Известны случаи, когда при лабораторных испытаниях насоса производительностью 270 ма/ч при «=1760 об/мин его к.п.д. доходил до 90%.

Повышение к. п. д обусловливалось:

правильным выбором значений (от 180 до 280), не применяемых в других многоступенчатых центробежных насосах;

применением открытых рабочих колес, для которых потери на дисковое трение ниже, чем для закрытых колес, и допускающих лучшую зачистку и полировку лопаток;

улучшенной в гидравлическом отношении конструкцией направляющих корпусов, имеющих значительную длину;

малыми потерями в насосном узле благодаря уменьшению перетоков между ступенями, отсутствию гидравлических разгрузочных устройств, сальниковых устройств на напорной стороне насосного узла.

Для мощных глубинных центробежных насосных установок также применяют вертикальные электродвигатели с полым валом.

Электродвигатель мощность 257 кет На 6000 в (рис. 37) в верхнем щите имеет спаренный шариковый радиально-упорный подшипник размером 160 X 340 X 68 мм для осевой нагрузки 3000—3500 кГ при скорости вращения 1450 об/мин. В нижнем щите смонтирован радиальный роликоподшипник (пунктирными стрелками показано направление движения масла, циркулирующего в обоих подшипниках при работе электродвигателя).

Для гашения масляной пены под верхним подшипником помещена сетка.

При большом диаметре полого вала опасность подсасывания масла вдоль его наружной поверхности в электрическую часть электродвигателя увеличивается, в связи с чем предусматриваются специальные мас-лоотводящие каналы. Масло, дойдя вдоль наружной поверхности полого вала до маслоотво-дящего канала, по трубке выводится наружу. Из канала по трубке масло возвращается в нижнюю масляную ванну.

Верхний и нижний диски муфты сцепления соединены наглухо болтом. Предусмотрен контрреверс пальцевого типа.

Направление движения воздуха, охлаждающего электродвигатель, показано сплошными стрелками. Для лучшего охлаждения ротор и статор собраны в виде отдельных пакетов, между которыми предусмотрены зазоры для вентиляции.

Стремление к облегчению и упрощению конструкции вертикальных электродвигателей с полым валом нашло свое отражение в разработке ряда конструкций, в которых подшипник, воспринимающий осевую нагрузку, устанавливают под ротором. Масляная ванна (рис. 38, а), в которой находится радиально-упорный подшипник, предназначена также для охлаждения шарикового радиального подшипника. Для подачи масла радиальному шариковому подшипнику на нижней торцовой части полого вала предусмотрены специальные скосы (рис. 38, б), нагнетающие масло в полый вал при его вращении. Во внутренней расширяющейся части полого вала масло центробежной силой направляется через отверстия, находящиеся под подшипником и поступает в его сепаратор, смазывая шарики. Через пространство между полым валом и корпусом подшипника масло возвращается в ванну.

Для предотвращения утечки масла сквозь нижнее отверстие полого вала в корпусе масляной ванны установлена втулка.

Рис. 37. Электродвигатель мощностью 257 кет с полым валом

Над шариковым радиальным подшипником уложено маслоотража-тельное кольцо, плотно затягиваемое запорным кольцом, предохраняющим от просачивания масла наружу.

Нижняя стенка корпуса масляной ванны непосредственно омывается холодной водой.

Во время работы насоса вода по трубке поступает в камеру корпуса масляной ванны и сквозь отверстие в противоположной стенке камеры по отводной трубке 6 возвращается в скважину. На дне корпуса масляной ванны имеется отверстие с резьбовой пробкой, сквозь которое периодически производят чистку камеры от песка и ила, поступающих вместе с нагнетаемой ведой.

Рис. 38. Электродвигатель с радиальным шарикоподшипником, установленным под ротором

Зазор в насосе регулируют гайкой, положение которой фиксируют стопорным болтом. В случае вращения двигателя в обратном направлении верхнее звено приводного вала приподнимается с закрепленным на нем верхним диском муфты сцепления и в связи с увеличением длины вала освобождаются от сцепления пальцы, закрепленные в нижнем диске муфты.

На насосе установлено сальниковое устройство с тавотной смазкой колец. Установка подшипника, воспринимающего осевую нагрузку под ротором имеет следующие преимущества:
1) отпадает необходимость в прочной и жесткой конструкции верхнего щита и корпуса, в котором устанавливается статор электродвигателя;
2) упрощается коммуникация трубопроводов, подающих воду к масляной ванне и отводящих использованную воду в скважину.

Однако такая установка подшипника требует изготовления ротора по специальным чертежам ввиду размещения в нем кронштейна, полого вала, радиального подшипника и других деталей.

