ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ МОНОБЛОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ АГРЕССИВНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
CENTRIFUGAL ONE-PIECE ELECTRICALLY-DRIVEN PUMP FOR AGGRESSIVE FLUIDS

Изобретение относится к отраслям насосостроения, в которых производятся насосные агрегаты, оснащенные электроприводом, в частности центробежные электронасосы, образующие единый блок из электродвигателя и центробежного насоса.
Оно может найти применение при перекачивании химически агрессивных жидкостей, например кислот или щелочей.
Известны центробежные насосы типа KRSH-GSX для перекачивания кислот, изготавливаемые из хромоникелевой литой стали (К.Бадеке, А.Градевальд и др. Насосы. Справочное пособие. Перевод с немецкого В.В.Малюшенко, М.К.Бобка. Москва, Машиностроение, 1979, с.216, рис.138).
Эти насосы имеют большие осевые габариты и металлоемкость.
Меньшей массой отличаются центробежные насосы типа KRSH-EP, изготавливаемые из эпоксидной смолы и предназначенные для перекачивания кислот (там же, с.218, рис.139). Причем в зависимости от температуры и особенностей перекачиваемой среды все детали этих насосов, соприкасающиеся с агрессивной средой, изготавливают из эпоксидной смолы определенного вида, что расширяет область их применения.
Известны также центробежные насосы для перекачивания агрессивных сред, изготавливаемые из фарфора (тип KRSH-KER110) и керамики (тип KRSH-KER510) (там же, с.220, рис.141).
Все перечисленные насосы имеют приводной вал, на котором закреплено рабочее колесо, получающее вращение от электродвигателя цилиндрической формы исполнения, вследствие чего агрегат, образованный конструктивно независимыми центробежным насосом и приводным электродвигателем, отличается большими осевыми габаритами и материалоемкостью, что приводит к удорожанию агрегата в целом.
Меньшие осевые размеры имеют моноблочные консольные насосы типа КМ для химической промышленности (Черкасский В.М., Романова Т.М., Кауль Р.А. Насосы, компрессоры, вентиляторы. Москва, Энергия, 1968, с.19-131).
Однако и в этих насосах использование электродвигателя традиционной цилиндрической формы не позволяет существенно сократить осевые габариты агрегата. Большими возможностями для снижения габаритов и материалоемкости обладают моноблочные насосные агрегаты с приводом от электродвигателей торцового типа.
В аксиальном центробежном двигателе-насосе (RU 2284426 С1, 27.09.2005) ротор электродвигателя торцового типа конструктивно объединен с рабочим колесом насоса. Конструкция отличается малыми габаритами и материалоемкостью.
К ее недостаткам следует отнести расположение подшипников вала во внутренней полости части корпуса насоса, омываемой перекачиваемой жидкостью, что затрудняет доступ к подшипникам и их смазку. Этот двигатель-насос не предназначен для перекачивания агрессивных сред. В нем отсутствуют уплотняющие устройства, что вызывает попадание агрессивной жидкости на шарикоподшипники с последующим нарушением их смазки и появлением коррозии. В двигателе-насосе не предусмотрены защитные средства от агрессивного воздействия химически активных сред. В случае перекачки агрессивных жидкостей с повышенной температурой ухудшаются условия охлаждения подшипников.
По технической сущности наиболее близким к изобретению является моноблочный центробежный электронасос, объединяющий в едином корпусе электронасоса торцовый асинхронный электродвигатель, содержащий корпус двигателя, ротор, опорные подшипники, магнитопроводы статора и ротора, и узел насоса, включающий корпус насоса со спиральной камерой, уплотнительные устройства гидравлических полостей и рабочее колесо электронасоса (RU 2175408 С1, 27.10.2001).
Его недостатком является отсутствие защитных элементов конструкции от воздействия химически агрессивных перекачиваемых сред, вследствие чего этот электронасос имеет ограниченное применение и предназначен для перекачивания, главным образом, чистых или неагрессивных слегка загрязненных сред. Некоторые элементы конструкции, в частности рабочее колесо, имеют сложную форму.
