Способ снижения общих потерь в насосах различной конструкции

Изобретение относится к изготовлению насоса для энергетических установок. На поверхности деталей насоса в виде валов и осей под уплотнения, шеек валов под подшипники скольжения и зубчатых передач формируют покрытия из упомянутых материалов, имеющие адгезионное число не менее 600, на поверхности деталей насоса в парах вал - втулка подшипника и вал - уплотнение - покрытия, имеющие число интенсивности изнашивания не более 5×10-14, на поверхностях деталей насоса, обтекаемых рабочими телами, в виде колес, проточных частей корпуса, всасывающих и нагнетающих полостей - покрытия, смачивающие свойства которых имеют коэффициент смачиваемости не более 1, на поверхностях контакта деталей насоса в виде подвижной и неподвижной деталей - покрытия с адгезионным числом не менее 500, числом интенсивности изнашивания не более 5×10-14 и коэффициентом смачиваемости не более 0,8. В сочленениях корпус - вращающаяся деталь обеспечивают зазор по посадке, величину которого определяют с учетом тепловых расширений указанных деталей сочленений и их деформации под нагрузкой. В результате снижаются общие потери в насосах. 1 пр.

 

Изобретение относится к способам формирования поверхностных слоев деталей с заранее заданными свойствами.

Изобретение в области насосов для перекачки жидких и газообразных сред предназначено для насосов, использующихся в объектах, где требуется высокая надежность и минимальные расходы топлива энергетических установок.

Требуемый технический результат - повышение надежности работы насоса, а также снижение стоимости его эксплуатации, достигается путем минимизации механических потерь в парах трения, снижения потерь при обтекании поверхности жидкостями и газами, устранения перетечек рабочего тела конструктивными способами.

Изобретение относится к центробежным, винтовым, шестеренчатым, плунжерным насосам различных модификаций, а также может поэлементно использоваться в других типах насосов.

Известно, что в настоящее время используются традиционные типы насосов, схемы которых не меняются уже длительное время.

Известно [1-4], что в шестеренчатых насосах главными видами потерь являются объемные и механические. При этом объемный кпд находится в пределах 0,80…0,95, а механический - 0,90…0,95.

Известно [1, 4-5], что в винтовых насосах объемный кпд в среднем находится в пределах 0,85…0,96, а механический кпд - в пределах 0,50-0,77, а гидравлические потери малы.

Известно [1, 4, 6], что в центробежных насосах объемный кпд в зависимости от величины насоса и качества изготовления колес изменяется от 0,85 до 0,98, гидравлический кпд - в пределах 0,80…0,96, а механический кпд - 0,85…0,96.

Таким образом, в насосах указанных типов вредные потери мощности составляют от 10 до 30%, что дает возможность существенно поднять их эффективность при снижении величины механических потерь в трущихся парах деталей, при трении рабочего тела о поверхности полостей и арматуры и снижении величин зазоров до конструктивно возможного минимума.

Следует отметить, что решений, обеспечивающих комплексный подход к снижению вредных потерь по всем трем составляющим при анализе патентной информации не выявлено.

Одним из известных способов снижения механических потерь в плунжерных насосах является [7] - Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих поверхностях плунжерных пар топливных насосов. В этом способе получения антифрикционного покрытия на контактирующих поверхностях преимущественно плунжерных пар топливных насосов высокого давления результат обеспечивается путем нанесения антифрикционного состава, содержащего, перфторполиэфирокисло-ту 65-75 мас. % и диспергатор 25-35 мас. %, а нанесение состава осуществляют через рабочую среду - дизельное топливо в течение 1-3 ч при расходе состава 1-7% от массы топлива. Недостатками такого способа являются его применимость только к одной конкретной паре трения плунжер - втулка и только для снижения величины трения в ней.

Развитием этого способа является решение по патенту RU 2 400 533, в котором область применения остается той же, что и в предыдущем случае, антифрикционный состав несколько меняется, а недостатки способа остаются теми же.

