Рихтовка валов в токарном станке. Для чего нужно торцевое уплотнение насоса? Конструкция торцевого уплотнения для насосов

Валы

Основными дефектами валов центробежных насосов являются прогиб, износ шеек, шпоночных канавок и резьб. Аварии с валами насосов при перекачке нефти и нефтепродуктов приводят к серьезным последствиям, поэтому к выбору материалов, технологии изготовления и ремонту валов необходимо подходить очень серьезно.

Искривление валов обычно происходит в результате выхода из строя подшипников или задевания частей ротора за неподвижные детали насоса.

Задевание ротора возможно при износе подшипников скольжения или неправильной радиальной и осевой центровке его в корпус, в результате чего зазор между вращающимися деталями ротора и не вращающимися деталями корпуса распределяются неправильно. При выявлении указанных неисправностей необходимо произвести перецентровку ротора с доведением зазоров до нормальных размеров.

Шейки вала изнашиваются в основном в результате попадания механических примесей в узел подшипника, а также при некачественной или недостаточной смазке. Шейка вала вырабатывается неравномерно, при этом теряется чистота поверхности.

Резьбы и шпоночные канавки изнашиваются в результате многократной разборки и сборки от механического воздействия.

Способ и технология ремонта вала в каждом конкретном случае зависят от характера и размеров дефекта, а также технической оснащенности ремонтной базы. Погнутые валы выправляют механически в холодном состоянии или при нагревании. Первый способ прост и позволяет добиться достаточной точности, однако при этом на отдельных участках вала возникают перенапряжения, вследствие чего заметно снижается его усталостная прочность. Правку производят с помощью пресса или домкрата.

Для термической правки вал устанавливают в центрах токарного станка выпуклостью вверх. Участок вала, имеющий наибольший изгиб, закрывают асбестовым листом, который имеет окно для нагрева дефектного участка. Нагрев с применением горелок ведут интенсивно до температуры 500-5500С (нагретый участок должен принять едва заметный темно-красный оттенок). Нагретое место вала закрывают асбестом во избежания закалки. Если после этого вал не выпрямился, его повторно разогревают.

По окончании правки вала его нужно отжечь для ликвидации остаточных напряжений. Отжиг производят горелками, равномерно прогревая вал по всей длине. При этом он должен вращаться с частотой 15-20 об/мин. После прекращения прогрева вал необходимом вращать до полного его остывания.

Вал разрешается использовать, если его биение не более 0,015мм. Изношенные шейки вала протачивают на токарном станке с последующей шлифовкой переносной шлифовальной головки, укрепленной на суппорте токарного станка, либо просто шлифую, когда повреждение шейки вала не значительны и слой металла, подлежащий снятию, не превышает 0,4мм. Такой метод ремонта можно применят до тех пор, пока ремонтный размер диаметра шейки вала не уменьшится больше чем 5% от номинального диаметра шейки.

Сильный износ шеек вала или необходимость восстановления их до номинальных размеров требует применение методов нанесения металлов на изношенную поверхность, что может быть выполнено наплавкой или металлизацией.

Поверхность вала предварительно обрабатывают на токарном станке, снимая стружку на такую глубину, чтобы вся наплавляемая поверхность оказалась обработанной. Это позволяет обеспечить хорошие условия для наплавки и выдержать одинаковую толщину наплавляемого слоя. Наплавку можно производить вручную, однако при использовании машины достигается большая равномерность и высокое качество наплавленного слоя.

Валики наплавляемого металла могут быть направлены вдоль оси вала или по спирали. При спиральной наплавки коробление вала сводится до минимума. При спиральной наплавки наплавляемый вал медленно вращают в центрах токарного станка, на суппорте которого установлено автоматическая сварочная головка. Наплавку производят под слое флюса.

Процесс металлизации состоит в расплавления напыляемого материала распылении его струей сжатого воздуха или газа и осаждении на поверхности изделий путем удара и деформации частиц. В зависимости от применяемого источника тепла различают газовую, электродуговую высокочастотную, тигельную и плазменную металлизацию. Напыляемый материал можно применять в виде проволоки, ленты или порошка. Наибольшего распространения получили электродуговые и газовые металлизаторы проволочного типа.

Металлизация не вызывает деформацию восстанавливаемой детали. Для получения хорошего сцепления наносимого слоя металла важно правильно провести подготовку. Она заключается в очистки поверхности вала от грязи, масла, окислов и создании шероховатой поверхности.

После нанесения любым способом металла на изношенные поверхности шейки вала их протачивают и шлифуют, восстанавливая диаметр до номинального с учетом допусков согласно техническим требованиям.

В случае забоин на резьбе вал устанавливают в центрах токарного станка и резьбу восстанавливают резцом. При значительных повреждениях резьбы участок вала с резьбой протачивают до ее основании наплавляют до соответствующих размеров. Затем производят механическую обработку наплавленного участка и нарезание резьбы.

Изношенные шпоночные пазы на валах восстанавливают несколькими способами. Если шпоночное соединение не должно фиксировать положение детали относительно вала, оставляют изношенный шпоночный паз, зачистив предварительно острые кромки его, и под некоторым углом к старому пазу размечают, затем фрезеруют новый паз по первоначальным размерам.

Если же шпоночное соединение строго фиксированное, необходимо восстановить изношенный паз. Обычно это осуществляют электродуговой наплавкой смятых кромок либо заваркой шпоночного паза полностью. На месте наплавки размечают и фрезеруют новый паз.

Выполнение наплавки требует предварительной подготовки наплавляемых поверхностей. Они должны быть очищены от коррозии и обезжирены. Материал электрода подбирают в соответствии с качеством основного металла.

Наплавленный материал имеет повышенную твердость, что значительно осложняет обработку. Поэтому иногда прибегают к расширению изношенного паза, увеличивая его размеры по обе стороны от продольной оси. Наибольшее расширение паза не должно превышать 15% первоначальной ширены. По размеру нового паза изготовляют шпонку, а на ответной детали расширяют канавку под новую шпонку или шпонку делают ступенчатой.

