Чертежи и 3D-модели деталей насосов: какие детали чаще всего приходится восстанавливать

Насос редко выходит из строя целиком. Обычно изнашиваются одни и те же детали: рабочее колесо, уплотнительные кольца, вал с защитными втулками, корпус. Купить оригинальную запчасть к импортному или старому отечественному насосу получается не всегда, а чертежей на предприятии часто нет. В такой ситуации остается только получить документацию по образцу и изготовить деталь заново.

Разберем, какие детали насосов приходится восстанавливать чаще всего, почему они изнашиваются и что нужно учесть, чтобы чертеж или 3D-модель изношенной детали получились точными.

Что в насосе изнашивается первым

Список почти всегда одинаковый. Меняется только порядок, и он зависит от типа насоса, перекачиваемой среды и режима работы.

Почему детали насоса изнашиваются

Детали проточной части постоянно работают в потоке жидкости под давлением, поэтому износ у них неизбежен. Важно понимать его причину, так как от нее зависит, какая геометрия останется на образце и как ее восстанавливать.

 

Часто эти причины действуют вместе. Например, кавитация сначала делает поверхность лопасти шероховатой, а абразивные частицы затем быстрее ее разрушают. Ускоряют износ и дефекты самой детали: поры и раковины литья, трещины, грубая поверхность отливки.

Для документации это означает простую вещь. Изношенная деталь уже не повторяет исходный чертеж, и снять с нее размеры как есть недостаточно. 

Детали насосов, которые восстанавливают чаще всего

Разберем основные детали по отдельности: как они изнашиваются и на что обращать внимание при разработке чертежей и 3D-моделей.

Рабочее колесо (импеллер, крыльчатка)

Рабочее колесо передает энергию от вала к жидкости. Это главная деталь насоса, и изнашивается она одной из первых. Сильнее всего страдают лопасти у входной кромки и на выходе с рабочей стороны, а также уплотнительные пояски колеса, посадочное отверстие и шпоночный паз.

Для документации колесо одна из самых сложных деталей. Форма лопастей и каналов определяет напор и подачу насоса. Если ее исказить, вырастут гидравлические потери, упадет напор, могут появиться зоны локальной кавитации. Поэтому на рабочие колеса мы почти всегда делаем 3D-сканирование, а затем строим твердотельную модель.

На что важно обратить внимание:

• колеса обычно литые, и на образце видны дефекты литья, которые повторять в модели не нужно;

• технологические элементы вроде пазов для балансировки тоже не переносятся в модель как есть;

• изношенные зоны лопастей восстанавливаются по сохранившимся участкам профиля;

• требования к балансировке, материалу и шероховатости указываются в технических требованиях чертежа.

Уплотнительные кольца (щелевое уплотнение)

Между вращающимся колесом и неподвижным корпусом есть узкий кольцевой зазор. Он мешает жидкости с выхода насоса перетекать обратно на вход. Чтобы не менять дорогой корпус из-за износа, в нем часто ставят сменные уплотнительные кольца, а на колесе делают уплотнительный поясок.

Когда кольцо и поясок изнашиваются, зазор растет и утечки увеличиваются. По данным исследований, утечки через щелевые уплотнения колес и систему разгрузки осевой силы могут достигать 10% подачи насоса. Насос при этом работает, но тратит больше энергии и дает меньше напора.

Кольцо по форме простая деталь, и ее обычно восстанавливают по обмерам. Главное здесь не форма, а правильный зазор. Его назначает конструктор с учетом сопрягаемой детали: если поясок колеса тоже изношен, нужно решить, восстанавливать его или делать кольцо под фактический размер.

Вал и защитные втулки

На валу изнашиваются шейки под подшипники, посадочное место колеса, шпоночные пазы и резьба под гайку колеса. При вибрации и перекосах вал может получить прогиб.

В зоне сальника или торцевого уплотнения на вал часто ставят защитную втулку. Она принимает износ на себя и сохраняет вал. Сальниковую набивку можно заменить без разборки насоса, а изношенную защитную втулку меняют только после демонтажа и разборки. Поэтому при ремонте втулку обычно заказывают сразу, вместе с другими деталями.