В патенте RU 2461736 ротор винтового насоса и способ уменьшения скользящего течения в винтовом насосе [8] содержатся решения по конструктивному улучшению ротора винтового насоса, а способ уменьшения скользящего течения в винтовом насосе, заключается в особом конструктивном исполнении кольцевого уплотнения в пазе ротора, позволяющем компенсировать износы канавок и уплотнения путем поджатия его к валу. Недостатком изобретения является то, что оно относится только к одной детали насоса.

В патенте RU 2495070 лакокрасочная композиция с высокой рассеивающей способностью для получения методом электроосаждения на катоде химстойких износостойких покрытий с повышенной твердостью и антикоррозионной защитой композиция представляет собой лакокрасочную систему, которая содержит следующие компоненты: 100 эпоксиаминного аддукта в качестве связующего, 28-32 пигментной пасты (100%), 16-17 латекса фторкаучука СКФ-264 В (60-70%), 2,5-3,1 порошкового полифениленсульфида, 10-12 дисперсии фторопласта Ф-4ДВ (55%), 0,4 уксусной кислоты (100%) в качестве нейтрализатора, 3,5-4,1 бутиленгликоля, 4,5-5,1 феноксипропанола, 0,0018-0,0021 оксиэтилированного нонилфенола ОП-10, остальное - деминерализованная вода до 1 л. Эпоксиаминный аддукт модифицирован частично блокированным толуилендиизоцианатом. Пигментная паста стабилизирована эпоксиаминным аддуктом. Используемый полифениленсульфид модифицирован графитом и карбидом кремния, предварительно гидрофилизированный оксиэтилированным нонилфенолом.

Изобретение позволяет получить тонкие равномерные по толщине покрытия, обладающие химстойкостью, износостойкостью, повышенной твердостью и антикоррозионной защитой.

Недостатками являются сложность установки для формирования покрытия, малая толщина покрытия - до 25 мкм и отсутствие свойств гидрофобности.

Известна полезная модель 133227 «Подшипник скольжения» в которой подшипник скольжения содержит корпус и вкладыш, выполненный составным из силовых слоистых сегментов, обработанных по внутреннему диаметру в один размер, образующих поверхность трения, при этом слоистые сегменты установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в радиальном направлении, разделены удерживающими перегородками, закрепленными на корпусе, и снабжены фиксирующими прокладками из эластичного материала, размещенными по торцевым сторонам слоистых сегментов, причем часть силовых сегментов имеет отверстия для подачи перекачиваемой жидкости на поверхность трения. Силовые слоистые сегменты в подшипнике выполнены из антифрикционного углепластика ФУТ, причем армирующая ткань в углепластике расположена перпендикулярно поверхности трения, фиксирующие и регулировочные прокладки выполнены из паронита.

Результатом применения полезной модели на насосе ЦНС 180 (240)-1422, является снижение величины виброскорости до 1,0…3,3 мм/с при допуске 7,1 мм/с.Запас по мощности на трение составил 2,8%. Следов износа на поверхностях вкладышей и вала при наработке 2500 часов не наблюдалось.

Недостатком данного изобретения является то, что оно применяется для подшипника скольжения и не может быть распространено на другие пары трения и узлы, являющиеся источником потерь в насосе.

Таким образом, из описания приведенных аналогов видно, что эти аналоги решают частные задачи повышения эффективности насосов и не дают комплексного решения по уменьшению потерь в насосах.

В связи с этим в качестве прототипа выбрано решение по патенту RU 2495070, где заявляется лакокрасочная композиция с высокой рассеивающей способностью, которая методом электроосаждения на катоде образует химстойкие износостойкие покрытия с повышенной твердостью и антикоррозионной защитой на поверхностях деталей насосов. Композиция представляет собой лакокрасочную систему, которая содержит следующие компоненты: 100 эпоксиаминного аддукта в качестве связующего, 28-32 пигментной пасты (100%), 16-17 латекса фторкаучука СКФ-264 В (60-70%), 2,5-3,1 порошкового полифениленсульфида, 10-12 дисперсии фторопласта Ф-4ДВ (55%), 0,4 уксусной кислоты (100%) в качестве нейтрализатора, 3,5-4,1 бутиленгликоля, 4,5-5,1 феноксипропанола, 0,0018-0,0021 оксиэтилированного но-нилфенола ОП-10, остальное - деминерализованная вода до 1 л. Эпоксиаминный аддукт модифицирован частично блокированным толуилендиизоцианатом. Пигментная паста стабилизирована эпоксиаминным аддуктом. Используемый полифениленсульфид модифицирован графитом и карбидом кремния, предварительно гидрофилизиро-ванный оксиэтилированным нонилфенолом.

