«Прочитали в февральском номере журнала «За рулем» за этот год, что в мастерской г. Каунаса ремонтируют коленчатые валы мотоциклов «Ява» заменой шатуна. Расскажите, пожалуйста, как проверяют после этого центровку вала. От группы «явистов» — П. Русанов, г. Ставрополь».

«При ремонте двигателя мотоцикла ИЖ Планета уронил коленчатый вал. Как восстановить теперь его центровку! — К. Пусков, г. Вышний Волочек».

Соосность, цапф коленчатого вала (и коренной шейки в трехопорных валах) — обязательное условие нормальной работы двигателя. Чем больше их несоосность, тем сильнее вибрация двигателя, выше механические потери и меньше срок службы коренных подшипников коленчатого вала (внутренние их кольца перекашиваются и защемляют шарики или ролики). Иногда страдают даже посадочные гнезда в картере. Коленчатые валы отечественных мотоциклов (кроме «Днепра»), а также «Явы» и «Паннонии» выполнены составными (рис. 1). Их цапфы и шейки (пальцы) соединены со щеками (маховиками) посредством прессовой посадки — диаметр отверстия при этом меньше диаметра пальца или цапфы. В коленчатых валах двухцилиндровых ижевских двигателей мотоциклов ИЖ Юпитер, ИЖ Юпитер 2 цапфы после сборки приварены к щекам.

Чтобы обеспечить соосность (в пределах до 0,01 мм), на заводе цапфы шлифуют уже на собранном коленчатом валу. Вследствие этого наружная (шлифуемая) часть цапфы становится эксцентричной по отношению к запрессованному концу; при ремонте вала замена цапфы без последующей шлифовки невозможна.

Необходимость проверить соосность коленчатого вала возникает обычно после его ремонта, разборки двигателя без соответствующих приспособлений (исключающих деформацию вала) и в других подобных случаях.

Ремонт коленчатого вала, связанный с заменой шатунных подшипников, предусмотрен только на мотоциклах «Ява». Для них завод выпускает специальный комплект: шатун в сборе с роликовым подшипником и пальцем. Методика этой работы подробно изложена в книге «Ремонт мотоциклов «Ява» (А. К. Михеев и Б. В. Синельников, «Машиностроение», 1971).

Соосность цапф (и коренной средней шейки) вала определяют по биению их посадочных поверхностей при вращении вала в поверочных центрах или центрах токарного станка (рис. 2). Величину биения — она- вдвое больше величины несоосности — измеряют закрепленным на стойке индикатором часового типа с ценой деления 0,002—0,01 мм.

В домашних условиях, при отсутствии таких центров соосность вала с достаточной точностью можно определить на ровной поверхности стола или стекла. На цапфы надевают коренные подшипники так, как они располагаются в двигателе. Если внутренние кольца их садятся со значительным натягом (например, у мотоциклов Ява), лучше воспользоваться другими, технологическими подшипниками, даже изношенными, внутреннее отверстие которых шлифуют (хотя бы шкуркой) для более легкой их установки. В противном случае можно повредить вал при монтаже и снятии подшипников.

Далее кладут вал на М-образные подставки, деревянные или металлические, устойчиво закрепленные на столе (рис. 3). К концам вала подводят индикаторы (в крайнем случае можно работать одним) и, вращая вал, определяют на одинаковом расстоянии от подшипников наивысшие и низшие точки цапф, отмечая их соответственно знаками «+ » и « — ».

Поворачивают вал так, чтобы ось шатунного пальца располагалась горизонтально в одной плоскости с цапфами. Наивысшие (или низшие) точки должны находиться при этом примерно в одной плоскости. Если это условие нарушено, значит, щеки развернуты одна относительно другой на шатунном пальце (рис. 4). Ударами молотка по выступающей щеке поворачивают ее в сторону другой щеки до совмещения их в одной плоскости. Добившись этого, вновь определяют места наибольших отклонений цапф и ставят вал так, чтобы шатунный палец находился вверху. Если при этом обе точки «+» окажутся вверху (рис. 5), щеки нужно сжать с противоположной пальцу стороны молотком или струбциной, а если внизу (рис. 6), — наоборот, раздвинуть щеки рычагом. Постепенно меняя их положение, добиваются минимального биения цапф. Допустимой считается величина до 0,03 мм.

Иногда места наибольших отклонений цапф располагаются по обе стороны от оси вала. Это значит, что цапфы отстоят на разных расстояниях от шатунного пальца. Биение, вызываемое этим обстоятельством, устранить правной вала невозможно. Если оно превышает 0,05 мм, вал следует заменить.

Центровку коленчатого вала двигателя Ява 350, имеющего среднюю коренную шейку, проводят аналогичным образом. Сначала добиваются соосности одной цапфы со средней шейкой, а затем другой.

Б. СИНЕЛЬНИКОВ, инженер

По конструкции валы могут работать или совместно на изгиб и кручение (основной случай) или только на кручение (что реже), оси - работают только на изгиб. Основное их отличие в том, что

Вал передает момент вращения, а ось служит исключительно для соединения деталей (оси могут быть как вращающиеся, так и неподвижные).

Для правильной оценки прочности вала следует внимательно назначать воспринимаемую им рассчетную нагрузку, с учетом наибольших, хоть и редко встречаемых значений, так и в части ее изменений во времени с учетом абсолютных и относительных нагрузок различных уровней, важно насколько возможно точно выявить характер и величину нагрузок. Основным условием, определяющим надежность и долговечность эксплуатации электрических машин является правильно выполненная центровка валов.

Центровка валов включает в себя две основные операции: выверку оси общего вала (выверку линии валов) и собственно центровку, то есть устранение боковых и угловых смещений машин и механизмов.

Для обеспечения правильного распределение нагрузок между подшипниками валы соединяемых машин должны быть установлены в такое положение, при котором торцовые плоскости полумуфт в горизонтальной и вертикальной плосткостях будут параллельны, а оси валов продолжением одна другой, без смещений. Под действием собственного веса ротора ось вала каждой электрической машины принимает несколько изогнутую форму. Если соединяемые валы установить строго горизонтально, то изгибы осей валов приведут к тому, что торцовые плосткости полумуфт не будут параллельны и получат раскрытие сверху. В этом случае оси валов будут продолжением одна другой. При работе такого агрегата его валы будут вибрировать, оказывая вредное влияние на подшипники и другие части механизма.

Выверка линии валов по уровню . При одновременном монтаже двух частей (например, двигатель и генератор), для выполнения этой операции есть несколько способов.

Несоосностью валов называют такое их взаимное расположение, при котором центрируемые оси и имеют боковое (радиальное) или угловое (осевое) смещение относительно друг друга.
Величины допустимых смещений определяются конструецией применяемых муфт, имеющих разную компенсационную способность. Под компенсационной способностью следует понимать способность некоторых типов муфт компенсировать неточность выверки соосности валов соединяемых машин.

Валы, соединяемые при помощи жесткой поперечно-свертной муфты практически не допускают боковых и угловых смещений так как при таком соединении они должны работать как общий вал.

Технологическая последовательность операций по монтажу электрических машин зависит от их габаритов и способов поставки (в собранном или разобранном виде).

Перед центровкой валов должны быть выполнены следующие подготовительные работы: подготовка рабочего места; проверка шеек валов, проверка состояния полумуфт к насадке, нагрев полумуфт, насадка полумуфт, очистка и осмотр вкладшей подшипников, проверка положения шеек вала в нижних вкладышах, предварителльная проверка совпадения линии валов, проверка радиального биения валов и полумуфт, проверка полумуфт на осевое биение.

Остановимся на наиболее важных моментах

При подготовке муфт к насадке на вал необходимо замерить посадочное отверстие ступицы полумуфты и диаметр конца вала и убедиться в отсутствии конусности в отверстии полумуфты и на посадочной части вала.

Отверстие в ступице и посадочная часть вала должны иметь форму цилиндра. Для тяжелых условий работы полумуфты насаживают на валы в горячем состоянии с натягом, обеспечивающим необходимую прочность насадки. Величина натяга считается достаточной, если диаметр отверстия в ступице полумуфты, насаживаемой в горячем состоянии будет до нагревания меньши диаметре посадочного конца вана на 0,08-0,1 мм. на каждый 100 мм. диаметра вала.

При такой разнице в диаметрах создается натяг, обеспечивающий достаточную прочность насадки. Допускать слишком большую величину натяга не следует, так как это может привести к разрыву ступицы, при меньшем натяге возможно провертывание полумуфт на валу при передаче больших моментов.

При насадке полумуфт посадочный конец вала и отверстие в ступице должны быть очищены от осевшей на них пыли, заусенцев, шероховатостей и т.п.

Небольшие полумуфты с призматической шпонкой в холодном состоянии насаживают вручную. Для насадки полумуфты в горячем состоянии заранее подготавливают приспособления для переноса нагретой муфты, а также для ее насадки.

У двигателей с коническим концом вала на валу предусмотрена нарезка и коническая полумуфта насаживается на вал путем затяжки гайкой.

Перед сопряжением валов проверяют радиальное и осевое биение валов и насаженных полумуфт. Совпадение линий валов предварительно проверяют по полумуфтам при помощи измерительных инструментов.

Радиальное биение вала и полумуфт

Радиальное биение вала проверяют в нескольких плосткостях по длине вала. При этом окружность вала делят на восемь равных частей. Для проверки используют индикатор часового типа, который устанавливают на жесткое основание с таким рассчетом, чтобы измерительный стержень индикатора касался поверхности вала. Для проверки муфт на осевое биение два индикатора устанавливают в диаметрально противоположных точках торца полумуфты на одинаковом расстоянии от оси вращения вала. Для замеров окружность делят на четное число равных частей (например на 8) и торцевое биение определяют на основании восьми пар замеров. Если замер произведен правильно, то сумма верхего и нижнего зазоров равна сумме боковых зазоров (или разница не более 0,03 мм.).

В практике электромонтажных организаций применяют ряд своих способов центровки валов. К ним относятся:

Центровка валов при помощи одной или двух пар радиально-осевых скоб

При угловых смещениях валов т.е. когда а1+а3 больше или меньше а2+а4 (или b1+b3 больше или меньше b2+b4) для центровки рекомендуется применять две пары скоб, сдвинутых одна относительно другой на 180 градусов, как показано на рисунке а, причем одной парой скоб измеряют боковые и угловые зазоры, а другой только угловые на одинаковом расстоянии от оси, измерения проводят при повороте ротора на 0,90,180 и 270 градусов. После измерений проводят необходимые корректировки и перемещения.

Центровка валов по полумуфтам

В скобу вворачивают измерительный болт с контргайкой, боковые зазоры измеряют при помощи щупа между измерительным болтом (или индикаторов) и внешней поверхностью полумуфты, а угловые зазоры - между торцами полумуфт.
В каждом положении полумуфт (0,90,180,270) замеряют один боковой замер и два или четыре угловых зазора. Средние значения угловых зазоров при нескольких замерах определяют как среднее арифметическое путем деления суммы числовых значений зазоров на количество замеров.

Центровка с использованием электромагнитного прижима и индикаторов,

специальное приспособление позволяет производить измерения при центровке валов как индикаторами, так и пластинчатым щупом.

Центровка способом обхода одной точкой.

Если один из валов не может проворачиваться при центровке, зазоры между плоскостями полумуфт можно измерять и при вращении одного вала.

Для этого применяют специальное приспособление, прикрепляемое к полумуфте вала, который может вращаться, или скобы.

Центровка машин с одноопорным валом

В этом случае прицентрованный одноопорный вал одним концом опирается на предварительно выверенный подшипник, а другой его конец распологают так, чтобы выступ одной полумуфты попал в
выточку другой. Прицентрованный одноопорный вал опирается одним концом на поясок полумуфты, а другим, на свой подшипник. Между торцами полумуйт оставляют зазор 1-2 мм. Во время центровки обе полумуфты соединяют двумя-тремя болтами, диаметр которых меньше, чем диаметр болтов муфты. Болты пригоняют по отверстиям полумуфт. Затем производят прицентровку по полумуфтам, как и в случае валов с двумя опорами. Необходимые перемещения подсчитывают по тем же формулам, что и при центровке двух опорных валов одной парой скоб.

