CC BY
638
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
УДК 631.171
Забродин В. П., Исупова И. В., Кравченко В. А.
Zabrodin V. P., Isupova I. V., Kravchenko V. A.
ВЛИЯНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОРПУСА ВАКУУМНОГО НАСОСА ПУТЕМ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ РАСТОЧКИ НА ПРОЦЕСС ЕГО РАБОТЫ
THE INFLUENCE OF RECONSTRUCTION OF VACUUM PUMP HULL BY THE AXLE-SYMMETRICAL BORING ON ITS OPERATION PROCESS
Широкое применение в молочном животноводстве нашли ротационные вакуумные насосы пластинчатого типа. Эти насосы имеют существенный недостаток: подача их постепенно снижается в процессе эксплуатации за счёт износа трущихся поверхностей и увеличения перетечек воздуха из зоны нагнетания в зону всасывания. Рядом исследователей делались попытки увеличения срока службы ротационных пластинчатых вакуумных насосов за счет различных мероприятий. Должного результата получено не было.
В работе предложен новый метод ремонта ротационных вакуумных насосов пластинчатого типа, позволяющий увеличить срок службы почти в два раза. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований некоторых характеристик процесса работы насоса по мере его износа, характеристик износов деталей, серийных насосов и насосов, восстановленных методом локальной проточки. Анализ полученных результатов дает возможность обосновать оптимальные параметры процесса восстановления вакуумных насосов и разработать общую схему ремонта ротационных вакуумных насосов пластинчатого типа в пределах его срока службы.
Ключевые слова: ротационный пластинчатый вакуумный насос, осесимметричная расточка, износ, восстановление.
Rotary vacuum pumps of lamellar type have a wide application in the field of dairy cattle-breeding. These pumps have an essential defect: their serve is gradually lowered during the operation process owing to the rubbing surfaces wear and tear and air reflowing increasing from the supercharge zone into the suction zone. A number of reseachers made attempts to increase the operation term of rotary lamellar vacuum pumps due to various measures. The needed result hasn't achieved.
The article deals with the new method of rotary vacuum lamellar pumps repairing that allows to increase the operation term almost twice. The results of theoretical and experimental researches of some characteristics ofthe pump operation process according to its wear and tear, details' wear characteristics serial pumps and the pumps being reconstructed by the local flow method are given. The got results analysis gives an opportunity to base the optimum parameters of the process of vacuum pumps reconstruction and to work out the common way of rotary vacuum lamellar pumps repairing in operation term.
Key words: rotary lamellar vacuum pump, axle-symmetrical boring, wear and tear, reconstruction.
Забродин Виктор Петрович -
доктор технических наук,
профессор, зав. кафедрой теоретической и прикладной механики
Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета г. Зерноград Тел.: 8(863-59) 43-5-75
Исупова Ирина Владимировна -
кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета г. Зерноград Тел.: 8(863-59) 43-5-75 E-mail: [email protected]
Кравченко Владимир Алексеевич -
доктор технических наук, профессор
кафедры тракторов и автомобилей
Азово-Черноморский инженерный институт
Донского государственного аграрного университета
г. Зерноград
Тел.: 8(863-59) 34-4-51
E-mail: [email protected]
Zabrodin Viktor Petrovich -
Doctor in Technical Sciences,
Professor, Head of Department of Theoretical
and Applied Mechanics
Azov-Black Sea Engineering Institute
Don State Agrarian University
Zernograd
Tel.: 8(863-59) 43-5-75
Isupova Irina Vladimirovna -
Ph.D. in Technical Sciences,
Associate Professor of Department of Theoretical
and Applied Mechanics
Azov-Black Sea Engineering Institute
Don State Agrarian University
Zernograd
Tel.: 8(863-59) 43-5-75 E-mail:[email protected]
Kravchenko Vladimir Alekseevich -
Doctor in Technical Sciences,
Professor of Department of Tractors and automobiles Azov-Black Sea Engineering Institute Don State Agrarian University Zernograd
Nel: 8(863-59)-34-4-51 E-mail: [email protected]
в
:№ 2(14), 2014
Агроинженерия
39
Широкое применение в молочном животноводстве нашли ротационные вакуумные насосы пластинчатого
типа.