Изобретение позволяет получить тонкие равномерные по толщине покрытия, обладающие химстойкостью, износостойкостью, повышенной твердостью и антикоррозионной защитой.

Прототип имеет следующие недостатки:

- сложность установки для формирования покрытия;

- малая толщина покрытия - до 25 мкм, что ограничивает ресурс узлов;

- и отсутствие свойств гидрофобности, что не позволяето снижать гидравлические сопротивления.

Однако в проектировании и изготовлении насосного оборудования остро стоит задача обеспечения существенного повышения эффективности насосов в плане увеличения общего коэффициента полезного действия с устранением всех видов потерь в насосах.

Прототип не может удовлетворить требования максимального снижения объемных, гидравлических и механических потерь насоса.

В основу изобретения поставлена задача создания способа минимизации всех трех составляющих потерь в насосах, при котором общий КПД насоса может быть поднят до физически и конструктивно возможного максимума с соответствующим увеличением параметров надежности, производительности и напора.

Технический результат - увеличение производительности насосов до 1,5 раза и ресурса до 4 раз достигается путем:

- улучшения триботехнических характеристик поверхностных слоев деталей трения;

- снижения сопротивлений обтекания полостей насосов рабочими телами за счет использования материалов, гидрофобных по отношению к рабочему телу;

- снижения величин зазоров между вращающимися деталями насоса и корпусными деталями и сопряжения их по посадкам, величина допуском на которые минимизирует перетечки рабочих тел;

- использования для формирования поверхностного слоя высокоэнергоплотных минеральных материалов природного происхождения, обладающих коэффициентом смачивания рабочим телом, меньшим 1,

Технический результат обеспечивается тем, что в способе минимизации потерь в насосах различных конструкций на поверхности основных деталей насоса формируются покрытия толщиной не менее 50 мкм из высокоэнергоплотных минеральных материалов, обеспечивающие:

1. на поверхностях валов и осей под уплотнения, шеек валов под подшипники скольжения поверхности из материалов, зубчатых передач, имеющих адгезионное число не менее 600 [9], а число интенсивности изнашивания [10] в парах вал - втулка подшипника и вал - уплотнение - не более 5×10-14;

2. на поверхностях, обтекаемых рабочими телами, таких как поверхности колес, проточных частей корпуса, всасывающих и нагнетающих полостей, покрытия, смачивающие свойства которых характеризуются коэффициентом смачиваемости [11] относительно рабочего тела не более 1;

3. в сочленениях корпус - вращающаяся деталь величину зазора, с целью недопущения перетечек между полостями насоса назначают по посадке с учетом тепловых расширений деталей и их деформации под нагрузкой, а на поверхностях контакта подвижной и неподвижной детали образуют покрытие с адгезионным числом не менее 500, числом интенсивности изнашивания не более 5×10-14 и коэффициентом смачивания не более 0,8.

Эффект устранения потерь в насосе и рост его эксплуатационных характеристик достигается за счет следующих факторов:

1. Снижения коэффициентов трения в подшипниках, парах вал - уплотнения, парах вращающаяся деталь - корпус, зубчатых парах и снижения интенсивности изнашивания поверхностей в этих парах..

2. Снижения гидравлических сопротивлений при обтекании поверхностей в насосе рабочим телом за счет гидрофобности покрытия обтекаемых поверхностей.

3. Минимизации зазоров в сопряжениях подвижная деталь - корпус, сокращающих перетечки и проведения мероприятий по снижению сил трения в этих парах при контактах деталей.