При серьезных дефектах вала - трещины в теле вала, невозможность исправление прогиба указанным выше способом, неоднократное восстановление шеек и резьб, а также шпоночных пазов - его заменяют новым.

Повреждение подшипников электродвигателей в наиболее тяжелых случаях сопровождается искривлением вала ротора. Искривление вала вызывается тем, что при выходе из строя подшипника из-за проседания или сильной вибрации ротора происходит задевание вращающегося вала за уплотнение подшипника. В первый момент вал задевает за уплотнение одной стороной. Это приводит к одностороннему нагреву вала, что вызывает в месте нагрева расширение внешних слоев металла и I изгиб вала, обращенный выпуклостью в сторону задевания. Появление изгиба в свою очередь увеличивает задевание и местный нагрев вала. Вибрация ротора усиливается. Искривление вала растет. Если электродвигатель не будет отключен персоналом, то неизбежно произойдет задевание бочки ротора за статор, заканчивающееся повреждением железа и обмотки статора и отключением электродвигателя от защиты.

Если задевание было не сильным И не продолжитель-ным, то после остывания вал может выправиться, или остаточное искривление будет незначительным. Прц сильных задеваниях остаточное искривление будет большим.

В некоторых случаях искривление вала происходит в результате нагрева вала из-за провертывания на нем внутреннего кольца подшипника качения.

Для определения величины искривления вала ротор устанавливается на токарный станок так, чтобы бон шеек на концах вала по индикатору не превышал 0,02- 0,03 мм. Затем индикатором проверяют бой вала вблизи места его нагрева и в местах ступенчатого изменения его диаметра. Проверяется также бой бочки ротора вблизи обоих торцов. При замере определяются и отмечаются точки окружности на валу, дающие наибольшее отклонение стрелки индикатора. Наибольшее отклонение стрелки индикатора по часовой стрелке соответствует максимальной выпуклости вала, а наибольшее отклонение против часовой стрелки - максимальной впадине вала в данном сечении.

Для роторов со скоростью вращения 3 000 об /мин допустимо искривление вала до 0,03 мм, т. е. бой вала по индикатору допустим до 0,06 мм. Для роторов со скоростью вращения 1 500 об /мин и ниже бой вала по индикатору допустим до 0,10 мм.

При небольших искривлениях вала (до 0,12 мм в электродвигателях со скоростью вращения 3 000 об /мин) в некоторых случаях вместо правки можно ограничиться балансировкой ротора. При искривлениях вала больше 0,12 мм могут оказаться недостаточными зазоры в уплотнениях подшипников, а увеличивать их не рекомендуется. Балансировка может быть затруднена невозможностью разместить на роторе балансировочный груз достаточного веса. Бой бочки ротора - и это, пожалуй, наиболее существенно - может привести к недопустимой несимметрии воздушного зазора между ротором и статором. Иногда бой бочки ротора устраняют проточкой ее. Но при этом уменьшается диаметр бочки ротора, увеличивается воздушный зазор между ротором и статором, повышается ток холостого хода и уменьшается пусковой момент. Поэтому прибегать к проточке бочки ротора не следует.

Правка вала может производиться путем местного нагрева, механическим или термомеханическим способом. При местном нагреве правка вала производится путем нагрева его с выпуклой стороны.

Ввиду сравнительно небольшого диаметра валов электродвигателей их правка при помощи местного нагрева без применения механического нажима при значительных искривлениях не всегда удается. Для механического нажима требуется изготовить раму с козлами и нажимное приспособление, что усложняет правку.

Поэтому правку валов электродвигателей наиболее целесообразно выполнять механическим способом.

Правка вала механическим способом. Ротор в этом случае устанавливают так, чтобы вогнутой стороной вал был обращен вверх. Под вал в месте его максимального прогиба подкладывают балку или другую жесткую опору.

Исправление вала производят наклепыванием его с помощью чеканки в месте максимального изгиба, с вогнутой стороны. При наклепывании наружные слои металла расширяются и заставляют вал изогнуться в сторону, противоположную первоначальному изгибу, т. е. выправляют его.

При наклепе поверхность вала теряет цилиндрическую форму, получает вмятины. Исправлять поверхность проточкой недопустимо, так как при этом будут сняты наклепанные слои и вал вернется в прежнее положение. Поэтому наклеп нельзя производить на рабочих шейках вала и в местах расположения уплотнений подшипников. Для этого выбираются ближайшие от места максимального искривления нерабочие участки вала, желательно в местах перехода одного сечения вала в другое.

Чеканку изготовляют из зубила, сточив его острый конец, как показано на рис. 36. Края рабочего конца чеканки закругляют.

Наклеп начинают от верхней точки вала и постепенно перемещают удары вниз по окружности то с одной, то с другой стороны от верхней точки. Наклеп должен занимать одну треть окружности. Если наклеп по одной окружности не выправит полностью вала, то, отступив по оси вала на 10-15 мм, производят наклеп по новой окружности.

Периодически следует проверять индикатором результаты правки. Целесообразно правку наклепыванием закапчивать после получения небольшого, но допустимого нормами изгиба вала от прямой линии в сторону, противоположную первоначальному изгибу.

Правка вала термомеханическим способом. В отличие от правки местным нагревом при этом способе вал нагревается по всей окружности и на все сечение до 600- 650° С и при нагретом состоянии изгибается в сторону, противоположную искривлению, при помощи нажимного приспособления.

Ввиду некоторой сложности и необходимости производить расчет по определению усилий нажатия на вал, при которых не были бы превышены максимально допустимые напряжения в нем, данный способ, как правило, для правки валов электродвигателей на месте их установки не применяется.

Причины поломок вала. Гребные или промежуточные валы ломаются относительно редко, гораздо чаще происходит их изгиб.

Естественно, что лопнувший вал не ремонтируют, а заменяют, но во всех случаях необходимо проанализировать характер поломки и выявить ее причину. Важно, чтобы поломка по той же причине не повторилась при дальнейшей эксплуатации установки с новым валом.

Если вал сломался при ударе о подводное препятствие и при этом его скрутило, причем угол закрутки достигает величины φ° = (0,3-0,5)L/d, где L - длина, a d - диаметр вала (см), то причина поломки или в отсутствии предохранительной муфты или в неправильном выборе ее срезного элемента - он слишком прочен.