Центровка валов электрических машин с зубчатой передачей.

В этом случае за базу прицентровки принимают редуктор, а все перемещения производят за счет электрической машины, прицентровываемой к редуктору.

При этом следует учитывать, что вал ведущего колеса редуктора при работе обычно поднимается на величину вертикального зазора в подшипниках, поэтому вал центрируемого механизма устанавливают выше вала зубчатого колеса на упомянутую величину вертикального зазора.

Центровка валов многомашинных агрегатов

В многомашинных агрегатах прокатных станов, насчитывающих до пяти соединенных между собой механизмов или электрических машин, очень важным условием является линейная центровка валов
в процессе монтажа агрегата. В 3-5 машинных тихоходных преобразовательных агрегатах в качестве приводов используют синхронные двигатели нормального исполнения, подшипники которых не рассчитаны на дополнительные нагрузки от якорей генераторов, имеющим только по одному собственному подшипнику.
Для разгрузки приводных подшипников от дополнительных нагрузок применяют следующий метод: на подшипники агрегата устанавливаются отдельные валы в такое взаимное расположение одного, относительно другого, при котором плоскости фланцев имели бы неоторый угловой развал, который задан рассчетом. Для такого оборудование отдельно рассчитываются и указываются величины нагрузок на подшипники.
Перед началом работ по монтажу оборудования и выравниванию выполняют широкий спектр подготовительных работ.

Допуски на центровку

Проверенные после центровки скобами длиной 250-300мм. величины боковых и угловых зазоров при совместном повороте обоих роторов на 0, 90, 180 и 270 градусов (или 0, 120, 240 градусов) не должны отличаться более чем на 0,03 мм. При другой длине скоб допуски на угловые зазоры долдны быть изменены пропорционально длине скоб (соответственно в большую или меньшую сторону).

При центровке по полумуфтам для одних тех же положений вала боковые и угловые зазоры для муфт диаметром 400 - 500 мм. не должны отличаться более чем на 0,05 мм.

Величина допустимого биения конца вала обычно указывается изготовителем и зависит от быстроходности машин.

Окончательная установка линии валов.
При монтаже средних крупных электрических машин, вертикальное и горизонтальное перемещение ротора в небольших пределах (во избежание нарушения необходимого прилегание шеек вала в обоих нижних подшипниках) производят соответствующим перемещением стоек подшипников. Следует учесть, что при установленном статоре такое перемещение стоек вместе с самим ротором требует соответствующего перемещения и самих статоров, так как в противном случае нарушатся зазоры между статором и ротором.

Правильное положение ротора достигается перемещением фундаментной плиты. После нескольких перемещений фундаментной плиты и стоек подшипников под ними может оказаться большое количество временных прокладок которые следует поочередно заменить постоянными, изготовленными под соответствующие размеры. Устанавливать их следует достаточно плотно, но без ослабления других прокладок, что проверяют щупом или простукиванием. Затем проверяют затяжку анкерных болтов, болтов, крепящих стойки и центровку, после чего приваривают коротким швом гайки анкерных болтов к плите, закрепляют болтами жесткие полумуфты, а также окончательно проверяют центровку и зазору между статором и ротором.

Необходимо также убедиться в том, что при вращении ротор не задевает щитов статора. Для этого у средних и крупных электрических машин производят пробную установку щитов статора. При наличии задеваний несколько уменьшают разбег ротора путем передвигания подшипников в осевом направлении. После этого устанавливают контрольные конические штифты в стойки подшипников и лапы статора. Сначала устанавливают неизолированные штифты, а затем - изолированные.

Сборка, пригонка и соединение муфт

Перед соединением машин с жесткими или полужесткими муфтами необходимо убедиться в отсутствии на торцевых поверхностях полумуфт выбоин, царапин заусенцев и других неровностей, после чего произвести развертку просверленных начерно отверстий для соединительных болтов.
Каждое отверстие развертывают одновременно в обоих полумуфтах (они должны быть предварительно стянуты болтами). Затем до и после установки всех болтов следует определить радиальные биения каждой полумуфты в четырех точках, отстоящих одна от другой на 90 градусов.

если в результате неточной развертки биение превысит допуск на центровку, нужно все отверстия заново развернуть развертками большого диаметра и заменить соединительные болты.

Подвижные соединенния. выполненные при помощи зубчатых муфт, после сборки проверяют на возможность осевого углового смещения валов из-за нагревания, достаточность зазора между крышками и торцами зубьев ступиц, а также между торцами ступиц. Кроме того, в зубчатых муфтах проверяют зазоры в зацеплениях и правильность шага зацепления зубьев (допускаются отклонения по толщине зуба и в шаге +/ - 0,05 мм).

При сборке пружинных муфт проверяют размеры пазов между зубьями полумуфт (они должны быть строго одинаковы) и возможность осевых перемещений пружин.
Кроме того, необходимо убедиться в отсутствии защемлений пружин.

У пальцевых эластичных муфт проверяют диаметры резиновой и кожанной набивок, а также отверстий для них. При этом следует иметь ввиду, что эластичная часть пальцев должна свободно входить в отверстия (разница в диаметрах допускается 2-4 мм). Зазоры между торцами полумуфт допускаются в пределах 5 -8 мм.

Обязательным условием при сборке и подгонке муфт является равномерное прилигание эластичной части всех пальцев к поверхности отверстий по всей их длине (в ведомой полумуфте).

Правильное положение пальцев проверяют следующим образом:
после установки каждого пальца устанавливают наличие смещения одной полумуфты по отношению к другой путем легкого покачивания одного из роторов в обе стороны. При этом необходимо добиться, чтобы величина смещения каждого из пальцев была одинаковой. Если при установке какого-либо пальца смещение не обнаружено, причиной этого может быть неправильная установка или обрабока пальца или неправильные размеры расточки отверстия в ведомой полумуфте.

Центровка валов электродвигателей и механизмов производится с целью, чтобы их оси находились на одной прямой. Несоосные вращающиеся валы создают значительные нагрузки, приводящие к разрушениям, преждевременному выходу деталей из строя и значительному шуму.

Соосно выставить механизмы не всегда получается, поэтому применяют с компенсацией расцентровки осей упругими элементами. Они выполняют свои функции до определенной величины несоосности. Центровка валов по полумуфтам наиболее удобна. Их поверхности являются базовыми, на них и крепятся измерительные приспособления. В теплоэнергетике большая часть машин работает с упругими втулочно-пальцевыми муфтами (МУВП). В мощных агрегатах применяются зубчатые муфты (МЗ).

Параметры центровки

Центровка валов индикаторами проверяется по следующим параметрам:

• R - взаимное радиальное смещение цилиндрических поверхностей полумуфт (радиальная расцетровка).
• T - разница раскрытия торцов полумуфт в вертикальной и горизонтальной плоскостях (торцевая или угловая расцентровка).

Требования к муфтам

Допустимая расцентровка уменьшается с ростом частоты вращения. Она составляет для МУВП 0,12 мм при 1500 об/мин и 0,05 мм при 3000 об/мин.

Важно! При выборе муфты необходимо проверить соответствие ее характеристик техническим условиям, согласно которым ее осевое и радиальное биение не должно быть выше 0,05 - 0,08 мм. Посадка на валу создается плотная. До разборки на полумуфты наносятся метки, по которым можно будет восстановить их взаимное расположение. Нарушение этих правил может уменьшить точность центровки.

Горизонтальность установки валов

Фактически ось не является прямой, поскольку изгибается под влиянием собственного веса и других нагрузок. При центровке агрегата нужно контролировать положение валов относительно горизонта. Контроль производится на шейках подшипников. Можно использовать рядом расположенную ровную поверхность вала с помощью уровня «Геологоразведка» (цена деления 0,1 мм на 1 м).

Устройства для контроля центровки

Опытные мастера способны произвести контроль центровки, приложив металлическую линейку к муфте и по просвету определив соосность. Но для большей уверенности, чтобы уложиться в норму, можно воспользоваться пластинчатым щупом или индикатором ИЧ-0,01. Последний обеспечивает необходимую точность 0,01 мм, которой достаточно, чтобы уложиться в норму.

Сначала разъединяются полумуфты, а затем на них или на валах рядом устанавливают приспособления для центровки валов электрических машин. Они должны быть достаточно жесткими, чтобы не прогибались в процессе измерений. Измерения можно проводить также при соединенных муфтах.

После установки и укрепления приспособлений проверяется работоспособность механизма индикатора. Для этого следует оттянуть и вернуть на место измерительные стержни. При этом стрелка должна прийти в исходное положение.

Осевые и радиальные зазоры проверяются путем одновременного поворота обоих роторов из исходного положения на углы 90°, 180° и 270° в сторону вращения привода.

Как центрировать агрегаты?

Перед измерениями проверяется затяжка анкеров и Ослабление крепления, наличие трещин в раме, дефекты фундамента, неравномерная осадка пола являются причинами нарушения центровки при работе механизмов.

Приспособления устанавливаются на полумуфты, затем замеряется расцентровка:

• радиальная в вертикальной плоскости;
• радиальная в горизонтальной плоскости;
• торцевая в вертикальной плоскости;
• торцевая в горизонтальной плоскости.

По результатам измерений производится корректировка положения осей валов. Для этого опоры перемещают по вертикали с помощью прокладок, а по горизонтали болтами, расположенными на раме. Центровочную скобу устанавливают в положение большего значения параметра расцентровки, после чего опоры перемещают на величину фактической расцентровки.

Центровка валов производится поочередно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. После окончания процесса перемещения и фиксации опор измерения производят повторно. Если это необходимо, их корректируют снова.

Центровка насосных установок

Центровка валов насоса и электродвигателя необходима для балансировки вращающихся деталей. Это относится не только к колесу и валу, но и к ротору электродвигателя. Обязанностью изготовителя является демонстрация агрегата в рабочем режиме подачи без превышения допустимого уровня вибрации. Цены на промышленные агрегаты высокие, а при дальнейшей эксплуатации доказать вину производителя будет почти невозможно.

Стандарты предусматривают, что после пуска ответственность за вибрацию в дальнейшем ложится на потребителя. Испытания насоса должны проводиться на штатном месте его эксплуатации. Особое внимание уделяется фундаменту и опорной раме, на которую устанавливаются двигатель и насос.

Места стыковки (монтажные приливы) должны быть тщательно обработаны, чтобы размеры зазоров не были больше 0,2 мм на 1 м стыка. В местах соединений предусматривается возможность регулировки уровней прокладками толщиной от 1,5 до 3 мм.

Для насосов мощностью выше 150 кВт по стандарту центрирование производится винтами в вертикальной и горизонтальной плоскостях (не менее шести винтов для горизонтального насоса и не менее четырех - для вертикального). Их количество зависит от веса оборудования.

Важно! Центровка соединения привода и насоса производится и контролируется перед монтажом и в течение всего периода эксплуатации. Также нужно обратить внимание, что двигатель и насос бытового назначения помещаются в общем корпусе и отцентрированы на заводе. Их контролировать и выставлять не нужно.

Если между насосом и двигателем установлен редуктор, в первую очередь следует отцентровать его и закрепить штифтами. Остальные валы агрегата ориентируются по нему. При поступлении насосов с завода в сборе с электродвигателями центровка валов агрегатов производится по двигателям. При сборке насоса на опорной раме вал двигателя выставляется по нему.

Балансировка карданного вала

Центровка карданного вала производится для устранения вибраций, возникающих при работающем двигателе. Причинами дисбаланса могут быть:

• нарушение требований в технологии изготовления вала или после его ремонта;
• неправильная сборка;
• нарушена центровка деталей вала и сопрягаемых частей трансмиссии;
• погрешности термической обработки изделия;
• механические повреждения.