Изобретение решает задачу создания компактной конструкции центробежного моноблочного электронасоса для перекачки агрессивных жидкостей при одновременном расширении его технологических возможностей, повышении эксплуатационной надежности и снижении себестоимости.
Это достигается тем, что в центробежном моноблочном электронасосе, объединяющем в едином корпусе электронасоса торцовый асинхронный электродвигатель, содержащий корпус двигателя, ротор, опорные подшипники, магнитопроводы статора и ротора, и узел насоса, включающий корпус насоса со спиральной камерой, уплотнительные устройства гидравлических полостей и рабочее колесо электронасоса, согласно изобретению корпус двигателя образован плитой статора, на которой посредством опорного диска закреплен магнитопровод статора, и стенкой корпуса насоса с наружным кольцевым выступом, к которому жестко присоединена плита статора, причем стенка корпуса насоса имеет внутренний кольцевой выступ, обращенный в сторону плиты статора, который охватывает ступица ротора, на диске которого закреплен магнитопровод ротора, отделенный малым зазором от магнитопровода статора. При этом спиральная камера насоса, химически устойчивая к перекачиваемой агрессивной среде, неразрывно связана с корпусом насоса и отделена его стенкой от полости корпуса электродвигателя, образованной между стенкой корпуса насоса и плитой статора.
Рабочее колесо электронасоса, размещенное в полости спиральной камеры, может быть изготовлено из материала, химически устойчивого к перекачиваемой агрессивной среде, выполнено в форме центрального диска, снабженного двумя консольными участками, на одном из которых посредством металлической гильзы, охватывающей его поверхность и жестко с ним связанной, размещены опорные подшипники, а к другому жестко присоединен ротор электродвигателя, образуя тем самым единый блок ротор-рабочее колесо, причем лопатки рабочего колеса выполнены открытыми со стороны стенки корпуса насоса.
Корпус насоса может быть выполнен разъемным и иметь центральную часть, внутри которой размещена спиральная камера, и съемную часть, снабженную изнутри неразрывно с ней связанной накладкой из химически устойчивого к перекачиваемой среде материала, жестко присоединенную к наружному кольцевому выступу корпуса насоса, причем рабочее колесо с опорными подшипниками установлено в съемной части корпуса насоса посредством жестко присоединенного к ней стакана, снабженного кольцевым выступом для упора наружного кольца внутреннего подшипника.
Уплотнительные устройства гидравлических полостей в съемной части корпуса насоса могут быть представлены лабиринтно-канавочным уплотнением, выполненным в центральном диске рабочего колеса и накладке съемной части корпуса насоса, торцовым уплотнением, состоящим из кольцевого подпятника, запрессованного в диск рабочего колеса, кольцевой пяты, охватывающей наружную поверхность стакана съемной части корпуса насоса и ограниченной от поворота с помощью штифта, пружины, обеспечивающей контакт пяты и подпятника, и уплотнительного кольца, прижатого к пяте пружиной посредством кольца, входящего в расточку накладки, а также радиальным уплотнением из упругих разрезных колец, уложенных в канавки, выполненные на выступе диска рабочего колеса, и находящихся в контакте с внутренней поверхностью стакана съемной части корпуса насоса, а со стороны электродвигателя уплотнительные устройства могут быть представлены сальниковым уплотнением, размещенным в кольцевой полости, образованной между поверхностями внутреннего кольцевого выступа стенки корпуса насоса и консольного участка рабочего колеса, и радиальным уплотнением из упругих разрезных колец, размещенных в канавках наружной поверхности внутреннего кольцевого выступа стенки корпуса насоса и контактирующих с внутренней поверхностью ступицы ротора, охватывающей этот выступ.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан вид на электронасос со стороны электродвигателя.
На фиг.2 - продольный разрез электронасоса.