Может произойти поломка вала без заметного скручивания, а иногда и без видимых внешних причин, причем излом проходит под углом примерно 45° к оси вала и имеет зернистую структуру. В таких случаях причиной излома, как правило, является трещина, проходящая в районе шпоночных пазов или уступов.

Возникновение же трещин объясняется действием усталостных напряжений, появляющихся, когда вал передает помимо основного постоянного крутящего момента от двигателя к винту еще какие-то дополнительные моменты, периодически меняющие направление.

Такие знакопеременные нагрузки возникают, например, из-за неравномерной работы двигателя (чем меньше число цилиндров, тем неравномерность больше) или перебоев в работе одного из цилиндров;

Из-за неравномерного износа или низкого качества изготовления зубчатых передач;

Из-за неправильной установки карданных шарниров;

Из-за появления сил, периодически действующих на каждую из лопастей при пересечении ею следа от кронштейна или дейдвуда либо при прохождении вблизи днища и у кронштейна;

Из-за плохой центровки или изгиба вала.

При правильно выполненной установке относительно корпуса катера и его выступающих частей и правильной установке карданных валов дополнительные напряжения, появляющиеся в валах от знакопеременных нагрузок, как правило, невелики и не могут служить причиной поломки. Поломка вала в этом случае (особенно если диаметр вала выбран минимально допустимым) может произойти только при возникновении резонансных крутильных колебаний. В том случае, когда собственная частота колебаний системы двигатель - вал - винт совпадает с частотами знакопеременных нагрузок, напряжения в валах и амплитуда их колебаний резко увеличивается, возникает резонанс. Внешними признаками возникновения крутильных резонансных колебаний являются: увеличение шумности; появление металлических стуков в шлицевых и шпоночных соединениях, особенно при наличии у них люфтов; усиление шума в зубчатом зацеплении.

В любительских условиях для предохранения валов от поломок из-за возникновения крутильных колебаний целесообразно увеличивать диаметры шеек валов в местах крепления муфт и винта, т. е. усиливать те места, где чаще всего возникают усталостные разрушения. Очень полезна установка упругих муфт (см. «КЯ» № 66), особенно на промежуточном валу. Целесообразно также использовать штатное сцепление автомобильных двигателей, которое оснащено эффективным упругим гасителем крутильных колебаний. При монтаже гребного винта расстояния до днища корпуса катера или дейдвуда и кронштейнами следует делать возможно большими.

При эксплуатации катера следует избегать даже кратковременной работы двигателя на больших нагрузках при перебоях в одном или нескольких его цилиндрах, с погнутым валом либо винтом, так как при этом амплитуда крутильных колебаний резко увеличивается.

Правка вала. Правку погнутых гребных или промежуточных валов лучше всего производить в токарном станке (рис. 1) или в простейшем приспособлении (рис. 2).

1 - индикатор; 2 - брусок (медь, алюминий).

Вынуть гребной вал для проверки и ремонта во многих случаях удается на плаву, если, конечно, не погнут кронштейн опорного подшипника. Для этого обычно сначала снимается перо руля, затем муфта (или полумуфта) отсоединяется от редуктора, вал сдвигается до упора в корпус сальника дейдвуда, муфта спрессовывается с конца вала и вынимается шпонка. После этого на конец вала и корпус сальника надевается резиновая перчатка (мешок из прорезиненной ткани, два-три полиэтиленовых пакета), которая плотно приматывается изолентой к корпусу сальника. Теперь вал с гребным винтом может быть вынут в корму, причем дейдвуд оказывается герметично закрытым. Эту операцию лучше проводить на мелком месте или с низких мостков.

Вынутый вал с винтом устанавливается в центрах токарного станка или на призмы приспособления, которые должны располагаться в районе заднего опорного подшипника и шейки муфты, крепящей его к реверс-редуктору.

При правке вала на токарном станке измерение его биения лучше всего производить при помощи индикатора 1 (см. рис. 1), укрепляя его на салазках продольного суппорта. Можно определить биение и по нониусу поперечного суппорта, последовательно подводя зажатый в резцедержатель брусок 2.

Часто концы валов имеют резьбовые шейки для крепления гребного винта и муфты, которые могут быть погнуты при затягивании гайки. Следует иметь в виду, что нас интересует биение вала относительно его опорных шеек, а не центровых отверстий, расположенных в резьбовых концах. Поэтому биение, прежде всего, необходимо проверить в районе шеек заднего опорного подшипника А и фланца полумуфты В. При этом биение опорных шеек более 0,2 мм указывает на чрезмерный прогиб резьбовых концов вала.

Править этот прогиб нужно, не снимая вал со станка, упором бруска 2 в шейки. При этом перемещение суппорта на первом этапе задается равным прогибу шеек Апр max, который равен половине биения. Далее вновь проверяется биение, определяется новое значение прогиба, и последующее перемещение суппорта задается большим на величину этого нового прогиба. Операция повторяется до тех пор, пока биение не уменьшится до 0,1-0,2 мм.

В тех случаях, когда биение шейки А связано в основном с сильным изгибом самого вала, производится первоначальная правка вала; далее при необходимости выполняется правка его резьбовых концов и только после этого - окончательная правка вала.

Перед окончательной правкой определяют местоположение и направление максимального прогиба вала. При правке вала следует иметь в виду, что из-за его относительно большой длины величина прогиба упругих деформаций может достигать величины 10-20 мм. Для того чтобы выправить вал, его необходимо деформировать на величину прогиба в области упругих деформаций (назовем его Δупр) плюс величина максимального прогиба вала Δпр max.

Именно из-за того, что Δпр max, как правило, намного меньше, чем Δупр, обычно не удается выправить вал при помощи ударов - рихтовкой: слабые удары не приводят к цели, а слишком сильные сразу же и намного прогибают вал в другую сторону. При помощи ударов удается выправить только короткие валы (L/d = 5-8), у которых Δупр меньше Δпр max.