Сначала выявляется дисбаланс, а затем производится его устранение путем установки противовеса. Работа производится на специальном оборудовании станции техобслуживания. Для этого используют

Реальные условия работы карданного вала имитируются за счет его вращения электродвигателем через передачу (обычно ременную).

Отклонения определяются датчиками, перемещающимися по длине вала. Специальная программа обрабатывает результаты измерения, после чего определяется место установки и величина балансировочного груза. Специалист по техобслуживанию добавляет груз, высверливает металл или устанавливает прокладки для обеспечения соосности.

Приборы для центровки

Произвести самые простые измерения при проверке центровки валов можно с помощью складного метра и металлической линейки. Для правильных измерений необходимо более точное приспособление для центровки валов: скоба с отсчетным устройством, пластинчатый щуп, микрометр, штангенциркуль.

1. Штангенциркуль - прибор для измерения диаметров (наружных и внутренних) и длины деталей до 4000 мм. Отдельные типы позволяют определять глубины, расстояния до внутренних и наружных уступов, производить разметку. Уровень точности составляет от 0,01 мм до 0,1 мм. Приборы могут быть механическими и цифровыми - с выводом измеренных значений на дисплей. Измерения производят с ослаблением крепления штанги, после чего передвигают измерительную наружную губку, пока вал слегка не зажмется с двух сторон. Затем винтом микрометрической подачи подводится рамка с нониусом и закрепляется зажимом. Целые миллиметры отсчитываются по делениям на штанге, а доли - по нониусу.
2. Микрометр - прибор для измерения наружных диаметров и длины деталей до 2000 мм с точностью от ±0,001 мм до 0,01 мм. При проведении измерений деталь зажимается мерительными поверхностями прибора путем вращения микрометрического винта с трещоткой, пока последняя не начнет проскальзывать.
3. Скобы с отсчетным устройством служат для измерения внешних диаметров и длины деталей до 1000 мм. Прибор для центровки валов крепится на переставную пятку, а на подвижной находится индикатор с делениями. Измерения можно производить с точностью от ±0,002 до 0,01 мм.
4. Пластинчатый щуп - набор калиброванных пластин для измерения зазоров между торцами полумуфт центрируемых валов. Его можно применять как индикатор зазора между штифтом центровочной скобы и корпусом полумуфты. Пластины щупа вставляют в зазор с небольшим трением, которое поддерживается приблизительно одинаковым при каждом измерении.
5. Уровень - прибор для проверки горизонтальности плит фундамента и рам агрегатов с приводами, а также для выверки линий валов электроприводов и механизмов. Применяют рамное устройство типа «Геологоразведка», где угол наклона определяется перемещением микрометрического винта, пока воздушный пузырек в ампуле с жидкостью не достигнет нулевого положения.

Лазерная центровка валов

Системы лазерной центровки выпускаются одно- и двухлучевые. Последняя является более точной и функциональной.

Измерительный блок устанавливается на валу и создает лазерный луч вдоль его центра вращения. От противоположного блока, установленного на сопрягаемом валу, детектируется другой луч. Оба сигнала улавливаются фотоприемниками, и при разных угловых положениях валов с высокой точностью определяется их расцентровка. Путем сравнения показаний при разных угловых перемещениях валов можно производить их центровку в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Система «Квант-ЛМ»

Большой популярностью пользуется центровка валов с применением лазерной системы «Квант-ЛМ», разработанной компанией «БАЛТЕХ». Производится центровка машин горизонтального и вертикального исполнения. Встроенный вычислительный блок сравнивает и обрабатывает сигналы от измерительных блоков. Результаты выводятся на дисплей, где показано состояние центровки относительно допустимой области, выделенной зеленым цветом, и запредельной зоны (красный цвет).

Система «Квант-ЛМ» позволяет устранить вибрации, уменьшить количество простоев и ремонтных работ, увеличить срок службы подшипников, уплотнений и муфт.

Заключение

Расцентровка роторов агрегатов является распространенным дефектом, который можно устранить. Для этого необходимо знать влияющие на нее факторы и способы центровки валов. Обычно центровка валов производится концентричной и параллельной установкой торцовых поверхностей полумуфт с помощью специальных приборов.

Центровка насосов

Введение

До начала монтажных работ должны быть закончены строительные работы по зданию (сооружению), фундаментам и каналам.

Насосные агрегаты, поступающие на место монтажа в сборе с заглушенными и опломбированными патрубками, промываются для снятия консервирующей смазки и проверки состояния шеек валов, подшипников и сальников

Монтаж и центровка горизонтальных насосных агрегатов. Монтаж центробежных горизонтальных насосов начинают с установки плит или рам на фундамент и выверки их в плане, по высоте и горизонтали.Допускаются отклонения плиты (рамы) в плане и по высоте до 10 мм, а по горизонтали до 0,1 мм на 1 м длины плиты. Узлы насосных агрегатов устанавливают на общей раме или на отдельных рамах (рис.1 и 2).

Рис.1. Установка насосных агрегатов на общей фундаментной раме

1 - насос;

2 - электродвигатель.

Фундаментные рамы устанавливают на прокладки и крепят к фундаменту с помощью глухих или анкерных болтов. Прокладки помещают по обе стороны каждого болта и по всему периметру рамы через 300-1000 мм в зависимости от ее жесткости. Число прокладок по высоте не должно превышать пяти, включая тонколистовые, применяемые для окончательной выверки. После подливки рамы бетоном и затвердевания его до проектной прочности выполняют затяжку болтов. Окончательная центровка агрегата производится с помощью прокладок,помещенных между опорной поверхностью рамы и лапами двигателя. Установка прокладок под опорные поверхности гидромуфт и редукторов, а также под опорные поверхности насоса в агрегатах без гидромуфт и редукторов не разрешается и допускается только при наличии указаний завода-изготовителя. Плотность прилегания поверхностей прокладок друг к другу, а также к опорным поверхностям фундаментных рам (плит) и установленному на них оборудованию, проверяется щупом. Щуп толщиной 0,05 мм не должен входить в стык сопряженных поверхностей.

Рис.2. Установка насосных агрегатов на раздельных фундаментных рамах

1 - насос;

2 - электродвигатель.

Если горизонтальный насосный агрегат поступает на монтаж отдельными узлами,то в агрегатах без редуктора электродвигатель прицентровывают к выверенному и закрепленному на раме насосу, а в агрегатах с редуктором насос и электродвигатель - к выверенному и закрепленному редуктору. В агрегатах с трубопроводом насос прицентровывается к закрепленному трубопроводу, а в агрегатах с гидромуфтой редуктор, насос и электродвигатель - к выверенной и закрепленной гидромуфте.

При центровке насосных агрегатов с клиноременной передачей следят за тем,чтобы оси валов электродвигателя и насоса были параллельны, а канавки шкивов - расположены без смещения относительно друг друга.

Насосные агрегаты горизонтального исполнения на общей фундаментной плите-раме или на раздельных плитах-рамах перед подливкой бетонной смесью выверяют по высотным отметкам относительно репера или насечки по высоте, а также проверяют положение насосного агрегата по осям в плане и в горизонтальной плоскости. Для этого натягивают горизонтально-продольные и поперечные струны (рис.3). На струны подвешивают отвесы так, чтобы они совпали с соответствующими насечками, нанесенными на фундамент. На натянутые и закрепленные продольные струны каждого насоса или группы подвешивают отвесы таким образом,чтобы один отвес совпал с центром всасывающего патрубка насоса и насечкой,нанесенной на фундамент. Второй отвес должен совпасть с осью электродвигателя и насечкой. Поперечную струну необходимо натягивать, если одновременно устанавливают два или несколько насосов в одном ряду.При этом отвесы, опущенные с натянутой струны, должны совпасть с центрами нагнетательных патрубков (см. рис.3). При монтаже насосов, работающих на горячих жидкостях, обязательно проверяют зазор в продольных шпонках и зазор между дистанционной втулкой и отверстиями в лапах насоса. Они должны соответствовать зазорам, указанным в паспорте насоса.

Рис.3. Натяжение струны для проверки установки насосов

1 - насос;

2 - отвес;

3 - струна;

4 - плита;

5 - фундамент;

6 - насечка осевая;

7 - электродвигатель.

При монтаже насосного агрегата, имеющего раздельные опорные рамы или плиты,следует особое внимание обращать на зазор между торцами полумуфт, который всегда указывается в чертеже.

Для обеспечения надежной и безотказной работы насосного оборудования, необходимо перед пуском насосного оборудования обязательно необходимо контролировать и производить центровку насосов. Валы насоса и двигателя должны быть установлены соосно, т.е. оси вращения лежать на одной линии в двух плоскостях (горизонтальной и вертикальной) в процессе работы оборудования. Центрование насоса - это, процесс, призванный обеспечить совпадение центров (соосности) валов насоса и двигателя .

При производстве оборудования достаточно тяжело выдержать точность, которая позволила бы при сборке не производить центровку насосов. Поэтому при установке оборудования на раму, требуется произвести центровку насосов и электродвигателей. При поставке собранного оборудования данная процедура ложиться на плечи завода изготовителя. Однако, к сожалению, часто получаем насосы не отцентрованные (центровка может быть нарушена при транспортировании оборудования а также при деформации тонкостенной фундаментной плиты в результате старения металла или при неравномерном прилегании ее к фундаменту) с завовдов-производителей, поэтому работы по центровке насосов с двигателями часто выполняются с использованием подручных средств или на глаз.

Существует два типа несоосности угловая и параллельная, как правило если нарушена центровка оборудования, то присутствуют одновременно сразу два типа несоосности и если значения превышают заданные предел, то данные типы могут послужить причиной появления повышенного шума, вибрации, возрастания потребления электроэнергии, чрезмерная нагрузка на подшипниковый узел, соответственно это приведет к повышению температуры последних и как следствие, сокращения срока службы оборудования

Поэтому для безопасной и безотказной работы насосного оборудования, очень важно проверять качество центровке насосов и двигателей после установки перед запуском и в случаи необходимости произвести работы по центровке согласно допусков.

Схема нарушения соосности валов приведена на рис. 1. В первом случае оси вала смещены в горизонтальной или вертикальной плоскостях, оставаясь при этом параллельными, во втором - они скрещиваются. В обоих случаях, если отклонения превышают определенные величины, агрегат работает ненормально: появляется шум, вибрация, возрастает потребляемая мощность, греются подшипники и муфта. Детали насоса и электродвигателя при такой работе изнашиваются в несколько раз быстрее обычного.

Рис. 1. Схема нарушения соосности валов.

Допустимые отклонения в несоосности валов (табл. 1) зависят от их быстроходности и массы вращающихся деталей. Чем выше стоимость агрегата, тем более жесткие требования предъявляются к соосности валов.

Таблица 1. Допустимые величины перекоса и параллельного смещения осей валов
при диаметре муфты 500 мм (СНиП III-Г. 10.3-69)

При центровке агрегатов необходимо соблюдать следующие основные положения: в агрегатах с редуктором диктующим агрегатом является редуктор, который устанавливают, выверяют и фиксируют штифтами; насос, электродвигатель и гидромуфту центруют по редуктору; в агрегатах с гидромуфтой насос и электродвигатель центруют по гидромуфте, предварительно выверенной, закрепленной и зафиксированной; в агрегатах без редуктора центровку выполняют по насосу, который предварительно выверяют, крепят и фиксируют; центровку агрегата, не имеющего общей плиты, выполняют в два этапа: предварительно - перед заливкой фундаментных болтов и окончательно - после закрепления насоса к фундаменту; центровку агрегата, имеющего общую фундаментную плиту, производят после ее выверки, подливки и затяжки фундаментных болтов. Окончательно валы насосного агрегата центруют после присоединения к нему трубопроводов.

