Разделительный стакан магнитной муфты
MAGNETIC COUPLING SEPARATION CUP

Изобретение относится к машиностроению и касается разделительного стакана для расположения в зазоре между ведущей и ведомой частью насоса с магнитной муфтой.
Насосы с магнитной муфтой представляют собой центробежный насос с передачей крутящего момента от электродвигателя к насосному узлу посредством магнитной муфты, имеющей разделительный экран (оболочку) называемую разделительным стаканом. Разделительный стакан служит для герметичного разделения перекачиваемой рабочей среды (жидкости) от внешней атмосферы. Насосы данного типа характеризуются нулевыми утечками. Вследствие довольно больших механических нагрузок и давления перекачивающей среды, а также температур перекачиваемых жидкостей (до +250 С) разделительные стаканы в основном изготавливают металлическими. Вследствие работы металлической стенки стакана в переменном магнитном поле, в данное стенке возникают паразитные вихревые токи, которые снижают КПД насоса в целом. При наличии в межмагнитном (между движущимися синхронно частоте вращения приводного двигателя магнитами внутренней и наружной полумуфтами) пространстве герметичной оболочки (стенки разделительного стакана) в ней наводятся токи, вызывающие потери и зависящие от электрического сопротивления материала стенки стакана и частоты наведенных токов (зависящих от частоты вращения). Таким образом, материал стакана должен иметь максимально большее электрическое сопротивление и минимальную магнитную проницаемость. В то же время материал стакана должен быть максимально прочным и герметичным, чтобы выдерживать рабочее давление в камере насоса и стойким к агрессивным перекачиваемым средам. Значительно уменьшить потери на магнитной муфте (до 8-12%) можно, применив для изготовления разделительного стакана - неметаллические материалы, имеющие максимально наибольшее электрическое сопротивление и минимальную магнитную проницаемость.
Поэтому появилась необходимость замены металлических стаканов на неметаллические.
Известно насосное устройство, в котором магнитная муфта снабжена разделительным стаканом, полученным методом вытяжки или литья. На стакане отштампованы выпуклости особой формы с целью усилить отвод тепла от стакана. Конструкция разделительного стакана сложна в изготовлении, требует специальных штампов, увеличивает гидравлические потери, а значит и нагрев в насосе в целом. (RU 2654278 С2, публ. 17.05.2018).
Известен экран магнитной муфты герметичного центробежного насоса, который представляет собой двухслойный разделительный стакан, внутренняя часть которого выполнена из фторопласта, а наружная (усиливающая) оболочка металлическая. Известное решение не решает проблемы заметного уменьшения вихревых токов. С точки зрения прочности фторопласт почти не несет нагрузки, а основная нагрузка воспринимается металлическим стаканом, вследствие чего необходимая, с точки зрения прочности, толщина стенок, опять же значительно влияет на создание вихревых токов. При этом увеличивается трудоемкость изготовления. Данное решение не позволяет создать малый межмагнитный зазор между ротором и наружной полумуфтой, что приводит к снижению КПД (RU 2269033 С1, публ. 27.01.2006).
Известен разделительный стакан магнитной муфты, принятый за прототип, состоящий из фланца, обечайки и дна, при этом, разделительный стакан представляет собой единую цельную деталь с однослойной обечайкой из тканевых заготовок из композитных материалов с предварительной пропиткой термореактивными смолами (см. US 6039827 A1, 21.03.2000, кол. 5, строки 59-63, кол. 6, строки 24-27, 58-64, формула изобретения, фиг. 4Б всего 14 с.).
Известная конструкция разделительного стакана, принятого за прототип, довольно сложная. Дно стакана составное, как и фланец. Известный стакан является не простой единой деталью, а составной как минимум из трех деталей. Технология изготовления предполагает использование дорогостоящего оборудования.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании надежной и простой в изготовлении конструкции разделительного стакана, обеспечивающей отсутствие вихревых токов и повышении КПД насоса.
Поставленная задача достигается тем, что разделительный стакан магнитной муфты содержит фланец, обечайку и дно. Отличительная особенность конструкции состоит в том, что разделительный стакан представляет собой единую цельную, монолитную деталь с максимально плотной и тонкой (не более 1.5 мм) обечайкой, запекаемую из тканевых заготовок из композитных материалов с предварительной пропиткой под давлением или вакуумом термореактивными смолами. Композитный материал представляет собой сплав углеткани, базальтоткани, арамидной ткани, стеклоткани, кремнеземной ткани. Запекаемую например, углеткани базальтоткани, арамидной ткани, стеклоткани кремнеземной ткани. Кроме того, предложенная конструкция разделительного стакана, позволяет, при необходимости в дне или во фланце установку закладных элементов из материалов с максимально близкими коэффициентами линейного расширения к полученному композиту. Полученный таким образом стакан обладает максимальной прочностью стенок (до 1000 МПа), максимальной жесткостью и устойчивостью к длительным нагрузкам и с довольно значительным сроком службы (24-30 лет сохранение стабильности формы и размеров - здесь заявители ссылаются на внутренние проведенные испытания).
На фигуре 1 изображен разделительный стакан в разрезе.
Разделительный стакан представляет собой единую деталь, состоящую из фланца 1, обечайки 2, дна 3. Указанные детали запекаются в специальной пресс-форме (не показана) из тканевых заготовок: углеткани, базальтоткани, арамидной, стеклоткани, кремнеземной ткани при их предварительной пропитке термореактивными смолами, например, эпоксидной, кремнеорганической и т.п.
Опытные работы с предлагаемым разделительным стаканом подтвердили существенное повышение КПД насосов с магнитной муфтой на 10-15%, подтвердилось полное отсутствие разогрева стакана, то есть отсутствие вихревых токов, и высокие прочностные характеристики при минимальной толщине стенки стакана.