Reducerea greutăților cuplajului în pompele mari acționate de motor

greutăților

Una dintre problemele majore în proiectarea aplicațiilor mari ale pompei cu motor este minimizarea greutății excesive pe rotorul pompei. Unitățile cu motor sau cutie de viteze sunt proiectate și dimensionate independent de unitatea acționată. Acestea se bazează pe dimensiunea cadrului motorului și/sau dimensiunile cadrului cutiei de viteze, iar producătorul componentei de acționare nu are informații despre unitatea acționată efectiv.

La motoare, proiectarea motoarelor proiectate se bazează pe ani de experiență și reguli generale. Rotorul motorului este semnificativ mai greu decât rotorul pompei, necesitând astfel ca acesta să aibă un diametru mult mai mare decât dimensiunea unității antrenate pentru a susține greutatea rotorului și pentru a oferi o suprafață portantă acceptabilă. Nu este neobișnuit ca dimensiunea arborelui de ieșire al motorului să fie de două ori mai mare decât arborele de intrare al arborelui unității antrenate.

Mărimea contează

Diferențele de mărime ale arborelui sunt practic un produs al economiei. Costă bani pentru un producător de motoare să prelucreze un arbore, deci cu cât trebuie să facă mai puțină prelucrare, cu atât este mai bine pentru ei. Din nou, proiectarea arborelui de ieșire a motorului nu depinde de cerințele de cuplu ale unității acționate, este dependentă de proiectarea mecanică a rotorului motorului pentru a susține greutatea rotorului și pentru a oferi o suprafață de rulment adecvată. Deci, pentru a reduce costurile, dimensiunea arborelui de ieșire finit este aceeași sau foarte apropiată de dimensiunea arborelui din zona rulmentului. Acest lucru reduce timpul de prelucrare și, prin urmare, reduce costurile. Pur și simplu proiectează un motor, realizează un desen și îl trimit furnizorului de echipamente conduse și spun că acesta este.

Timp de decenii, furnizorii de echipamente antrenate au preluat desenul și au făcut tot posibilul să lucreze cu parametrii arborelui fără îndoială. Au dimensionat cuplajul pe baza informațiilor de proiectare disponibile. Din experiența mea în dimensionarea cuplajelor de-a lungul anilor, s-au calculat toate cerințele de viteză, cuplu și putere ale cuplajului, dar factorul decisiv al dimensiunii cuplajului 90% din timp a fost diametrul maxim admis al alezajului butucului cuplajului. Fiecare butuc de cuplare are un diametru maxim admis de alezaj, care este independent de necesarul de putere al cuplajului. Pentru a transmite cuplul, există o limită a grosimii radiale rămase a butucului de cuplare după ce ați ales-o pentru a se potrivi arborelui. Dacă este o aplicație bazată pe cheie, care sunt cele mai multe aplicații de pompare, alezajul maxim admisibil este chiar mai mic.

Deci, ce se întâmplă?

Parcurgeți toate criteriile de dimensionare ale cuplajului și ajungeți la dimensiunea cuplajului determinată de dimensiunea arborelui de ieșire al șoferului. Rezultatul este o cuplare uneori de 2-3 ori dimensiunea necesară pentru a transmite puterea, ceea ce este de fapt conceput pentru a face o cuplare. Rezultatul este un butuc de cuplare mare pe unitatea acționată, cu o gaură foarte mică, o greutate excesivă excesivă pe rotorul pompei, ceea ce pentru o pompă mare cu mai multe etape este foarte nedorit din perspectiva Rotordynamics.

La un proiect trecut în care existau un număr mare de motoare cu putere mare (3350 CP) care conduceau pompe mari cu mai multe trepte. La examinarea desenelor, cuplajele specificate au fost de câteva ori mai mari decât cele necesare pentru puterea pompelor. Erau cuplaje de distanțare și secțiunile centrale ale cuplajelor de distanțare ale pachetului de discuri cântăreau câteva sute de lire sterline. Greutatea totală a cuplajului a depășit 600 Lbs. Nu numai că a fost o problemă cu Rotordynamics, dar a fost și o problemă de întreținere. Aceste cuplaje au trebuit îndepărtate pentru a schimba etanșarea mecanică de la capătul interior al pompelor.

