Насосная установка высокого давления
HIGH-PRESSURE PUMP UNIT

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при конструировании и эксплуатации насосных установок для систем высокого давления с циркулирующей жидкостью.
Известна насосная установка высокого давления, содержащая насосный агрегат, включающий всасывающую камеру и насос с приводом, заключенные в герметичный кожух, изолированный от привода установленным уплотнением и герметичный питательный резервуар, последовательно включаемые в циркуляционный контур подачи перекачиваемой жидкости потребителю (Полезная модель к патенту RU 27415 U1 опубликованный 27.01.2003).
Недостатком данной насосной установки является наличие в конструкции торцового механического уплотнения, которое, в свою очередь, при высоких давлениях (порядка 100 атм.) имеет сложную конструкцию, что приводит к проблеме снижения герметичности при износе пар трения. При обслуживании насосной установки с торцовыми уплотнениями для обеспечения надежности ее работы требуется центровка валов насоса и привода. Кроме того, установка торцового уплотнения предусматривает наличие промежуточного вала, установленного на подшипниках качения, что является еще одним существенным недостатком данной насосной установки. Подшипники качения и торцовое уплотнение находятся в зоне высокого давления, где исключена циркуляция масла, что приводит к локальному перегреву и загрязнению продуктами износа масла. Вместе с тем, полное погружение подшипников качения в масло приводит к нерасчетному режиму работы подшипникового узла, что сопровождается повышенным гидравлическим сопротивлением на тела качения, сепараторы, что в свою очередь снижает надежность узла.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы насосной установки, путем исключения из ее конструкции торцевого уплотнения с промежуточным валом и одновременным обеспечением гарантированной герметичности насосной установки.
Технический результат достигается тем, что в насосной установке высокого давления, содержащей насосный агрегат, состоящий из электродвигателя и насоса, установленного во внутренней полости герметичного корпуса, и герметичный бак смазки, последовательно включенные в контур подачи смазки потребителю, насос соединен с электродвигателем через магнитную муфту, включающую размещенные в кожухе внутреннюю и наружную полумуфты с постоянными магнитами из редкоземельных металлов, установленные, соответственно, на приводной вал насоса и приводной вал электродвигателя, и защитный экран, изолирующий внутреннюю полость герметичного корпуса насоса от электродвигателя, причем герметичный корпус насоса выполнен с подводом охлаждающего газа к магнитной муфте, связанным через лабиринтное уплотнение и отверстия в корпусе и внутренней полумуфте с внутренней полостью герметичного корпуса, сообщенной с газовой полостью бака смазки через линию отвода охлаждающего газа, а постоянное давление в баке смазки поддерживается по линии суфлирования, сообщенной с выходным давлением газа потребителя.
Применение магнитной муфты с постоянными магнитами из редкоземельных металлов и с защитным экраном вместо торцевого уплотнения с промежуточным валом, и размещение насоса в герметичном корпусе, находящимся под давлением газа, где реализовано охлаждение муфты, обеспечивает гарантированную герметичность насосной установки, что повышает надежность ее работы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема насосной установки высокого давления с контуром смазки,; на фиг. 2 - продольный разрез насосного агрегата; на фиг. 3 укрупненно представлен узел охлаждения магнитной муфты.
Насосная установка высокого давления с контуром смазки содержит насосный агрегат 1, герметичный бак 2 смазки с рабочей жидкостью - маслом, приемный фильтр 3, линию 4 всасывания и линию 5 нагнетания масла, потребитель масла, например, детандер 6, линию 7 подвода охлаждающего газа с регулирующим вентилем 8, линию 9 отвода охлаждающего газа, линию 10 слива масла от потребителя и линию 11 суфлирования.
Насосный агрегат (фиг. 2) выполнен в вертикальном исполнении и включает в себя стандартный масляный насос 12 (например, шестеренный насос гидравлической системы грузового автомобиля) заключенный в герметичный корпус 13 и электродвигатель 14, соединенный с насосом 12 через магнитную муфту, включающую внутреннюю полумуфту 15 с постоянными магнитами из редкоземельных металлов, установленную на приводной вал насоса 12, наружную полумуфту 16 с постоянными магнитами из редкоземельных металлов, установленную на приводной вал электродвигателя 14, и защитный экран 17. Патрубки всасывания и нагнетания насоса 12 изолированы от герметичного корпуса 13 трубками 18, что позволяет создать подпор наружных стенок насоса газом под давлением герметичного бака смазки 2 и организовать принудительное охлаждение магнитной муфты газом под давлением, превышающем давление системы смазки.
Насосная установка работает следующим образом.
Бак смазки 2, линии 4, 5 всасывания и нагнетания масла заполняются рабочим маслом. Далее в баке смазки 2 и корпусе 13 насоса создается избыточное давление газом низкого давления (давление выхода газа с детандера 6) через линии суфлирования 11 и отвода охлаждающего газа 9.
После выравнивания давления в баке смазки 2 и корпуса 13 насоса подается питание на электродвигатель 14, который в свою очередь через магнитную муфту приводит в движение насос 12. Передача крутящего момента между полумуфтами 15 и 16 производится за счет магнитного поля, создаваемого установленными на них редкоземельными магнитами, через диэлектрический защитный экран 17. Через приемный фильтр 3 рабочее масло поступает по линии 4 всасывания в насос 12, далее по линии 5 нагнетания в детандер 6. С помощью регулирующего вентиля 19 создается необходимый перепад для прокачки рабочего масла в детандер 6. Газ высокого давления (давление входа газа в детандер 6) через регулирующий вентиль 8 по линии подвода охлаждающего газа 7 поступает на охлаждение магнитной муфты насосной установки 1, далее по линии отвода охлаждающего газа 9 сбрасывается в бак смазки 2. По линии суфлирования 11 осуществляется поддержание постоянного давления в баке 2.
Охлаждение магнитной муфты (см. фиг. 3) осуществляется следующим образом.
Газ поступает через отверстие 20 в корпусе 13 насоса в кольцевую щель 21 образованную поверхностями внутренней полумуфты 15 и защитного экрана 17, где происходит снятие тепла с рабочих поверхностей. Далее нагретый газ по отверстиям 22, выполненным во внутренней полумуфте поступает во внутреннюю полость герметичного корпуса 13 насоса, находящегося под давлением бака смазки 2. С целью организации протока охлаждающего газа через кольцевую щель 21 и отверстия 22 во внутренней полумуфте 15 во внутреннюю полость герметичного корпуса 13 насоса устанавливается лабиринтное уплотнение 23. Дополнительно наружная полумуфта 16 охлаждается за счет вихреобразования в щели 24 и воздухообмена внутренней поверхности кожуха 26 магнитной муфты с атмосферой через отверстия 25. Контроль температуры магнитной муфты осуществляется за счет установленных в корпус датчиков 27 температуры.
Преимущества предлагаемой конструкции заключаются в увеличении надежности работы установки, за счет исключения разрушения валов торцевого уплотнения при ударных торможениях, а также в обеспечении гарантированной герметичности насоса от окружающей среды при работе и стояночном положении, уменьшении эксплуатационных затрат на обслуживание, ввиду отсутствия механически трущихся элементов в магнитной муфте. Охлаждение муфты газом и контроль температуры обеспечивает надежность и безопасность работы насосной установки.