Примеры конкретной реализации на насосах, прошедших период плановой эксплуатации. Пример 1. Центробежный насос ЦНС 180 (300) 1050 НГДУ Гремиха Проведены мероприятия по заявляемому решению. После 2-х лет эксплуатации зафиксировано увеличение общего КПД на 2%, увеличение ресурса наработки с 1200 часов до 4200 часов, производительность увеличена со 180 м3/час до 300 м3/час.

Пример 2. Центробежный насос ЦНС 63 (100) 1400 НГДУ Воткинск. Проведены мероприятия по заявляемому решению. После 2-х лет эксплуатации зафиксировано увеличение общего КПД: до 7%, увеличение ресурса наработки с 2000 часов до 5000 часов, производительность увеличена с 63 м3/час до 150 м3/час.

Пример 3 Базовый насос ЦНС 180-1400 и получил характеристики Q=350 м3/час с напором 1000 м при сохранении мощности электродвигателя 1250 кВт, что позволило повысить общий КПД с 72%. до 82%; при этом экономия электроэнергии при увеличение КПД на 10% составила около 125 кВт в час (при времени работы за год 8000 час).

Приведенные примеры показывают, что заявленный способ позволяет снять общие потери в насосных агрегатах и повысить их эффективность в несколько раз при неизменных нормах их конструирования, что вызывает ряд эффектов в эксплуатации в виде снижения расхода электроэнергии на величину высвобождающейся полезной мощности и общих затрат на ремонты, чего не достигается во многих других способах снижения потерь в насосах.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

1. Будов В.М. Судовые насосы: Справочник. - Л.: Судостроение, 1988. 432 с.

2 Дурнов П.И. Насосы. Вентиляторы. Компрессоры. Киев - Одесса: Вища школа, 1985, 264 с.

3 Рыбкин Е.А., Усов А.А. Шестеренные насосы для металлорежущих станков. М.: МАШГИЗ, 1960, 189 с.

4. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т.М. Башта, С.С.Руднев, Б.Б. Некрасов и др. 4-е издание, стереотипное - М: «Издательский дом Альянс», 2010. -423 с.

5 Пыж О.А., Харитонов Е.С., Егорова П.Б. Судовые винтовые насосы. Л.: Судостроение, 1969, 195 с.

6. Ржебаева Н.К., Ржебаев Э.Е. Расчет и конструирование центробежных насосов: Учебное пособие. - Сумы: Изд-во СумГУ, 2009. - 220 с.

7 RU 2391369 Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих поверхностях плунжерных пар топливных насосов.

8 RU 2461736 Ротор винтового насоса и способ уменьшения скользящего течения в винтовом насосе.

9. Лазарев С.Ю. Новая методика количественной оценки адгезионной способности минералов и других твердых тел. Обогащение руд 2001 №6. С. 13-17.

10 Лазарев С.Ю., Токманев С.Б., Хмелевская В.Б. К вопросу о критериях выбора природных минеральных материалов и других веществ для покрытий разного назначения. //Металлообработка 2006 №3. С. 29-35.

II. Зуев В.В. Энергоплотность, свойства минералов и энергетическое строение Земли. СПб Наука 1995 128 с.

Способ изготовления насоса для энергетических установок, имеющего поверхности, обтекаемые жидкостью или газом, плунжерные пары, уплотнения, зубчатые или червячные передачи, сопряжения колеса с неподвижным корпусом, заключающийся в том, что на поверхностях деталей насоса формируют покрытия толщиной не менее 50 мкм из высокоэнергоплотных минеральных материалов, при этом на поверхности деталей насоса в виде валов и осей под уплотнения, шеек валов под подшипники скольжения и зубчатых передач формируют покрытия из упомянутых материалов, имеющие адгезионное число не менее 600, на поверхности деталей насоса в парах вал - втулка подшипника и вал - уплотнение - покрытия, имеющие число интенсивности изнашивания не более 5×10-14, на поверхностях деталей насоса, обтекаемых рабочими телами, в виде колес, проточных частей корпуса, всасывающих и нагнетающих полостей - покрытия, смачивающие свойства которых имеют коэффициент смачиваемости не более 1, на поверхностях контакта деталей насоса в виде подвижной и неподвижной деталей - покрытия с адгезионным числом не менее 500, числом интенсивности изнашивания не более 5×10-14 и коэффициентом смачиваемости не более 0,8, а в сочленениях корпус - вращающаяся деталь обеспечивают зазор по посадке, величину которого определяют с учетом тепловых расширений указанных деталей сочленений и их деформации под нагрузкой.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений касается установки с пластмассовой емкостью (1) и направляющим поток компонентом, например станции перекачки сточных вод. Установка содержит пластмассовую емкость (1) и направляющий поток компонент, имеющий корпус (8), выполненный из металлического материала.