La examinarea aplicației de cuplare, așa cum era de așteptat, factorul determinant a fost dimensiunea arborelui de ieșire al motorului. Arborele de ieșire al motorului avea 6 inci, în timp ce arborele de intrare al pompei avea 3-3/4 inci. Producătorul motorului a fost vizitat pentru a discuta dimensiunea arborelui motorului. În timpul acelor discuții, producătorul a dezvăluit că factorul de siguranță utilizat la proiectarea ieșirii arborelui a fost de 10-1. Acest lucru sa dovedit a fi un fir comun între mai mulți producători de motoare. Când am fost întrebați de ce aceasta a fost practica, răspunsul a fost așteptatul „am făcut-o întotdeauna așa”. Această metodologie este oarecum de înțeles, deoarece motorul există de mult timp. Când au fost fabricate pentru prima dată motoarele, calitatea și consistența oțelului folosit pentru arbore a fost probabil suspectă. Asta nu este cazul astăzi.

Soluţie

O soluție evidentă la problema cuplajului a fost reducerea dimensiunii arborelui de ieșire a motorului pentru a se potrivi cu dimensiunea arborelui de intrare a pompei. Când a fost abordat cu acest concept, producătorul de motoare a avut o anumită reticență - afirmând că acesta era standardul lor și erau reticenți să se abată de la acesta. Producătorul a fost rugat să efectueze o analiză a elementelor finite (FEA) a motorului pentru a pompa joncțiunea arborelui pentru a determina fezabilitatea reducerii dimensiunii shatului de ieșire. Rezultatul studiului a arătat că, atunci când dimensiunea arborelui motorului a fost redusă, exista încă un factor de siguranță 4,38 pentru arborele. După o oarecare consternare, au fost de acord să proiecteze arborii de ieșire ai motorului pentru a se potrivi cu dimensiunea arborelui de intrare a pompei.

Acest lucru a dus la o reducere semnificativă a dimensiunii cuplajului și, prin urmare, a greutății. În timp ce reducerea greutății secțiunii centrale a cuplajului a ajutat în mod semnificativ problema Rotordynamics pentru rotorul pompei, greutatea a fost încă astfel încât ar fi necesară o macara pentru a ridica secțiunea centrală.

În căutarea unei soluții, a fost explorat conceptul unei diafragme duble. După cum sa dovedit, în timp ce cuplajele cu membrană erau ceva mai scumpe, greutatea secțiunii centrale a fost redusă până la punctul în care un lucrător putea manipula cu ușurință secțiunea centrală și butucul cuplajului, astfel încât să nu fie necesară o macara pentru întreținere. Reducerea totală a greutății cuplajului din cererea inițială propusă a fost de 680 lbs. Acesta a fost un mare ajutor pentru Rotordynamics și s-a dovedit a fi una dintre cele mai fine operațiuni de pompare-motor observate vreodată pentru pompele de această dimensiune. Nivelurile globale de vibrații au fost mai mici de 0,1 mil, ceea ce este extraordinar pentru pompele de această dimensiune.

Deși această afecțiune este predominantă în majoritatea tuturor dimensiunilor motorului, nu este rentabilă să o urmăriți pentru motoarele cu cadru NEMA, dar ar trebui luată în considerare pentru toate aplicațiile motoarelor proiectate. Se poate aplica și turbinei cu aburi și pompelor cu angrenaje.

Aveți o întrebare sau aveți nevoie de mai multe informații? Puteți posta un comentariu pe acest blog pentru autorul de mai jos. Dacă aveți o întrebare despre serviciile Becht, puteți face clic pe linkul de mai jos.