Материалы роторных насосов

Шестерни насосов высокого давления (порядка 1 МПа), работающие при высоких окружных скоростях (более 5 м/с), изготовляют преимущественно из легированных сталей типов 20Х, 40ХН, 18Н13А, 18ХГТ, 12ХНЗ, ЭИ274, 38ХМЮА и др.

Валы шестеренных насосов в зависимости от параметров и условий работы делают либо из простых конструкционных сталей 40 или 45, либо из легированных сталей 20Х, 40Х, 12ХН4, 12ХНВА, 13ХНВА и др. Шестерни и валы подвергают термообработке. При выборе материалов для изготовления деталей насоса необходимо учитывать их температурное расширение. При неправильном выборе может произойти заедание шестерен или образование недопустимых зазоров в соединениях.

Винты масляные трехвинтовых насосов обычно изготовляют из стали 45с соответствующей термообработкой. Для корпусов насосов преимущественно используется серый чугун СЧ 18-36 и реже СЧ 21-40. Иногда корпусы отливают из стали 35л или изготовляют из алюминиевых сплавов. Обоймы масляных насосов чаще всего выполняют из бронзы Бр.03ЦНС5Н1.
Необработанные поверхности отливок, в том числе омываемые перекачиваемой жидкостью, необрабатываемые поверхности корпусов насосов, передних и задних крышек, крышек сальниковых уплотнений и предохранительно-перепускных клапанов должны быть тщательно очищены.

Шероховатость наружных поверхностей рабочих частей винтов, поверхностей в местах сопряжения винтов с разгрузочными втулками допускается не ниже 7-го класса; профильных поверхностей обойм и отверстий в обоймах под винты - не ниже 6-го класса чистоты.

Винты насосов обычно изготовляют из сталей различных марок и лишь для особых условий работы - из пластмассы или стекла. Требования точности выполнения винтов довольно высокие (по шагу, диаметру и эксцентриситету отклонения от номинала допускаются не более 0,05 мм), поэтому их изготовление или, по меньшей мере, доводку производят на металлорежущих станках. Помимо винтов, одними из широко применяемых элементов в трубопроводных системах являются задвижки шиберные. Задвижка шиберная очень надежна, имеет небольшой вес и простоту конструкции.

Для повышения стойкости при истирании поверхность винта хромируют в электролитических ваннах. Толщина слоя хрома рекомендуется 0,01-0,3 мм, однако на работающих винтах она часто составляет 0,06-0,08 мм (зарубежные фирмы рекомендуют принимать 0,07-0,08 мм). Поверхность винтов укрепляют также термообработкой токами высокой частоты и борированием.

Материалами обойм обычно служат резины различных марок. В обоймах с рабочей поверхностью из резины или пластмассы в процессе литья под давлением или в процессе прессования происходит прикрепление материала к подготовленной для этого поверхности трубы. Для таких обойм необходим формующий стержень с винтовой поверхностью, обрабатываемой на токарном или затыловочном станках.

Выбор марок резин для обойм определяется следующими факторами:
1) химическими свойствами перекачиваемых жидкостей и их воздействием на резину (резины кислотостойкие, водостойкие, нефтестойкие и др.);
2) наличием в жидкости механических примёсей, из абразивностью и величиной отдельных частиц;
3) величиной развиваемого насосом давления нагнетания и температурой перекачиваемой жидкости;
4) частотой вращения двигателя, эксцентриситетом и массой винта.

В отечественной практике производства одновинтовых насосов с упругими обоймами используют главным образом синтетические резины. При наличии в жидкости механических примесей обычно стремятся применять резины менее твердые (40-60 ед. по Шору) и более упругие. Для повышенных давлений и чистых жидкостей используют преимущественно резины с твердостью 75-95 ед. по Шору. Резины подбирают по техническим условиям, где указаны марки резин, их характеристики и технические требования. Для повышенных давлений и чистых жидкостей рекомендуются резины марки 3466 с твердостью 78-85 ед. по Шору.

В насосах высокого давления для нефти, содержащей весьма малое количество твердых примесей, применяются нефтестойкие резины марки 8130 с твердостью 80-95 ед. по Шору и марки 4004 (75-90 ед.), имеющие сопротивление на разрыв не менее 10 МПа и остаточные деформации после разрыва 20 %.

Для насосов, работающих на чистой воде и воде с механическими примесями, применяют водостойкие резины марок 93 и 8170м твердостью 60-70 ед. по Шору. Продолжаются работы по созданию новых марок резин, наиболее полно удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям.
В насосах низкого давления (1,0-1,5 МПа) часто применяют металлические обоймы, называемые жесткими. Они должны быть выполнены со строгим соблюдением всех элементов геометрии рабочей поверхности. При небольших отклонениях в длине шага и величине диаметра от расчетных, даже в случае значительного первоначального зазора и при короткой обойме, винт в обойму ввести трудно и при работе такая пара быстро изнашивается. При соответствующем подборе материала обоймы и винта и высокой точности изготовления металлические обоймы могут работать продолжительное время, представляя собой как бы подшипники скольжения, смазываемые перекачиваемой жидкостью.

Для изготовления корпусов и крышек насосов с эксцентричным вытеснителем применяют серый чугун марок СЧ 18-36 и СЧ 21-40. Материалом для валов обычно служит углеродистая качественная конструкционная сталь 45.

Вытеснители целесообразно изготавливать из бронзы. Хорошими антифрикционными свойствами обладает бронза Бр.05Ц5С5. Клапаны насосов и их седла выполняют из сталей 45 и 40. Для изготовления пружин применяют стальную углеродистую проволоку. Если насос предназначен для перекачивания агрессивных жидкостей, то для его изготовления применяют кислотостойкие и коррозионно-стойкие материалы.