Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса



Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса
Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса
Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса
Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса
Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса

 


Владельцы патента RU 2494848:

Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения" (RU)

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано при изготовлении центробежных лопастных насосов с рабочим колесом, преимущественно имеющим наружный диаметр не более 400 мм и сложную пространственную форму межлопастных каналов. Основной диск рабочего колеса выполняют за одно целое с половиной от общего количества лопастей, расположенных через одну. Покрывной диск выполняют за одно целое со второй половиной от упомянутого количества лопастей. При этом диски выполняют с пазами на сопрягаемых с лопастями поверхностях, а лопасти - с выступами. Диски собирают с образованием межлопастных каналов. При сборке выступы лопастей вводят в пазы дисков с возможностью передачи между дисками крутящего момента. Основной и покрывающий диски сваривают между собой. Сварное соединение выполняют в пазах дисков, например, с их внешней стороны. Пазы могут быть выполнены симметрично относительно оси вращения рабочего колеса. В результате обеспечивается повышение качества рабочих колес и упрощение технологии их изготовления. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к насосам необъемного вытеснения с вращательным движением рабочих органов, более конкретно к конструктивным узлам центробежных лопастных насосов. Изобретение может быть использовано как способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса, преимущественно имеющего наружный диаметр не более 400 мм и сложную пространственную форму межлопастных каналов, в частности, применяемого в ядерных энергетических установках на атомных электростанциях (АЭС).

Создание потока текучей среды и увеличение ее энергии в лопастном центробежном насосе производят с помощью рабочего колеса, вращаемого двигателем. 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: С.13]. Рабочее колесо центробежных лопаточных машин для подачи и сжатия газов (компрессора, вентилятора и прочих), в общем случае, имеет такие же элементы [2: С.126, 128].

Основные параметры насоса, главными из которых являются подача, напор (давление), мощность и КПД, обеспечивают, в частности, соответствующим выбором формы межлопастных каналов рабочего колеса и надлежащим качеством выполнения последних (например, чистотой их поверхности). Надежность колеса определяет, среди прочих факторов, прочность рабочего колеса.

Известно, что рабочее колесо насоса ЦВН-8 (диаметром 1280 мм) для АЭС с реактором типа РБМК сваривают из двух частей: диска с лопатками двоякой кривизны и покрывного диска [3: С.182; 4: С.35]. По технологической схеме изготовления рабочих колес обработку профиля диска с лопатками производят на копировально-фрезерном станке с программным управлением, покрывной диск и диск с лопатками сваривают между собой аргонодуговой сваркой, для снятия напряжений после сварки производят термообработку колеса [5: С.205].

Недостатками этого способа являются трудность обеспечения высокой прочности колеса с помощью тех сварных соединений, которые возможны при указанном разделении колеса на части, например, таврового или в виде прорезных швов (электрозаклепок), а также необходимость термообработки всего колеса после сварки. При этом сварные швы, вообще говоря, искажают форму межлопастных каналов.

Известен способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса (патент RU №2274509, B21K 1/36, опубл. 2006), согласно которому рабочее колесо выполняют из двух частей, образуя каждую лопасть посредством стыкового сварного соединения двух элементов, один из которых выполняют в виде выступа на основном диске за одно целое с последним, а другой - на покрывающем диске за одно целое с последним.

Недостатками этого способа являются технологическая трудность, а в некоторых случаях и невозможность получения сложной пространственной формы межлопастных каналов для колес небольших размеров.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности рабочего колеса, исключении необходимости выполнения термообработки после сварки, улучшении качества проточной части и упрощении технологии изготовления сложной пространственной формы межлопастных каналов для рабочих колес небольших размеров (наружным диаметром 400 мм и менее).

