Модернизация конструкции изделия "клапан насоса" на основании изменившихся условий эксплуатации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модернизация конструкции изделия "клапан насоса" на основании изменившихся условий эксплуатации

Пушков Никита Дмитриевич

магистрант, направление подготовки 15.04.05 "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств", Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область

Платонов Александр Васильевич

кандидат технических наук, заслуженный деятель науки и техники РАЕ, доцент, кафедра "Технология машиностроения", Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область

Щеглетов Кирилл Алексеевич

студент, направление подготовки 15.03.05 "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств", Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область

Куманеев Максим Александрович

магистрант, направление подготовки 15.04.05 "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств", Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область

Коршунов Егор Сергеевич

студент, направление подготовки 15.03.05 "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств", Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область

Аннотация

В статье рассматривается модернизация конструкции изделия "Клапан насоса" с целью использования её в составе установки "Насос". Проведен анализ новых условий эксплуатации, а также причин и числа отказов изделия до модернизации. Предложен вариант конструкции изделия, лишенный выявленных недостатков, способный безотказно работать в изменившихся условиях эксплуатации. Представлены результаты сравнительных испытаний, подтверждающие эффективность модернизации.

Выпуск: №1 / 2020 (январь-март)

УДК: 621.644.052

Страна: Россия

Библиографическое описание статьи для цитирования: Модернизация конструкции изделия "клапан насоса" на основании изменившихся условий эксплуатации [Электронный ресурс] / Н.Д. Пушков, А.В. Платонов, К.А. Щеглетов, М.А. Куманеев, Е.С. Коршунов // Научное обозрение: электрон. журн. - 2020. - № 1. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 МГц; 128 Мб; 10 Мб; Windows XP/Vista/7/8/10 ; Acrobat 6 х.

В современной промышленной деятельности используют различные газы и жидкости. Большинство их подаются в установки и устройства под давлением разной величины. Также создается давление и для их транспортировки из мест хранения к месту использования. Для создания давления в технических жидкостях и газах используют компрессорные установки. Основным исполнительным механизмом компрессорных установок являются нагнетающие механизмы - насосы различного конструктивного исполнения. модернизация клапан насос

Конструктивное исполнение насосов зависит от различных факторов, основными из которых являются: необходимое давление (МПа), производительность(м 3/мин.), марка газа или жидкости, а также условия эксплуатации (температура окружающей среды и жидкости, давление и т.д.). Насос - гидравлическая машина, предназначенная для перемещения жидкости или газа под напором. Механическая энергия, подводимая к валу в насосе, преобразуется в энергию потока жидкости [1].

Насосные механизмы комплектуются различными системами для обеспечения эффективной, безотказной и безопасной работы.

В данной статье рассматривается изделие "Клапан насоса". Эскиз изделия представлен на рисунке 1. "Клапан насоса" состоит из корпуса 1 к которому с наружной стороны при помощи сварки (сварной шов по ГОСТ 14771-76, группы II ОСТ 95 1487-86, шов герметичный) присоединен патрубок 3, а с внутренней стороны - клапан 2.

На патрубке 4 расположена накидная гайка 9, служащая для соединения с арматурой, подводящей транспортный газ. В боковой части корпуса 1 вмонтирован обратный клапан 5. Регулируемый клапан 2 и обратный клапан 5 являются сборочными единицами.

Сверху на корпус 1 надевается крышка 6. Крепление крышки 6 к корпусу 1 осуществляется с помощью болта 7, гайки 8 и шайбы пружинной 9. Гайка 8 является транспортной и снимется с изделия при монтаже его к насосу.

Герметизация соединения корпуса 1 с крышкой 6 и клапаном 5 осуществляется герметиком ВГО-1. ТУ 38.303-04-04-90/ 1-595-28-1452-2014.