Группа изобретений относится к насосам для перекачки расплавленного металла. Насос для расплавленного металла содержит удлиненную трубу из армированного волокном материала, имеющую нижний конец, ограничивающий впуск, и верхний конец, ограничивающий выпуск.

Группа изобретений относится к насосам для перекачки расплавленного металла. Насос для расплавленного металла содержит удлиненную трубу из армированного волокном материала, имеющую нижний конец, ограничивающий впуск, и верхний конец, ограничивающий выпуск.

Группа изобретений может быть использована для проведения параметрических и кавитационных испытаний масштабных моделей проточных частей центробежных насосов с целью получения их характеристик и дальнейшего пересчета на натурный образец насоса.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в сахарной промышленности. Свеклонасос содержит корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и установленное на валу рабочее колесо.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в сахарной промышленности. Свеклонасос содержит корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и установленное на валу рабочее колесо.

Предложены способ и рабочее колесо для турбомашины. Рабочее колесо включает металлическое основание (1502), содержащее центральное отверстие, заднюю поверхность (1502b) и переднюю поверхность (1502а) напротив задней поверхности (1502b); лопатки (1504, 1506), проходящие по передней поверхности (1502а) металлического основания (1502); композиционный бандаж (1508), присоединенный к лопаткам (1504, 1506) так, что передняя поверхность (1502а) металлического основания (1502), лопатки (1504, 1506) и композиционный бандаж (1508) образуют закрытые каналы или струевыпрямители, и соединительные средства 1510, 1606, 1706, 1806, 1906, 2303, 2410, 2608, 2612, 3002, 3010, 3402, 3510, сформированные для прикрепления композиционного бандажа (1508) к металлическому основанию (1502) или лопаткам (1504, 1506).

Способ защиты компонента турбомашины от эрозии при воздействии капель жидкости включает покрытие защитным слоем области поверхности компонента, испытывающей воздействие потока текучей среды, содержащей жидкую фазу и подвергаемой технологическому процессу в турбомашине.

Способ защиты компонента турбомашины от эрозии при воздействии капель жидкости включает покрытие защитным слоем области поверхности компонента, испытывающей воздействие потока текучей среды, содержащей жидкую фазу и подвергаемой технологическому процессу в турбомашине.

Изобретение относится к способу предотвращения коррозии узла вала с рабочим колесом турбомашины. Способ включает стадии посадки рабочего колеса (2) на вал (3) для создания узла (1) вала с рабочим колесом и нанесения металлического покрытия на указанный узел (1) путем помещения указанного узла (1) в ванну (12) для нанесения металлического покрытия.

Изобретение относится к технологии нанесения жаростойких покрытий и может быть использовано для деталей, работающих в условиях износа и воздействия коррозионно-активных сред, а именно, для сопловых лопаток газотурбинных двигателей и элементов обшивки, подвергающихся воздействию высокоскоростных газовых потоков, резким сменам температуры, эрозии и коррозии при скорости набегающего потока диссоцированного воздуха в атмосфере выше 5-6 Махов.

Изобретение относится к области нанесения покрытий на металлические детали в форме тел вращения и может быть использовано для нанесения металлических покрытий на поверхность прокатных валков, опоры подшипников скольжения, шейки кривошипных валов, плунжеры гидросистем.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для защиты растений и семенного материала. Органические частицы пестицида покрыты неамфолитным кватернизируемым полимером, который является водорастворимым при 20°С, причем указанный полимер выбран из группы полимеров, состоящей из полиэтилениминов, полипропилениминов, а также смесей указанных полимеров.

