2.2.8 Влияние температуры жидкости на конструкцию центробежных насосов

Обычные конструкции центробежных насосов могут применяться для подачи воды с температурой до 353 К. В некоторых случаях по согласованию с заводом изготовителем допускается повышение температуры до 378 К. Дальнейшее повышение температуры воды отражается на конструкциях некоторых элементов насоса. Это влияние распространяется на конструкции подшипников, сальников, способов крепления корпуса насоса или его секций к станине (плите) и т.д.

При работе подшипников выделяется тепло, которое тем больше, чем менее совершеннее подшипник. В горячих насосах значительное количество теплоты подводится в подшипнику через вал от сальников и перемещаемой жидкости. Эта теплота совместно с теплотой трения может создавать недопустимо высокие температуры элементов подшипника, приводящие к вытеканию смазки и полусухому трению. Отсюда вытекает необходимость охлаждения подшипников, предназначенных для перекачки горячих жидкостей. В таких насосах с небольшой подачей смазка подшипников производится постоянными порциями масла, находящимися в ваннах подшипников. Охлаждение масла производят введением холодной воды в трубчатый змеевик, размещённые в масляной ванне подшипника или полости охлаждения, окружающей последнюю.

Сальники насосов являются их важными элементами. У насосов для горячих жидкостей сальники требуют особое внимание. Сальники таких насосов выполняются, как правило охлаждаемыми. Здесь возможны различные конструктивные формы как с внешним подводом теплоты, так и с отводом теплоты водой, непосредственно омываемой поверхности втулок сальника.

При внешнем охлаждении в части корпуса насоса, окружающей сальник, делается кольцевая полость, в которую снизу подводится холодная вода. Отвод воды производится из самой верхней точки охлаждающей полости. Отвод воды производится из самой верхней точки охлаждающей полости, чем предупреждается концентрация в ней воздуха и пара.

Простейшая конструкция сальник представлена на рис. 2.73; если по трубке а подводить воду не из напорного патрубка насоса, а из трубопровода холодной воды, то при помощи распределительного кольца b будет производится не только уплотнение, но и достаточно равномерное охлаждение вала. Холодная вода, равномерно обволакивая вал в области кольца b, стремится растекаться через малейшие неплотности между поверхностью вала и набивкой и, проникая наружу и частично внутрь насоса, эффективно отводит тепло от поверхности трения. Сальник такого типа не следует сильно затягивать; он доложен пропускать воду тонкой струйкой или быстро выбегающими каплями.

Значительные тепловые деформации и их неравномерность приводят к своеобразным конструктивным формам отдельных элементов насоса для горячих жидкостей.

Обычная схема расположения опорных лап корпуса насоса показан на рис. 2.88, а. Расположение лап здесь нижнее. Применение такой конструкции в насосах для горячих жидкостей вызывает существенное затруднение с центровкой насоса и двигателя, если они непосредственно соединяются при помощи муфт.

Действительно, правильная центровка, произведённая при низкой монтажной температуре (рис. 2.88, а), неизбежно нарушится в течение короткого периода после пуска, как только насос разогреется до своей рабочей температуры. Размер l, м, для электродвигателя практически остаётся без изменений, а для насоса он изменится за счёт тепловой деформации .

Рисунок 2.88 Два варианта опорных лап центробежных насосов

Таким образом, после разогрева насоса совпадение геометрических осей насоса и двигателя нарушается и возникает вибрация агрегата. Это обстоятельство заставляет располагать опорные поверхности лап насоса на уровне геометрических осей насоса (рис.2.88, б). При этом тепловые деформации насоса будут распространяться симметрично и нарушений центровки при разогреве наблюдаться не будет.

В насосах для горячих жидкостей предусматривается надёжная компенсация тепловых деформаций продольного и поперечного направлений. С этой целью производят фиксацию насоса шпонками, располагаемыми на лапах и в корпусе и входящими в канавки на станине насоса (рис.2.89).

Рисунок 2.89 Компенсация тепловых Рисунок 2.90 Компенсирующее

деформаций насоса для горячих крепление опорной лапы

жидкостей насоса для горячих жидкостей

Поперечные шпонки 1 фиксируют корпус насоса в продольном направлении и создают возможность для свободного поперечного расширения. Продольные шпонки 2 фиксируют насос в поперечном направлении и позволяют ему свободно расширяться в продольном направлении.

Таким образом обеспечивается свободное расширение корпуса насоса в направлениях, указанных на рисунке стрелками.

Фиксация корпуса в вертикальном направлении производится болтовыми соединениями (рис.2.90). Здесь затяжка крепежного болта 1 производится на втулке 2 так, что между поверхностями массивной жёсткой шайбы 3 и прилегающей к ней опорной лапы 4 достигается плотное соприкосновение без натяга.

Если в насосах для горячих жидкостей не предусмотрена компенсация тепловых деформаций, то возникают местные перенапряжения в материале, опасные для машины. В таких насосах секционного типа в тяжёлых условиях находятся стяжные болты, затягиваемые при монтажной (относительно низкой) температуре. При разогреве насоса температура стяжных болтов не достигает температуры секций, т.к. они лежат вне секций, омываемых с внутренней стороны жидкостью высокой температуры. Возникающая разность тепловых деформаций вызывает в резьбовой части болтов перенапряжение материала. С целью предотвращения этого явления насосы снабжают изолированным кожухом, захватывающим стяжные болты, а промежуток между внутренней поверхностью кожуха и корпусом набивают теплоизоляционным материалом. При медленном разогреве насоса можно получить практически близкие температуры корпуса и стяжных болтов.