При осуществлении предлагаемого изобретения могут быть получены следующие технические результаты:

- исключение ограничений на габариты изготавливаемых сваркой рабочих колес;

- увеличение межлопастного пространства на каждом диске;

- улучшение доступа инструмента при изготовлении;

- уменьшение остаточных напряжений и прогнозирование их вида и величины;

- исключение углового смещения одной части рабочего колеса относительно другой;

- центрирование частей рабочего колеса при сборке;

- равномерное радиальное распределение массы колеса;

- снижение нагрузки сварного соединения дисков рабочего колеса;

- улучшение удобство работы сварщика и контроля сварных швов;

- улучшение класса шероховатости поверхности;

- исключение влияния внешнего сварного шва на геометрию межлопастного канала и предотвращение искажений формы межлопастных каналов (по сравнению с заданной).

Как решение задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса, при котором рабочее колесо выполняют из двух частей, формируя половину общего количества лопастей, выбранных через одну, за одно целое с основным диском, а другую половину лопастей за одно целое с покрывающим диском, при этом на сопрягаемых поверхностях лопастей и дисков выполняют со стороны дисков пазы, а со стороны лопастей выступы, которые входят при сборке колеса в эти пазы, с возможностью передачи крутящего момента между обеими частями рабочего колеса, после чего выполняют приварку выступов лопастей к дискам в данных пазах.

Желательно, сварное соединение основного и покрывающего дисков в пазах выполнять последовательно и в диаметрально-противоположных сторонах.

Целесообразно, сварное соединение основного и покрывающего дисков в пазах выполнять с внешней стороны дисков (обратной межлопастным каналам).

Предпочтительно, пазы выполнять симметрично относительно оси вращения рабочего колеса для равномерного распределения металла по радиальной длине колеса.

Указанным выше разделением лопастей по дискам рабочего колеса обеспечивают увеличение межлопастного пространства на каждом диске и, вследствие чего улучшается доступ инструменту при изготовлении, повышая технологичность и качество изготовления дисков по сравнению с вариантом, когда все рабочие лопасти целиком или какой-то частью выполнены за одно целое с диском.

Симметричным расположением пазов, в которых выполняется сварка, обеспечивают уменьшение остаточных напряжений и прогнозирование их вида и величины, что позволяет исключить необходимость термообработки всего колеса после сварки.

Обеспечение исключения углового смещения одной части рабочего колеса относительно другой, центрирования частей рабочего колеса при сборке и равномерного радиальное распределение массы рабочего колеса, достигается тем, что на торцовых поверхностях лопастей выполняют выступы таким образом, чтобы при сборке основного и покрывающего дисков выступы плотно входили в пазы.

Благодаря выступам, входящим в пазы дисков, повышают надежность рабочего колеса, поскольку вообще говоря, именно эти выступы будут воспринимать значительную долю нагрузки при работе насоса, разгружая, таким образом, сварное соединение дисков рабочего колеса.

Благодаря осуществлению сварки с внешней стороны дисков обеспечивают большее удобство работы сварщика и осуществления контроля сварных швов, улучшение класса шероховатости поверхности и, таким образом, повышают их качество и надежность, кроме того, внешний сварной шов не влияет на геометрию межлопастного канала, предотвращая его искажение.

Заявляемое изобретение (в частном случае реализации) поясняется следующими чертежами:

фиг.1 - разрез рабочего колеса по А- А;

фиг.2 - общий вид рабочего колеса (со стороны покрывающего диска);

фиг.3 - основной диск с лопастями;

фиг.4 - покрывающий диск с лопастями;

фиг.5 - разрез рабочего колеса по Б-Б (фиг.1) (и условное обозначение сварного шва).

Способ изготовления рабочего колеса (фиг.1, 2), включающий образование межлопастных каналов соединением двух частей, на которых выполнены элементы межлопастных каналов - основной диск 1 с лопастями 3 и покрывающий диск 2 с лопастями 4, осуществляют следующим образом.

В качестве заготовок основного и покрывающего дисков используют поковки. Каждую заготовку обрабатывают на станке с числовым программным управлением, фрезеруя лопасти 3, представляющие собой половину общего числа лопастей рабочего колеса, выбранных через одну, за одно целое с основным диском 1 (фиг.3), а лопасти 4, составляющие другую половину общего числа лопастей рабочего колеса, - за одно целое с покрывающим диском 2 (фиг.4), что обеспечивает увеличение межлопастного пространства на каждом диске и, благодаря этому, обеспечивает лучший доступ инструменту при изготовлении, повышение технологичности и качества изготовления дисков.