Центробежный моноблочный электронасос для перекачки агрессивных жидкостей объединяет в едином корпусе электронасоса торцовый асинхронный электродвигатель и узел насоса. Корпус электронасоса состоит из центральной части 1 корпуса насоса, его съемной части 2 и плиты 3 статора электродвигателя, образующих единый блок. Двигатель содержит корпус, ротор 9, опорные подшипники 16, 17, магнитопроводы 7, 10 статора и ротора. Узел насоса включает корпус насоса, состоящий из центральной части 1, съемной части 2 и спиральной камеры 4, уплотнительные устройства гидравлических полостей и рабочее колесо 5. Корпус двигателя образован плитой 3 статора, на которой посредством опорного диска 6 закреплен магнитопровод 7 статора, и стенкой корпуса насоса (его центральной части 1) с наружным кольцевым выступом, к которому жестко присоединена плита 3 статора. Стенка корпуса насоса имеет внутренний кольцевой выступ, обращенный в сторону плиты 3 статора, который охватывает ступица ротора 9 двигателя. На диске ротора 9 закреплен магнитопровод 7 ротора 9, отделенный малым зазором от магнитопровода 10 статора. Спиральная камера 4 насоса выполнена химически устойчивой к перекачиваемой агрессивной среде, неразрывно связана с корпусом насоса (с его центральной частью 1) и отделена его стенкой от полости корпуса электродвигателя, образованной между стенкой корпуса насоса и плитой 3 статора. Внутри камеры 4 размещено рабочее колесо 5. На плите 3 статора посредством опорного диска 6 с помощью болтовых соединений установлен кольцевой магнитопровод 7 статора с m-фазной обмоткой возбуждения, которая защищена от возможного попадания агрессивной жидкости кожухом 8 из тонколистового химически устойчивого материала.
Со стороны электродвигателя рабочее колесо 5 имеет консольный участок, к которому жестко присоединен ротор 9, на диске которого установлен кольцевой магнитопровод 10 с короткозамкнутой обмоткой. Между торцевыми плоскостями магнитопроводов 7 и 10 образован малый зазор. Для установления требуемой величины зазора при сборке предусмотрены кольцевые прокладки 11, а для его контроля в центральной части 1 корпуса насоса предусмотрено отверстие, закрываемое пробкой 12. Для обеспечения возможности поворота ротора 9 от руки на его ступице предусмотрены зубцы 13. При наладке крышка 14 снимается.
Рабочее колесо 5 изготовлено из материала, химически устойчивого к агрессивной перекачиваемой среде и выполнено в форме центрального диска, снабженного двумя консольными участками. На одном консольном участке посредством металлической гильзы 15, охватывающей его поверхность и жестко с ним связанной, размещены опорные подшипники 16, 17, а к другому жестко присоединен ротор 9 электродвигателя, образуя тем самым единый блок: ротор 9 - рабочее колесо 5. Лопатки рабочего колеса 5 выполнены открытыми со стороны стенки корпуса насоса.
Корпус насоса выполнен разъемным и имеет центральную часть 1, внутри которой размещена спиральная камера 4, и съемную часть 2, снабженную изнутри неразрывно с ней связанной накладкой 24 из химически устойчивого к перекачиваемой среде материала. Накладка 24 жестко присоединена к наружному кольцевому выступу центральной части корпуса насоса. Рабочее колесо 5 с опорными подшипниками 16, 17 установлено в съемной части 2 корпуса насоса посредством жестко присоединенного к ней стакана 18, снабженного кольцевым выступом для упора наружного кольца внутреннего подшипника 17. Установка колеса 5 с подшипниками 16, 17 в съемной части 2 корпуса электронасоса обеспечена с помощью стакана 18, распорных втулок, крышки 19 и крепежных элементов. Для удержания смазки подшипников 16, 17 предусмотрены лабиринтные уплотнения, образованные кольцами 20, 21 в сочетании с выступающими элементами буртиков стакана 18 и крышки 19. Для подачи смазки к подшипникам служит канал, закрываемый пробкой 22.
Лабиринтно-канавочные уплотнения со стороны съемной части 2 корпуса насоса представлены кольцевыми выступами 23 в центральном диске рабочего колеса 5 и соответствующими канавками в накладке 24 из химически устойчивого к перекачиваемой среде материала.