Рис. 2. Центровка валов насоса и электродвигателя:
а - с помощью индикаторов; б - с помощью двух пар скоб и щупа;
1- полумуфта; 2 - скоба; 3 - индикатор; 4 - щуп.

Известно несколько способов контроля соосности валов .

Центровка валов при помощи одной пары радиально-осевых скоб

Конструкция радиально-осевых скоб и их крепление показаны на рисунке 1.

Наружную скобу 1 закрепляют на полумуфте 2 установленной машины, а внутреннюю скобу 3 – на полумуфте 4 машины, которая должна быть соединена с установленной. Скобы крепят при помощи хомутов 5 и болтов 6 . В процессе центровки измеряют боковые зазоры a и угловые зазоры b при помощи щупов, индикаторов или микрометров. В двух последних случаях индикатор или микрометрическую головку устанавливают на место болтов 7 и 8 .

Перед началом измерения полумуфты должны быть разъединены, а валы раздвинуты с тем, чтобы скобы и полумуфты при вращении валов не прикасались. Для большей точности измерений при помощи болтов устанавливают минимальные зазоры a и b .

Независимо от способа проверки соосности валов зазоры между плоскостями полумуфт или между остриями радиально-осевой скобы измеряют щупом таким образом, чтобы пластинки щупа входили в зазор с ощутимым трением и на глубину не менее 2/3 своей длины (практически до 20 мм). Ввиду того что при замерах щупом неизбежны погрешности, величина которых зависит от опытности исполнителя, результаты измерений следует контролировать. При правильных замерах сумма числовых значений четных замеров равняется сумме числовых значений нечетных замеров, то есть

a 1 + a 3 = a 2 + a 4 и b 1 + b 3 = b 2 + b 4 .

В противном случае, не изменяя положения полумуфт, измерения следует повторить более тщательно.

На рисунке 2 показаны четыре взаимных положения валов машин.

Рисунок 2. Взаимные положения валов машин

В положении А валы расположены на одной прямой, и центры их совпадают. Очевидно, что при одновременном проворачивании валов зазоры a и b должны оставаться неизменными.

В положении Б валы параллельны один другому, но между ними есть сдвиг. При проворачивании валов угловые зазоры b остаются неизменными, а боковые зазоры a изменяются.

В положении В центры валов совпадают, но оси их расположены под углом. В этом случае при проворачивании валов меняются величины угловых зазоров b , а боковые зазоры сохраняются.

Наконец, в положении Г центры валов сдвинуты и оси их расположены под углом. При проворачивании валов будут изменяться величины как угловых b , так и боковых зазоровa .

Первое измерение зазоров a 1 и b 1 производят, когда скобы находятся в верхнем положении. Затем валы проворачивают на 90° в направлении вращения приводного механизма или генератора и снова замеряют зазоры a 2 и b 2 при совпадении рисок на валах. Всего делают четыре замера при каждом повороте валов на 90°. Пятый замер выполняют как контрольный, когда скобы снова приходят в верхнее положение. Величина зазоров в первом и пятом положениях скоб должны совпадать.

Действительной величиной зазоров a иb в данной точке будет полусумма соответствующих зазоров, измеренных при двух замерах в этой точке

Соосность валов контролируют лазерными системами

При проведении работ по центровке, специалисту необходимо принять во внимание множество факторов, влияющих на условия эксплуатации насосов. Это осевой зазор в муфте, деформация корпуса, установка подшипников (если подшипники менялись), плоскостность базы, тепловые расширения, изгиб валов, натяжение трубной обвязки и прогиба выносных элементов измерительной системы. В полномочия специалиста по центровке входит определение влияния этих факторов и проведение соответствующих корректировок.

Вибрация не должна использоваться как критерий качества центровки, несмотря на то, что задачей центровки является ее снижение. Оценивать центровку необходимо в статике с помощью измерительных инструментов, закрепленных на валах, используя «Допустимые пределы центровки». Другие причины могут вызвать вибрацию, такие как резонанс конструкции или дисбаланс. Поэтому нельзя использовать повышенную вибрацию как единственный признак расцентровки. Но если работающий насос не вызывает вибрации, то, очевидно, что центровка удовлетворительна и ее можно принять.

Шум и повышенная температура подшипника могут быть связаны с расцентровкой, но эти симптомы также могут указывать на другие проблемы. Применять наличие шума и повышенной температуры у подшипника в качестве единственных признаков плохой центровки недопустимо.

Эти рассуждения не мешают специалисту остаться у машины при запуске и для своего удовлетворения понаблюдать за ее рабочим состоянием. Не запрещается также для достижения более мягкой работы машины, с помощью средств виброконтроля в качестве обратной связи, проводить центровку работающего агрегата.

Выбор измерительных систем и методов - дело специалиста. Основные варианты - стрелочные индикаторы или лазеры. Основное требование для любой системы центровки валов - повторяемость измерений. Это оценивается тестом на повторяемость показаний при круговом повороте. Этот тест - хороший способ оценки крепежа системы при принятии решения о ее закупке. В основном, измерительная система, которая не возвращается в ноль (с допуском 0,05 мм) после вращения на 360О, должна быть отвергнута.

Допустимые отклонения центровки валов по полумуфтам

Частота вращения ротора, мин.	Вид муфты
Жесткая	Упругая
	0,10	0,15
	0, 08	0,10
	0,06	0,08
	0,04	0,06

Если зазор в вертикальной плоскости между полумуфтами будет в верху будет больше чем внизу, то тогда необходимо П - образные стальные прокладки подложить под ближайшие к муфтам болты между станиной насоса и двигателя и рамой.

Важнейшим условием долговременной работы насоса и двигателя является горизонтальное положение рамы и соответственно оси ротора, отклонение от горизонтальности осей вала и рабочего колеса насоса и двигателя должны быть на 1м не более 0,04 мм, иначе будет возникать горизонтальная составляющая общей нагрузки ротора и подшипники будут быстрее выходить из строя.

Многоступенчатые насосы.

Многоступенчатые насосы выпускаются с горизонтальным и вертикальным валом. Насосы с горизонтальным валом выпускаются трех типов. Первый тип МС – многоступенчатые центробежные насосы с рабочими колесами одностороннего входа воды и вертикальной плоскостью разъема (рис.8а). При такой схеме соединения рабочих колес имеется существенный недостаток – возникает осевая нагрузка и при ремонте необходимо отсоединять всасывающий и напорный трубопроводы. У второго типа М (рис.8б) входом воды рабочие колеса расположены противоположно друг другу, что взаимно уравновешивает осевую нагрузку (количество рабочих колес у них четное). Кроме того, у этого типа насоса горизонтальный разъем корпуса. Третий тип МД (рис. 8в) с горизонтальным разъемом корпуса, первое рабочее колесо с двухсторонним входом воды, последующие колеса с односторонним входом также расположены попарно с противоположным входом воды.

В многоступенчатых насосах вода последовательно проходит через несколько рабочих колес, смонтированных в одном корпусе насоса, поэтому напор будет равен сумме напоров последовательно расположенных колес, пропускающих одно и то же количество воды.

Обозначения многоступенчатых насосов с горизонтальным валом:

Тип МС аМС – n s х i:

где а – диаметр всасывающего патрубка, уменьшенный в 25 раз, в мм;

n s – быстроходность, уменьшенная в 10 раз, мин;

i - число рабочих колес.

По новому ГОСТу тип насосов МС обозначается ЦНСQ – H:

где Q – подача, м 3 /час;

H – напор, м.

Например: ЦНС300 – 120, у которого подача 300 м 3 /час, напор 120 м.

Тип М по старому ГОСТу обозначался в общем виде аМ – n s xi , обозначения те же, что и у насосов типа МС.

По новому ГОСТу тип насосов М обозначается ЦНQ – H, где Q и H соответственно подача и напор.

Рис. 8 – Схемы движения воды в насосах

Конструкция насоса типа МС показана на рисунке 9.

Рис. 9 - Конструкция насоса типа МС

1 – напорный патрубок; 2 – направляющий аппарат; 3 – корпус секции; 4 – стяжная шпилька; 5 – защитно-уплотняющее кольцо; 6 – резиновый шнур; 7 – входная крышка со всасывающим патрубком; 8 – отверстие для подачи жидкости в уплотнение; 9 – упругая муфта; 10 – роликовый подшипник; 11 – кронштейн; 12 – сальниковый узел; 13 – кольцо гидравлического уплотнения; 14 – грундбукса; 15, 20, 21 – втулки соответственно распорно-защитная, дистанционная, разгрузки; 16 – рабочее колесо; 17 – вал; 18 – шпонка; 19 – щель подвода жидкости к гидравлической пяте; 22 – гайка-втулка; 23 – уплотнение в крышке подшипника; 24 – гидравлическая пята; 25 – защитно-уплотняющее кольцо

Ось всасывающего патрубка на рис. 9 условно показана вверх, на самом деле горизонтально пола машинного отделения, чтобы меньше было гидравлических сопротивлений при входе в насос.

Из всасывающего патрубка вода поступает в корпус насоса 7 и через кольцевой подвод к первому рабочему колесу 2. При выходе из рабочего колеса вода проходит через направляющий аппарат 3 на второе колесо и т. д. Рабочие колеса с односторонним входом воды. Направляющий аппарат имеет каналы, направляющие воду к кольцевому подводу на второе колесо. Сечение каналов в направляющем аппарате постепенно увеличивается, чтобы преобразовывать кинетическую энергию в потенциальную энергию. Секции направляющего аппарата и рабочие колеса взаимозаменяемые.

Из-за одностороннего входа воды на рабочее колесо ротор насоса испытывает значительные осевые усилия, направленные как у консольных насосов в сторону входа воды. Так как давление после каждой ступени возрастает и суммируется, то общая нагрузка на ротор будет большая, и весь ротор будет перемещаться в сторону входа воды на колесо. Для снятия осевых усилий служит разгрузочная шайба 24, которая на резьбе или болтах закрепляется на валу насоса за последним рабочим колесом. Жидкость из последнего рабочего колеса, через кольцевой зазор 21, поступает в разгрузочную камеру, из которой через патрубок 25 и трубку соединяется с всасывающей камерой первой ступени колеса. В связи с тем, что давление в промежуточной камере значительно больше, чем в разгрузочной камере, происходит разгрузка осевых усилий путем смещения ротора и уравновешивания давлений. Если ротор насоса под влиянием осевой силы движется вправо, то торцевой зазор между корпусом и шайбой уменьшается, давление в разгрузочной камере вследствие этого увеличивается и дальнейшее осевое продвижение ротора прекращается. Если давление на разгрузочную шайбу со стороны корпуса уменьшается, то за счет осевой нагрузки ротор перемещается вправо.

Назначение остальных деталей такое же как и у одноступенчатых насосов, наименование их дано в подрисуночной надписи.

Артезианские центробежные насосы.

К многоступенчатым насосам с вертикальным валом относятся артезианские насосы (глубинные насосы) для скважин. Артезианские насосы делятся на два вида:

1. насосы с трансмиссионным валом, у которых насос опускается в скважину, а двигатель располагается над скважиной;

2. насосы погружные, когда насос вместе с двигателем опускается в скважину.

Насосы с трансмиссионным валом отечественной промышленностью выпускаются типов А, НА и ЦТВ. Погружные насосы выпускаются единой серии ЭЦВ.

Насосы типов А и НА центробежные, артезианские (многоступенчатые), вертикальные, с трансмиссионным валом предназначены для подачи воды из высокодебитных скважин, иногда применяются на насосных станциях первого подъема для подачи воды а также как аварийные от затопления машинных залов особо ответственных насосных станций. В этих насосах электродвигатель располагается над устьем скважины и соединяется с насосом с помощью трансмиссионного вала (рис. 10).

Для того чтобы исключить вибрацию трансмиссионного вала, вал закрепляют промежуточными подшипниками с резино-металлическими вкладышами, смазываемыми водой. Масса вращающихся деталей насоса и трансмиссии воспринимается опорной пятой с радиально-упорными подшипниками, а масса всего насосного агрегата – опорным корпусом, установленным над скважиной.

