Герметичный насос
Изобретение относится к насосостроению, используется при создании герметичных насосов для перекачки агрессивных, взрывоопасных, токсичных и других сред в широком диапазоне температур в химической, нефтяной и других отраслях промышленности. Герметичный насос данной конструкции позволяет перекачивать среды, содержащие в незначительных количествах твердые частицы, компактен, недорог, надежен, обладает высокой ремонтопригодностью. В корпусе герметичного насоса размещено рабочее колесо, приводимое во вращение цилиндрической магнитной муфтой, ведущая полумуфта которой соединена с приводным валом электродвигателя, а ведомая изготовлена за одно целое с рабочим колесом и установлена в подшипниках скольжения, смазываемых перекачиваемой средой, на неподвижной оси, закрепленной во всасываемом патрубке корпуса. Ведущая и ведомая полумуфты разделены герметичным неметаллическим стаканом, закрепленным на корпусе насоса. В теле рабочего колеса расположены радиальные подводящие каналы, по которым жидкость подводится к подшипникам скольжения, затем попадает в полость, ограниченную герметичным тонкостенным неметаллическим стаканом и далее по отводящим каналам - на вход рабочего колеса. Ведомая полумуфта распложена внутри герметичного тонкостенного неметаллического стакана, охватываемого ведущей полумуфтой. Количество радиальных каналов - не менее трех. Рабочее колесо выполнено из полимера. Детали проточной части облицованы полимером.
Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при создании герметичных центробежных насосов, используемых для перекачки агрессивных взрывоопасных токсичных и других жидкостей в широком диапазоне температур в химической, нефтяной, электронной и других отраслях промышленности.
Известен центробежный насос, содержащий корпус с размещенной внутри экранированной муфтой сцепления, состоящей из ведущей и ведомой полумуфт, наружная поверхность ведущей полумуфты образует лопасти турбины для приведения во вращение сжатым воздухом, ведомая полумуфта установлена с помощью подшипников скольжения на неподвижной оси, закрепленной на донышке стакана и на входном патрубке корпуса. Рабочее колесо установлено на одной оси с ведомой полумуфтой (а.с. №802615 Кл. F 04 D 7/02; F 04 D 13/04). Недостатком данной разработки является нагруженность полимерного стакана передаваемыми на ось усилиями и ограничение такой конструкции по применению областью насосов с небольшой потребляемой мощностью, когда нагрузки на ось невелики.
Известен герметичный насосный агрегат, содержащий связанный с приводом через цилиндрическую магнитную муфту, центробежный насос, ротор которого установлен в переднем и заднем подшипниках скольжения, смазываемых перекачиваемой средой, а ротор ведущей полумуфты - в подшипниках, установленных в промежуточном корпусе и смазываемых специальной смазкой, между магнитами ведомой и ведущей полумуфт размещена тонкостенная втулка, герметично закрепленная на корпусе и снабженная донышком, на котором выполнена опора заднего подшипника насоса, ротор насоса полый (пат. №2018717 МПК F 04 D 13/02). Недостатком
данной разработки является высокая трудоемкость изготовления стакана с посадочным местом под подшипник качения в его дне, наличие дополнительной опоры вала ведущей магнитной муфты и как следствие этого усложнение конструкции и ее сборки, отсутствие фильтрации жидкости, подаваемой к подшипнику скольжения.
Известен центробежный насос с магнитной муфтой, имеющий приводной двигатель, приводящий во вращение ведущую полумуфту, ведомая полумуфта, распложенная коаксиально ведущей, установлена на подшипниках скольжения на одном валу с рабочим колесом, вал закреплен неподвижно с одной стороны во втулке с ребрами, установленной во входном патрубке корпуса, а с другой на донышке разделительного стакана, установленного между ведомой и ведущей полумуфтами (патент ФРГ №053536092 МПК F 04 D 13/02). Недостатком данной конструкции является отсутствие фильтрации жидкости подаваемой к подшипнику скольжения и нагруженность металлического стакана передаваемыми на ось усилиями, что требует утолщения цилиндрической стенки стакана, а это неизбежно ведет к потере КПД насоса из-за увеличения «вихревых» токов, наводимых магнитным полем в токопроводящем материале. Кроме того, в дне стакана требуется выполнять опору оси, что усложняет конструкцию стакана.