1-корпус; 2- регулируемый игольчатый клапан; 3 - патрубок; 4 - гайка накидная; 5 - предохранительный клапан; 6 - крышка; 7 - болт; 8 - гайка транспортная; 9 - шайба пружинная

Рис. 1. Эскиз изделия "Клапан насоса" до модернизации

Принцип действия изделия "Клапан насоса" следующий: транспортируемый газ засасывается в отверстие В под действием вращения крыльчатки специальной конструкции (на эскизе не показана), установленной в подшипнике в отверстии Г диаметром 10Н 7 мм и выводится через 8 отверстий в крышке 6. При этом создается определенное давление газа, регулируемое частотой вращения крыльчатки.

При вращении крыльчатки создается разряжение во внутренней полости корпуса 1, игла клапана 2 поднимается, газ заполняет полость корпуса 1 и начинает перекачиваться насосом.

Для предотвращения самопроизвольного поступления газа предусмотрен клапан 2. Для аварийного сброса давления и предотвращения повреждения насоса в корпусе 1 установлен предохранительный клапан 5.

При штатных условиях работы изделия "Клапан насоса" наблюдалось лишь незначительное число отказов связанные с дефектами изготовления деталей или сборки.

Установка, в которой используется изделие "Клапан насоса", стала работать при других условиях эксплуатации: при температурах -60…50оС и давлении до 8 МПа. Для таких условий режимы работы установки были изменены. Кроме того изменился транспортируемый газ, утечки которого не допускаются из-за вредного воздействия на детали установки.

В результате этого изделие "Клапан насоса" начал часто выходить из строя, так как не был рассчитан на измененные условия эксплуатации.

Анализ отказов показал, что основными причинами поломок являются: разрушение корпуса при давлении 8 МПа; неисправность пружины регулируемого клапана 2, неисправность предохранительного клапана 5, повреждение и разрушение иглы регулируемого клапана 2, а также заклинивание подшипника качения, который устанавливался в отверстие диаметром 10Н 7 мм. Общее число отказов при новых условиях эксплуатации изделия "Клапан насоса" на 1000 шт. деталей возросло с 12 до 248 случаев.

Большинство отказов произошли по причине использования в измененных температурных условиях материала изделий из стали 40Х 13 ГОСТ 2591-2006 и 20 ГОСТ 1050-2013. Эти марки стали при низких отрицательных температурах теряли свои пластичные свойства и разрушались под действием возросшей нагрузки. Это же касается и радиального подшипника и его смазки (KLUBER ISOFLEX® NBU 15, работает при температуре -40°С до 130°С).

По этой причине принято решение о модернизации изделия "Клапан насоса". Основные моменты модернизации связаны с необходимостью обеспечения постоянной более низкой температуры эксплуатации (с -20…30оС до -60…50оС) и более высокого давления, развиваемого при помощи насоса, в конструкцию которого входит изделие "Клапан насоса" (с 0,5 до 1,2 Мпа в штатном режиме и с 2 до 8 МПа в аварийном режиме) [2].

Разработана конструкция изделия "Клапан насоса", лишенная недостатков конструкции предшественника, эскиз которой представлен на рисунке 2.

1-корпус, 2- плунжер, 3 - обратный клапан, 4 - винт, 5 - опора, 6 - цилиндр, 7 - корпус цилиндра, 8 - пружина, 9 - колцо уплотнительное, 10 - гайка настроечная, 11 -шайба, 12 - винт, 13 - винт, 14 - шайба пружинная; 15 - гайка транспортная.

Рис. 2. Эскиз изделия "Клапан насоса" после модернизации

Нами за основу модернизированного изделия "Клапан насоса" была взята деталь корпус 1. Из конструкции корпуса 1 был исключен "проблемный" регулируемый клапан 2, в котором часто отказывала пружина и выходила из строя контактная группа "игла-седло", и заменен простым обратным клапаном 3 без пружины. Указанное решение позволило повысить надежность системы.

Из модернизированной конструкции изделия "Клапан насоса" был исключен предохранительный клапан 5. Такое решение было принято с целью недопущения утечки перекачиваемого газа, представляющего опасность для работы установки. Кроме того, в клапане 5 наблюдалось разрушение пружины при низкой отрицательной температуре.

