. Корпус насоса изготовлен из прочного коррозиестойкого материала, который не чувствителен к механическому воздействию и другим различным механическим повреждениям.

Отличительной особенностью осевых насосов является - конструкция и функционирование рабочего колеса. Оно состоит из втулки, на которой укреплено несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закрученной передней, набегающей на поток, кромкой. При перемещении профиля лопасти, вызываемого вращением рабочего колеса, в жидкости, за счет изменения скорости её течения вдоль нижней и верхней поверхности профиля, давление над профилем должно повыситься, а под профилем - понизиться. Благодаря этому создается напор насоса.

Осевой насос представляет собой литой корпус в виде отвода с двумя фланцами (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – корпус осевого насоса

В корпусе консольно на валу расположено лопастное колесо с коком (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 – рабочее колесо осевого насоса

За колесом находится неподвижный направляющий аппарат (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – направляющий аппарат осевого насоса

Вал выпущен наружу через сальник и соединен с валом фланцевого электродвигателя. Рабочее колесо осевого насоса является основной деталью, преобразующей механическую энергию электродвигателя в энергии перекачиваемой жидкости. Рабочее колесо представляет собой один из наиболее ответственных узлов, который состоит из большого числа сложных по форме и значительных по габаритам и массе деталей. Рабочее колесо имеет следующие основные части: втулку, в расточках которой установлены лопасти, верхний и нижний обтекатели. Рабочие колеса имеют от трех до шести лопастей. Колеса у моделей 06-трехлопастные, у моделей- -5 и 11-четырехлопастные, у моделей 02 – пятилопастные, а у моделей 03 и 10 – шестилопастные.

1-лопасть; 2-втулка; 3,4-обтекатели верхний и нижний

Рисунок 3. 5. Рабочее колесо осевого насоса.

Лопасть рабочего колеса находится под воздействием значительного гидравлического давления, поэтому ее форма и размеры должны быть хорошо обтекаемыми, обеспечивать оптимальные энергетические и кавитационные свойства и отвечать условиям прочности, что обеспечивает длительную и надежную работу насоса.

1-перо;2-фланец;3-цапыа;4,5-входная и выходная кромки;6,7-максимальный и минимальный развороты

Рисунок 3.6.Лопасть рабочего колеса(а) и сечения, выполненные на расчетных радиусах(б):

1-болт;2-лопасть;3-обтекатели;4-манжета;5,8-втулки;6-крестовина;7-штифт;9-рычаг;10-шток;11-шпонка;12-кольцо;14-планка;14-втулка;15-подшипник;16-палец;17-проушина;18-ограничительная шайба

Рисунок 3.7.Схема рабочего колеса с кривошипно-шатунным механизмом разворота лопастей

10-болт;2-ползун;3-втулка-камень;4-обтекатели;5-рычаг;6-кожух;7,14-шпилька;8,17,18-штифты;9,10,12-втулки цапфы;11-лопаасть;13-втулка рабочего колеса;15-верхний обтекатель;16-кольцо;19,23-балансировочные грузы,20,22-втулки ползуна,21-винт.

Рисунок 3.8. Схема рабочего колеса с кулисно-клиновым механизмом разворота лопастей

1-проушина;2-серьга;3-втулка рабочего колеса;4,5- втулки цапфы;6,14-штифты;7-лопасть;8-цапфа;9 болт;10-рычаг;11-манжета;12-шпилька;13-штанга;15-верхний обтекатель,16-крышка;17,19,20-втулки штока;18-поршень;21-крестовина;22-кольцо;23-шток;24-обтекатель;25-сливная пробка

Рисунок 3.9. Схема рабочего колеса с электрогидравлическим приводом механизма разворота лопастей