При этом на основном и покрывающем дисках 1, 2 выполняют пазы 5 (фиг.4, 5), симметрично располагая их относительно оси вращения колеса, что обеспечивает уменьшение остаточных напряжений и прогнозирование их вида и величины, позволяет исключить необходимость термообработки всего колеса после сварки.

На торцовых поверхностях лопастей 3, 4 выполняют выступы 6 (фиг.4, 5) таким образом, чтобы при сборке основного и покрывающего дисков 1, 2 выступы 6 плотно входили в пазы 5 с возможностью передачи крутящего момента между обеими частями рабочего колеса, обеспечивая исключение углового смещения одной части рабочего колеса относительно другой, центрирование частей рабочего колеса при сборке и равномерное радиальное распределение массы колеса. Кроме того, выступы воспринимают значительную долю нагрузки при работе насоса, разгружая, таким образом сварное соединение дисков рабочего колеса.

Затем с внешней стороны основного и покрывающего дисков в пазах 5 последовательно в диаметрально-противоположных сторонах сваривают основной диск 1 и покрывающий диск 2, образуя шов 7 (фиг.5), например, посредством аргонодуговой сварки, что обеспечивает большее удобство работы сварщика и осуществление контроля сварных швов, улучшение класса шероховатости поверхности и, повышая их качество и надежность. При такой технологии сварки предотвращают существенное образование дефектов швов, получают полное проплавление по всей толщине входящих в пазы 5 выступов 6 и предсказуемость остаточных деформаций по виду (в основном, усадка в направлении оси вращения колеса) и величине, а также исключают процесс термообработки после сварки.

Кроме того, учитывая внешнее расположение сварного шва 7 (фиг.5), нивелируют его влияние на геометрию межлопастного канала, предотвращая искажения его формы. Затем контролируют качество сварных швов и околошовной поверхности наружным осмотром и капиллярным способом (достоверно выявляя все дефекты), а при обнаружении устраняют их.

После этого производят дальнейшую механическую обработку поверхностей рабочего колеса, снимая при этом возможное неравномерное наплавление металла в районе пазов 5. Затем производят повторный контроль качества сварных швов и околошовной поверхности.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

2. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Митенков Ф.М., Новинский Э.Г., Будов В.М. Главные циркуляционные насосы АЭС. 2-е изд., перераб. и доп.СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Насосы АЭС: Справочное пособие / П.Н. Пак, А.Я. Белоусов, А.И. Тимшин и др.; Под общ. ред. П.Н.Пака. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Будов В.М., Фарафонов В.А. Конструирование основного оборудования АЭС: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

6. Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса (патент RU №2274509, B21K 1/36, опубл. 2006).

1. Способ изготовления рабочего колеса центробежного насоса, преимущественно имеющего наружный диаметр не более 400 мм и сложную пространственную форму межлопастных каналов, включающий выполнение основного и покрывающего дисков за одно целое с элементами межлопастных каналов, сборку основного и покрывающего дисков с образованием межлопастных каналов и выполнение сварного соединения упомянутых дисков, отличающийся тем, что основной диск выполняют за одно целое с половиной от общего количества лопастей рабочего колеса, расположенных через одну, а покрывающий диск - за одно целое со второй половиной от упомянутого количества лопастей, основной и покрывающий диски выполняют с пазами на сопрягаемых с лопастями поверхностях, а лопасти - с выступами, входящими при сборке основного и покрывающего дисков в указанные пазы с возможностью передачи между дисками крутящего момента, а сварное соединение дисков выполняют в пазах дисков.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварное соединение основного и покрывающего дисков выполняют в пазах с внешней стороны дисков.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пазы выполняют симметрично относительно оси вращения рабочего колеса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиадвигателестроении при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей, в частности аэродинамических моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малую толщину и осевые габариты 200-300 мм.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть преимущественно использовано при обработке на станке с ЧПУ сложных по форме поверхностей деталей, например поверхностей лопаток компрессоров.