Наряду с преимуществами эти насосы имеют ряд недостатков, в том числе:
- производительность их снижается в процессе эксплуатации по мере увеличения износа трущихся поверхностей и перетечек воздуха из зоны нагнетания в зону всасывания [1];
- наличие зоны «вредного пространства», которая расположена между нагнетательными и всасывающими окнами (в серийном насосе РВН 40/350 она составляет 85о: угол 53 сжатия защемленного объема воздуха составляет 10о, а угол 52 обратного расширения - 75о).
Наибольшее влияние на снижение производительности ротационных пластинчатых вакуумных насосов оказывает величина зазора 51 между ротором 2 и зеркалом цилиндра 1 (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема серийного роторного вакуумного насоса 1 - корпус; 2 - ротор; 3 - пластина; 4 - всасывающий патрубок; 5 - точка наибольшего сближения корпуса и ротора; 6 - «вредное пространство»; 51 - зазор между корпусом и ротором
Исследования показали, что при работе насоса на цилиндре корпуса под ротором появляется и постепенно углубляется износ-ная лунка вследствие интенсивного истирания металла икавитационных явлений [2], которые возникают из-за защемления воздуха во «вредном пространстве» насоса 6. Износ влечет за собой увеличение площади щели 5 между ротором 2 и корпусом 1. Соответственно, происходит снижение производительности насоса.
Рядом исследователей делались попытки увеличения производительности и срока службы ротационных пластинчатых вакуумных насосов за счет увеличения размеров ротора
и частоты его вращения, изменения числа лопаток, их материала и т. д. [3, 4 и др.], но должного результата получено не было.
Нами предложена технология восстановления насосов типа РВН 40/350 и УВУ-60, которая включала в себя проточку торцевых поверхностей боковых крышек и проточку корпуса в месте наибольшего сближения его с ротором на глубину 0,5...1 мм с последующим осаждением ротора в проточенную поверхность. Особенностью технологии ремонта насоса была расточка корпуса по дуге окружности определенного радиуса. Создание новой геометрии корпуса обеспечило «контакт» ротора с зеркалом корпуса цилиндра не по одной линии, как у серийных насосов, а по определенной площадке по длине дуг окружности контакта. Причем граница поверхности расточки совпадала с нижней кромкой окна нагнетания во избежание образования «вредного пространства» и защемления воздуха в нём.
Изменение геометрии поверхности корпуса насоса проточкой привело к изменению процесса работы восстановленного насоса.
При расточке корпуса (рис. 2в) отсутствует зона «вредного пространства» (угол расточки обычно составляет более 20о), нет защемленного объема, так как на дуге угла 53 ротор находится в контакте с корпусом (имеется только технологический зазор между ними).
В новом насосе (рис. 2б) при вращении ротора рабочая ячейка проходит угол всасывания авс и в ней постепенно нарастает вакуум, достигая максимальной величины в точке а, затем ячейка попадает в зону угла сжатия асж (примерно 62о), воздух в ней сжимается и в точке Ь давление его несколько больше атмосферного. Далее ячейка соединяется с окном нагнетания и давление в ячейке снижается почти до атмосферного. Воздух нагнетается в трубопровод выхлопа. В точке d происходит защемление части воздуха во вредном пространстве между нижней кромкой окна выхлопа и линией контакта ротор - корпус. Давление воздуха здесь увеличивается (точка е осциллограммы), и он переносится через зазор ротор, корпус в зону расширения (угол 52 = 75о). В точке 1 осциллограммы ячейка начинает сообщаться с окном всасывания, и вакуум в ячейке снова повышается. Далее процессы повторяются с частотой вращения ротора.
В отремонтированных насосах методом расточки корпуса насоса и осаждением ротора в эту расточку осциллограмма давлений в рабочей ячейке отличается характером сжатия воздуха и выхлопа его в нагнетательный патрубок (рис. 2г). Здесь нет защемленного объема воздуха, поэтому процесс выхлопа более стабилен, нет дополнительных затрат энергии на бесполезное сжатие этой части воздуха и последующего его вакуумирования, что в некоторой степени способствует повышению КПД насоса и увеличению его подачи.