Корпус, улита и крышки

Улита, или спиральный отвод, это канал в корпусе, который собирает жидкость с колеса и направляет ее в напорный патрубок. Стенки корпуса истираются абразивом и разрушаются коррозией, изнашиваются посадочные места под кольца и уплотнения, иногда появляются трещины.

Корпуса и улиты обычно литые и имеют сложную форму, поэтому без 3D-сканирования здесь не обойтись. При построении модели важно сохранить траекторию движения жидкости в каналах и литейные уклоны, а также отличить уклон от погрешности изготовления. Крупные корпуса массой больше 50 кг и размером больше метра мы обычно сканируем на площадке заказчика.

Бронедиски и детали узла разгрузки

В насосах для абразивных сред (грунтовых, шламовых, песковых) корпус по бокам от колеса закрывают сменные бронедиски. Они изначально задуманы как изнашиваемые детали: их меняют, чтобы сохранить корпус. Поэтому чертежи на бронедиски заказывают регулярно, часто вместе с валом или колесом.

В многоступенчатых насосах осевую силу на ротор компенсирует узел разгрузки, его еще называют гидропятой. Он состоит из диска разгрузки, колец и втулок с трущимися поверхностями, которые постепенно изнашиваются и требуют ремонта. Это простые по форме детали, но с точными размерами и зазорами.

Детали шестеренных насосов

В шестеренных насосах изнашиваются зубья и цапфы шестерен, втулки (подшипники скольжения) и торцевые поверхности. Растут торцевые и радиальные зазоры, и насос хуже держит подачу и давление. Для шестерен одних обмеров мало: чтобы определить модуль и параметры зацепления, нужен восстановительный расчет.

Чертеж или 3D-модель: что нужно для каждой детали насоса

Выбор зависит от формы детали и от того, как ее будут изготавливать. Тела вращения обычно точат по чертежу. Для литых деталей сложной формы и для обработки на станках с ЧПУ нужна 3D-модель, а чертеж к ней фиксирует размеры, допуски и технические требования.

Почему нельзя просто снять размеры с изношенной детали

Когда деталь насоса приносят на восстановление, она почти всегда уже изношена. Если перенести ее размеры в чертеж как есть, новая деталь повторит этот износ и не будет нормально работать в узле. Поэтому конструктор опирается не только на замеры, но и на то, как деталь устроена и как она работает.

Первое, что важно понимать: замер не равен номиналу. Поясок рабочего колеса после износа становится меньше, а отверстие уплотнительного кольца, наоборот, больше. В чертеж ставят номинальный размер с допуском, и выбирают их по назначению посадки, а не по тому, что показал измерительный инструмент.

К тому же износ почти никогда не бывает равномерным. Лопасть колеса может быть сильно съедена у входной кромки и при этом почти целой на остальной длине. Профиль восстанавливают по сохранившимся участкам, поэтому, если у вас есть такая же деталь в лучшем состоянии, ее стоит передать вместе с изношенной.

Отдельно приходится работать с литыми деталями, а в насосах литыми чаще всего бывают колеса, корпуса и улиты. На отливке есть литейные уклоны, неровности поверхности, иногда раковины и другие дефекты. Уклоны в модели нужно сохранить, а дефекты отделить от конструкции, чтобы не перенести их в новую деталь.

Многие размеры в насосе имеют смысл только в паре с другой деталью. Уплотнительное кольцо работает вместе с колесом, защитная втулка с валом, бронедиск с боковой поверхностью колеса. Чтобы правильно назначить зазор, конструктору нужна сопрягаемая деталь или хотя бы ее точные размеры.

Материал тоже нельзя определить на глаз. Чугун, бронза и разные марки нержавеющей стали по-разному сопротивляются кавитации, абразиву и коррозии, и от выбора материала зависит, сколько прослужит новая деталь. Если марка неизвестна, ее определяют анализом.

И наконец, импортные насосы нередко сделаны в дюймовой системе. Дюймовую и метрическую резьбу или посадку легко перепутать, а в насосе даже разница в доли миллиметра уже критична.

---

В насосах чаще всего приходится восстанавливать рабочие колеса, уплотнительные кольца, валы с защитными втулками, корпуса и бронедиски. Для простых деталей хватает аккуратных обмеров и правильно назначенных посадок. Для колес, улит и корпусов нужны 3D-сканирование и модель, в которой учтены износ, литье и форма проточной части.