Известен центробежный насос, содержащий рабочее колесо, установленное на стационарной полой оси, закрепленной во всасывающем патрубке и имеющей внутри дросселируемый канал для подвода чистой жидкости к подшипнику скольжения, при этом ведомая полумуфта выполнена заодно целое с рабочим колесом и установлена на подшипниках скольжения на оси. Ведущая полумуфта, расположенная внутри ведомой, соединена с приводным валом электродвигателя. Полумуфты разделены герметичным стаканом. Отверстие в оси соединяет насосную камеру с задней стороной рабочего колеса и далее с всасывающим патрубком. В подводящем канале оси установлен дроссель для регулирования расхода жидкости, подаваемой к подшипнику скольжения. (Пат. ЕВП, заявка №
0171515, прототип). Недостатком данной конструкции является сложность изготовления ее узлов, повышенная изгибающая нагрузка на неподвижную ось и подшипник скольжения из-за консольного расположения ведомой магнитной полумуфты относительно опор на оси, загромождение подшипником скольжения входа в рабочее колесо, что приводит к переразмеренному диаметру входного отверстия в насос и, как следствие, ухудшает его характеристики.
Технической задачей данной конструкции является расширение видов перекачиваемых сред (перекачивание как чистых сред, так и содержащих твердые включения), создание компактного, дешевого, надежного герметичного насоса с высокой ремонтопригодностью.
Указанная задача решается с помощью конструкции герметичного насоса, содержащего корпус, размещенное в нем рабочее колесо, выполненное заодно целое с ведомой полумуфтой, установленных на подшипниках скольжения, расположенных под постоянными магнитами ведомой полумуфты, распложенной коаксиально с ведущей. Ось, на которой установлены подшипники скольжения, соединена неподвижно с всасывающим патрубком корпуса насоса. Полумуфты разделены неметаллическим герметичным стаканом, охватывающим ведомую полумуфту, закрепленным герметично на корпусе. Вал ведущей полумуфты соединен с приводным валом электродвигателя. Подшипники скольжения смазываются отфильтрованной перекачиваемой средой. Для предотвращения попадания в зазоры подшипников скольжения твердых частиц, находящихся в перекачиваемой среде, в теле рабочего колеса расположены радиальные подводящие каналы, в которых, под действием центробежных сил, твердые частицы отбрасываются на периферию рабочего колеса, а очищенная рабочая среда поступает в полость подшипников скольжения и далее в полость, ограниченную разделительным стаканом, протекает в зазор между стаканом и поверхностью ведомой полумуфты, затем, через отводящие каналы, поступает на вход рабочего колеса. Таким образом, осуществляется
сепарация среды от твердых частиц и обеспечивается надежность работы подшипников скольжения, поскольку имеется постоянная циркуляция очищенной перекачиваемой среды и отвод тепла от подшипника скольжения. Длина и диаметр радиальных подводящих каналов являются расчетными величинами. Количество радиальных подводящих каналов - не менее трех. Рабочее колесо и детали проточной части выполнены из полимера или футерованы (облицованы) полимером, что снижает стоимость насоса по сравнению с изготовленным из коррозионностойкой стали. При этом обеспечивается высокая химическая стойкость, надежность и прочность конструкции. Футеровка полимером рабочего колеса и деталей проточной части повышается ремонтопригодность насоса, т.е. возможно обеспечить восстановление покрытия деталей проточной части и рабочего колеса. Наличие неметаллического герметичного стакана, охватывающего ведомую полумуфту, позволяет полностью исключить «электромагнитные» потери в муфте. Расположение подшипников скольжения под постоянными магнитами коаксиально распложенных полумуфт снижает нагрузку на неподвижную ось, не имеющую ослабляющих отверстий. Неметаллический тонкостенный герметичный стакан в такой конструкции насоса нагружается только внутренним давлением, причем эта нагрузка воспринимается силовым композиционным каркасом, расположенном поверх полимерной оболочки стакана.
На фиг.1 изображен герметичный насос вид спереди; на фиг.2 -продольный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема циркуляции потоков перекачиваемой среды в полостях насоса.