Рис. 10 – Насосные установки с насосами типа АТН (а) и А (б)

В общем виде насосы данных типов обозначаются:

d скв A – n s xi ,

где d скв - минимальный диаметр скважины, в которую может быть опущен этот насос, уменьшенный в 25 раз и округленный;

n s - быстроходность, уменьшенная в 10 раз и округленная;

i – число рабочих колес.

Например, насос 24А – 18 х 1 , 24х25=600 мм – минимальный диаметр скважины;

18х10= 180об/мин – быстроходность насоса;

1 – число рабочих колес.

У насосов серии ЦТВ гидравлическая часть с теми же параметрами, что и у насосов ЭЦВ. Обозначения: Ц – центробежный, Т – с трансмиссионным валом, В – для подачи воды.

Насосы типа АТН центробежные секционные, вертикальные, предназначены для подачи воды из артезианских скважин.

Пример обозначения : АТН14-1-6

Буквы, входящие в маркировку насоса, обозначают: А – артезианский, Т - турбинный, Н- насос. Цифры обозначают: 14 – минимальный диаметр обсадной колонны в мм, уменьшенный в 25 рази округленный; 1 – тип рабочего колеса (закрытое); 6 – число рабочих колес.

У этого типа насоса для увеличения подачи при минимальных размерах обсадной колонны применены рабочие колеса диагонального типа (как у гидравлической турбины).

Насосы типа ЭЦВ многоступенчатые, погружные вертикальные, для подачи воды из скважины, с рабочими колесами одностороннего входа.

Условное обозначение насосов этой серии в общем виде:

ЭЦВd скв – Q - H , где

Э – с электроприводом,

Ц – центробежный,

В – для подачи воды,

d скв – минимальный внутренний диаметр обсадной колонны в мм, уменьшенный в 25 раз и округленный,

Q – подача, м 3 /час,

H – напор, м.

Пример обозначения: ЦТВ8 – 40 – 60 ,

где 8 - минимальный внутренний диаметр обсадной колонны, уменьшенный в 25 раз и округленный в которой может быть размещен насос, мм;

40 – подача, м 3 /час;

60 – напор, м.

Погружные насосы ЭЦВ представляют собой многоступенчатые центробежные насосы с рабочими колесами одностороннего входа и могут применяться для подачи воды из артезианских скважин в системах водоснабжения, понижения уровня грунтовых вод, в насосных станциях первого подъема из открытых водоисточников и т.д.

На рисунке 11 показан разрез погружного насоса.

Рис. 11 – Электропогружной насос:

а – электродвигатель ПЭДВ: 1 – днище; 2 – диафрагма; 3 – корпус; 4 – пробка-винт; 5 – подпятник; 6 – пята; 7 – манжета; 8 – пескосбрасыватель; 9, 10 – резиновые кольца; 11, 13 – корпуса; 12 – подшипник;

б – насос: 1 – соединительная муфта; 2 – ступицы основания; 3 – вал; 4 – диск; 5 – обойма; 6 – направляющий аппарат; 7 – рабочее колесо; 8 – ступица верхнего подшипника; 9 – клапан; 10 – стяжка; 11 - головка

Корпуса секций насоса изготовляются из пластмассы или из пластмассы на металлической основе. Направляющие аппараты имеют спиральные отводы лопаточного типа с кольцевыми подводами воды на следующее рабочее колесо. У крупных насосов корпуса стальные или из чугуна.

Рабочие колеса у мелких насосов ЭЦВ имеют плавающую посадку, позволяющую перемещаться вдоль вала в пределах заданных допусков. У остальных насосов рабочие колеса закрепляются с помощью шпонок, расстояние между ними фиксируется распорными втулками, у крупных насосов имеются защитные втулки. Вес вращающихся деталей ротора воспринимается опорными кольцами или самоустанавливающейся резинометаллической гидродинамической пятой. Вал вращается в резинометаллическом или металлографитовом подшипнике. Входные отверстия для воды закрыты металлической сеткой. Корпус насоса стягивается стяжными болтами.

Рис. 12 – Насосная установка с насосом типа ЭЦВ

Насосы для перекачки сточных вод.

Для перекачки сточных вод применяются отечественные насосы с горизонтальным валом типа СМ, с вертикальным валом типа СДВ и погружные насосы типа ГНОМ, ЦМК, ИРТЫШ, и др., специальные массовые насосы с горизонтальным валом с односторонним входом, применяемые для перекачки сточных вод.

Условное обозначение насосов типа СМ:

Например, СМ100-65-250 , где

100 – диаметр всасывающего патрубка, мм;

65 – диаметр напорного патрубка, мм;

250 – диаметр рабочего колеса, мм.

Данные насосы применяются для перекачки сточных вод с плотностью до 1050 кг/м 3 и содержащих абразивных частиц по массе не более 1% и температурой до 100 0 С.

Конструкция центробежного насоса типа СМ отличается от центробежных насосов для перекачки воды тем, что рабочее колесо имеет меньше лопаток и ширина лопаток больше. В крышке корпуса насоса и в верхней части спирального отвода имеются трапы для прочистки в случае засорения. К кольцу гидравлического уплотнения – сальнику должна подводиться чистая вода.

Для большой подачи сточных вод применяются вертикальные насосы типа СДВ (рис. 13), у них в спиральном отводе с противоположных сторон предусмотрены люки для прочистки (5), которые можно очищать колесо и корпус насоса при засорении отбросами. Для предохранения от абразивного износа устанавливаются сменные защитные диски, изготовленные из стали. Вал насоса вращается в подшипниках скольжения, имеющих разъемный резиновый или лигнофолевый вкладыш. Подшипник скольжения смазывается и охлаждается чистой водой из хозяйственного водопровода под давлением 0,1 МПа превышающим давление в напорном патрубке насоса. Подшипник скольжения защищен от проникновения транспортируемой жидкости специальным резиновым уплотнением.

Для защиты вала от износа под сальником предусмотрена защитная втулка или методом электронаплавки наносится защитное покрытие из коррозийно - стойкой стали.

Рис. 13 – Насос типа СДВ

1-защитное кольцо; 2-рабочее колесо; 3-регулируемое уплотняющее кольцо; 4-нижняя крышка корпуса; 5-люк-прочистка; 6-корпус; 7-защитные диски; 8-верхняя крышка корпуса; 9-подшипник скольжения; 10-торцевое уплотнение вала; 11-вал; 12-фундаментная плита

Центробежные моноблочные, канализационные погружные насосы (рис. 14) вместе с электродвигателем предназначены для перекачки фекальных и других сточных вод с плотностью до 1050 кг/м 3 и содержащих абразивных частиц по массе не более 1% и температурой до 35 0 С.

Пример обозначения: ЦКМ 16/27 где 16 – подача м 3 /час; 27- напор, м.

Погружные насосы типа ГНОМ (рис.14) обозначаются:

ГНОМ 25x20, где 25 - подача м 3 /час; 20 - напор, м.

Рис. 14 – Конструкция погружного моноблочного насоса ГНОМ:

1 – ручка; 2 – напорный патрубок; 3, 4 – ротор и статор электродвигателя; 5 – корпус насоса; 6 – торцевое уплотнение; 7 – разделительная камера; 8 – обрезиненный отвод; 9 – рабочее колесо без переднего диска

Отличительные конструктивные особенности современных зарубежных насосв.

Погружные насосы фирмы ITT «FLYGT» предназначены для перекачки сточных вод имеют три типа рабочих колес: открытое колесо (тип F) (рис. 15), имеющие режущую кромку, закрытое однокольцевое колесо (тип С) и свободно –вихревое колесо (тип N). У насосов с рабочим колесом типа F засоряемость почти 100 %, но коэффициент полезного действия невысокий (около 60 %), у закрытого типа С к.п.д. доходит до 80 %, но высокая засоряемость (до 60-65 %). Поэтому ученые разработали свободно- вихревое колесо полуоткрытого типа N с засоряемостью 98 – 100 % и высоким к.п.д. 80 %.

Для насосов с большой подачей разработаны также самоочищающиеся осевые насосы. Усовершенствована противоизносная защита торцевого уплотнения, применена замкнутая система охлаждения двигателя, разработано торцевое уплотнение патронного типа.

Фирма «GRUNDFOS» выпускает одноступенчатые погружные блочные агрегаты типа АРВ с вертикальным нагнетательным патрубком и приемным сетчатым фильтром. Насос имеет износостойкое рабочее колесо из нержавеющей стали с высокой твердостью и оболочкой из резинотехнических изделий. Насос имеет поворотный напорный штуцер для вертикального и горизонтального монтажа к напорной линии. Высоконапорные насосы имеют два последовательно включенных рабочих колеса. Двигатели имеют специальное торцевое уплотнение с масляной запорной камерой со специальным физиологически инертным маслом и уплотнительным кольцом на валу.

У электродвигателей погружных насосов фирмы «GRUNDFOS» имеется специальное торцевое манжетное уплотнение из специальной резины. От осевого смещения ротора применяется гидравлическое выравнивание перепада давления. У крупных двигателей применяется опорное кольцо из металлокерамики (карбид вольфрама), что обеспечивает большой срок службы.

Для откачки воды из строительных котлованов этой же фирмой выпускаются насосы POMONA с электродвигателем или от двигателя внутреннего сгорания. Насос самовсасывающий и после первоначального заполнения постоянно сохраняет готовность к работе, может перекачивать жидкость с содержанием твердых включений от 3 до 30 мм.

При работе насосов с большим диапазоном подач и напоров применяются частотные преобразователи, позволяющие с их помощью изменять числа оборотов в больших пределах, а следовательно изменять в широких пределах все параметры насоса.

Немецкая фирма «WILO» поставляет широкий спектр насосов для системы отопления, водоснабжения, пожаротушения и канализации. Насосы моноблочные, необслуживаемые, т.е. имеют неразрезной вал и специальное скользящее торцевое уплотнение. Насосы выпускаются с сухим и мокрым ротором. Скользящее торцевое уплотнение представляет собой динамическое уплотнение и используется для герметизации зазора между вращающимся валом насоса и корпусом при среднем и высоком давлении. Динамическая область скользящего торцевого уплотнения состоит из двух гладких, износостойких поверхностей (например, кольца из карбида кремния или графита), которые сжимаются при воздействии аксиальных сил. Одно кольцо (скользящее) вращается вместе с валом, другое кольцо (ответное) стационарно установлено в корпусе. Кольца сжимаются при помощи пружины и давления жидкости. Средневзвешенный срок службы 2-4 года, но при этом нельзя допускать сухого хода насоса, т.е. без жидкости.

Рис. 16 – Одинарные насосы

Выпускаются также сдвоенные насосы, устанавливаемые на одной трубе, позволяющие увеличить подачу вдвое (рис. 17).

Рис.17 – Сдвоенные насосы

Изучение конструкций вихревых насосов.

Основная задача при изучении вихревых насосов – изучить их конструкцию, принципы действия и особенности их эксплуатации.

Вихревые насосы применяются при малых подачах и больших напорах. Подача колеблется в пределах 0,3-10 л/с, а напор 15-160 м.

Промышленностью выпускались и выпускают ряд конструктивных типов этих насосов: В – вихревой, ВК – вихревой консольный, ВКС – вихревой консольный самовсасывающий, ВКО – вихревой консольный обогревной, ЦВК – центробежно-вихревой консольный, ЦВС - центробежно-вихревой самовсасывающий.

Пример обозначения:

ВКС5-24 - вихревой консольный самовсасывающий 5 – подача, л/с 24 – напор, м.

Вихревые насосы широко применяются для перекачки чистых жидкостей без абразивных примесей с температурой до 85 0 С для вихревых и 105 0 C для центробежно - вихревых.

