Задачей данной статьи является изложение материалов о новых технологических процессах изготовления рабочих колес центробежных насосов методом точной объемной штамповки с высокими показателями КИМ и КНП и качеств, с низкими показателями трудоемкости.
Любая наука начинается с классификации. До настоящего времени существовало несколько классификаций рабочих колес лопаточных машин, газовых и гидравлических, в основу которых положены конструктивные функциональные признаки, где не учитываются технологические признаки изготовления данного вида деталей. Предлагается классификация рабочих колес лопаточных машин (табл. 1), построенная по технологическому признаку, т. е. по способу изготовления детали.
Предложенная классификация состоит из двух типов колес: 1 тип – закрытые с покрывным диском, 2 тип - открытые без диска.
По конструктивному признаку колеса можно разделить на:
1.1 и 2.1 моноколеса – диск вместе с лопатками;
1.2 и 2.2 - монолитные;
1.3 и 2.3 - штампосварные из листа;
1.4 - литопаянные;
2.4 - штампопаянные;
2.5 - штампокованные.
Таблица 1. Классификация рабочих колес лопаточных гидравлических машин (центробежных насосов) по технологическому признаку
|
Наименование групп |
Способ изготовления |
I тип (закрытые) |
1.1 . Моноколеса |
механическая обработка |
1.2 . Монолитые |
литье: – в землю; – в кокиль; – центробежное; – точное, по выплавляемым моделям |
|
1.3 . Штампосварные из листа |
– штамповка; – сборка; – точечная сварка |
|
1.4 . Литопаянные |
– литье; – механическая обработка; – пайка |
|
II тип (открытые) |
2.1 . Моноколеса |
механическая обработка |
2.2 . Монолитые |
литье: – в землю; – в кокиль; – центробежное; – точное, по выплавляемым моделям |
|
2.3 . Штампосварные из листа |
– штамповка; – сборка; – точечная сварка |
|
2.4 . Штампопаянные |
– штамповка; – сборка; – пайка |
|
2.5 . Моноштампованные |
высокоскоростная штамповка |
Характеристики способов
1. Моноколеса 1.1 и 2.1, изготавливаемые механической обработкой, имеют большую трудоемкость и низкий КИМ (коэффициент использования металла), а КНП (коэффициент необрабатываемой поверхности) отсутствует, т. е. равен нулю.
2. Литые колеса 1.2 и 2.2 - наиболее массовые, применяемые в насосостроении до настоящего времени, однако имеющие большую массу и низкий уровень качества поверхности.
3. Штампосварные сборные колеса 1.3 и 2.3 обладают высокими показателями КИМ и КНП. Это прогрессивный метод изготовления рабочих колес гидравлических лопаточных машин, который широко применяется зарубежными насосостроительными фирмами (Wilo, Grundfos и пр.). Однако при этом необходимо использовать большое количество дорогостоящей штамповой оснастки и сборочных стапелей.
4. Штампопаянные колеса 1.4 и 2.4 обладают теми же технико - экономическими показателями, как и способы 1.3 и 2.3.
5. Предлагается рассмотреть технологический процесс изготовления рабочих колес гидравлических лопаточных машин методами точной объемной штамповки - 2.5 моноштампованные колеса. Из всех рассматриваемых способов в табл. 1 – это самый инновационный технологический проект в насосостроении, отличающийся от прочих низкой трудоемкостью, высокими КИМ и КНП и показателями качества поверхности.
Моноштампованные рабочие колеса – новое направление в технологии производства рабочих колес газовых и гидравлических лопаточных машин, новизна которого заключается в том, что из заготовки простой формы, отрезанной от прутка методами пластического деформирования (высокоскоростной или изотермической штамповкой), изготавливают рабочие колеса лопаточных машин с готовыми функциональными поверхностями (рис. 1).
Рис. 1. Рабочие колеса лопаточных машин с готовыми функциональными поверхностями.
Цельноштампованные колеса по схеме «диск вместе с лопатками» с готовыми после формоизменения функциональными поверхностями высокого качества шероховатостью Ra 3,2, под виброгалтовку, виброшлифовку, минимальная толщина лопаток: 0,8 – 1,2 мм, что позволяет значительно снизить в насосе потери мощности на трение.
Моноштампованные колеса изготавливаются из различных сплавов на основе:
– алюминия (АВ, АМц, АМг, АК 4-1, АК 6, В 95 и пр.);
– меди (Браж 9-4, Л 62, Л 63 и пр.);
– титана (ВТ 1-0, ВТ 3-1, ВТ 6, ВТ 8 и пр.);
– стали (любые конструкционные и нержавеющие типа 12Х18Н9Т).
Обоснование применения открытых колес в конструкции центробежных насосов
Штампованные открытые колеса имеют вес меньший, по сравнению с литыми закрытыми колесами. При выборе точного минимального зазора Z 0,2 – 0,5 мм (рис. 2) между корпусом центробежного насоса и колесом образуется «пограничный слой», который выполняет роль покрывного диска. Эксперименты и многолетняя эксплуатация с 1988 г. нескольких тысяч центробежных насосов марки ЦНЛ (центробежный насос линейный) или КМЛ (консольный моноблочный линейный) подтвердили правомочность данного решения.
Рис. 2. Монтажный зазор Z между колесом (1) и корпусом (2) центробежного насоса.
На рис. 3 представлена группа моноштампованных колес насосов из алюминиевых сплавов и сталей.
Все электронасосные агрегаты ЦНЛ (КМЛ) комплектуются электродвигателями общепромышленного применения типа АИР либо АИС исполнения 3081 (фланцевые), или 2081 (фланец лапы). Кроме того, насосы ЦНЛ могут быть укомплектованы взрывозащищенными электродвигателями типа ВЗИ, а также одно
фазными электродвигателями с конденсаторным пуском.
Рис. 3. Моноштампованные колеса центробежных насосов.
Все электронасосные агрегаты типа ЦНЛ могут комплектоваться частотными преобразователями.
Насосы ЦНЛ имеют компактную конструкцию с габаритными размерами в монтажном исполнении: до Ду 80 - «насос на трубах»; с Ду 100 и далее – «трубы на насосе», но в том и другом случае фундаменты для насоса не требуются.
Насосы ЦНЛ /КМЛ/ являются аналогами фланцевых линейных насосов с сухим ротором фирм: Wilo, Grundfos, KSB и др. Все насосы выполнены из алюминиевого сплава и чугуна.
Ряд инновационных конструкторско-технологических решений при разработке насосов серии ЦНЛ (КМЛ) защищен двумя патентами:
1. Патент Российской Федерации, № 2107193 от 12.11.1993 г. Зарегистрирован 24.04.1998 г. «Способ подачи жидкости и центробежный насос для его осуществления». Финк Ю. М., Воробьев В. М. и др.;
2. Патент Российской Федерации, № 2107839 от 06.08.1993 г. Зарегистрирован 27.04.1998 г. «Способ подачи жидкости и центробежный насос для его осуществления». Финк Ю. М., Воробьев В. М. и др.
Насосы ЦНЛ предназначены для перекачки: горячей и холодной воды; хладагентов типа тосол или этиленгликоль; минеральных и растительных масел и пр.
Выводы
В статье изложены материалы по разработке новых инновационных техпроцессов изготовления рабочих колес лопаточных, гидравлических и газовых машин по схеме «диск вместе с лопатками». Моноштампованные колеса обладают высокими техноэкономическими показателями. Достоверность полученных результатов доказана внедрением новых техпроцессов в серийное производство.
Воробьев В.М., д.т.н., проф.
Филатова И.В., с.н.с.