Герметичный насос состоит из корпуса 1, состоящего из передней 1а и задней 16 частей, соединенных с помощью болтов. Внутри корпуса расположены рабочее колесо 2 и, изготовленная заодно целое с ней, ведомая полумуфта 3, установленные на подшипниках скольжения 4 на неподвижную ось 9. Подшипники скольжения расположены под постоянными магнитами 5 ведомой полумуфты 3, расположенной коаксиально с ведущей полумуфтой 7
с магнитами 6, причем ведомая полумуфта расположена внутри ведущей. Вал 8 ведущей полумуфты 7 соединен с приводным валом электродвигателя (не показано). Неподвижная ось 9 закреплена во всасываемом патрубке 10 корпуса 1а. Корпус 1 а имеет футеровку 11 на внутренней поверхности. Рабочее колесо 2 выполнено из полимера. Между ведущей 7 и ведомой 3 полумуфтами расположен тонкостенный неметаллический герметичный стакан 12, закрепленный на корпусе 1, создающий герметичную полость 13 вокруг ведомой полумуфты 3. В теле рабочего колеса 2 расположены радиальные подводящие каналы 14, через которые осуществляется подачи жидкости к полости 15 и далее к подшипникам скольжения 4. Проходя в зазоры подшипников жидкость попадает в полость 13 и через отводящие каналы 16 - на. вход рабочего колеса 2 (через передний подшипник скольжения жидкость сразу попадает на вход колеса). Длина и диаметр подводящих каналов 14 рассчитываются таким образом, чтобы твердые частицы, имеющиеся в перекачиваемой среде, попадающей в эти каналы, отбрасывались наружу центробежной силой, действующей при вращении ротора с рабочей частотой, а очищенная среда (чистая жидкость) попадала к подшипникам скольжения 15. Щелевое лабиринтное уплотнение 20 обеспечивает необходимое давление во внутренней полости 13 и снижает паразитные утечки из области высокого в область более низкого давления.
Герметичный насос работает следующим образом.
При пуске двигателя (не показан) вал 8 ведущей полумуфты 7 приводится во вращение. Закрепленные на валу 8 в корпусе ведущей полумуфты 7 магниты 6, вращаясь приводят во вращение постоянные магниты 5, закрепленные в ведомой полумуфте 3. Передача крутящего момента с приводного вала на ведомую полумуфту осуществляется за счет постоянного магнитного поля, силовые линии которого проходят через тонкостенный герметичный неметаллический стакан 12, охватывающий ведомую полумуфту 3. Потери мощности в стенке герметичного неметаллического стакана отсутствуют, т.к. он выполнен из
токонепроводящего материала. Магниты 5 ведомой полумуфты приводят во вращение рабочее колесо 2, которое осуществляет перекачивание среды. Перекачиваемая среда, содержащая твердые частицы, попадает в подводящие радиальные каналы 14, в которых твердые частицы под действием центробежных сил отбрасываются на периферию, а очищенная таким образом среда попадает к подшипникам скольжения 4, в полость 13, ограниченную герметичным неметаллическим тонкостенным стаканом, и, далее через отводящие каналы 16, - на вход рабочего колеса 2. Все нагруженные детали и узлы, находящиеся в проточной части герметичного насоса защищены от химического воздействия среды за счет футеровки. Покрытые химически стойким полимером толщиной 3-5 мм, неподвижные соединения герметизированы резиновыми кольцами в оболочке из фторопласта.
Герметичные насосы такой конструкции обеспечивают расход до 500 м 3/час; напор - до 80 м, давление на входе в насос до 25 атм. Температура перекачиваемой среды может меняться от минус 20 до +120°С.
Таким образом, герметичный насос данной конструкции может перекачивать как чистые среды, так и среды, содержащие до 0,5% твердые включения размером до 0,2 мм. Насос компактен, надежен в работе, имеет высокую ремонтопригодность и может использоваться для широкого диапазона рабочих сред.
1. Герметичный центробежный насос, содержащий корпус с размещенным в нем рабочим колесом, приводимым во вращение цилиндрической магнитной муфтой, ведущая полумуфта которой соединена с приводным валом электродвигателя, а ведомая, выполненная за одно целое с рабочим колесом, установлена на подшипниках скольжения, смазываемых перекачиваемой средой, на неподвижной оси, соединенной с всасывающим патрубком корпуса насоса, полумуфты разделены герметичным стаканом, отличающийся тем, что внутри ведущей полумуфты коаксиально расположена ведомая полумуфта, расположенная внутри герметичного тонкостенного неметаллического стакана, а в теле рабочего колеса расположены радиальные подводящие каналы, соединенные с полостью подшипников скольжения, затем с полостью, ограниченной герметичным тонкостенным неметаллическим стаканом, и далее с отводящими каналами, выходящими на вход рабочего колеса, при этом длина и диаметр радиальных подводящих каналов являются расчетными величинами.
2. Герметичный насос по п.1, отличающийся тем, что количество радиальных подводящих каналов не меньше трех.
3. Герметичный насос по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо и детали проточной части выполнены из полимера.
4. Герметичный насос по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо и детали проточной части футерованы полимером.
