УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЭКРАНИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА (ВАРИАНТЫ)
IMPROVED DESIGN OF SCREENED ELECTRIC PUMP (VERSIONS)

Область техники
Настоящее изобретение относится к бесшовному экранированному электронасосу и более конкретно к усовершенствованию экранированного электронасоса, который используется особенно в пластиковом насосе или насосе с пластиковой оболочкой для перекачки, нагнетания и циркуляции высокоагрессивных химических жидкостей. Технологические химические жидкости - очень агрессивные, помимо того, что температура некоторых жидкостей может достигать 85°С в производственных процессах при атмосферном давлении, жесткость пластиковых деталей будет значительно снижаться и будет образовываться деформация. В традиционном пластиковом бесшовном экранированном электронасосе или бесшовном экранированном электронасосе с пластиковой оболочкой и с неподвижным валом, который может иметь опоры на обоих концах или быть консольным, вал с опорами на обоих концах имеет передний держатель вала и держатель - защитная оболочка, и консольный вал имеет только упрочненный держатель защитной оболочки. Из-за всего вышеупомянутого конструкции имеют пониженную жесткость, а следовательно, их надежность и эксплуатационные характеристики значительно снижаются. Усовершенствование конструкции, раскрытое в настоящем изобретении, способно улучшить надежность и срок службы.
Описание уровня техники
Сегодня металлический бесшовный экранированный электронасос с асинхронным двигателем или двигателем на постоянных магнитах применяется во многих отраслях промышленности. Насос этого типа особенно подходит для применения там, где необходимы стойкость к коррозии и герметичность, причем в большинстве конструкций используется вращающийся вал, опирающийся на подшипники в фланцах на обоих концах двигателя. Но некоторые из бесшовных экранированных электронасосов изготовлены из пластика или имеют пластиковую оболочку (далее они будут называться "пластиковый бесшовный экранированный электронасос" для применения там, где необходимы высокая стойкость к коррозии и герметичность, например, в высокоточном процессе травления при изготовлении печатных плат металлический бесшовный экранированный электронасос использовать нельзя, и некоторые особенности пластикового бесшовного экранированного электронасоса взяты у пластикового бесшовного с магнитной муфтой. Некоторые из таких насосов имеют неподвижный вал и защитную оболочку, и пластиковый бесшовный экранированный электронасос объединен с двигателем на постоянных магнитах для замены традиционного асинхронного двигателя и магнитной муфты. Задачи бесшовного экранированного электронасоса заключаются в том, чтобы получить насос меньшего размера для экономии места под его установку, двигатель более высокой производительности, чтобы увеличить диапазон применения насоса, и меньшее количество деталей, чтобы повысить надежность; более того, при нем легче регулировать расход и напор путем регулирования частоты вращения, посредством чего его легче приспособить к разным требованиям производственных процессов.
Со ссылкой на фиг.1 традиционный экранированный электронасос на постоянных магнитах включает неподвижный вал с опорами на обоих концах. Насос имеет корпус 4, рабочее колесо 5, защитную оболочку 41, неподвижный вал 3, передний держатель 31 вала и экранированный двигатель 8; корпус 4 насоса имеет входное отверстие 44, выходное отверстие 45 и проточный канал 47, который используется для установки рабочего колеса 5. Входное упорное кольцо 46 расположено на внутренней стороне корпуса 4 на входном отверстии 44 и соединено с изнашиваемым кольцом 53 рабочего колеса на входной стороне рабочего колеса 5, образуя осевой упорный подшипник.
Передний держатель 31 вала зафиксирован на входе корпуса 4 и проходит по оси через отверстие 54 на ступице 52 рабочего колеса, поддерживая передний конец неподвижного вала 3.
Рабочее колесо 5 установлено в корпусе 4 насоса, ступица 52 рабочего колеса представляет собой раструбную конструкцию, которая вытянута по оси назад и используется для соединения с вытянутой по оси детали 76 ротора 7 двигателя 7, объединяя рабочее колесо 5 и ротор 7 двигателя в единый вращающийся узел; во многих случаях ротор 7 двигателя и ступица 52 рабочего колеса изготовлены как один узел инжекционным формованием пластика.