1. Приводы механизма разворота лопастей

Электромеханический привод разворота лопастей размещается в специальном проставке, который устанавливается на ротор насоса между фланцами вала насоса и вала электродвигателя. Привод включает в себя редуктор, электродвигатель и винтовую передач. Корпус редуктора разъемный и состоит из верхнего и нижнего проставок. В верхнем проставке располагается электродвигатель и стойка привода, которая жестко связывает шток насоса через тягу указателя со штоком узла дистанционного указателя разворота лопастей. В нижнем проставке корпуса располагается редуктор механизма привода, внутренняя полость которого заполняется маслом. Привод редуктора осуществляется реверсивным электородвигателем. Электромеханический привод позволяет производить разворот лопастей на заданный угол с пульта как на ходу, так и при остановленном насосе. Конструкция привода позволяет производить и ручной разворот лопастей при остановленном насосе. С этой целью в конструкции предусмотрен фиксатор, позволяющий выводить из зацепления силовую передачу редуктора. С помощью торцевого ключа червячный вал 18 при снятых заглушке и фиксаторе приводится во вращение , которое передается резьбовой втулке 12 винтовой передачи, а затем преобразуется в возвратно-поступательное движение штока насоса. Для дистанционного управления и контроля за положением лопастей рабочего колеса применяются две схемы контроля: сельсинная и импульсная. В датчике осевое перемещение штока преобразуется в электрический сигнал, который передается на вторичный показывающий прибор, установленный на щите управления. Схема ручного привода разворота представлена на рисунке 4.9.Корпус привода располагается между фланцами валов насоса и электродвигателя. Привод состоит из двух частей: червячной и винтовой. Червячная шестерня, закрепленная на валу насоса с помощью подшипника скольжения, имеет внутреннюю трапецеидальную резьбу и является одновременно элементом винтовой передачи. При вращении торцевым ключом червяка вращается червячное колесо, которое своей внутренней винтовой нарезкой воздействует на шток насоса, заставляя его совершать поступательное движение вверх или вниз в зависимости от направления вращения колеса. Угол установки лопастей в рабочем колесе контролируется с помощью подвижной шкалы, закрепленной на червячном валу. Разворот лопастей ручным приводом осуществляется только при остановленном насосе. Гидравлический привод разворота лопастей рабочего колеса предназначен для подачи масла под давлением в сервомотор рабочего колеса. Электрический привод рисунок 4.10. включает в себя гидравлическую и электрическую системы, а также механизм обратной связи. Конструктивно привод можно разделить на подвижную и неподвижную части. Подвижная часть устанавливается на верхний торец вала приводного электродвигателя. Неподвижная часть крепится к крышке двигателя.

1-червяк;2-червячная передача;3-шкала;4-шток;5червячное колесо;6-подшипник;7 вал электродвигателя;8-корпус;9-вал насоса;10-винтовая передача

Рисунок 4.1. Схема ручного привода механизма разворота лопастей

1. Установка насосов и электродвигателей

Перед установкой проверяют соответствие полученных насосов и двигателей данным проекта и техническим условиям. Особенное внимание у осевых насосов следует обращать на направление вращения колес, их балансировку, обеспечение требуемых зазоров, состояние подшипников, прочность соединений.

Небольшие по размерам насосы обычно поставляют в собранном виде, и их можно сразу устанавливать на место. Насосы больших размеров поступают разобранные, и собирают их по элементам. Насосы и электродвигатели устанавливают на заранее подготовленных фундаментах. Однако не следует заранее заделывать в них крепежные болты, так как их расположение может не совпадать с разметкой отверстий в станинах.

Электродвигатели же устанавливают на салазках, что позволяет в случае необходимости (например, для натяжки ремней) их перемещать.

Наиболее прост монтаж нагнетателей, колеса которых уже при заводской сборке насажены непосредственно на валы электродвигателей.

1. Балансировка колес насосов

При вращении колес насосов может возникнуть вибрация, которая разрушающе действует на подшипники и всю конструкцию, а также является причиной шума.

Вибрация возникает вследствие неуравновешенности массы колеса относительно оси вращения, в результате чего образуются силы, действующие на изгиб вала (рисунок 6.1).

1 — статическая неуравновешенность; 2 — динамическая неуравновешенность

Рисунок 6.1 - изгиб вала за счет неуравновешенности колеса

Если колесо узкое, сравнительно невелико по диаметру и рассчитано на работу при небольших окружных скоростях, то силу, изгибающую вал, считают расположенной в одной плоскости. Уравновешивание (балансировку) в этом случае можно производить так называемым статическим способом (рисунок 6.2). В других, более общих случаях изгибающие силы могут располагаться в разных плоскостях, воздействуя сильнее на вал. В этих условиях балансировку следует производить динамическим способом на специальных станках.

Рисунок 6.2 - статическая балансировка

1. Подшипники

Для насосов, а также и для электродвигателей, как правило, применяют шариковые и роликовые подшипники качения. По сравнению с подшипниками скольжения такие подшипники более просты в эксплуатации и удобнее при монтаже и демонтаже. Однако при работе они сильнее шумят.

Наиболее просты по конструкции радиальные однорядные подшипники. В том случае, если невозможно обеспечить точную соосность на валу, применяют двухрядные сферические самоустанавливающиеся подшипники, способные воспринимать значительные осевые нагрузки.

Подшипники выбирают в соответствии с существующими нормативами. Установленные подшипники следует предохранять от загрязнения, промывая их в случае необходимости бензином. Особенно следует оберегать их от попадания влаги и ржавления. Часть вала, на которую насаживают подшипники, должна быть тщательно обработана и иметь припуск по сравнению с внутренним диаметром кольца.

