однорядные шариковые подшипники 208 легкой серии (динамическая грузоподъемность С = 25,6 кН).

Необходимая по заданной долговечности насоса динамическая грузоподъемность

где R - нагрузка на подшипник (в нашем случае для наиболее нагруженного подшипника R = 170 Н); к„ - коэффициент режима работы подшипииков (принимаем к„ = 1,5); п - частота вращения вала (и = 2950 об/мии); 1 - заданная долговечность, 1, = 40000 ч.

Следовательно, С = 170-1,5(60-2950 х

x 40000/10)/ «3,65 кН. Таким образом, выбранные подшипники с большим запасом удовлетворяют заданной долговечности и обеспечивают значительное увеличение как нагрузки, так и частоты вращения на случай последующего форсирования насоса.

Расстановка опор. При выбранном отношении L/1 = 1,5 расстояние между опорами всецело зависит от величины / вылета центра тяжести крыльчатки относительно передней опоры. Последнюю величину определяет условие размещения уплотнений между передним подшипником и гидравлической полостью насоса. Исходя из конструктивных прикидок, принимаем длину уплотнения равной 45 мм, а расстояние между торцом уплотнения и плоскостью расположения центра тяжести крыльчатки 10 мм. Ширина подшипника 18 мм. Общая длина вылета / = 45 -ь

-ь10-ь9 = 64 мм; расстояние между опорами L =

= 1,5/ » 100 мм.

Итогом данного этапа проектирования является эскиз вала крыльчатки с расположением опор (рис. 16).

Выходные улитки. Проектирование улиток начинаем с выбора основной схемы расположения их сечений.

Сечения улиток можно расположить так, чтобы крайние внутренние точки сечений находились на одинаковом расстоянии от окружности крыльчатки. Центры сечений располагаются по спирали, уравнение которой

Рис. 16. Расстановка оиор вала

180°

р = 0,5В, + т + 0,5db

Ч>

180°

где В,-диаметр крыльчатки; m - расстояние внутренних точек сечений от окружности крыльчатки; do - диаметр выходного сечения улитки; р, р и <р - текущие координаты.

Конструкция такой спиральной улитки с разъемом в плоскости симметрии сечений (рис. 17, а) обладает хорошими гидравлическими качествами, обеспечивает простую, бесстержневую формовку и удобную зачистку внутренних полостей улиток.

Недостатки конструкции следующие:

плоскость разъема пересекает выходные патрубки улиток; на фланцах выходньи патрубков и в узлах соединения с отводными трубопроводами образуется трудноуплотняемый Т-образный стык;

половины улитки можно зафиксировать одну относительно другой только контрольными штифтами; центрирование цилиндрическими буртиками исключено;

радиальные размеры улитки получаются большими [при m = Л = 20 мм максимальный размер (без выходных патрубков) равен 470 мм].

В конструкции на рис. 17,6 улитка выполнена в виде целой отливки. Крьшьчатку монтируют через

а крайние наружные точки сечений по спирали

Рис. 17. Варианты выходных улиток

отъемную крышку. Выходные патрубки целые. Крышку центрируют относительно корпуса цилиндрическим буртиком. Размеры улитки несколько уменьшаются благодаря устранению периферийного фланца (максимальный размер 422 мм). Гидравлическая полость крыльчатки закрытая и формуется с применением стержней. Зачистка стенок гидравлической полости возможна только гидрополированием (струей воды с взвесью абразива).

В конструкции на рис. 17, в наружные точки сечений расположены по окружности радиуса, равного наименьшему начальному радиусу улитки. По направлению к выходу центры сечений постепенно смешаются к оси насоса, располагаясь по спирали.

где Dq ~ наружный диаметр улитки; rfg - диаметр выходного сечения улитки.

На последних участках улитки крыльчатка вместе с ограничивающими ее стенками корпуса вдается в сечение улиток. Габаритный размер улитки существенно уменьшается (380 мм). Разъем осуществляется по плоскости симметрии сечений улитки. Половины улитки центрируются цилиндрическим буртиком (прерванным на участках расположения выходных патрубков). Выходные патрубки пересечены плоскостью разъема.

Недостаток конструкции: водяной поток по выходе из крыльчатки раздваивается, образуя на последних участках улитки два спиральных вихря, что связано с увеличением гидравлических потерь.

Выходные патрубки можно выполнить целыми, если сместить сечение улиток с оси симметрии крыльчатки (см. рис. 17, г), В этом случае крыльчатку монтируют через крышку. Благодаря устранению периферийного фланца размеры улитки уменьшаются еще больше (максимальный размер 330 мм). Смещение сечений улитки вызывает завихрение водяного потока, но гидравлические потери здесь меньше, чем в конструкции на рис. 17, е.

Гидравлическая полость. Компоновочный чертеж гидравлической полости (рис. 18) включает улитку, крышку, всасывающий патрубок с направляющим аппаратом. Направляющий аппарат выполнен в виде радиальных лопаток, прилитых к стенкам патрубка и объединенных центральной бобышкой обтекаемой формы, обеспечивающей плавный вход водяного потока на крыльчатку. Стык присоединения крышки к улитке уплотнен резиновым шнуром т, размещенным в кольцевой выточке центрирующего буртика. Для демонтажа крышки предусмотрено простейшее съемное устройство в виде расположенных в корпусе (между бобышками крепежных шпилек) выборок п под разборный инструмент. Для работы на загрязненной воде на входе в патрубок предусматриваем сетку q. Сливную пробку с конической резьбой располагаем внизу улитки в продольной плоскости симметрии насоса.