Также по результатам испытания насоса принято решение отказаться от радиального подшипника качения (на чертеже не показан) в связи с увеличением размеров крыльчатки насоса (на чертеже не показана), снижением пластичности смазки при низких температурах и, как следствие, снижения КПД и заклинивания.

Для устранения недостатков была разработана специальная надстройка. Замена подшипника была реализована путем применения конструкции, состоящей из плунжера 5 и цилиндра 6. Плунжер 5 выполнен полым для возможности подачи газа. В верхней части плунжера 5 выполнено посадочное отверстие под крыльчатку. Для фиксации крыльчатки в плунжере 5 установлен винт 4. Плунжер изготовлен из стали 12Х 18Н 10Т ГОСТ 5632-72, которая является хладостойкой при температуре -60°С. Цилиндр 6 выполнен из не искрящей бронзы БрБ 2 ГОСТ 18175-78. Это важно, поскольку транспортируемый газ является легко воспламеняемым. Также это позволило отказаться от дорогостоящей смазки на бариевом комплексе для подшипника качения в пользу менее дорогой ВНИИНП-280 ТУ 38.101818-88, способной работать при температуре -60єС.

Кроме того, бронза БрБ 2 не теряет своих пластических свойств даже при сверхнизких отрицательных температурах [3]. Цилиндр 6 устанавливается в корпус цилиндра 7, который изготовлен из стали 12Х 18Н 10Т. Плунжер 2 зафиксирован в цилиндре 6 на пружине 8 при помощи опоры 5. При этом зазор Б регулируется при помощи гайки 10.

Зазор Б (расстояние между торцом крыльчатки и внутренней полостью рабочей камеры насоса - на рисунке не показан) обеспечивает настройку изделия "Клапан насоса" на необходимое давление и расход газа и обеспечивает замену ненадежного регулируемого игольчатого клапана.

В изделии "Клапан насоса" после модернизации принято решение отказаться от спускного предохранительного клапана. Внутри изделия для излишков транспортируемого газа между корпусом 7 и цилиндром 6 предусмотрено свободное пространство, в которое через отверстия в корпусе 6 и опоре 5, поступает по инерции газ после остановки вращения крыльчатки. Таким образом, предотвращается аварийная работа насоса и не происходит утечки газа.

Пружина 8 и цилиндр 6 выполнены из бронзы БрБ 2, остальные детали из стали 12Х 18Н 10Т.

Были проведены испытания модернизированного изделия "Клапан насоса" в составе насоса в новых условиях эксплуатации. Испытаниям подверглись 10 образцов в течении 1000 м.часов. на специальном испытательном стенде в камере тепла-холода. Испытания показали отсутствие отказов модернизированного изделия "Клапан насоса" при новых условиях эксплуатации.

Таким образом, проанализированы причины отказов изделия "Клапан насоса". Выявлены основные элементы конструкции, ответственные за отказ в работе изделия. Предложена модернизированная конструкция изделия "Клапан насоса", предназначенная для безаварийной работы в изменившихся условиях эксплуатации. Указанные мероприятия повышают надежность и безотказность работы всей установки "Насос".

Список использованных источников

1. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Стройиздат, 1986. 320 с., ил.

2. Результаты экспериментальных исследований системы передачи энергии типового модуля установки "Гамма" / В.С. Гордеев, А.В. Гришин, С.Т. Назаренко и др. // XIV Харитоновские тематические научные чтения. Мощная импульсная электрофизика. 12-16 марта 2012 г. (сборник докладов). Саров: ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", 2012. С. 112-116.

3. Вечные подшипники или кое-что о… // Новые Бериллиевые Технологии: сайт компании ООО "НБТ". 2011. URL: http://www.nbt08.ru/ru/articles/test?id=101 (дата обращения: 14.11.2019).

Размещено на Allbest.ru