Перед насаживанием подшипников их желательно подогревать в масле. Насадку следует производить, ударяя по кольцу подшипника медным молотком.

Корпус подшипника (рисунок 7.1) должен хорошо защищать подшипник от пыли, воды и грязи.

Рисунок 7.1 - подшипник в корпусе

Подшипники на закрепленных втулках устанавливают путем натягивания гайки на коническую разрезную втулку, причем завинчивать гайку надо против направления вращения вала.

1. Звукоизоляция

Источником шума в насосных установках являются работающие насосы, электродвигатели и передача между ними. Шум образуется также в сети при высоких скоростях течения жидкости. Уровень шума насосов зависит от их типа, режима работы, а также от качества монтажа.

Тип насоса и режим его работы определяют при проектировании.

Шум механического происхождения вызывается конструкцией передачи, плохой балансировкой и работой подшипников, недостатками монтажа и т. п.

При проектировании и подборе нагнетателей обычно стремятся непосредственно соединить их с электродвигателями на одном валу или на одной оси. Это не только увеличивает экономичность эксплуатации благодаря устранению потерь мощности в передаче и обеспечению более выгодной компоновки установки, но и заметно снижает ее шум.

За последнее время в монтажной практике с успехом стали применять виброизолирующие основания — металлические рамы или железобетонные плиты, располагаемые на пружинных амортизаторах (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 - пружинный амортизатор

1. Служба эксплуатации насосов

При эксплуатации всех видов осевых насосов требуется обеспечивать тщательный надзор, регулировку, своевременный ремонт.

Для обслуживания насосных установок общей численностью свыше 100 часто в эксплуатационно-ремонтной службе энергетика или механика предприятия создаются самостоятельные группы из наладчиков, ремонтников, а также лаборантов и конструкторов. Этот персонал пускает и останавливает насосы, выполняет мелкий текущий ремонт, делает необходимые анализы рабочей среды, разрабатывает реконструкцию, определяет объем планово-предупредительного и капитального ремонта. В соответствии со спецификой предприятия разрабатываются соответствующие правила и инструкции, повседневно ведется эксплуатационный журнал. Серьезное внимание при эксплуатации насосов должно уделяться пожарной и производственной безопасности. Опасность пожара и взрыва особенно значительна при эксплуатации насосов, перемещающих горючие среды. Источником воспламенения может стать несоответствие или неисправность электрооборудования. В этом случае необходимо применение электродвигателей, пусковых устройств и предохранителей. Наиболее вероятными причинами несчастных случаев при эксплуатации насосов являются поражения электротоком при пуске или ремонте электродвигателей, повреждения движущимся рабочим органом, шкивом, приводом, для предотвращения чего должно быть обеспечено надежное заземление, ограждение. Должны строго также выполняться и все другие, действующие правила по пожарной и производственной безопасности.

1. Ремонт рабочих колес осевых насосов

Износ и повреждения.Опыт эксплуатации крупных насосов, перекачивающих жидкости с абразивными частицами, показа, что детали проточной части подвергаются интенсивному гидроабразивному и кавитационному изнашиванию. Абразивное изнашивание материала происходит в результате механического воздействия на него твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. При этом с изнашиваемой поверхности удаляется материал либо в виде очень тонкой стружки, либо в виде дисперсных частиц, хрупко отделяющихся при однократном или многократном воздействии. Гидроабразивное изнашивание является разновидностью абразивного изнашивания, когда износ происходит при совместном воздействии на материал детали твердых абразивных частиц и потока воды, несущего эти частицы. Кавитация представляет собой сложное физическое явление, характеризующееся появлением в потоке пустот в результате уменьшение местного давления водяных паров при данной температуре. При перенесении пузырьков, насыщающих кавитационную каверну, в зону повышенных давлений содержащийся в них пар мгновенно конденсируется и окружающая жидкость с большой скоростью заполняет освободившийся объем. При упругом сжатии пузырьков происходит чередование больших давлений и последующих разрежений, вызывающих колебание частиц окружающей жидкости со звуковой и ультразвуковой частотами. Воздействуя на детали проточной части насоса, эти колебания вызывают разрушение их поверхности. Кроме механического воздействия кавитации на разрушение металла оказывают влияние химическое воздействие, обусловленное высокой активностью кислорода воздуха в момент выделения его из воды, и процессы электромеханической коррозии. Суммарное воздействие всех этих факторов вызывает интенсивный износ и разрушение элементов проточной части насоса, особенно рабочих колес.