40
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
Рисунок 2 - Диаграммы (а,в) фаз воздухораспределения насоса и осциллограммы давлений в рабочей ячейке (б, г)
раз н остьдавл е н и я в смежных ячейках достигает максимальных значений. В точке 3, напротив, сила трения лопатки на корпус достигает максимальной величины, а кави-тационные процессы отсутствуют. В точках 2 и 4 давления в ячейках имеют экстремальные значения, силы трения лопаток о пазы ротора имеют противоположное направление, характер смазки различен. Полученные данные износов в этих характерных точках для серийных насосов и насосов, восстановленных методом проточки поверхности корпуса в месте наибольшего сближения с ротором, представлены на рисунках 4 и 5.
Все полученные зависимости износов
I
= I () , где
На угле всасывания силы давления пластины на корпус при вращении ротора примерно в 2.2,5 раза ниже сил давления ее на дуге нагнетания. С увеличением скорости вращения ротора эти силы возрастают, что способствует и увеличению сил трения их о корпус, а следовательно, и износа контактирующих деталей. Существенной разницы в силах давления пластин исследуемых вариантов насоса не обнаружено.
Проведенные исследования показали, что в корпусе вакуумного насоса в процессе эксплуатации изнашиванию подвергается цилиндрическая поверхность, причем износ в разных точках этой поверхности происходит с различной интенсивностью. Обусловлено это различием действующих износных факторов: сил трения, условий смазки и кавитационных процессов. Анализ этих факторов позволил определить четыре наиболее характерные точки(рис. 3) [5].
В точке 1 сила нормального давления лопатки достигает максимальной величины и кавита-ционные процессы наиболее выражены, так как
износ поверхности, £ - наработка в часах, имеют криволинейную форму. В первые 200.300 часов работы износ более интенсивный. Это объясняется периодом приработки трущихся поверхностей. В дальнейшем скорость изнашивания поверхности снижается.
1, 2, 3, 4 - характерные точки износа по рисунку 5.
Рисунок 3 - Характерные точки износа цилиндрической поверхности корпуса насоса
в
:№ 2(14), 2014
Г 1
k J
' —JJ 2
3
JOOO 15D0
Наработка, чае
Рисунок 4 - Износ корпуса серийных вакуумных насосов РВН40/350
0,4
s
О 2 a> ^ 0.3
H
k ¥ 0.2
=Г Ф
и 0.1
0
3 1
><4
\2
400
300 1200
Наработка, час
1600
Агроинженерия
41
2000
Рисунок 5 - Износ корпуса восстановленных вакуумных насосов РВН40/350
Сравнивая характеристики износов новых насосов и насосов, восстановленных методом проточки корпуса, отметим, что износ поверхности в характерных точках различен.
У новых серийных насосов скорость износа в точке 1 (точке наибольшего сближения ротора и корпуса) в несколько раз выше, чем в других точках цилиндрической поверхности. Через 1400 часов работы насоса он составил 1,58 мм, в то время как в точках 2, 3 и 4 величина износов приблизительно одинакова и составила 0,25...0,45 мм. Самый малый износ соответствует точке 3 корпуса. Характер изношенных
поверхностей также отличен. Если в точках 2, 3 и 4 не произошло существенного изменения геометрии поверхности, то в точке 1 образовалась поверхность в виде канавки вдоль образующей цилиндрической поверхности корпуса. Появление такого характера износа поверхности свидетельствует о наличии кавитационных процессов во время работы насоса.
У насосов, восстановленных методом проточки корпуса, износ рабочей поверхности более равномерен. Характеристики износов их отличаются от характеристик износов новых насосов тем, что в точках 2, 3 и 4 практически отсутствует период приработки, а изнашивание происходит менее интенсивно. За 1400 часов работы насосов износ в этих точках составил в среднем 0,3 мм.В точке 1, наряду с другим периодом приработки поверхности, износ поверхности несколько выше, но его величина сопоставима с величинами износов в других точках поверхностей. За 1400 часов работы насоса износ в точке 1 составил 0,32 мм. Соразмерность износов во всех точках цилиндрической поверхности служит основанием для утверждения, что при восстановлении корпуса проточкой поверхности исчезают или уменьшаются до незначимых величин кавитационные процессы.