Предварительную оценку величины прогиба вала в области упругих деформаций, т. е. до появления деформаций остаточных, можно произвести по формуле:

где k - коэффициент (k = 500 для обычных сталей и k = 400 для легированных); L - расстояние между опорами, см; dB - диаметр вала, см.

Чтобы сократить время правки вала, целесообразно на первом же этапе задать перемещение суппорта чуть меньше величины Δупр. Вначале брусок мягкого металла 2 (см. рис. 1) подводится к валу в месте максимального прогиба и со стороны «выпуклости»; показания нониуса записываются. Далее производится правка перемещением суппорта вперед на расстояние 0,9Δупр, после чего суппорт возвращается в нулевое положение (с обязательной выборкой люфта). Если после этого не появился зазор между валом и бруском, операция повторяется, но величина перемещения суппорта увеличивается на величину максимального прогиба вала. После того как при возвращении суппорта на нулевую отметку появился зазор, каждое последующее перемещение суппорта при правке делается больше предыдущего на величину максимального прогиба вала Дпр max за вычетом величины этого зазора.

После этого вал еще раз проверяется обязательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Биение валов диаметром 25-35 мм в районе муфты, винта, опорной шейки и дейдвудного сальника не должно превышать 0,15-0,3 мм, в остальных местах - 0,3-0,5 мм (меньшие цифры относятся к коротким валам с длиной менее 1200 мм). При необходимости правка повторяется с учетом того, что положение места максимального прогиба может быть другим.

В тех случаях, когда основной изгиб вала произошел в районе заднего опорного подшипника, целесообразно весь вал до шейки опорного подшипника вставить в шпиндель, а правку производить упором в ступицу винта. Попытка произвести правку без гребного винта приведет к изгибу посадочного конуса под винт, в связи с чем после напрессовки винта снова возникнет некоторый прогиб вала. В связи с тем, что вылет вала в этом случае невелик и жесткость вала достаточно высока, первоначальное перемещение суппорта можно принять равным прогибу вала. Чтобы исключить возможность повреждений поверхности вала кулачками патрона, вал рекомендуется обернуть медной или алюминиевой полосой. Правка вала в приспособлении (см. рис. 2) происходит благодаря усилию, развиваемому винтом 2. Величина прогиба измеряется по изменению расстояний между валами при помощи штангенциркуля.

1 - гребной вал; 2 - винт M16; 3 - поперечина, сталь δ=15-20; 4 - полоса δ=3-4; 5 - призма; 6 - штанга; пруток диаметром не менее 1,3 диаметра вала или труба диаметром не менее 1,5 диаметра вала; 7 - винт стопорный; 8 - труба; 9 - призма δ=8-12, приварить к трубе 8; 10 - штангенциркуль.

Необходимо учитывать, что одновременно с валом изгибается и штанга, поэтому величину суммарного прогиба в области упругих деформаций вала можно определить по зависимости (аналогичной ранее приведенной):

где dш - диаметр штанги, см.

В остальном методика правки аналогична рассмотренной выше.

Другими видами ремонта вала являются восстановление резьбы (как правило, при помощи наплавки с последующей механической обработкой) и изношенной шейки сальника (лучше всего - при помощи установки втулки из нержавеющей стали на эпоксидном клее).

Ремонт гребного винта. Характерные повреждения гребных винтов - это загиб, частичное или полное обламывание лопасти, появление трещин и т. п. Причиной подобных повреждений чаще всего являются удары лопастей о твердые предметы, однако нередки случаи обламывания лопастей без видимых внешних причин: по аналогии с гребными валами такие поломки объясняются появлением усталостных трещин из-за действия на лопасть знакопеременных нагрузок.

Слишком малое расстояние между краем лопасти и днищем катера, расположение винта за плохо обтекаемым дейдвудом и кронштейном, чрезмерный наклон вала, работа валопровода в условиях крутильных колебаний и т. п. - приводят к появлению знакопеременных нагрузок, действующих на лопасть. В принципе, при правильно выбранной толщине лопасти знакопеременные нагрузки могут привести к ее обламыванию только в сочетании с действием других факторов, таких, как коррозия или кавитационная эрозия, появление внутренних напряжений при ремонте путем правки лопасти в холодном состоянии или заварке трещин без последующего отжига и т. д. Таким образом, технология ремонта гребного винта оказывает существенное влияние на его дальнейшую работоспособность.

Холодная правка латунных лопастей возможна лишь при загибе их на угол не более 30°. Гибку лучше всего производить при помощи двух-трех рычагов длиной до 1 м, имеющих на концах прорези глубиной 6-8 см, надеваемые на кромку винта (рис. 3). Можно воспользоваться тисками, универсальным съемником для подшипников или любым прессом.

1 - винт; 2 - рычаг, сталь листовая δ=10 мм. При толщине лопасти до 5 мм L=600 мм, b=60 мм; при толщине до 8-10 мм L=1000 мм, b=80 мм; 3 - подкладная планка (медь, алюминий); 4 - кувалда тяжелая; 5 - кувалда легкая; 6 - наковальня.

При правке ударами с целью уменьшения местных деформаций лопасти лучше пользоваться свинцовой кувалдой. При правке стальной кувалдой на лопасть нужно наложить пластину из свинца, отожженной меди или алюминия. Правку производят на наковальне или любом тяжелом предмете, одерживая противоположный край лопасти тяжелой кувалдой.

При загибе лопасти больше чем на 30° правку необходимо вести с нагревом. (Удается и холодной правкой выправить лопасть, загнутую на 90°, а иногда и более, однако при этом дальнейшая работоспособность отремонтированной лопасти оказывается весьма малой.) Температура нагрева для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 равна 550-700 °С, для ЛАМЦЖ 67-5-2-2 - 600-750 °С; при этом следует иметь в виду, что при недостаточном нагреве условия правки будут лишь незначительно отличаться от выполнения ее без нагрева. Нагрев лучше всего производить в горне или в печи; обеспечить плавный и равномерный нагрев при помощи ацетиленовых горелок обычно не удается.

