CC BY
58
УДК 608.4
ИННОВАЦИОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
А. Д. Кириченко Научный руководитель - В. В. Галайко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail : [email protected]
В статье рассмотрены основные способы и проблемные вопросы изготовления рабочих колёс центробежных насосов. Предложен вариант изготовления рабочего колеса центробежного насоса с применением сварки.
Ключевые слова: рабочее колесо, центробежный насос, полезная модель, сварка инновации.
INNOVATIVE DESIGN OF ROTOR FOR CENTRIFUGAL PUMP
А. D. Kirichenko Scientific Supervisor - V. V. Galayko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
The article describes basic technologies and issues of manufacturing rotors for centrifugal pumps. Proposed design of rotor for centrifugal pump produced with welding.
Keywords: rotor, centrifugal pump, utility model, welding, innovations.
В настоящее время центробежные насосы часто применяются как в быту, так и в новейших образцах техники. Однако подобные механизмы обладают рядом недостатков, в числе которых высокая стоимость изготовления некоторых деталей и сборочных единиц.
Наиболее сложной геометрической формой обладает рабочее колесо центробежного насоса. В рабочем колесе закрытого типа с односторонним входом выделяют ступицу, основной (ведущий, задний) диск, покрывающий (ведомый, передний) или покрывной, диск с входным отверстием, а также лопасти, соединяющие указанные диски и образующие в пространстве между дисками межлопастные каналы [1].
Получить рабочее колесо такого типа возможно методом литья по выплавляемым моделям с последующей мехобработкой. Недостатком такого способа является трудноуправляемая сущность литейного процесса [2], приводящая к наличию скрытых и явных металлургических дефектов, и невозможность механической обработки межлопастных каналов. Коэффициент выхода годных деталей при подобном методе изготовления может не превышать 30%.
Применение сварки при изготовлении рабочих колёс центробежных насосов может привести к снижению потерь от брака, а применение современных фрезерных станков с ЧПУ заметно упростит изготовление деталей рабочего колеса. Однако, из-за сложной геометрии, внедрение сварки при изготовлении рабочих колёс затруднительно.
В качестве альтернативы изготовлению рабочего колеса методом литья, применяется сборка при помощи пайки. Недостатком этого способа изготовления являются повышенные требования к качеству поверхностей, соединяемых пайкой. Как правило, конструкция такого рабочего колеса не предусматривает возможность исправления дефектов пайки в случае их наличия.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 2
Разработчиками предлагаются различные варианты изготовления сварных рабочих колёс центробежных насосов [3,4].
С целью увеличения скоростей вращения сварного рабочего колеса центробежного насоса разработано новое рабочее колесо центробежного насоса [5]. Которое содержит основной диск с лопастями сложной пространственной формы, выполненными в виде выступа на основном диске, и покрывной диск, приваренный к основному диску, причем основной диск снабжен соединительным осесимметричным кольцом, выполненным за одно целое с лопастями, совмещенным с покрывным диском посадкой с натягом и которое соединено с диском посредством кругового сварного шва с устранением дисбаланса наплавленным дополнительным металлом в контрольных местах упомянутого сварного шва [6].
Выполнение осесимметричного кольца, являющегося единым целым с лопастями, способствует равномерному осевому распределению массы колеса, что упростит его балансировку. Совмещение кольца с покрывным диском позволяет соединить их кольцевым сварным соединением, исключающим появление концентраторов напряжений на обоих дисках. Большая площадь сварного соединения позволяет снизить удельную нагрузку на единицу длины шва.
Натяг покрывного диска с соединительным осесимметричным кольцом основного диска исключает радиальную вибрацию и упрощает балансировку в этом направлении.
После механической обработки поверхности кругового сварного шва производят балансировочный контроль рабочего колеса центробежного насоса в сборе и устранение накопленного дисбаланса сборочного устройства наплавлением дополнительного металла в контрольных местах кругового сварного шва, все это позволят увеличение диапазона скоростей вращения рабочего колеса центробежного насоса.
Заявляемая конструкция в частном случае реализации поясняется следующим рисунком:
Конструкция рабочего колеса (рис. 1) предполагает образование меж лопастных каналов соединением кольца 1 на основном диске 2 и покрывного диска 3 посредством кольцевого сварного соединения с механической обработкой поверхности кругового сварного шва 4.
В качестве заготовки основного диска используют поковку. Заготовку обрабатывают на фрезерном станке с числовым программным управлением, фрезеруя лопасти, за одно целое с основным диском, при этом обработкой со стороны образующей из тела заготовки формируется кольцо, являющееся неотъемлемой частью диска с лопатками.
Покрывной диск изготавливается из поковки посредством токарных операций, так как имеет сравнительно простую форму.
1
Рабочее колесо в сборе: 1 - соединительное осесимметричное кольцо; 2 - основной диск; 3 - покрывной диск; 4 - кольцевое сварное соединение
Совместив основной диск 2 и покрывной диск 3, их соединяют между собой сваркой, например, автоматической, поскольку шов имеет простую геометрию.
После этого производят дальнейшую механическую обработку поверхностей рабочего колеса, снимая при этом возможное неравномерное наплавление металла в районе шва. Затем производят контроль качества сварных швов и околошовной зоны.
Производят балансировочный контроль рабочего колеса центробежного насоса в сборе и устранение накопленного дисбаланса сборочного устройства наплавлением дополнительного металла в контрольных местах кругового сварного шва.
Таким образом, предложенная конструкция позволяет обеспечить высокие эксплуатационные характеристики центробежных насосов. Уступка патента в пользу работодателя определяет возможность служебного роста специалиста и получения вознаграждения.
Библиографические ссылки
1. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для вузов. - М.: Энерго-атомиздат, 1984.
2. Литье стальное, чугунное, цветное. Штамповка из жидкого металла. Нормирование расхода материалов: ОСТ 92-4002-84 - Изд. Март 1984 с Изм. N 1, 2, 3; введ. - 01.01.1985.
3. Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса (патент ЯИ №2274509, МПК Б04Б29/28, В21К1/36, Дата публикации: 20.04.2006).
4. Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса (патент ЯИ №2494848, МПК В23Р15/02, Дата публикации: 10.10.2013).
5. Галайко В. В. Организация и управление интеллектуальной собственностью: методические указания к практическим занятиям для студентов магистратуры по направлению подготовки 27.04.06 «Организация и управление наукоемким производством»; Сибирский государственный аэрокосмический университет: Красноярск, 2016. С. 14-23.
6. Рабочее колесо центробежного насоса (патент ЯИ №187330, МПК В23Р15/02, Б01Б 5/30, В23Я 31/02, Дата публикации: 01.03.2019 Бюл. № 7).
© Кириченко А. Д., 2019