Обогревные насосы применяются для перекачки застывающих жидкостей (фенолы, парафины и др.) и отличаются от остальных насосов типа В дополнительной обогреваемой крышкой корпуса, имеющей обогревной канал. В обогревной крышке имеются отверстия для присоединения паропроводов.

Насосы самовсасывающие отличаются от насосов типа В дополнительным узлом состоящим из воздушного колпака и воздухоотвода, которые служат для обеспечения самовсасывания. Всасывающие и напорные патрубки расположены в верхней части корпуса насоса, поэтому эти насосы нужно заливать при первоначальном пуске его в работу. Способность вихревых насосов засасывать воду без заливки всасывающей трубы в последующем позволяет легко автоматизировать их работу.

Работа вихревых насосов основана на действии центробежной силы и ближе всего сходна с работой многоступенчатого насоса. При вращении рабочего колеса, представляющего собой стальной диск с лопатками, частичка жидкости за счет центробежной силы по лопатке будет перемещаться из точки А в точку Б (рис. 18).

Рис. 18 – Схема движения жидкости в вихревом насосе

При этом движении она приобретает скоростную энергию и энергию давления, с которой и выбрасывается в кольцевой отвод корпуса под некоторым углом по ходу вращения колеса. Так как давление у основания лопатки меньше чем на выходе из нее, то жидкость стремиться снова переместится в точку А 1 . Чтобы жидкость быстрее попала снова к основанию лопатки, диск между основанием лопатки и выходом выфрезерован по окружности. Частичка жидкости при этом ударяется под углом о кольцевой отвод и быстрее попадает снова на лопатку рабочего колеса. При этом рабочее колесо может совершить несколько оборотов (внизу у основания лопатки показано направление вращения). Таким образом, за время прохождения жидкостью пути от всасывающего патрубка к напорному, цикл повторяется несколько раз, и каждый раз происходит приращение энергии. Такое движение напоминает вихри, отсюда и название насоса. Такое же приращение энергии происходит и в многоступенчатом центробежном насосе, где жидкость переходит из одного колеса на другое.

Изучение конструкции вихревых насосов.

Вихревой насос состоит из гидравлической части и опорной стойки (рис. 19).

Рис. 19 - Вихревой насос В – 1,25/40

1 – корпус насоса; 2 – подводящие каналы; 3 – рабочее колесо; 4 – перемычка; 5 – крышка насоса; 6 – внутренняя крышка насоса; 7 – опорная стойка; 8 – сальниковое уплотнение; 9 и 10 – радиальные шарикоподшипники; 11 – отверстие для опорожнения насоса

Внутри чугунного корпуса от всасывающего до напорного патрубков, расположенных в верхней части, проходит кольцевой отводящий канал постоянного сечения. Перемычка 4 отделяет всасывающую часть от напорной. Напорный и всасывающий патрубки одинакового размера, названия могут менять в зависимости от направления вращения. Крышка к корпусу крепится с помощью шпилек и гаек. Внутренняя часть корпуса одновременно является конусом сальник и внутренней крышкой опорной стойки.

Рабочее колесо представляет собой стальной диск с фрезерованными по окружности пазами, образующими лопатки. Колесо посажено на валу на шпонке и фиксируется специальным болтом с шайбой. В месте выхода вала из корпуса насоса находится сальниковое уплотнение.

Приводная часть состоит из чугунной опорной стойки и вала. Опорами вала служат радиальные шарикоподшипники, у больших насосов радиально-упорные шарикоподшипники. Три отверстия, закрытые пробками, служат для заливки,слива и контроля уровня масла.

Отверстие 11 в нижней части корпуса насоса служит для его опорожнения.

У вихревых насосов имеются существенные недостатки: низкий к.п.д. и увеличение мощности при уменьшении подачи.

К.п.д. вихревых насосов не превышает 50%. Во-первых, это связано с большими гидравлическими потерями при входе и выходе жидкости с лопаток рабочего колеса. Во-вторых, происходит быстрый износ перегородки между всасывающими и напорными патрубками. Поэтому за счет увеличения зазора между перегородкой и рабочим колесом жидкость из напорного патрубка вновь поступает во всасывающий патрубок.

Кроме того, у вихревых насосов малая область подач и напоров с высоким к.п.д., поэтому при уменьшении подачи потребляемая мощность возрастает.

Центробежно-вихревой насос СЦЛ-20-24а

Насос СЦЛ-20-24а – двухступенчатый центробежно-вихревой самовсасывающий с горизонтальным валом предназначен для перекачивания бензина, керосина и чистой воды от 30 до 40 м 3 /час при напоре от 65 до 40 м с температурой до 50 0 С.

Первая ступень насоса выполнена с центробежным, вторая с вихревым рабочим колесом.

Основные детали насоса (рис. 20): алюминиевый корпус 13 с отводящим спиральным каналом для рабочего колеса центробежного насоса с односторонним входом жидкости (14) и кольцевым отводом для вихревого рабочего колеса (6), вала (16), крышки корпуса (7) и воздушного колпака (11).

Рис. 20 – Центробежно-вихревой насос СЦЛ-20-24а

1 – рабочая полость второй ступени; 2 – спускные отверстия; 3 – лопасти рабочее колеса; 4 и 20 – шарикоподшипники; 5 и 18 – обоймы узлов уплотнения вала; 6 – вихревое рабочее колесо; 7 –крышка корпуса; 8 – перемычка; 9 – воздухоотвод; 10 – напорный патрубок; 11 – алюминиевый колпак; 12 – промежуточная крышка; 13 – корпус; 14 – центробежное рабочее колесо; 15 – входной патрубок; 16 – вал; 17 – резиновые манжеты; 19 - сальниковое уплотнение; 21 – гайка; 22 – камера; 23 – отверстие для спуска в дренаж жидкости; 24 – втулка; 25 – прокладное кольцо; 26 – пружинные кольца; 27 – полость первой ступени; 28 и 29 – крышка подшипника

В верхней части корпуса расположен всасывающий патрубок (15), а в верхней части воздушного колпака – напорный патрубок (10 и 11).

Часть канала с промежуточной крышкой (12) образует полость первой ступени алюминиевым рабочим колесом (14) с односторонним входом, имеющим шесть лопаток. В остальной части канала, ограниченной промежуточной крышкой (12) и алюминиевой крышкой корпуса (7), находится полость второй ступени с вихревым рабочим колесом (6). Вихревое рабочее колесо представляет собой бронзовый диск с выфрезерованными по окружности пазами, образующими двадцать четыре лопатки (3), разделенные диском. Рабочие колеса закреплены на валу насоса призматическими шпонками, а центробежное колесо дополнительно фиксируется стопорными кольцами (26).

Вал насоса стальной, имеет две опоры в виде шарикоподшипников (4) и (20). Осевая сила воспринимается шарикоподшипником (20).

Обоймы (5 и 18) узлов уплотнения вала вставлены в корпус и крышку насоса с прокладкой. В обойме расположены три резиновые самоуплотняющие сальники – манжеты (17), отделенные одна от другой прокладными кольцами (25). Манжеты сжаты специальной гайкой (21) через втулку (24). Между обоймой и ограничителем имеется камера (22) для спуска в дренаж жидкости, просачивающейся через сальник.

Насос СЦЛ-20-24а при первоначально залитом корпусе может работать как самовсасывающийся с вакуумметрической высотой всасывания до 5,5 м.

На напорном фланце корпуса расположен алюминиевый колпак (11) для обеспечения самовсасывания.

В корпусе под колпаком установлен воздухоотвод (9) для отделения воздуха от перекачиваемой жидкости в начале работы насоса.

Для первоначального пуска необходимо залить перекачиваемой жидкостью только корпус, чему способствует расположение всасывающего и напорного патрубков насоса в верхней части.

Например, насос перекачивает воду из водоисточника потребителю:

При подключении насоса, за счет центробежной силы вода с рабочего колеса одностороннего входа будет передаваться на вихревое колесо, поэтому за счет образовавшегося вакуума будет захватываться воздух из всасывающего трубопровода. При смешивании воздуха с водой образуется водно-воздушная эмульсия, которая поступит в круглый по форме воздуховод. В воздуховоде водно-воздушная эмульсия начинает вращаться, при этом за счет центробежной силы, частички воды (т.к. они тяжелее воздуха) будут прижиматься к цилиндрической поверхности воздуховода и снова через отверстия в нижней части сливаться в корпус насоса, а воздух по боковым каналам выходить в воздушный колпак.

Таким образом, при быстром вращении ротора, воздух из всасывающей трубы выйдет через воздушный колпак в напорный патрубок, а вода за счет атмосферного давления будет поступать к всасывающему патрубку.

При остановке насоса вода остается в корпусе и ее достаточно, чтобы снова запустить насос.

Напорный патрубок воздушного колпака расположен горизонтально и при этом может быть повернут в любую сторону через деление в 36 0 .

Привод насоса осуществляется электродвигателем через эластичную муфту. Вал насоса вращается против часовой стрелки, если смотреть со стороны привода.

Порядок разборки насоса:

1. отвернуть гайки и снять крышку подшипника 28. снять прокладку.

2. при помощи приспособления для съема подшипников, лопастного колеса и промежуточной крышки, вынуть подшипник 20 вместе с обоймой сальников 5, 18 и ограничителем 19. Для этого необходимо ввести в специальный паз в корпусе болты приспособления и ввернуть их в в имеющиеся на обойме уши с резьбовыми отверстиями. Затем, уперев болт в упорный вал, вращать его за рукоятку до тех пор, пока подшипник и обойма сальника не выйдут из расточки корпуса. Вынуть прокладку.

3. отвернуть гайки и снять крышку подшипника 29. снять прокладку.

4. отвернуть болт, крепящий подшипник 4, вынуть шайбу-замок и при помощи приспособления снять подшипник вместе с обоймой сальника и ограничителем из расточки крышки корпуса. Вынуть прокладку.

5. вынуть втулку из подшипника.

6. отвернуть гайки и снять крышку корпуса. Снять прокладку.

7. снять вихревое рабочее колесо 6 при помощи того же приспособления. Для съема вихревого рабочего колеса и промежуточной крышки последовательно в рабочее колесо и промежуточную крышку ввернуть болты М8. Вращая упорный болт за рукоятку упором в вал, снять рабочее колесо 6 и промежуточную крышку 12.

8. отвернуть боковые нажимные болты, крепящие промежуточную крышку и вынуть ее из корпуса насоса. Вынуть прокладку.

9. вынуть вал вместе с рабочим колесом центробежного насоса.

10. снимать рабочее центробежное колесо с вала без необходимости не рекомендуется.

11. отвернуть гайки и снять колпак 11. Снять прокладку.

12. расконтрогаить, отвернуть болты и снять воздухоотвод.

При разборке разобраться с конструкцией насоса, назначением деталей, снять размеры рабочих колес.

Сборка насоса.

Сборка насоса производится в обратной последовательности. При сборке необходимо следить за тем, чтобы вал собранного насоса свободно проворачивался от ручки.

Водокольцевые насосы.

Водокольцевые насосы предназначены для создания вакуума или небольшого избыточного давления.

Водокольцевые вакуум насосы используются для создания вакуума во всасывающей линии и корпусе центробежного насоса, расположенного с положительной высотой всасывания, для его заливки перед пуском. Кроме того, водокольцевые насосы используются как воздуходувки для создания избыточного давления (3-22 м) при использовании сжатого воздуха в технологическом процессе очистки сточных вод (в аэротенках).

Водокольцевые насосы выпускаются следующих типов: КВН – консольный вакуум- насос, ВВН – водокольцевой вакуум-насос и ВК – водокольцевой компрессор (воздуходувка).

Конструкция КВН – консольного вакуум- насоса показана на рисунке 21.

