ГЕРМЕТИЧНЫЙ НАСОС

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.
3
Герметичные насосы такой конструкции обеспечивают расход до 500 м/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.