После правки нужно обязательно произвести отжиг винта для снятия термических напряжений. Отжиг производят сначала медленным (не более 100 °С в час) нагревом до температуры 350-400 °С для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 и 500-550 °С - для ЛАМЦЖ 67-5-2-2, а затем еще более медленным охлаждением вместе с печью (скорость охлаждения не выше 50 °С в час).

Очень часто при ремонте винтов приходится выполнять сварочные работы. Лучше всего, если есть возможность применить аргонно-дуговую сварку, однако удовлетворительные результаты получаются и при обычной газовой сварке. Горелка при этом должна быть отрегулирована на окислительное пламя (отношение О 2 /С 2 Н 2 = 1,2 - 1,3) для предотвращения появления в пламени свободного водорода, вызывающего резкое снижение прочности сварного шва. В качестве присадки при сварке латуни лучше всего применять проволоку из алюминиевых бронз. После сварки также целесообразно произвести отжиг; для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 допускается замена отжига проколачиванием шва в холодном состоянии до появления заметных вмятин по всей его поверхности.

Стальные винты, особенно, если они изготовлены из нержавеющих сталей аустенитного класса 1-18 (например, 1Х18Н107), значительно менее чувствительны к остаточным напряжениям после гибки и сварки; применение отжига для них не обязательно.

Из-за малой пластичности алюминиевых сплавов холодную правку и гибку при ремонте отлитых из них винтов не применяют. Основным способом ремонта в данном случае является аргоно-дуговая сварка или обычная газовая сварка с применением специальных флюсов (АФ-4А). Присадочный материал должен быть идентичен основному металлу винта. После сварки желательно винт нагреть до температуры 300-350 °С и медленно охладить для снятия остаточных напряжений.

В процессе ремонта следует обратить особое внимание на восстановление первоначального шага лопасти. Напомним, что средний шаг лопасти определяется как среднее арифметическое значений шагов на пяти относительных радиусах R/0,5D = 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 9,95. Контроль шага лучше всего вести по фактической величине шага недеформированной лопасти того же винта. При этом различия в шагах в каждом из сечений не должны быть более 2-5%, а в среднем шаге более 1,5-4% (здесь и далее меньшие значения относятся к глиссирующим катерам).

Существуют различные приспособления для измерения шага. Одно из них изображено на рис. 4.

1 - втулка; 2 - гайка барашковая; 3 - шпилька М8; 4 - шаговый шаблон;
5 - винт; 6 - оправка.

При ремонте удобно пользоваться простейшим приспособлением (рис. 4), состоящим из оправки 6, имеющей коническую поверхность под отверстие в винте, и двух цилиндрических поверхностей (эта же оправка в дальнейшем может быть использована для балансировки винта). По меньшей цилиндрической шейке свободно перемещается втулка 1, к которой приварена шпилька 3, имеющая длину, несколько превышающую радиус винта. На шпильке двумя гайками-барашками крепится шаговый шаблон 4 из мягкой жести или алюминия. Шаблон изгибается приблизительно по проверяемому радиусу R изг подводится до упора в нагнетающую поверхность неповрежденной лопасти и фиксируется гайками-барашками. Затем, приподнимая втулку 1, шаблон подводят поочередно к другим лопастям, проверяя зазор между ним и лопастью. Далее шаблон перемещается на другое сечение лопасти и шаг проверяется на другом радиусе; шаблон, естественно, при этом должен быть изогнут по новому радиусу. Для винтов диаметром 300-400 мм зазор между лопастью и шаблоном не должен превышать 0,5-1,5 мм.

Если погнуты все лопасти винта, то вначале целесообразно выправить одну из них, наименее поврежденную, и уже по ней подгонять шаги остальных лопастей. При правке первой лопасти необходимо выдержать средний шаг лопасти и распределение шага вдоль радиуса (если, конечно, они известны).

Обычно считается, что фактический шаг лопасти не должен отличаться от расчетного более чем на 1,5-4%, однако эта рекомендация приемлема для гребных винтов, эксплуатирующихся с судовыми дизелями, работающими по внешней характеристике. Для конвертированных автомобильных двигателей работа по внешней характеристике не допускается, поэтому можно увеличить допустимое отличие действительного шага от расчетного до 10%. Отклонение значений местного шага по сечениям лопасти от закона распределения шага вдоль радиуса не должно превышать 5-10%. Однако следует иметь в виду, что отклонение величин местного шага на одних и тех же радиусах у разных лопастей должны быть значительно меньше (во избежание появления чрезмерной вибрации вала); это учтено в приведенных выше допусках на зазоры между шаговым шаблоном и лопастью. Крайне нежелательно увеличение шага в районе ступицы, приводящее к ухудшению антикавитационных свойств винта и увеличивающее вероятность подсоса воздуха.

После выполнения сварочных работ обычно возникает необходимость в опиловке шва с целью сохранения предусмотренной чертежом толщины лопасти. Небольшое изменение толщины практически не сказывается на тяге, развиваемой винтом, но может заметно ухудшить антикавитационные свойства винта. По этой причине допускаемое отклонение по толщине лопасти на водоизмещающих судах должно быть ограничено пределами от +20% до -10%, а для быстроходных глиссирующих - от +8% до -4%). (Меньшее значение отрицательного допуска объясняется опасностью чрезмерного снижения прочности лопасти.)

Лопасти винтов обычно имеют наклон в корму на угол 10-15°. После правки может оказаться, что эти углы у разных лопастей различны. Обнаружить это можно при вращении винта на оправке или, положив винт ступицей на ровную поверхность, замером расстояний до входящей и выходящей кромок на концевых радиусах. Разница в наклоне лопастей практически не оказывает влияния на упор винта, но нарушает динамическую уравновешенность и, следовательно, приводит к появлению вибрации. Поэтому существует рекомендация ограничить линейное отклонение конца лопасти величиной 1,5-3,0% диаметра винта.

Окончательной операцией является балансировка винта. Лишний вес лопасти удаляется опиловкой всей ее поверхности. Величина допустимого момента дисбаланса для винтов диаметром 300-400 мм - 50-200 г·см.

Текущий ремонт валов и осей

Основные дефекты валов и осей - изнашивание посадочных шеек, повреждение шпоночных канавок и шлицев, резьбы, скручивание, погнутость, трещины, изломы.