Для больших упорных нагрузок применяют преимущественно подшипник типа Митчелла. Принцип, по которому построен этот подшипник, заключается в следующем.

Если на гладкую поверхность плиты, находящейся в масляной ванне, положить нагруженный металлический брус, то масло между ним и поверхностью плиты будет вытеснено. При передвижении бруса по плите его передняя часть слегка приподнимается, между брусом и плитой образуется масляная пленка и брус при своем движении скользит по тонкому слою масла.

Средняя толщина этого слоя зависит от вязкости масла, скорости движения бруса, его веса и положения нагрузки на брусе.

При большой скорости движения и небольшой нагрузке толщина масляной пленки может доходить до 0,7—0,8 мм. По мере увеличения нагрузки и замедления движения нагруженного бруса толщина масляной пленки уменьшается до 0,03— 0,02 мм.

Схема работы упорного подшипника скольжения показана на рис. 39. Верхняя скользящая шайба, закрепленная на нагруженном валу, вращается относительно сегментов, находящихся в масляной ванне.

Сегменты закреплены таким образом, чтобы они не теряли подвижности относительно своей горизонтальной оси, в связи с чем во время вращения может образовываться некоторый угол между их верхними плоскостями и нижней плоскостью скользящей шайбы.

Во время работы подшипника сегменты непосредственно не соприкасаются со скользящей шайбой и между ними находится клинообразная масляная пленка. В зависимости от изменения нагрузки и температуры масла угол клина меняется.

При прекращении вращения шайбы сегменты возвращаются в исходное положение и масляная пленка между ними и скользящей шайбой исчезает. Поэтому в момент пуска нагруженного вала между скользящей шайбой и сегментами происходит трение металла о металл, которое прекращается при начале вращения. Достаточно скользящей шайбе повернуться на одну четверть оборота, чтобы образовалась клинообразная масляная пленка и трение шайбы о сегменты подшипника прекратилось.

По мере увеличения скорости вращения увеличивается и толщина клинообразной масляной пленки.

В условиях, при которых нагрузка полностью воспринимается тончайшей масляной пленкой, существенное значение приобретает правильный выбор сорта масла.

Скорость вращения и величина приложенных нагрузок определяют наиболее пригодный сорт масла для каждого конкретного случая и для каждого типоразмера подшипника.

Закономерность, по которой для подшипников с большой нагрузкой и малой скоростью необходимо применять тяжелые масла и для малых нагрузок и большой скорости — легкие масла, в полной мере относится и к этим подшипникам.

Для легких масел при средних скоростях допустимое среднее давление на 1 см2 поверхности сегмента колеблется в пределах 20—25 кг.

Рис. 39. Схема работы упорного подшипника скольжения

По мере увеличения скорости, а следовательно, и толщины масляной пленки допустимое давление для легких масел может быть увеличено до 35 кГ на 1 см2.

При осевых нагрузках на подшипник, превышающих 7—10 Т, не всегда можно оборудовать насосный агрегат шариковым радиально-упорным подшипником достаточной прочности. В этих случаях весьма часто используют упорные подшипники скольжения.

По числу сегментов эти подшипники делятся на трех- и шестисег-ментные.

Стальная шайба крепится к валу насоса и во время его вращения скользит относительно поверхности сегментов. Сегменты изготовляют из стали с баббитовой рабочей поверхностью.

В нижней плоскости каждого сегмента имеется отверстие, в котором установлен короткий каленый стальной палец. Выступающий из сегмента конец пальца опирается на поверхность вкладыша.

Необходимая подвижность сегмента во время вращения сколья-щей шайбы обеспечивается тем, что опирающемуся на вкладыш концу пальца придают сферическую форму.

На каждый опорный вкладыш опираются краями два смежных вкладыша. Опорные вкладыши установлены на вертикальных пальцах, что исключает возможность перемещения их в обойме.

Торцовый валик предназначен для крепления обоймы к неподвижной крышке статора электродвигателя.

Регулировку сегментов в радиальном направлении производят болтом.

Для обеспечения нормальной работы подшипника необходимо, чтобы все его сегменты были установлены с достаточной точностью. Во время вращения сегменты должны наклоняться под необходимым углом к рабочей поверхности скользящей шайбы, а при прекращении вращения — свободно возвращаться в исходное положение.

Баббитовая поверхность сегмента должна быть тщательно пригнана к рабочей поверхности скользящей шайбы. Соприкосновение рабочих поверхностей при проверке их на шаберной доске должно быть не менее 70%.

При работе подшипника рабочий зазор между сегментом и скользящей шайбой колеблется в пределах сотых долей миллиметра. Наличие царапин на рабочих поверхностях сегмента и скользящей шайбы может послужить причиной нарушения нормальной работы подшипника и расплавления баббитовой поверхности сегмента.