Слив воды можно автоматизировать, закрыв выпускное отверстие подпружиненным клапаном. Клапан при пуске насоса запирается давлением воды в улитке, а при остановке открывается силой пружины, сообщая полость улитки со сливным трубопроводом. Набрасываем схему такого устройства

Рис. 18. Гидравлическая полость

Рис. 19. Схема автоматического слива воды

(рис. 19) для последующего обсуждения в процессе окончательной доработки конструкции.

Выяснение остальных элементов гидравлической полости (конструкции выходных патрубков, языков, отделяюн их выходные патрубки от улиток, и др.), в разработке которых не предвидится затруднений, переносим на этап рабочего проектирования.

Уплотнение гидравлической полости. Уплотнение, отделяющее гидравлическую полость от полости подшипников, в значительной степени предопределяет эксплуатационную надежность насоса.

Для полного исключения возможности проникновения воды из гидравлической полости в масляную уплотнение целесообразно выполнить в виде двух ступеней, расположенных соответственно на «водяной» и «масляной» сторонах и разделенных промежуточной камерой, сообщенной дренажным отверстием с атмосферой.

Для наиболее ответственной водяной ступени выбираем торцовое уплотнение, обладающее свойством самоприрабатываемости и не нуждающееся, как обычные сальники, в периодической подтяжке. На масляной стороне устанавливаем севанитовое уплотнение с эластомерной манжетой, охваченной браслетной пружиной (рис. 20).

В первом наброске (рис. 21, а) торцовое уплотнение представляет собой диск 1, несущий севанитовое уплотнение 2. Торец диска служит уплотняющей поверхностью. Подвижная часть уплотнения состоит из шайбы 3, приводимой во вращение зубчатым венцом, нарезанным на внутренней стороне кольца разгрузочного уплотнения крыльчатки. Шайба постоянно прижата к неподвижному диску пружиной, опирающейся на торец крыльчатки. Вторичным уплотнением, предотвращающим просачивание воды по распорной втулке 4 является резиновая манжета 5, 1шотно охватывающая поверхность распорной втулки; воротник манжеты прижат к шайбе 3 той же пружиной через стальную гильзу 6. Просачивание воды через стык распорной втулки и крыльчатки

Рис. 20. Севанитовое (манжетное) уплотнение

Рис. 21. Варианты торцового уплотнения

предупреждает уплотняющая кольцевая прокладка 7. установленная на стыке.

Промежуточной камерой служит полость 8 между севанитовым уплотнением и стенкой диска I, соединенная радиальным отверстием 9 во фланце диска с продольным отверстием 10 в корпусе, сообщающимся через отверстие 11 с атмосферой. Для удобства контроля за состоянием уплотнения (просачивание воды) отверстие выведено вбок с помощью трубки, завальцованной в стенке корпуса.

Недостаток конструкции: при демонтаже крыльчатки пружина выводит уплотняющую шайбу 3 из зацепления с крыльчаткой и выталкивает манжету 5, вследствие чего уплотнение распадается. Монтаж крыльчатки и уплотнения затруднителен по тем же причинам.

В конструкции на рис. 21,6 уплотняющая шайба 12 зафиксирована в осевом направлении в крыльчатке кольцевым стопором 13, установленным на зубчатом венце крыльчатки с зазором, обеспечивающим осевое перемещение шайбы по мере износа уплотняющих поверхностей. Манжета вторичного уплотнения установлена на цилиндрическом удлинении 14 ступицы крыльчатки. При демонтаже весь узел подвижного уплотнения, сохраняя целостность, сходит вместе с крыльчаткой. Облегчен и монтаж, так как узел подвижного уплотнения свободно надевается вместе с крыльчаткой на вал. Конструкция улучшает центрирование крыльчатки на валу и делает излишней установку уплотнительной прокладки между ступицей крьшьчатки и распорной втулкой (прокладка 7, см. рис. 21, а).

В наиболее целесообразном варианте рис. 21, в шайба 75 подвижного уплотнения приводится во вращение шлицами т, нарезанными на ступице крыльчатки, что делает конструкцию в целом более компактной. Агрегатность придана установкой на ступице кольцевого стопора 16. Возможность проникновения воды на шлицы крепления крыльчатки предотвращается затяжкой крыльчатки на валу кол-пачковой гайкой и установкой уплотнительной прокладки между гайкой и торцом ступицы крыльчатки.

При давлении иа рабочих поверхностях уплотнения порядка 20 МПа осевая сила, развиваемая

3 Основы конструирования, кн. 1

пружиной, незначительна; ее можно игнорировать при расчете осевой нагрузки на фиксирующий подшипник.

Крепление подшипииков и крыльчатки иа валу.

Конструктивная схема вала в сборе с подшипниками, крыльчаткой и приводным фланцем показана на рис. 22. Главным условием надежной установки подшипников на валу является затяжка подшипников в осевом направлении. Принимаем следующую систему крепления подшипников на валу: передний (правый) подшипник затягиваем колпачковой гайкой крепления крыльчатки иа буртик вала через распорную втулку; задний - гайкой крепления приводного фланца через его ступицу.

Длина ступицы приводного фланца должна быть достаточной для размещения наружного уплотнения вала (с целью унификации устанавливаем здесь такое же севанитовое уплотнение, как и в узле торцового уплотнения) и, кроме того, должна обеспечить возможность заведения лапок съемника за фланец; принимаем длину ступицы 25 мм.

Крыльчатку и приводной фланец устанавливаем

Рис. 22. Вал в сборе с крыльчаткой и подшипниками