Изобретение относится к изготовлению моноблочного диска, снабженного системой лопаток и предназначенного, в частности, для ротора газотурбинного двигателя. .

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано для производства рабочих колес малорасходных центробежных насосов систем терморегулирования космических летательных аппаратов.

Изобретение относится к авиационным газотурбинным двигателям (ГТД), в частности к способам изготовления компрессорных лопаток и лопаток направляющих аппаратов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению на гидравлических трубопрофильных прессах заготовок для производства лопаток турбин, а также других типов роторных лопаток или лопастей статора для турбомашин или пропеллеров преимущественно из титановых сплавов.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении механических деталей из титана или титанового сплава, в частности лопастей реактивного двигателя.

Изобретение относится к изготовлению лопаток для газотурбинного двигателя. В способе изготавливают лопатки из алюминиевого сплава для газотурбинных двигателей путем выполнения каналов в заготовке лопатки, размещения в каналах вставок из медного сплава, осуществления ковки заготовки и последующего удаления вставок химическим растворением. Изобретение позволяет быстро и экономично изготовить легкие и стойкие к механическим сопротивлениям лопатки для газотурбинного двигателя, имеющие один или несколько каналов и обладающие улучшенными механическими и химическими свойствами. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве лопаток газотурбинных двигателей. Способ включает фрезерование пера лопатки на пятикоординатном станке с числовым программным управлением. Вращающейся фрезе сообщают перемещение и периодическую подачу на строчку вдоль оси заготовки лопатки в виде параллелепипеда, которую поворачивают относительно фрезы. Заготовку зажимают в размещенном на горизонтальном столе станка приспособлении вертикально относительно стола. Подводят к исходной точке контакта с обрабатываемой поверхностью лопатки и осуществляют фрезерование с приданием готовой формы хвостовика и предварительным фрезерованием элементов лопатки, находящихся в проточной части компрессора по меньшей мере за пять переходов при помощи цилиндрической ее торцевой и периферийной частью. Затем базируют заготовку вертикально относительно горизонтального стола станка по поверхности хвостовика, удаляют технологическую прибыль, обрабатывают заготовку с приданием готовой формы пера или пера с дополнительными конструктивными элементами лопатки при помощи конусной фрезы по меньшей мере за один переход при обработке пера лопатки с отклонением оси фрезы от нормали к обрабатываемой поверхности в плоскости направления подачи фрезы и в перпендикулярной ей плоскости или при помощи конусной и цилиндрической фрезы по меньшей мере за два перехода при обработке лопатки с дополнительными конструктивными элементами. Уменьшается время изготовления, упрощается технология. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Способ основан на выборе безопасной частоты вращения шпинделя, обеспечивающей исключение резонанса между частотами колебаний фрезы, воздействующих на обрабатываемую поверхность, и собственными частотами обрабатываемой лопатки, которую закладывают в управляющие программы обработки. Обработку осуществляют позонным снятием припуска с использованием упомянутых программ. Обеспечивается обработка лопаток, имеющих малые относительные толщины при выраженном осевом габарите. Сокращается время изготовления. 12 ил., 1 табл.