Настоящее изобретение относится к созданию листа из электромагнитной стали, покрытого изоляционной плёнкой с подходящей твёрдостью и пригодного для использования в качестве материала для железных сердечников, например, крупногабаритных генераторов электрической мощности; а также к способу изготовления листа из электротехнической стали, покрытого изоляционной плёнкой.

Изобретение относится к области защитных полимерных покрытий, может быть использовано в машиностроительной, авиационной, приборостроительной промышленности и других областях техники.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения прочностных характеристик материала. Способ упрочнения наноструктурного слоя металла включает ионную имплантацию облучением с дозой 1018 ион/см2 полиэнергетическими ионами с энергией 15-60 кэВ, после ионной имплантации осуществляют ультразвуковую обработку поверхности металла с частотой 10 МГц, амплитудой деформации 10-5 и временем обработки 104 с.

Изобретение относится к упрочнению стали и может быть использовано в сельскохозяйственном машиностроении для повышения износостойкости лезвий почвообрабатывающих орудий.
Изобретение относится к области получения защитного покрытия, предохраняющего от воздействия агрессивных сред поверхности деталей проточной части турбин турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), выполненных из никелевых сплавов и имеющих сложную конфигурацию.

Изобретение относится к области медицины, а именно к способу нанесения антиадгезивного, биосовместимого бактерицидного покрытия на устройства и инструменты для остеосинтеза, ортопедические имплантаты из металла, в том числе из титана и нержавеющей стали, включающему осаждение в герметичной предварительно вакуумированной камере на предварительно очищенное покрываемое устройство углеродного материала и серебра, входящих в материал покрытия, отличающийся тем, что осуществляют испарение осаждаемого материала импульсным дуговым разрядом, сформированным между катодом из графита, в качестве которого используют катод из графита с установленными в нем серебряными вставками, образующими на рабочей поверхности графитового катода серебряные включения, и анодом, причем импульсный дуговой разряд формируют с частотой следования импульсов 1-5 Гц и с длительностью импульса 200-600 мкс с образованием потока кластеров углеродной плазмы в виде компенсированных бестоковых форсгустков плазмы плотностью 5·1012-1·1013 см-3 и включенных в этот поток атомов серебра, при этом проводят стимуляцию углеродной плазмы инертным газом в виде потока ионов с энергией 150-2000 эВ, который направляют перпендикулярно образованному потоку кластеров углеродной плазмы и атомов серебра в вакууме при давлении 1·10-2-1·10-4 Па, осаждая на покрываемые устройства биосовместимое бактерицидное покрытие в виде атомов серебра в углеродном материале, представляющем собой двумерно-упорядоченный линейно-цепочечный углерод Sp1.

Изобретение предназначено для нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность почворежущих деталей почвообрабатывающих машин с использованием сварки плавлением.

Изобретение относится к вакуумной сборке комплекта в виде нежесткой обечайки и оправки. Осуществляют вакуумирование вакуумнасосом пространства между обечайкой и оправкой с импульсным давлением на наружную поверхность обечайки и ее нагревом.

Изобретение относится к изготовлению насоса для энергетических установок. На поверхности деталей насоса в виде валов и осей под уплотнения, шеек валов под подшипники скольжения и зубчатых передач формируют покрытия из упомянутых материалов, имеющие адгезионное число не менее 600, на поверхности деталей насоса в парах вал - втулка подшипника и вал - уплотнение - покрытия, имеющие число интенсивности изнашивания не более 5×10-14, на поверхностях деталей насоса, обтекаемых рабочими телами, в виде колес, проточных частей корпуса, всасывающих и нагнетающих полостей - покрытия, смачивающие свойства которых имеют коэффициент смачиваемости не более 1, на поверхностях контакта деталей насоса в виде подвижной и неподвижной деталей - покрытия с адгезионным числом не менее 500, числом интенсивности изнашивания не более 5×10-14 и коэффициентом смачиваемости не более 0,8. В сочленениях корпус - вращающаяся деталь обеспечивают зазор по посадке, величину которого определяют с учетом тепловых расширений указанных деталей сочленений и их деформации под нагрузкой. В результате снижаются общие потери в насосах. 1 пр.

Наверх