В зависимости от общей компоновки деталей электродвигателя упорный подшипник скольжения может быть расположен над ротором или под ротором, т. е. в верхнем или нижнем щитах электродвигателя.

Для надлежащего охлаждения подшипников в масляной ванне устанавливают змеевик, по которому протекает вода. Необходимое количество воды определяют в зависимости от удельной нагрузки, числа оборотов электродвигателя и сорта масла; при этом учитывается, что температура масла в ванне подшипника не должна превышать 30—40°.

Имеются конструкции упорных подшипников скольжения без водяного охлаждения масляной ванны, однако для глубинных центробежных насосных установок такие подшипники не применяют, поскольку максимальная скорость вращения, рекомендуемая для подшипников без водяного охлаждения, не превышает 450 об/мин.

Шестисегментные подшипники изготовляют как с цельной обоймой, так и с разъемной.

Подшипники с разъемной обоймой облегчают разборку машины и могут быть установлены и на электродвигателях глубинных центробежных насосов. Однако для облегчения работы по регулировке и пригонке сегментов, как правило, на насосах устанавливают подшипники с цельной обоймой.

Конструкция электродвигателя обычно предусматривает возможность ремонта или замены подшипника без разборки всего электродвигателя.

Трехсегментные подшипники при разных наружных размерах способны воспринять половину нагрузки, воспринимаемой шестисегмент-ным подшипником. Вследствие этого для глубинных насосных установок их мало применяют. Конструктивно они существенно не отличаются от шестисегментных.

При оборудовании приводной части электродвигателем с шести-сегментным упорным подшипником скольжения (рис. 40), установленным под ротором, смазку в масляной ванне поддерживают на уровне центра нижнего радиального шарикоподшипника. Подачу смазки к установленному в роторе верхнему радиальному подшипнику и возврат ее в масляную ванну осуществляют таким же способом, как и в ранее рассмотренных конструкциях, — соответствующим профилированием внутренней поверхности полого вала ротора.

Для охлаждения масляной ванны в ней уложена спираль из латунной трубки, в которую во время работы насоса через трубку поступает вода. Количество воды, необходимое для охлаждения масляной ванны, регулируют вентилем . Использованная вода через отводную трубку 6 возвращается в скважину.

Скользящая шайба упорного подшипника сцепляется с ротором при помощи муфты, закрепленной шпонкой на полом валу ротора.

Регулировку зазора в насосе и предохранение от развинчивания звеньев приводного вала производят теми же способами, что и в ранее рассмотренных конструкциях.

Непременным условием для нормальной работы насосной установки с упорными подшипниками скольжения является» обеспечение интенсивного охлаждения масляной ванны чистой водой и наблюдение за чистотой и соответствием сорта смазки подшипника. Так, например, для нормальной работы подшипников при осевой нагрузке 15 000 кГ и скорости вращения 1450 об/мин наилучшей смазкой является дизельное или машинное масло высокого качества с вязкостью в пределах 5,2—7°.

К недостаткам подшипников типа Митчелла следует отнести довольно большой расход энергии на работу самого подшипника. Для многих типоразмеров подшипников расход энергии составляет 3—5% мощности электродвигателя.

Рис. 40. Электродвигатель с шестисегментным упорным подшипником скольжения, помещенным под ротором

Для наиболее мощных глубинных центробежных насосных установок с большими осевыми нагрузками применяют вертикальные электродвигатели с упорными цилиндрическими роликоподшипниками.

Имеется несколько модификаций подшипников этого типа. Для глубинных насосных установок применяют упорные цилиндрические роликоподшипники (рис. 41) со сферическим неподвижным и подкладным кольцами. Такая конструкция позволяет некоторую степень самоустанавливания, компенсирующую небольшие неточности сборки верхней части электродвигателя.

По окружности бронзовой обоймы в радиальном направлении расположены гнезда, в которых установлены цилиндрической формы ролики. На обойму надето кольцо.

Для равномерности износа ролики различной ширины устанавливают в 2—6 рядов в шахматном порядке.

Верхнее кольцо соединено с муфтой сцепления, укрепленной на полом валу ротора электродвигателя.

При правильной установке подшипника нагрузка распределяется равномерно между всеми роликами. Бронзовая обойма с роликами вращается с половинной скоростью по сравнению со скоростью вращения верхнего подкладного кольца.

Собственные потери на трение в этих подшипниках на 20—30% меньше потерь в подшипниках типа Митчелла.