Валы и оси восстанавливают в такой последовательности: детали моют, очищают и дефектуют. Детали со скручиванием более 0,25° на 1 м выбраковывают и не восстанавливают. Погнутость валов исправляют способами холодной и горячей правки, описанными выше. Холодной правке подвергают валы, стрела прогиба которых не превышает 0,3 мм на всю длину при частоте их вращения до 500 мин-1 и 0,2 мм - при большей частоте. Если стрела прогиба больше, то правка сопровождается местным нагревом до температуры 500…600°С ацетилено-кислородным пламенем или пламенем паяльной лампы. При незначительном прогибе погнутость устраняют путем проточки или прошлифовки вала или оси.

Перед началом восстановления валов и осей у них очищают центровые отверстия с помощью шаберов или на сверлильном либо токарном станке.

Вал, предназначенный для правки, укладывают на установочные призмы вогнутым местом вверх, после чего с помощью нажимного устройства через мягкую прокладку вал изгибают в обратную сторону на величину, в несколько раз превышающую стрелу прогиба, и отпускают. Подобную операцию повторяют до тех пор, пока вал не будет выправлен. Погрешность правки валов изгибом достигает 20…30 мкм.

Тонкие и длинные валы правят на токарных станках: валы устанавливают в центрах и выгибают с помощью упора, закрепляемого в суппорте станка.

Форму вала исправляют наклепом. Для этого вал укладывают на поверочную плиту прогибом вниз и наносят по нему легкие удары бойком. В результате в наклепанном слое возникают остаточные напряжения, выправляющие форму вала и обеспечивающие его устойчивое состояние.

Правке наклепом подвергают детали с прогибом не более 0,02…0,4 % от их длины.

В процессе деформирования валов и осей могли возникнуть трещины. Поэтому места правки проверяют дефектоскопами. Для снятия образовавшихся в результате правки внутренних напряжений, которые с течением времени могут частично восстановить изгиб, рекомендуется производить термическую обработку путем выдерживания детали в течение 0,5… 1 ч при температуре 400…450 °С.

Выправленные валы термически обрабатывают также и для достижения хорошей соосности посадочных шеек, затем протачивают и шлифуют.

Деформацию вала исправляют путем нагрева следующим образом. Вал укладывают прогибом вверх и наиболее изогнутый его участок термоизолируют (например, с помощью закрепленных проволокой листов асбеста). В месте максимального прогиба оставляют незащищенными участок размером 0,1…0,12D вала вдоль его оси и 0,33 D по окружности. Этот участок быстро (за 3…5 мин), но равномерно нагревают до температуры 500…550°С с помощью газового пламени. Деформацию вала контролируют индикатором. Закалку предотвращают наложением на незащищенный участок листов асбеста. После 10…15 мин асбест снимают и участок охлаждают сжатым воздухом.

Посадочные шейки на цапфах ремонтируют как путем восстановления их до номинального размера, так и обработкой под ремонтный размер.

Мелкие трещины, задиры и риски на шейках устраняют доводкой пастами ГОИ или маслом с тонким наждачным порошком и притирами. С этой целью деталь закрепляют в токарном станке, на нее надевают жимки и деталь приводят во вращение.

При восстановлении шеек валов и осей до номинального размера в условиях ремонтных мастерских слои металла наращивают наплавкой, металлизацией и накаткой. Также возможна пластическая деформация посадочных мест для увеличения их диаметров за счет незначительного уменьшения длины.

При наплавке шеек следят за тем, чтобы валики перекрывались по ширине на 1/3. Марку электродов выбирают в зависимости от материала детали и метода ее обработки.

Наплавленную поверхность для снятия внутренних напряжений отжигают при температуре 800…850°С и обрабатывают резцами с пластинками Т5К.10 для черновой и Т15К.6 для чистовой обработки. Обработанные поверхности шлифуют кругами твердостью СМ1 и СМ2 с последующей полировкой тонким наждачным полотном с маслом или кожей с пастами ГОИ.

При осадке участок посадочного места вала нагревают до температуры 900…950°С, после чего торец вала охлаждают в воде на глубину 5…7 мм. По охлажденному торцу наносят удары, и вал увеличивается в диаметре на 0,2…0,4 мм. Для раздачи конца вала в его торце сверлят отверстие на длину посадочного места. После нагрева стенок отверстия до температуры 850….900 °С в него запрессовывают палец.

При некоторых методах ремонта цапф применяют втулки- компенсаторы. В этом случае цапфу протачивают на меньший размер, на нее напрессовывают стальную втулку, торцы которой приваривают к торцу цапфы. После закрепления втулки ее наружную поверхность обрабатывают под заданный размер.

Валы и оси восстанавливают под ремонтный размер путем механической обработки на токарных и шлифовальных станках.

Шпоночную канавку ремонтируют как под номинальный, так и под ремонтный размер. В первом случае ее заплавляют и снова нарезают под номинальный размер, во втором (при износе менее чем на 15% от ширины паза) -расширяют до ремонтного размера путем шабрения и опиливания или фрезерования и строгания. Если положение шпоночной канавки не фиксировано по отношению к оси детали, то канавку переносят, смещая на 120° относительно первого положения. Старую канавку заплавляют и запиливают. Новую шпоночную канавку нарезают на фрезерных и строгальных станках (в этом случае в конце канавки высверливают отверстие), а также с помощью слесарных методов. Высверливают металл по контуру шпонки и снимают его зубилом и шабером.

При ремонте больших шпоночных канавок допускается односторонняя наплавка с последующей механической обработкой под номинальный размер. Наплавляют сторону канавки, противоположную изношенной, так как наплавленный металл отличается несколько худшими, чем у основного металла детали, про- тивоизносными свойствами. Наплавка же износостойкого металла затрудняет механическую обработку канавки под заданный размер.

Рис. 88. Ремонт шлицев на токарном станке:
1 - шлицевой валик, 2 - накаточный ролик, 3 - оправка, 4 - суппорт, 5 - патрон

Шлицевые части валов и осей при незначительном износе восстанавливают раздачей тупым зубилом или остроконечным роликом на 0,1… 1 мм с последующей механической обработкой под номинальный размер (рис. 88).

