Уплотнитель вала для водонасосной установки

АННОТАЦИЯ

Изобретение относится к области ирригационной техники и может быть использовано в качестве уплотнителя вала для центробежного водяного насоса, отличающегося от аналогов большим сроком службы за счет применения вместо традиционно используемого хлопчатобумажного сальника металлического материала в виде двух кольцевых приспособлений. Это приспособление создает внутренний циркуляционный процесс воды с трубками гидравлического уплотнения. И это в свою очередь обеспечивает защиту всасывания воздуха снаружи на местах выхода вала из корпуса насосной установки. В результате использования такой конструкции уплотнителя, состоящего из двух металлических колец с равным наружным диаметром и отличающимися внутренними диаметрами, прикрепленными между собой металлическими тягами, можно полностью отказаться от хлопчатобумажной набивки. При этом будут сэкономлены валютные средства, необходимые для приобретения хлопчатобумажной набивки за рубежом, кроме того увеличивается надежность и ресурс работы насосной установки, уменьшается возможность возникновения аварийной ситуации в насосной станции.

ABSTRACT

The invention relates to the field of irrigation technology and can be used as a shaft seal for a centrifugal water pump, which differs from its analogues by a long service life due to the use of metal material in the form of two ring devices instead of the traditionally used cotton stuffing box. This device creates an internal water circulation process with hydraulic seal tubes. And this, in turn, protects the air intake from the outside at the places where the shaft exits the pump unit housing. As a result of using such a seal design, consisting of two metal rings with equal outer diameter and different inner diameters, attached to each other by metal rods, it is possible to completely abandon the cotton stuffing. At the same time, foreign currency funds necessary for the purchase of cotton stuffing abroad will be saved, in addition, the reliability and service life of the pumping unit increases, and the possibility of an emergency situation in the pumping station decreases.

Ключевые слова: уплотнитель вала, хлопчатобумажный сальник, гидравлическое уплотнение, насосная установка, металлические кольца.

Keywords: shaft seal, cotton oil seal, hydraulic seal, pumping unit, metal rings.

Предлагаемое изобретение относится к области ирригации и может быть использовано в мелиоративных насосных станциях в качестве устройства уплотнения вала центробежного насоса откачки воды.

Известен уплотнитель, который широко используется до настоящего времени в промышленных водонасосных установках типа НД – центробежные одноступенчатые с рабочим колесом двустороннего хода, горизонтальным разъемом корпуса, предназначенных для подачи воды и других чистых жидкостей со скоростью от 216 до 6500м³/час, при напоре от 18 до 90 м столба жидкости с температурой до 100⁰С, применяющихся на насосных станциях 1-го и 2-го подъема городского, сельского и промышленного водоснабжения, и в ирригационных насосных установках [1, стр. 47]. Уплотнение вала, в местах выхода его из корпуса насоса, осуществляется двумя сальниками с хлопчатобумажной набивкой и кольцом гидравлического уплотнения. Сальник состоит из корпуса, крышки сальника, хлопчатобумажной набивки и кольца гидравлического уплотнения, в которое по патрубкам подводится вода через отверстие в крышке насоса. Хлопчатобумажная набивка представляет собой отрезки квадратного шнура, укладываемые в сальник отдельными кольцами так, чтобы плоскости разрезов колец чередовались в шахматном порядке. Грундбукса служит для защиты корпуса насоса от износа в местах сальниковых уплотнений. Торцевая поверхность грундбуксы является опорной для хлопчатобумажных колец сальниковой набивки. Подтягивание сальников осуществляется разъемной крышкой, прикрепленной двумя шпильками к корпусу насоса.

Недостатком такого уплотнителя является то, что при работе насоса в таком положении вода для охлаждения сальника, поступающая через специальные патрубки, со временем начинает смачивать хлопчатобумажную набивку, в результате чего смягченная сальниковая набивка засосется вовнутрь насоса и в рабочую область насоса начнет поступать воздух, последствием которого является потеря рабочей способности насоса.

Известен уплотнитель [2, стр. 108-112], в котором применяется предварительная обработка материала набивки впитыванием в него масла для придания уплотнительным элементам лучших антифрикционных свойств. Недостатком этих уплотнителей является то, что, несмотря на принятие мер по смазке уплотняющей набивки, трение между валом и набивкой в уменьшенных масштабах остается. Это приводит к нагреву пропитанного сальника и способствует преждевременному выходу его из строя под действием второстепенных, для гидравлической машины, факторов. В результате этого насосом будет откачиваться воздух снаружи и теряется его герметичность.

В качестве наиболее близкого аналога выбрано устройство уплотнения [1] (стр. 48), содержащее два сальника, состоящие из корпуса, хлопчатобумажной набивки и колец гидравлического уплотнения, в которые через специальные патрубки поступает вода для охлаждения хлопчатобумажной набивки в местах соприкосновения ее с валом.

Однако указанное устройство уплотнения имеет ограниченные функциональные возможности. Вследствие применения хлопчатобумажной набивки, имеющей сравнительно ограниченный срок службы, часто теряется герметичность насоса на местах уплотнения.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей водонасосных станций, а именно упрощение способа уплотнения и увеличение срока службы уплотнителя вала водонасосной установки.

Поставленная цель достигается путем использования металлического кольцевого уплотнителя, содержащего несколько элементов: два кольца, тягу, резинового сальника. Во избежание случаев попадания воздуха в насос в результате применения уплотнителя с хлопчатобумажной набивкой предлагается использование уплотнителя, состоящего из двух металлических колец, связанных между собой двумя металлическими тягами, удерживающими их в определенном расстоянии. В качестве среды герметизации в этом случае служит вода, находящаяся в области уплотнения.