Рис. 21 – Конструкция водокольцевого насоса

1 – колесо; 2 – отверстия; 3 – уплотняющее кольцо; 4 – радиальные лопатки; 5 – крышка корпуса; 6 –; 7 – корпус; 8 - внутренняя крышка сальника; 9 и 11 – шарикоподшипники; 10 – вал; 12 – шпильки; 13 - напорное отверстие; 14 – входное отверстие; 15 – фланец; 16 и 18 – чугунные крышки; 19 – сальниковое уплотнение; 20 – пружинное кольцо; 21 – спускное отверстие

На вал насоса консольно на шпонке насажено рабочее колесо (1), представляющее собой диск с радиальными лопатками (4). Для торцевой смазки водой высверлено шесть отверстий. Всасывающий патрубок (14) и напорный (13) расположены в верхней части корпуса насоса (6). К ним с помощью фланцев с прокладками на шпильках присоединяются всасывающий и напорный трубопроводы. Рабочее колесо расположено эксцентрично по отношению к крышке (5) и корпусу насоса. Между крышкой и корпусом насоса устанавливается резиновое уплотнительное колесо. Зазоры между крышкой корпуса и рабочим колесом, а также корпусом насоса должны быть минимальными.

Особое значение у вакуум-насоса имеет сальник, который должен быть воздухонепроницаем. Уплотнение сальника состоит из корпуса (7), отлитого как одно целое с корпусом, чугунной крышки сальника (8), сальниковой набивки (19) и кольца (3), закрепленного на валу пружинным стопорным кольцом (20).

Чугунная опорная стойка (17) служит станиной вакуум-насоса, к фланцу которой шпильками присоединен корпус насоса. В опорной стойке расположены два шарикоподшипника (9 и 11), служащие опорами для вала (10). Чугунные крышки (16) и (18) фиксируют положение шарикоподшипников, смазка которых осуществляется солидолом или литолом.

Принцип действия вакуум-насоса заключается в следующем. Звездообразное рабочее колесо (рис. 22) расположено эксцентрично по отношению к цилиндрической крышке и корпусу насоса. При концентрическом расположении колеса, при его вращении, под действием центробежной силы образовывалось бы водяное кольцо концентрично относительно оси вращения, а между лопатками были бы равные по объему воздушные камеры 1,2,3,4,5,6 (рис. 22).

Рис. 22 – Схемы водокольцевого вакуум-насоса

При эксцентричном расположении колеса водяное кольцо, образующееся за счет центробежной силы, в верхней части касается втулки колеса, а в нижней части отходит от втулки на величину эксцентриситета. Поэтому при вращении колеса в отсеках 1,2,3 между втулкой лопатками и водяным кольцом будет образовываться вакуум. Через серповидный вырез в корпусе насоса А и связанный с ним всасывающий патрубок будет засасываться воздух. Во второй половине в отсеках 4,5,6 водяное кольцо будет прижиматься к основанию лопаток, т.е. сжимать воздух, который через серповидный вырез будет выбрасываться в напорный патрубок. Перед пуском вакуум-насос должен быть залит водой.

При работе насоса необходимо чтобы через него постоянно циркулировала вода для поддержания постоянного объема водяного кольца и для отвода тепла. Для этой цели к отсасывающей линии подводится трубопровод от специального циркуляционного бочка или водопровода. Обработанная вода вместе с воздухом выбрасывается обратно в циркуляционный бачек или в канализацию. Циркуляционная вода должна быть чистой без абразивных примесей.

Нагрев насоса не должен превышать 40-50 0 С. Регулирование нагрева производится изменением количества циркуляционной воды.

Обычно для создания вакуума и заливки центробежных насосов применяют два вакуум насоса один рабочий, а второй резервный. Для гарантированного запуска центробежных насосов, чтобы исключить влияние небольших подсосов воздуха через стыки, сальники задвижек и сальники насосов применяют вакуум - котлы. Схема вакуумной установки приведена на рисунке 23.

Рис. 23 - Схема вакуумной установки

1- центробежные насосы; 2 – вакуум-насосы; 3 – циркуляционный бачек;

4 – вакуумметр

Воздуходувки и турбовоздуходувки.

Объемные насосы

Принцип действия объемных насосов заключается в вытеснении жидкости из некоторого объема.

Объемные насосы делятся на две большие группы:

1- поршневые или плунжерные;

2- роторные (к ним относятся шестеренчатые, винтовые, крыльчатые, лабиринтные, и др.).

Наибольшее распространение в быту и при производстве строительных работ получили поршневые и плунжерные насосы.

Основное достоинство поршневых или плунжерных насосов заключается в возможности подачи незначительного объема воды под большим давлением, простота устройства и возможность пуска насоса в работу без заполнения его водой. Недостатки этих насосов: большие размеры и вес, необходимость устройства большого фундамента, быстрый износ клапанов, неравномерность подачи воды и низкий к.п.д. установки.

Классификация поршневых насосов.

Поршневые насосы классифицируются по конструкции рабочей части вытеснителя, по роду действия, по числу цилиндров и по типу привода насоса в действие.

По конструкции рабочей части вытеснителя поршневые насосы делятся на две группы – собственно поршневые и плунжерные (скальчатые) насосы.

У насосов первого типа основными деталями являются цилиндр с хорошо обработанной поверхностью и двигающийся поршень. Поршень представляет собой цилиндр с канавками, в которых размещаются уплотнительные кольца. Диаметр поршня значительно больше его длины.

Плунжерные насосы отличаются от поршневых тем, что роль поршня выполняет плунжер (скалка) и уплотнительные кольца размещены в цилиндре. Плунжер имеет цилиндрическую форму его длина значительно больше диаметра. Плунжерные насосы обладают большим напором чем поршневые.

По роду действия поршневые насосы разделяют на насосы одинарного (или простого) двойного или дифференциального действия.

В насосах одинарного действия за один ход поршня происходит один такт работы: или всасывание или нагнетание. В таких насосах имеется одна рабочая камера, поршень и два клапана – всасывающий и нагнетательный (рис. 24). Поршень имеет одну рабочую плоскость вытеснения.

Рис. 24 – Схемы поршневых штанговых насосов:

а – обычной конструкции; б – дифференциального действия; 1 – всасывающая труба; 2 – цилиндр; 5 – штанга; 6 – напорный трубопровод; 7 - плунжер

В насосах двойного действия имеются две рабочие камеры, один общий цилиндр, поршень и четыре клапана (два всасывающих и два нагнетательных) (рис. 25). В отличие от насосов одинарного действия у таких насосов рабочими являются обе плоскости поршня.

Рис. 25 – схема поршневого насоса двухстороннего действия

По числу цилиндров различают насосы с одним цилиндром и с двумя (например, в буровых установках для подачи глинистого раствора применяют сдвоенные насосы двойного действия).

По типу привода различают насосы ручные и приводные (от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания).

Основные детали поршневых насосов и их назначение.

Клапаны являются ответственными деталями насосов и служат для разобщения и соединения рабочей камеры или цилиндра насоса с всасывающей и нагнетательной трубой. Клапаны могут быть всасывающими и нагнетательными.

По характеру работы и конструкции различают следующие типы клапанов:

1. подъемные, двигающиеся прямолинейно, обычно вверх или вниз нормально к своей рабочей поверхности;

2. откидные, шарнирные и створчатые, вращающиеся около неподвижной оси, параллельно опорной плоскости.

Движение клапана при открытии или закрытии отверстия может происходить:

a) под действием веса клапана, такие клапаны называются весовыми или грузовыми;

б) под действием нагружающей клапан особой пружины, такие клапаны называются пружинными;

в) под действием распределительного механизма (как у двигателя автомобиля) открывающего и закрывающего клапан, такие клапаны называются с принудительной посадкой.

Кроме того, клапаны могут быть с притертой опорной поверхностью или уплотнением (прокладкой) из кожи или резины. Насосы с притертыми клапанами могут перекачивать только чистую воду, а с уплотнением опорной поверхности загрязненную жидкость (с включением песка).

Подъемные клапаны могут быть с плоской, конусной или шаровой опорной поверхностью.

Конструкции клапанов.

По своей конструкции клапаны могут быть тарельчатые (рис. 23), конические и шаровые.

На рис. 26 показан весовой одиночный тарельчатый клапан с плоской опорной поверхностью и нижними направляющими ребрами. Тарелка (2) имеет металлическую притертую нижнюю поверхность, которая должна соприкасаться с седлом (1) клапана. Седло представляет собой коническую втулку, которая запрессована в корпусе насоса. В клапанной коробке устанавливается особый прилив, представляющий собой ограничитель (5) хода клапана.

Ограничитель хода применяется почти во всех клапанах. Он не должен давать клапану выпадать из седла, в то же время при нормальной работе насоса клапан не должен ударяться об ограничитель хода.

Рис. 26 – Тарельчатый клапан:

1 – седло клапана; 2 – тарелка; 3 – направляющие ребра клапана; 4 – стержень4 5 – ограничитель хода клапана

Рис. 27 – Пружинный клапан:

На рис. 28 показан откидной клапан. Ось вращения таких клапанов в большинстве случаев горизонтальна, седло же может иметь горизонтальную или наклонную поверхность. Поверхность клапана имеет прокладку из кожи или резины.

Рис. 28 – Откидной клапан:

1 – ограничитель хода; 2 – резина

Гладкий шаровой клапан (рис. 29) должен иметь притертую опорную поверхность. Ход клапана вверх тоже ограничен упором.

Рис. 29 – Шаровой клапан

Изучение конструкции клапанов всех типов, назначение их деталей студенты на имеющихся насосах выполняют самостоятельно.

Поршни

По форме поршень представляет собой дискообразное цилиндрическое тело, совершающее возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. Поршни изготовляют из чугуна, стали или других материалов. Для плотного прилегания поршня к стенке цилиндра устанавливаются металлические уплотнительные кольца или кожаные манжеты. Цилиндры обычно изготавливаются их чугуна, иногда из стали.

Воздушные колпаки.

Для выравнивания подачи воды на поршневых насосах устанавливают воздушные колпаки. Кроме того, для выравнивания подачи воды на всасывающем и нагнетательном трубопроводах устанавливаются отдельные воздушные колпаки. Принцип работы воздушных клапанов показан на примере поршневого насоса двойного действия.

Изучение конструкции поршневых насосов

Поршневой штанговый насос ВЛ-3А.

Насос выпускается в агрегате с приводной водоподъемной лебедкой ВЛ-3А и применяется для подъема воды из трубчатых колодцев при высоте подъема до 40..60 м и подачей до 6 м 3 /час. Этот насос наиболее простой из всех насосов вытеснения по устройству и принципу действия.

Рис. 30 – Штанговый насос типа ВЛ-3А

1 – цилиндр; 2 – поршень с нагнетательным клапаном; 3 – всасывающий клапан

Основные детали насоса: штанга, 1 - цилиндр, 2 - поршень с нагнетательным клапаном, 3 - всасывающий клапан.

Цилиндр выполнен из стальной трубы диаметром 100мм, внутренняя поверхность его хорошо обработана.

Поршень – полый чугунный стакан, на который надеты 2-3 металлических кольца и кольцевая гайка. Между кольцами зажимаются кожаные манжеты. Количество манжет зависит от требуемого напора и подбирается так, чтобы на каждую манжету приходилось 20 м напора. На верхнюю часть поршневого стакана навинчивается фонарь, внутри которого находится шаровой клапан, имеющий во время работы насоса ограниченный ход в пределах фонаря. На нижнюю часть цилиндра навинчивается муфта с буртиком, который удерживает детали всасывающего клапана и позволяет закрепить их между трубой и муфтой.

Всасывающий клапан состоит (сверху вниз) из фонаря, шарика, диафрагмы с выточкой под шарик и сороудерживающей решетки.

Привод в действии насоса осуществляется с помощью водоподъемной лебедки, состоящей из шкива для привода от двигателя, редуктора и кривошипо-шатунного механизма превращающего вращательное движение в возвратно-поступательное движение штока-штанги. Штанга ввинчивается в фонарь поршня и добавляется по длине до нужных размеров (в зависимости от глубины установки насоса). На водоподъемной лебедке (рис. 30) монтируется патрубок для отвода воды от насоса.