Перед раздачей шлицы отжигают, после раздачи образовавшиеся вдоль шлицев канавки заваривают дуговой электросваркой и зачищают. При большом износе шлицев их наплавляют как частично по боковым граням, так и сплошь, затем заново нарезают под номинальный размер на фрезерных и шлице- нарезных станках методом копирования или обкатки. После этого шлицы шлифуют.

Шлицевые втулки ремонтируют путем наплавки или обжатия с последующей механической обработкой на долбежных, протяжных и шлифовальных станках.

Иногда старые шлицевые концы отрезают и приваривают новые как с помощью сварки трением, так и (для больших диаметров) электрошлаковой сварки. Концы нарезают, после чего деталь правится и проходит термическую и механическую обработку.

Поврежденную резьбу восстанавливают при незначительных неисправностях путем ее прогонки на токарных и фрезерных станках или с помощью слесарных инструментов. При сорванной или сильно изношенной резьбе ее восстанавливают путем сплошной наплавки с последующим нарезанием вручную или на токарных станках.

В отдельных случаях перерезают резьбу на меньший диаметр, что требует соответствующего изменения резьбы и у сопрягаемой детали. В результате этого метод применяют исключительно при ремонте сложных и дорогих валов и осей, сопрягаемых с простыми деталями.

В неответственных деталях можно разделывать трещины на всю глубину с последующей заваркой путем дуговой сварки. Допускаемая глубина трещины на валах-10% от диаметра, при больших глубинах вал бракуют. После заварки трещин валы правят.

Сломанные неответственные валы и оси ремонтируют путем электрошлаковой сварки, а т.акже кольцевой дуговой сварки с постановкой соединительных пальцев и упрочняющих втулок (рис. 89).

Рис. 89. Ремонт вала: а - при изломе концевой шейки, б - шпилькой при изломе по середине вала, в - соединительной муфтой при изломе по середине вала; 1 - глубина ввертывания соединительного пальца

Галтели ремонтируют путем их слесарной опиловки и проточки на станках с последующим шлифованием.

Шпоночные и шлице- вые соединения можно ремонтировать постановкой конических зажимных колец. Ремонт этим способом сводится к расточке отверстия ступицы до размеров, позволяющих вставлять конические зажимные кольца, к изготовлению самих колец и их постановке. Комплект зажимных колец состоит из двух колец: внутреннего с цилиндрической внутренней поверхностью и конической наружной и внешнего с цилиндрической наружной и конической внутренней поверхностями.

После постановки одной или нескольких пар (кольца монтируют в пазу между валом и втулкой на подвижных посадках) в соединение их опрессовывают силой Р. При этом происходит пластическое деформирование в радиальном направлении, в результате чего наружные кольца прижимаются к отверстию втулки, а внутренние - к поверхности вала.

Данный способ не требует специальных приспособлений и пригоночных работ, технологически прост, обеспечивает герметичность и хорошее центрирование деталей, а его стоимость на 30…50 % ниже стоимости других способов ремонта. С помощью этого способа можно надежно соединить тонкостенные ступицы и полые валы, в которых нельзя применять шпоночные и шли- цевые соединения.

К атегория: - Эксплуатация средств механизации

На чтение 7 мин.

Торцевые уплотнения для насосов – это герметизирующие устройства, относящиеся к контактному типу уплотнений с парой трения поверхностей двух деталей. Одна деталь крепится на валу и является подвижной, другая неподвижная располагается в корпусе насоса. Трущаяся пара устройства работает в условиях перепадов давления с минимальным расходом смазывающего вещества. Смазкой в данных устройствах, зачастую, выступает уплотняемая среда.

По статистике торцевые уплотнения для всякого насоса считаются самым уязвимым узлом среди всех конструктивных элементов насоса.

Конструкция торцевого уплотнения для насосов

Стандартная конструкция устройства состоит из 9 базовых элементов:

болт установочный для закрепления уплотнения на валу рабочего колеса;
уплотнитель из эластомера;
штифт, передающий на подвижное кольцо вращение вала;
кольцо подвижное;
кольцо неподвижное;
задняя стенка корпуса насоса;
штифт, предотвращающий вращение неподвижного кольца;
вал водяного насоса рабочего колеса;
пружины или сильфон, обеспечивающие плотность прилегания подвижного и неподвижного колец.

Торцевые уплотнения для насосов (видео)

Принцип работы торцевого уплотнения насоса

В общих случаях торцевое уплотнение вала насоса имеет два кольца:

неподвижное кольцо, расположенное в корпусе;
подвижное кольцо, располагающееся на валу агрегата.

Одно из колец может аксиально перемещаться, благодаря наличию упругого поджимающего элемента (пружины, сильфона, мембраны). Этот элемент вместе с нажимной втулкой и подвижным кольцом образуют аксиально-подвижный блок или поджимной узел. Они обеспечивают контакт торцевых поверхностей в сопряжении подвижного и неподвижного колец пары без поджимающей силы давления среды.

Обязательными деталями устройства торцевого уплотнения являются вторичные (вспомогательные) уплотнения между ротором и вращающимся блоком, между корпусом и статорным блоком. В конструкцию входят элементы фиксации уплотняющих колец (приводные штифты, установочные винты), которые осуществляют привод подвижного кольца и предотвращают проворот (угловое смещение) неподвижного кольца относительно корпуса.

Разновидности уплотнений торцевых для насосов

Деление уплотнительных торцевых устройств на разные типы происходит по следующим критериям.

По конструкции бывают:

одинарные;
двойное торцевое уплотнение валов насосов;
комбинированные.

По расположению в оборудовании:

с внутренним расположением;
с наружным расположением.

По конструктивному исполнению:

обычные, по евростандарту EN 12756 (DIN 24960);
специальные, могут соответствовать евростандарту;
картриджные (патронные), могут соответствовать евростандарту.

По коэффициенту гидравлической нагрузки:

гидравлически нагруженные;
гидравлически разгруженные.