Также снижение интенсивности износа рабочей поверхности корпуса насоса, восстановленного методом проточки, вероятнее всего, связано с уменьшением количества железа, попадающего в смазку в результате изнашивания трущихся поверхностей.
Полученные данные показывают, что первый ремонт корпуса серийного вакуумного насоса необходимо проводить уже через 1000.1200 часов его работы.
После восстановления подачи насоса проточкой корпуса последующие ремонты целесообразно проводить через 1800.2000 часов его работы.
Литература
1. Краснов И. Н., Глобин А. Н., Исупова И. В. Анализ работы вакуумных насосов доильных установок // Тезисы доклада на IX Международном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных. Оренбург : Издательский центр ОГАУ, 1997.
2. Бинеев Р. Э., Гуков А. И., Хозяев И. А. Математическая модель работы вакуумного насоса, учитывающая влияние геометрических и динамических факторов на его производительность // Комплексная механизация и автоматизация с.-х. производства : сб. науч. тр. Ростов н/Д, РИСХМ, 1977.
3. Братищев А. Н., Голубев И. Г. Ремонт насосных установок животноводческих ферм и комплексов. М. : Агропромиздат, 1985.
References
1. Krasnov I. N., Globin A. N., Isupova I. V. Operation analysis of vacuum pumps of milking mountings // Thesises from the report to the IX Inter-national symposium on agricultural machine milking. Orenburg, Publishing Center OSAU, 1997.
2. Bineev R. E., Gukov A. I., Khozyaev I. A. Mathematical model of vacuum pump operation according to the geometrical and dynamic factors influence on its productivity // Complex mechanization and automation of agricultural production: collection of articles. Rostov-on-Don, RIAMB, 1977.
3. Bratishchev A. N., Golubev I. G. The repairing of pump mountings of stock-raising farms and complexes. Moscow.: Agropromizdat, 1985.
4. Khozyaev I. A., Bineev R. E. Reliability and durability increasing of vacuum pump UVU-
42
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
4. Хозяев И. А., Бинеев Р. Э. Повышение надежности и долговечности вакуумного насоса УВУ-60 // Вопросы монтажа и эксплуатации, ремонта и надежности машин и оборудования животноводческих ферм. Минск : ВНИИТИМЖ, 1975.
5. Исупова И. В. Исследование износа ротационных пластинчатых вакуумных насосов // Сб. научных трудов АЧГАА, 1999.
6. Лебедев А. Т., Захарин А. В Повышение долговечности вакуумного насоса пластинчатого типа // Механизация и электрификация сельского хозяйства.2007. № 7. С. 25-27.
7. Лебедев А. Т., Захарин А. В. Длительность непрерывной работы вакуумного насоса пластинчатого типа и его производительность // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 10. С. 36-38.
8. Пат. 2333392 Российская Федерация, Р04С18/344 (2006.01). Ротационный пластинчатый компрессор / А. Т. Лебедев, А. В. Захарин, А. С. Слюсарев [и др.]. № 2007108890/06; заявка. 09.03.2007; опубл. 10.09.2008. Бюл. № 25. 5 с.
60- // Problems of mounting and usage, repair and reliability of machines and equipment of stock-raising farms. Minsk, ARRTIMORM-RGBPBF 1975.
5. Isupova I. V. Research of rotary lamellarvacu-um pumps wear and tear // Collection of scientific works ABSSAA, 1999.
6. Lebedev A.T., Zaharin A.V. Increased durability of the vacuum pump plate type // Mechanization and electrification of agriculture. 2007. № 7. P. 25-27.
7. Lebedev A.T., Zaharin A.V. Continuous operation of the vacuum pump plate type and its performance // Tractors and farm machinery. 2011. № 10. P. 36-38.
8. Patent 2333392 Russian Federation, F04C18/344 (2006.01). Rotary vane compressor / A. T. Lebedev, A. V. Zaharin, A. S. Slyusarev [et al.] № 2007108890/06; Application. 09.03.2007; publ. 10.09.2008. Bull. Number 25. 5 p.