Защитная оболочка 41 экранированного двигателя 8 имеет чашевидную форму, и передний фланец 411 объединен с корпусом 4 и фланцем 811 двигателя 8, чтобы предотвращать утечки агрессивной жидкости и повышать герметичность. Колонная часть 412 защитной оболочки 41 введена во внутреннюю окружность статора 83 двигателя для изоляции агрессивной жидкости, защищая обмотку 831 двигателя от коррозии. Центральная часть дна защитной оболочки 41 снабжена держателем 413 защитной оболочки, углубленной конструкцией с глухим отверстием, для поддержки другого конца неподвижного вала 3 и фиксации упорного подшипника 414 на защитной оболочке 41. Внутреннее пространство 415 защитной оболочки 41 используется для установки неподвижного вала 3 и ротора 7 двигателя.
Неподвижный вал 3 имеет опоры на обоих концах и изготовлен из керамического материала, стойкого к коррозии и истиранию, оба конца вала поддерживаются и фиксируются соответственно передним держателем 31 вала и держателем 413 защитной оболочки, и центральная часть вала соединена с подшипниками 77, 78 для поддержки вращения ротора 7 двигателя.
Экранированный двигатель 8 имеет статор 83, корпус 81, задний корпус 82, защитную оболочку 41, ротор 7 и неподвижный вал 3, причем статор 83 двигателя установлен в корпусе 81 двигателя, задний корпус 82 двигателя зафиксирован на корпусе 81 двигателя. Центральная часть заднего корпуса 82 двигателя имеет углубленное седло 821 для поддержки вала, чтобы зафиксировать держатель 413 на защитной оболочке 41, чтобы усилить силу опоры неподвижного вала; и фланец 811 на стороне насоса в корпусе 81 двигателя используется для плотной блокировки фланца 411 и корпуса 4 насоса, чтобы предотвратить утечку агрессивной жидкости. Статор 83 двигателя и обмотка 831 статора полностью герметизированы защитной оболочкой 41 для предотвращения утечки и контакта с агрессивной жидкостью. Нижняя сторона заднего корпуса 82 двигателя снабжена выходным каналом 822 для электрического силового кабеля, и такой силовой кабель привода двигателя может быть соединен с обмоткой 831 статора для приведения в действие двигателя 8.
Ротор 7 двигателя выполнен из набора постоянных магнитов 71, и ярмо 72 ротора выполнено из листовой кремнистой стали. После сборки он закрывается пластиковым материалом, стойким к коррозии, чтобы получить бесшовный ротор 74 раструбного типа в оболочке. Пустотелая часть ротора 7 снабжена двумя подшипниками 77 и 78 для соединения с неподвижным валом 3, образуя гидравлическую опорную систему для поддержки вращения и передачи мощности ротора 7, вытянутая по оси деталь 76 является частью ротора 7, имеющей свойства жесткости и силы в цилиндрической конструкции и связана со ступицей 52 рабочего колеса, чтобы эффективно передавать мощность от ротора 7, причем в многих случаях ротор 7 двигателя и ступица 52 рабочего колеса выполнены как один узел путем инжекционного формования из пластика.
Со ссылкой на фиг.2 еще один вариант осуществления традиционного экранированного электронасоса на постоянных магнитах с консольным валом; насос имеет корпус 4, рабочее колесо 5, защитную оболочку 41, неподвижный вал 3 и экранированный двигатель 8, причем корпус 4 насоса имеет входное отверстие 44, выходное отверстие 45 и проходной канал 47, который предназначен для установки рабочего колеса 5. Входное упорное кольцо 46 расположено на внутренней стороне корпуса 4 насоса на входном отверстии 44, соединено с изнашивающимся кольцом 53 рабочего колеса на входной стороне рабочего колеса 5, образуя осевой упорный подшипник.
Рабочее колесо 5 установлено в корпусе 4 насоса, и пластина 55 ступицы рабочего колеса 55 имеет некоторое количество отверстий 54, которые служат в качестве отверстий для циркуляции внутренней смазки и в качестве балансирующих отверстий для снятия осевой упорной силы. Ступица 52 рабочего колеса имеет раструбную конструкцию, которая вытянута по оси назад и соединена с вытянутой по оси частью 76 ротора 7 двигателя, этим объединяя рабочее колесо 5 и ротор 7 двигателя в один узел; во многих случаях ротор 7 двигателя и ступица 52 рабочего колеса выполнены инжекционным формованием как один неразъемный узел.