На рис. 42 показан синхронный электродвигатель мощностью 294 кет, напряжением 440 в и скоростью вращения вала 1000 об/мин, установленный в качестве привода к насосу полуаксиального типа. Производительность насоса 570 м3/ч; глубина погружения в скважину 140 м; общий к. п. д. насосной установки 70,5%. Упорный цилиндрический роликоподшипник установлен под ротором. Над упорным подшипником находится нижний шариковый радиальный подшипник. Масляная ванна обоих подшипников охлаждается проточной водой.

Верхний шариковый радиальный подшипник смазывается из масляной ванны, установленной на верхнем щите электродвигателя. Подача смазки в подшипник осуществляется маслоподающей втулкой. На наружной поверхности втулки имеется спиральная канавка, нарезанная по направлению вращения электродвигателя.

Втулка туго надета на заточку полого вала, что исключает возможность просачивания масла в ротор электродвигателя. Вокруг маслоподающей втулки помещена сетка, отделяющая пеку от масла.

Зазор в насосе регулируют гайкой. По окончании регулировки устанавливают шпонку и контргайку. На верхней крышке электродвигателя установлено кольцо, на верхней плоскости которого предусмотрены храповичные выступы контрреверса. Два храповика контрреверса подвешены на нижнем диске муфты сцепления, закрепленной шпонкой на полом валу электродвигателя.

Рис. 41. Упорный цилиндрический роликоподшипник

Функции верхнего диска муфты сцепления осуществляет регулировочная гайка, соединенная с нижним диском пальцами сцепления.

В связи с индивидуальным изготовлением опорная рама приводной части, а также нижний и верхний щиты электродвигателя — сварные.

Рис. 42. Синхронный электродвигатель с упорным цилиндрическим роликоподшипником, помещенным под ротором

Применение синхронных электродвигателей снижает затраты на электроэнергию, благодаря чему снижается стоимость добываемой воды.

На рис. 43 показан вертикальный электродвигатель (с полым валом) мощностью 368 кет и скоростью вращения вала 970 об/мин. В этом электродвигателе упорный цилиндрический роликоподшипник установлен в верхнем щите над ротором. Под ротором помещен направляющий подшипник скольжения.

На рис. 44 показан вертикальный электродвигатель (с полым валом) мощностью 663 кет, напряжением 2300 в, скоростью вращения вала 1160 об/мин, установленный в качестве привода к насосу полуаксиального типа размером 24” в г. Спокейн (США). Производительность насоса 1800 м3/ч, глубина погружения 120 м, осевая нагрузка 1200 кг.

В верхнем щите электродвигателя установлены упорные цилиндрические роликоподшипники размером 169X80X40 см. Масляная ванна подшипника охлаждается проточной водой.

Рис. 43. Электродвигатель с упорным цилиндрическим роликоподшипником, помещенным над ротором

Для облегчения запуска столь мощной установки электродвигатель оборудован контактными кольцами с постоянно налегающими щетками. В масляных ваннах верхнего упорного и нижнего радиального подшипников, а также в статорном железе электродвигателя установлены электроды температурных реле, выключающих насосную установку в случае нагрева масла или железа статора свыше допустимого.

В ряде стран нашли широкое применение глубинные центробежные насосные установки, приводимые в действие двигателями внутреннего сгорания.

В большинстве случаев в установках подобного типа применяют редукторы (рис. 45, а), посредством которых энергия от двигателя через двойной кардан передается насосной установке.

При таком соединении двигателя с редуктором нет необходимости в строгой выверке их соосности, что существенно облегчает их монтаж и эксплуатацию.

В установках большой мощности (рис. 45, б) движение от двигателя через плоскоременную или клиноременную передачу передают на: шкив, соединенный с редуктором двойным карданом.

Редуктор с полым валом (рис. 46) для двигателя мощностью 75 кет имеет принудительную смазку радиально-упорного подшипника и шестерен. Смазку контролируют выносным краном. В масляной ванне уложен змеевик, по которому при работе насоса протекает вода.

Рис. 44. Электродвигатель с полым валом, оборудованный упорным цилиндрическим роликоподшипником

Для глубинных насосов наиболее распространен игольчатый двойной кардан Спайсера (рис. 47). В гнезда вилок кардана вставлены колпачки с иголками, которые по всей окружности облегают шипы крестовины кардана. Колпачки с иголками удерживаются в вилках крышками, привернутыми болтами. Тангенциальные усилия передаются через иголки, а радиальные — через торцы шипов крестовины и колпачки.

Для полива полей из рек и водоемов применяют также передвижные насосные установки. В этих установках насосный узел подвешен непосредственно к редуктору, соединенному двойным карданом с двигателем внутреннего сгорания. Агрегат смонтирован на прицепной двухколесной тележке.

Рис. 45. Схемы оборудования глубинных центробежных насосных установок двигателями внутреннего сгорания

Рис. 46. Редуктор с полым валом