По используемым материалам:

со стандартными (штатными) материалами;
со специальными материалами (для работы в особых условиях).

Группы торцевых уплотнений по нагруженности

Степень нагрузки на торцевые уплотнения различается и зависит от условий работы: давления и частоты вращения вала. С целью оценки условий нагруженности устройства в уплотняющем стыке во время работы существуют отдельные рекомендации.

Для общей характеристики степени тяжести условий работы уплотнений, используют произведение двух показателей: скорости V скольжения в паре трения и перепада давления P в устройстве.

Значения показателей P,V и P хV для различных уплотнений подразделяют по степени их нагруженности на 4 группы:

низшую, где P до 0,1 МПа, V до 10 м/с, P хV до 1,0 МПа х м/с;
среднюю, где P до 1,0 МПа, V до 10 м/с, P хV до 5,0 МПа х м/с;
высокую, где P до 5,0 МПа, V до 20 м/с, P хV до 50,0 МПа х м/с;
высшую, где P более 5,0 МПа, V более 20 м/с, P хV более 50,0 МПа х м/с.

Способы правки искривлений вала насоса

В процессе эксплуатации насосов, под воздействием повышенных нагрузок может происходить кривизна вала. Искривленный вал агрегата подлежит восстановлению различными методами правки. Используются такие способы правки вала:

наклеп;
термомеханический;
термический;
релаксации напряжений.

Все перечисленные способы правки вала, за исключением наклепа, связаны с его нагреванием. Такие показатели, как значение прогиба, длина, диаметр и материал вала являются определяющими в выборе способа его правки.

Виды уплотнений в центробежных насосах

Основным условием устойчивой работы центробежного агрегата является конструкция его уплотнения. Агрегаты отличаются размерами, характеристиками, предназначением, перекачиваемыми средами.

Исходя из этих параметров, подбирается оптимальный вид уплотнения вала помпы. Виды уплотнений вала бывают следующими:

сальниковые одинарные и двойные;
торцовые одинарные и двойные;
манжетные;
щелевые (лабиринтные).

Одинарное уплотнение торцовое насоса

Применяется в помпах, перекачивающих растворы, утечка и попадание которых во внешнюю среду недопустимо в больших количествах. К таким жидкостям относятся: горячие, легкокипящие, агрессивные, неорганические и органические.

Такой вид уплотнения требует повышенной точности монтажа блока установки и высокого качества поверхности вала. При обработке трущихся поверхностей допуск на осевое биение минимальный. Проводится и последующая тонкая шлифовка. Утечка жидкости при таком одинарном устройстве незначительна.

Насосы с двойным торцевым уплотнением

Такое устройство отличается от устройства одинарного количеством уплотняющих притертых поверхностей. Устройство дополнено системой подвода затворной жидкости, которая препятствует попаданию во внешнюю среду рабочей жидкости. В роли затворной жидкости выступает вода, глицерин и прочие жидкости, не взаимодействующие с перекачиваемой средой.

Есть два варианта размещения сдвоенных уплотнений:

спина к спине;
тандем.

Первый вариант применяется чаще. В данном случае давление затворной жидкости превышает на 1-2 бара давление перекачиваемой жидкости. Это достигается за счет использования дозировочного насоса, специального сосуда или гидроусилителя. Преимущество такого варианта в том, что зазор между подвижным и неподвижным кольцами заполнен затворной жидкостью, которая препятствует проникновению твердых частиц и грязи из перекачиваемой среды. Это существенно увеличивает срок эксплуатации устройства, в сравнении с вариантом Тандем.

В варианте Тандем затворная жидкость обладает меньшим давлением, чем перекачиваемая. При разгерметизации устройства, именно перекачиваемая жидкость попадает в затворную. Это важно там, где недопустимо проникновение посторонней жидкости в напорную линию. В данном варианте нет надобности осуществлять серьезный контроль за давлением затворной жидкости, что в определенных ситуациях существенно.

Материал для торцевых уплотнений на насосы

В выборе торцевого устройства определяющим является подбор материала для пары трения и вторичных уплотнений. Данные элементы изготавливаются из различных материалов.

Для пары трения используют следующие материалы:

металл (нержавеющая сталь) – SUS;
графит – CAR;
керамика – CER;
карбид кремния – SIC;
карбид вольфрама – TC.

Вторичные уплотнения изготовляют из материалов, имеющих различную температуростойкость:

нитрил-бутадиеновый каучук (NBR), от -20 до +120 градусов;
этилен-пропиленовый каучук (EPDM), от -30 до +170 градусов;
фторкаучук (Viton), от -30 до +185 градусов;
фторопласт (PTFE), от -260 до +260 градусов.

Торцевые уплотнения для насосов разных производителей

Для насосов выпускаемых различными производителями существует своя маркировка. Все уплотнительные устройства изготовляются из современных материалов с продолжительным сроком эксплуатации.

Приведем некоторый перечень популярных насосов и торцевых уплотнений к ним:

к помпам APV – торцы: SNAPV(W+), SNAPV1(W), SNAPV2(W), SNAPV(DW), SNAPV 3, SNAPV 4, SNAPV 5, SNAPV 6, SNAPV 7, SNAPV 8, SNAPV 9, SNAPV 10, SNAPV 11, SNAPV 12, SNAPV 13;
к помпам Allweiler – торцы: SNAR, SNM 3, SNAL 1;
к помпам Lowara – торцы: SNAR, SNM 3, SNLW;
к насосам Inoxpa – торцы: SNIXP 1, SNIXP 2, SNIXP 3, SNIXP 4, SNM 3, SNFN, SNMG, SN 2100, SNAR;
к насосам EMU – торцы: SNMG, SNEMU 1, SNEMU 2;
к помпам Hilge – торцы: SNFN, SNAR, SNM 3, SNHG, SNBT;
к помпам Johnson – торцы: SNJH 1, SNJH 2, SNJH 3, SNJH 4;
к помпам Calpeda – SNMG, SNFN, SNAR, SNM 3, SN 2100.

Отдельные производители насосов применяют торцевые уплотнительные устройства собственного производства, другие используют устройства, выпускаемые специализирующимися на их производстве компаниями.