Схема конструкции насосной установки в разрезе показана на фиг. 1, где 1 – вал, 2 – крышка сальника, 3 – место для установки металло-кольцевых уплотнителей, 4 – кольца гидравлического уплотнения, 5 – рабочее колесо, 6, 7 – трубки подвода воды, 8 – отверстие на крышке насоса, 9 – корпус насоса, 10 – грундбукса, 11, 12 – подшипники, 13 – отверстие для подключения вакуумного насоса для отсасывания воздуха из корпуса насоса, 14 – фланец для подсоединения электродвигателя, 15 – первое металлическое кольцо, 16 – тяга, 17 – второе металлическое кольцо,18 – резиновый сальник.

Общий вид конструкции металло-кольцевых уплотнителей, используемых вместо хлопчатобумажного сальника приведен на фиг. 2, где 15 – первое металлическое кольцо, 16 – тяга, 17 – второе металлическое кольцо. В качестве тяги используется металлический прут с диаметром 5 мм, длина прута зависит от длины места уплотнения.

На фиг. 3 представлено изображение первого металлического кольца, где а – внешний диаметр кольца, b – внутренний диаметр кольца.

На фиг. 4 представлено изображение второго металлического кольца, где а – внешний диаметр кольца, с – внутренний диаметр кольца. Толщина обоих колец равны между собой и составляют 5 мм, их внешний диаметр зависит от внутреннего диаметра крышки на месте установки уплотнителя. Предлагаемый уплотнитель из металлических колец с тягой будет устанавливаться на месте хлопчатобумажного сальника, плотно упираясь к крышке насоса. Внутренний диаметр колец зависит от диаметра втулки, которая одевается к валу насоса для его защиты от износа. Зазор между первым кольцом 15 и втулки вала насоса должен быть по возможности очень малым, чтобы через этот зазор протекало меньше воды.

Внутренний диаметр (b) первого кольца 15 должен быть на 1 мм больше, чем внутренний диаметр (с) второго кольца 17. Это обеспечить циркуляцию воды через первый кольцевой уплотнитель во внутрь насоса.

Чтобы закрепить дистанцию между двумя кольцами используется тяга 16, которая приваривается в кольца 15 и 17. Уплотнение вала в местах выхода его из корпуса со стороны разъемной крышки осуществляется резиновым сальником. Вместо резинового сальника 18 можно использовать любой эластичный материал, например, войлок. Процесс уплотнения вала насоса с помощью металлических кольцевых уплотнителей на местах выхода его из корпуса происходит следующим образом: когда насос начинает вращаться, в область кольцевых уплотнителей через трубки 6, 7 начинает поступать вода, и через зазор, образованный между первым кольцом 15 и валом 1, начинается циркуляция воды в рабочую область насоса. Таким образом, с рабочей области насоса через трубки происходит внутренняя циркуляция воды обратно – в область кольцевых уплотнителей. Это означает, что насос вместо воздуха начинает всасывать воду, в результате чего обеспечивается герметичность всей водонасосной установки. Таким образом, можно полностью отказаться от использования стандартного хлопчатобумажного сальника, который обладает свойством быстрого изнашивания и поставляется из зарубежных стран за валютные средства республики.

Одним из основных факторов, влияющих на урожайность сельскохозяйственных культур, в частности хлопчатника, является своевременное орошение, поэтому бесперебойная работа насосных установок в течение поливного сезона для обеспечения заданного графика водоотдачи насосной станцией имеет большое народнохозяйственное значение. Насосная станция «Водий» первого подъема состоит из насосов типа 24НД_С с диаметром рабочего колеса Д_рк=375 мм, в качестве приводного двигателя использованы трехфазные асинхронные двигатели типа ДАЗО-15-59-10 мощностью 800 кВт. Все эти двигатели насосных станций получают питание от одной подстанции от трансформаторов типа ТДТН-25000/110/6/6 и ТДН-10000/110.

В насосных станциях «Водий» и «Янгичек», которые находятся в Папском районе Наманганской области, были проведены испытания металло-кольцевого уплотнителя, что показало работоспособность предлагаемой конструкции более чем 5 лет.

Обобщение результатов анализа теоретических и экспериментальных исследований показали, что при предлагаемом способе увеличивается надёжность работы насосной установки на 20%, повышается ресурс работы оборудования на 10%, уменьшается риск создания аварийной ситуации насосной станции в результате применения хлопчатобумажных сальников и будут сэкономлены расходы на приобретение хлопчатобумажных сальников.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Уплотнитель вала для водо-насосной установки с двумя сальниками из хлопчатобумажной набивки и с кольцом гидравлического уплотнения, применяющаяся в местах выхода вала из корпуса насосной установки отличающаяся тем, что с целью увеличения срока службы уплотнителя вместо хлопчатобумажной сальниковой набивки используется два металлические кольца, имеющие одинаковые внешние и разные внутренние диаметры, прикрепленные между собой металлическими тягами, обеспечивающие циркуляцию воды через первый кольцевой уплотнитель во внутрь насоса, необходимую для обеспечения герметичности водонасосной установки путем вытеснения воздуха.

Список литературы:

1. Азарх Д. Н. Насосы. Каталог-справочник. – Москва: Машгиз, 1953. – С. 47-60.
2. Перевощиков С. И. Конструкция центробежных насосов (общие сведения): учебное пособие. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2013. – 228 с.

Приложение

Рисунок 1. Схема конструкции насосной установки в разрезе

Рисунок 2. Общий вид конструкции метало-кольцевых уплотнителей, используемых вместо хлопчатобумажного сальника

Рисунок 3. Изображение первого металлического кольца

Рисунок 4. Изображение второго металлического кольца