Изобретение относится к коллектору вентилятора и способу его изготовлении. С помощью лазера осуществляют раскрой обечаек, фланцев в виде сегмента окружности, соединительных фланцев и стоек в виде ребер жесткости. Фланцы и стойки выполняют с пазами Т-образной формы, а обечайки - с ответными шипами. Фланцы в виде сегмента окружности, соединительные фланцы и стойки в виде ребер жесткости сваривают в металлические каркасы. Каркасы скрепляют с обечайками путем стыковки шипов в пазах Т-образной формы и сварки в точках стыковки с образованием секторов. Затем осуществляют операцию горячего оцинкования полученной конструкции. Технический результат заключается в повышении долговечности изделия за счет точного раскроя заготовки коллектора и обечайки и осуществления горячего оцинкования изделия. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу производства моноблочного лопаточного диска. Осуществляют вырезание абразивной водяной струей блока материала, имеющего дисковидную форму, выполняемое для удаления материала из блока на уровне пространств между лопатками для формирования заготовок лопаток, проходящих радиально от ступицы. При этом вырезание абразивной водяной струей блока материала включает первое трехосевое вырезание части, проходящей по толщине блока так, что вырезанная часть выпадает из блока автоматически под действием силы тяжести, и по меньшей мере один расширяющий вырез. В результате уменьшается время производства моноблочного лопаточного диска. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к изготовлению моноблочного лопаточного диска путем его резания абразивной струей. Осуществляют непрерывное вырезание детали, проходящей через всю толщину блока материала в форме диска, с помощью эжекционной головки, расположенной напротив первой наружной поверхности блока. Непрерывное вырезание выполняют с образованием соединительной линии между второй наружной поверхностью блока, противоположной первой поверхности, и вырезанной поверхностью упомянутого блока. Осуществляют по меньшей мере одно вырезание детали, проходящей только на части толщины блока и включающей по меньшей мере часть упомянутой соединительной линии, с помощью упомянутой эжекционной головки, расположенной напротив второй наружной поверхности блока. В результате увеличивается скорость резания абразивной струей деталей. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть испоьзована при фрезеровании изделий с врезной подачей. Режущая головка содержит поверхность основания, боковую область, соединенную с поверхностью основания, верхнюю область, соединенную с боковой областью, и верхние ножи, расположенные на верхней области и имеющие режущие кромки, предназначенные для контакта с изделием для удаления материала и проходящие от центральной точки верхней области к периферии верхней области и расположенные под углом относительно базовой плоскости, приблизительно перпендикулярной указанной оси. Центральные части режущих кромок расположены на большем расстоянии от поверхности основания вдоль оси, чем их периферические части. Способ фрезерования включает вращение режущей головки при продвижении режущей головки по направлению к изделию, удаление материала из изделия с помощью передних ножей, расположенных на передней поверхности режущей головки, изгиб держателя инструмента, выполненного с возможностью направления режущей головки внутрь изделия, остановку продвижения режущей головки по направлению к изделию, когда режущая головка достигла заранее заданной глубины внутри изделия; и извлечение во время вращения режущей головки из внутренней части изделия для удаления материала из внутренней части изделия. Повышаются качество обработанной поверхности и стойкость инструмента. 6 н. и 39 з.п. ф-лы, 3 табл., 23 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении диафрагмы (1) внутреннего корпуса модуля низкого или среднего давления паровой турбины. Упомянутая диафрагма содержит внутренний обод (2) и наружный обод (3), а также лопатки (4), привариваемые своими концами к упомянутым ободам (2, 3). При этом перед сваркой осуществляют операцию автоматической механической обработки концов (6, 7) каждой лопатки (4) для выполнения периферийной выемки (12) вокруг каждой из упомянутых лопаток (6, 7). Размеры указанной выемки задают в зависимости от уровня рабочей нагрузки на диафрагму (1) в турбине и в зависимости от условий процесса сварки концов лопаток с ободами, причем соотношение ширины Р выемки к ее глубине Н устанавливают между 0,5 и 2. Использование изобретения позволяет повысить качество и надежность изготовления лопаток и диафрагмы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей на станках с ЧПУ. Способ включает обработку концевой торовой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности. Выбирают оптимальную частоту вращения шпинделя, для чего для обрабатываемой лопатки строят расчетную последовательность математических конечно-элементных моделей с моделированием условий закрепления, соответствующих последовательному позонному удалению предварительно заданной величины припуска при обработке. Рассчитывают значения собственных частот обрабатываемой лопатки для каждой зоны. Проводят оценку совпадения расчетных и экспериментальных частотных характеристик обрабатываемой лопатки. Строят графики для визуализации выбора частоты вращения шпинделя. Осуществляют ступенчатую регулировку частоты вращения шпинделя в процессе обработки и регулировку частоты вращения по линейному закону по заданной программе. Исключается резонанс при обработке лопатки. 6 ил.
Наверх