Уплотнительные устройства гидравлических полостей в съемной части корпуса насоса представлены лабиринтно-канавочным уплотнением, выполненным в центральном диске рабочего колеса 5 и накладке 24 съемной части 2 корпуса насоса, торцовым уплотнением, состоящим из кольцевого подпятника 25, запрессованного в диск рабочего колеса 5, кольцевой пяты 26, охватывающей наружную поверхность стакана 18 съемной части 2 корпуса насоса и ограниченной от поворота с помощью штифта 27, пружины 28, обеспечивающей контакт пяты 26 и подпятника 25, и уплотнительного кольца 29, прижатого к пяте 26 пружиной 31 посредством кольца 30, входящего в расточку накладки 24, а также радиальным уплотнением из упругих разрезных колец 32, уложенных в канавки, выполненные на выступе диска рабочего колеса 5, и находящихся в контакте с внутренней поверхностью стакана 18 съемной части 2 корпуса насоса. Со стороны электродвигателя уплотнительные устройства представлены сальниковым уплотнением 33, размещенным в кольцевой полости, образованной между поверхностями внутреннего кольцевого выступа стенки центральной части 1 корпуса насоса и консольного участка рабочего колеса 5, и радиальным уплотнением из упругих разрезных колец 34, размещенных в канавках наружной поверхности внутреннего кольцевого выступа стенки центральной части 1 корпуса насоса и контактирующих с внутренней поверхностью ступицы ротора 9, охватывающей этот выступ.
Разрезные упругие кольца 32 имеют известную конструкцию (Л.Я.Перель, А.А.Филатов. Подшипники качения. Справочник. Москва, Машиностроение, 1992, с.327-332). Сальник 33 состоит из шайб и мягких набивок из химически устойчивых к агрессивным средам материалов (К.Бадеке, А.Градевальд и др. Насосы. Справочное пособие. Перевод с немецкого В.В.Малюшенко, М.К.Бобка. Москва, Машиностроение, 1979, с.285-287).
Для подсоединения к электронасосу входного патрубка служит фланец 35.
Центробежный моноблочный электронасос для перекачки агрессивных жидкостей работает следующим образом. Перед пуском электронасоса производится заполнение насоса перекачиваемой жидкостью в соответствии с установленными правилами.
После выполнения действий, связанных с заливкой насоса, включают в работу его электродвигатель, подключая обмотку магнитопровода 7 статора к сети. В результате воздействия вращающегося магнитного поля на проводники короткозамкнутой обмотки магнитопровода 10 ротор 9 и рабочее колесо 5 приводятся во вращение.
Перекачиваемая жидкость, поступающая по осевому каналу рабочего колеса 5 к его лопастям, под действием центробежных сил выбрасывается в спиральную камеру 4 насоса, откуда через напорный патрубок поступает в напорную линию насосной установки.
В процессе работы электронасоса возникают осевые силы двух видов: сила гидростатического давления, направленная в сторону всасывания, и сила электромагнитного притяжения магнитопровода 10 ротора к магнитопроводу 7 статора. Поскольку эти две силы, приложенные к рабочему колесу 5, направлены в противоположные стороны, на опорные подшипники 16, 17 передается лишь их разность, что способствует повышению надежности и долговечности электронасоса.
Смазка подшипников 16, 17 осуществляется периодически смазочными маслами, подаваемыми в пространство между подшипниками 16, 17 по каналу, выполненному в съемной части 2 корпуса электронасоса, с помощью пресс-масленки, ввертываемой в резьбовое отверстие, закрываемое пробкой 22.
Охлаждению нагревающихся элементов статора способствуют ребра жесткости плиты 3 статора, выполненные с наружной ее стороны.
Предлагаемая конструкция центробежного моноблочного электронасоса для перекачки агрессивных жидкостей компактна, достаточно универсальна, так как может использоваться для перекачивания жидкостей с различными свойствами, удобна в наладке и обслуживании.