1-трещины;2-гидроабразивный и кавитационный износы

Рисунок 10.1-износ рабочего колеса

Восстановление проточной части.При небольших повреждениях ремонт производят без разборки рабочего колеса. При значительных повреждениях рабочее колесо полностью разбирают. Если глубина каверн, возникающих от кавитационно-коррозионных и гидроабразивных разрушений на лопастях, втулке и обтекале, не превышает 2 мм и они распространены на небольшой площади, то ограничиваются зачисткой наждачным камнем поврежденного места и шлифованием его до получения ровной гладкой поверхности. При больших повреждениях ремонт производят методом электронаплавки, включающим в себя три технологических этапа: подготовку, собственно наплавку и шлифовку сварочных швов. Подготовка к наплавке заключается в определении границы поврежденной поверхности и удалении поврежденного металла. Все обнаруженные дефекты удаляют вырубкой пневматическим зубилом, зачисткой наждачным камнем или воздушно-дуговой строжкой. Вырубка дефектного металла пневматическим зубилом имеет очень низкую производительность и сопровождается сильным шумом, что ограничивает ее применение.

Удаления металла наждачным камнем.Способ удаления металла наждачным камнем применяют в основном при разделке трещин. Удаление металл производят вручную шлифовальной машиной. В качестве режущего инструмента применяют отрезные круги на бакелитовой связке с упрочняющими элементами, имеющие наружный диаметр 200 мм и толщину 2-3 мм. Наиболее распространение для удаления металла получила воздушно-дуговая строжка, сущность которой заключается в том, что между графитовым электродом и деталью зажигается электрическая дуга, плавящая металл. Расплавленный металл выдувается сжатым воздухом, струя которого параллельно электроду направляется в зону горения дуги. Строжку производят специальным резаком типа РВД-4-62, в котором закрепляется электрод, проходят воздухопровод и электрический провод.

Наплавка.Наплавку предварительно подготовленных дефектных участков производят одним из следующих способов: электродуговой сваркой покрытыми электродами; полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа; полуавтоматической сваркой порошковой проволокой; ручной аргонно-дуговой сваркой. В практике ремонта крупных насосов наибольшее распространение получил способ наплавки ручной электродуговой сварки. При наплавке применяют электроды диаметром 3-6 мм (рисунок 10.2.).

Рисунок 10.2- наложение сварочных швов

Уплотнения рабочего колеса.Уплотнения рабочего колеса предотвращают утечку масла из внутренней полости и попадание туда перекачиваемой жидкости. В рабочих колесах с кривошипно-шатунным и кулисно- клиновым механизмами разворота лопастей подвижные сопряжения лопастей с втулкой уплотняются резиновыми манжетами, неподвижные соединения с втулкой вала и обтекателя - резиновым кольцом и паронитовой (картонной) прокладкой. В рабочем колесе с электрогидравлическим приводом помимо вышеуказанных сопряжений резиновыми кольцами уплотняются поршень, шток и крышка рабочего колеса.

Нарушение герметичности внутренней полости рабочего колеса происходит из-за износа или разрушения уплотнительных элементов. Восстановление герметичности производят заменой дефектных уплотнительных элементов на новые.

Лифт лопасти, способ ремонтных размеров.Люфт или "качка” лопасти относительно втулки рабочего колеса появляется в результате износа в подвижных и неподвижных сопряжениях деталей, соединяющих цапфу лопасти с крестовиной или ползуном. Восстановление изношенных сопряжений при ремонте рабочих колес производят методом наплавки изношенных поверхностей сопряжения с последующей их обработкой до номинального размера или способом ремонтных размеров. При восстановлении этим способом одна из сопряженных деталей, обычно наиболее сложная и дорогостоящая, обрабатывается до выведения следов износа или до получения определенного (заранее установленного) ремонтного размера, а вторая заменяется новой или восстановленной под полученный размер основной детали.

Незначительные повреждения резьбы (задиры, вмятины, срывы) устраняются опиловкой или прогонкой резьбонарезным инструментом.

Замена и восстановление резьбовых соединений.При срыве или смятии более одной нитки на одной из сопрягаемых резьбовых поверхностей, а также при вытягивании резьбы резьбовые соединения подлежат замене или восстановлению. Восстановление поврежденных резьбовых поверхностей производят наплавкой и нарезкой резьбы номинального размера. Допускается нарезка резьбы ремонтного размера при условии обеспечения собираемости и прочности резьбового соединения.

На болтах, шпильках, гайках, штифтах не допускаются трещины любых размеров и расположения, коррозионные, эрозионные разрушения, изогнутость более 0,5 мм на длине 100 мм. Детали с такими повреждениями подлежат замене.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения реферата были рассмотрены устройство и принцип работы осевого насоса, основные рабочие характеристики, конструктивные особенности, основы эксплуатации. Были рассмотрены области применения и основы эксплуатации осевых насосов.

Рассмотрены возможные неисправности насосов и способы их устранения, а также меры безопасности при работе насоса.