Чтобы получить более равномерную подачу воды, в месте присоединения приводной трубчатой штанги к водоподъемной лебедке имеется плунжер, площадь которого равна половине площади поршня насоса. При движении штанги вверх в напорный трубопровод вытесняется одна половина забранного объема, а при движении вниз – другая половина.

Конструкция лебедки позволяет менять длину хода поршня, а следовательно, и подачу насоса путем перестановки пальца шатуна на рабочих шестернях.

При выполнении лабораторной работы студенты должны снять основные размеры насоса и определить подачу поршневого насоса.

Объем жидкости засасываемый за один ход поршня определяется по формуле:

где F – площадь поршня, дм 2 ;

S – длина хода поршня, дм.

Идеальная (теоретическая) подача может быть определена как:

, (2)

где n – частота вращения кривошипа, об/мин.

Так как площадь поршня равна , то теоретическая подача в л/с будет равна:

где D – диаметр поршня, дм.

Действительная подача меньше теоретической подачи вследствие запаздывания закрывания всасывающего и напорного клапанов, утечек через клапаны, сальниковые и поршневые уплотнения.

, (4)

В целом объемный к.п.д. составляет 0,9…0,99 и зависит от размера насоса.

Принцип действия насоса заключается в следующем. При движении поршня вверх под ним в цилиндре образуется вакуум. Под действием атмосферного давления вода поднимает всасывающий клапан и заполняет этот вакуум в цилиндре вслед за ходом поршня. При движении поршня вниз под действием силы веса клапана и от давления воды на него всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается, пропуская воду в надпоршневое пространство. В первом случае произошло всасывание, во втором -нагнетание. Далее процесс повторяется до тех пор, пока движется поршень.

Таким образом, за один цикл хода поршня вверх произошло всасывание и при опускании его вниз нагнетание, поэтому такие насосы называются одинарного или простого действия.

Ручной насос РН-1

Насос предназначен для перекачки незагрязненной жидкости без абразивных примесей.

Основные части насоса: поршень, цилиндр, клапанные коробки с всасывающими и нагнетательными клапанами, приводная ручка с валом и кривошипом.

Рис. 31 – Насос РН – 1

Насосный цилиндр выполнен вместе с корпусом, в виде чугунной отливки. С внешней стороны цилиндра в корпусе имеются два канала, образующие всасывающее (нижний канал) и нагнетательное пространства. В месте прохода приводного вала через корпус устанавливается сальник. В торцевых частях корпуса к насосу крепятся клапанные коробки, с двумя клапанами каждая: верхним – нагнетательным и нижним – всасывающим. По типу клапаны конические, тарельчатые, гравитационные с направляющими стержнями. Обычно клапана чугунные, а для перекачки коррозирующих жидкостей – бронзовые. Доступ к каналам и клапанам возможен через крышки клапанных коробок.

Поршень насоса двухсторонний, составленный из двух стальных дисков, соединенных металлическим стержнем. В середине стержня имеется прорезь для кривошипа приводного вала. Для перекачки текучих жидкостей на поршень устанавливаются уплотнительные кольца бронзовые или стальные. Насос двойного действия, поэтому при движении поршня вправо в левой части цилиндра создается вакуум, поэтому перекачиваемая жидкость по нижнему каналу приподнимает всасывающий клапан и через отверстие в клапанной коробке поступает в цилиндр. При ходе поршня влево жидкость из цилиндра будет поступать в левую клапанную коробку, закроет всасывающий клапан, откроет нагнетательный и по верхнему каналу поступит в напорный патрубок.

В то время как в левой части цилиндра идет вытеснение жидкости, в правой части идет процесс всасывания. При обратном ходе поршня в правой части идет процесс вытеснения. Таким образом, за один двойной ход поршня дважды совершается всасывание и дважды нагнетание. Поэтому такой насос называется насосом двойного действия.

Подача насосов типа РН-1 и РН-2 соответственно равна 0,72 и 1,44 м 3 /час, напор в пределах 30 м.

Ручной поршневой насос БКФ.

Отечественной промышленностью выпускаются два типа насоса: БКФ-2 и БКФ-4 с подачей 0,84 м 3 /час и 4 м 3 /час при числе качаний 40-60 в минуту. Напор насосов в пределах 30 м.

Принцип действия насосов, такой как РН-1.

Основные части насоса:

Корпус с цилиндром и клапанной коробкой, всасывающим и нагнетательным патрубками;

Поршень с уплотнительными кольцами;

Клапаны всасывающие и нагнетательные;

Приводная рукоятка с валом и кривошипно-шатунным механизмом.

Рис. 32 – Насос БКФ

1 – корпус насоса; 2 – поршень; 3 – всасывающий и напорный клапана; 4 – приводной механизм

Студенты должны разобраться с конструкцией и принципом действия самостоятельно. При этом необходимо знать, какого действия данный насос (простого или двойного), по каким каналам вода будет поступать из всасывающего патрубка в цилиндр и из него в напорный патрубок.

Приводной поршневой насос двойного действия 23П-17К

Насосы такой конструкции известны как «калифорнийские» (к) и выпускаются оно нескольких типоразмеров, в зависимости от чего меняется их подача. Производство из очень ограничено т.к. имеются более экономичные и менее металлоемкие центробежные насосы.

Основные части насоса:

· Корпус насоса (1) выполнен из чугуна. Вместе с корпусом выполнены всасывающая камера и гнезда для двух всасывающих клапанов. С обеих сторон корпус закрывается крышками, в передней крышке, со стороны привода имеется отверстие для штока с сальником. Сальник служит для предотвращения утечки воды из цилиндра.

· Нагнетательная камера с воздушным колпаком (6) служит для приема воды из цилиндра во время работы и отвода ее в нагнетательный патрубок. Воздушный колпак необходим для выравнивания подачи воды насосом. Между корпусом и нагнетательной камерой устанавливается диафрагма с двумя нагнетательными клапанами.

· Клапаны (всасывающие и нагнетательные) одного типа – тарельчатые пружинные с резиновым или кожаным уплотнением, что дает возможность откачивать воду из строительных котлованов при производстве работ.

· Поршень чугунный диск с уплотнением из кожаных манжет.

· Приводной механизм состоит из рабочего и холостого шкивов, двух шестерен для уменьшения хода поршня, коленчатого вала и шатуна.

Вся конструкция крепится на единой металлической раме.

Рис. 33 – Поршневой насос двойного действия 23П-17К

1 – корпус насоса; 2 – нагнетательная камера; 3 – всасывающие и нагнетательные клапаны; 4 – поршень; 5 – приводной механизм; 6 – металлическая рама

По принципу действия насос аналогичен насосам типа РН и БКФ. В цилиндре образуются две рабочие полости, отдельно каждая работает как насос простого действия

Подача левой (со стороны привода) полости цилиндра несколько меньше чем правой, т.к. часть объема занята штоком.

Подача насоса по формуле (4) усреднена по времени.

Мгновенный объем жидкости, подаваемый насосом равен:

F - площадь поршня, дм 2

v – скорость движения поршня, которая изменяется от нуля до максимального значения при среднем положении поршня.

Согласно теории кривошипно-шатунного механизма можно считать, что изменение мгновенной скорости подчиняется синусоидальному закону, т.е.:

Радиус кривошипа;

Угол поворота кривошипа в единицу времени t .

Тогда мгновенная подача будет равна

График подачи воды простого действия показан на рис. 34(а).

Рис. 34 – Графики подачи воды поршневым насосом:

а – насос одинарного (простого) действия;

б – насос двойного действия

Подача изменяется от 0 до Q max

Степень неравномерности подачи насоса простого действия составит:

/Q ср =3,14

У поршневых насосов двойного действия синусоиды через фазу складываются, т.к. в одной части цилиндра идет всасывание, в другой – нагнетание. График подачи поршневого насоса показан на рис. 34(б).

Степень неравномерности у насосов двойного действия составит:

Но, так или иначе когда поршень будет находиться в крайних мертвых точках подача будет равна нулю. Для выравнивания подачи служат воздушные колпаки. У насоса 23П-17К он установлен над нагнетательными колпаками. Выравнивание происходит за счет сжатия воздуха находящегося в воздушном колпаке. При среднем положении поршня в цилиндре подача будет Q max , уровень воды в колпаке поднимется, и воздух в нем будет сжат. При положении поршня в крайних точках (кривошип находится в горизонтальном положении) подача осуществляется только за счет сжатого воздуха, который будет вытеснять воду из воздушного колпака.

Однако полностью устранить неравномерность в подаче воды не удается. Для лучшего выравнивания подачи воды иногда устанавливают дополнительно воздушные колпаки на всасывающем и напорном трубопроводе.

Крыльчатый насос «Альвейера».

Крыльчатый насос «Альвейера» применяют для перекачки незагрязненной жидкости. Принцип действия аналогичен поршневому насосу. Наибольшее распространение получили крыльчатые насосы двойного действия.

Основные детали насоса: корпус, крышка, крыло с двумя нагнетательными клапанами, диафрагма с двумя всасывающими клапанами и приводной вал с рукояткой.

Рис. 35 – Крыльчатый насос «Альвейера»

1, 6 – всасывающая и нагнетательная трубы; 2 – неподвижная диафрагма; 3 – крыло; 4 – откидной клапан; 5 - корпус

Корпус насоса – чугунная отливка с обработанной внутренней цилиндрической поверхностью и двумя патрубками (всасывающим и нагнетательным).

Крышка корпуса чугунная, крепится к корпусу болтами, в центре имеется отверстие для прохода вала с сальником.

Крыло насоса из чугуна, надевается на стальной вал. В крыле два отверстия, перекрываемые шарнирными (откидными) клапанами.

Диафрагма в виде «А»-образной неподвижной перегородки устанавливается в корпусе насоса над всасывающим отверстием. В диафрагме два отверстия, перекрываемые откидными клапанами.

Работает насос следующим образом. При повороте крыла по часовой стрелке в левой части образуется вакуум за счет увеличения объема между крылом и диафрагмой и под действием атмосферного давления вода приоткрывает всасывающий клапан и поступает в освободившееся пространство. При обратном движении крыла всасывающий клапан закрывается под тяжестью собственного веса, а нагнетательный открывается и пропускает воду в напорный патрубок. В правой половине процесс происходит аналогично.

Ручной диафрагмовый насос С-205А («Лягушка»)

.

Диафрагмовые насосы такого типа (рис. 36) применяются при ремонтных и строительных работах для откачки грунтовых и других загрязненных вод (из котлованов, траншей, канализационных и водопроводных колодцев). Принцип работы данного насоса такой же, как у поршневого насоса.

Рис. 36 – Ручной диафрагмовый насос С-205А

Основные детали насоса:

· Чугунный корпус (в виде чаши) с всасывающим патрубком, всасывающим клапаном шарнирного (откидного) типа;

· Крышка корпуса с проушинами в верхней части для крепления приводного механизма и по периметру для крепления с корпусом;

· Съемный нагнетательный патрубок с нагнетательным клапаном шарнирного (откидного) типа;

· Резиновая диафрагма с проушиной для крепления привода;

· Приводной рычаг.

Резиновая диафрагма, зажатая между корпусом и крышкой, совершает с помощью приводного рычага колебательные движения. При подъеме диафрагмы нагнетательный клапан закрыт, вода под действием атмосферного давления поступает по всасывающему шлангу через всасывающий патрубок и всасывающий клапан в корпус насоса. При опускании диафрагмы всасывающий клапан закрывается и вода, приподнимая нагнетательный клапан (под действием давления диафрагмы) поступает в нагнетательный патрубок.

Подобные насосы выпускались промышленностью и с механическим приводом.

Насос перед пуском следует залить водой. Подача его не более 7 м 3 /час, высота всасывания до 5,5 напор около 6 м.