Защитная оболочка 41 экранированного двигателя 8 имеет чашевидную форму; передний фланец 411 объединен с корпусом 4 насоса и фланцем 811 двигателя 8 для предотвращения утечки агрессивной жидкости и повышения герметичности. Колонная часть 412 защитной оболочки 41 введена во внутреннюю окружность статора 83 двигателя, чтобы изолировать агрессивную жидкость, этим предотвращая коррозию обмотки 831 двигателя; в нижней части защитная оболочка 41 усилена полностью закрытым жестким элементом 416, а центральное отверстие жесткого элемента 416 используется для удержания и поддержки одного конца неподвижного вала 3; внутреннее пространство 415 защитной оболочки 41 используется для установки неподвижного вала 3 и ротора 7 двигателя.
Неподвижный вал 3 является консольным валом, поддерживаемым на одном конце держателем 416 в защитной оболочке 41 и изготовленным из керамического материала, стойкого к коррозии и истиранию, держатель 416 вала является жестким элементом, закрытым в нижней части защитной оболочки 41; и центральная часть неподвижного вала 3 соединена с подшипниками 77, 78 для поддержки вращения ротора 7 двигателя. Экранированный двигатель 8 имеет статор 83, корпус 81, задний корпус 82, защитную оболочку 41, ротор 7 и неподвижный вал 3. Статор 83 двигателя установлен в корпусе 81, задний корпус 82 двигателя зафиксирован на корпусе 81. Фланец 411 защитной оболочки 41 прижат корпусом 4 насоса и фланцем 811 на стороне насоса в корпусе 81 двигателя, чтобы плотно блокировать фланец 411 и корпус 4 насоса и предотвращать утечки агрессивной жидкости. Неподвижный вал 3 является консольным валом, который опирается на одном конце на держатель 416 в защитной оболочке 41, и держатель 416 вала является жестким элементом, который закрыт в нижней части защитной оболочки 41.
Статор 83 двигателя и обмотка 831 статора полностью герметизированы защитной оболочкой 41, чтобы предотвратить утечку и контакт с агрессивной жидкостью. Нижняя сторона заднего корпуса 82 двигателя снабжена выходным каналом 822 для электрического силового кабеля; причем силовой кабель привода двигателя может быть соединен с обмоткой 831 статора для приведения в действие двигателя 8.
Ротор 7 двигателя выполнен из набора постоянных магнитов 71, и ярмо ротора 72 изготовлено из листовой кремнистой стали, после сборки он закрыт пластиковым материалом, стойким к коррозии, для формирования бесшовного ротора 74 раструбной формы в оболочке. Пустотелая часть ротора 7 снабжена двумя подшипниками 77 и 78 для соединения с неподвижным валом 3, образуя гидравлическую опорную систему для поддержки вращения и передачи мощности ротора 7. Вытянутая по оси деталь 76 является частью ротора 7, имеющей свойства жесткости и силы в цилиндрической конструкции и связана со ступицей 52 рабочего колеса, чтобы эффективно передавать мощность от ротора 7, причем во многих случаях ротор 7 двигателя и ступица 52 рабочего колеса выполнены как один узел путем инжекционного формования из пластика.
Со ссылками на фиг.1 и 2, когда экранированный двигатель 8 работает, жидкость протекает в направлении 6 по проточному каналу рабочего колеса 5, давление жидкости повышается, и в направлении 61, затем выходя из выходного отверстия 45. Одновременно часть жидкости протекает в направлении 62, входит во внутреннее пространство 415 защитной оболочки 41 через заднюю сторону рабочего колеса 5 и в направлении торцевой пластины защитной оболочки 41 через зазор между наружной стороной ротора 7 и внутренним диаметром защитной оболочки 41 в направлении 63, затем поворачивает в нижней части защитной оболочки 41. Далее жидкость протекает через зазор между неподвижным валом 3 и подшипниками 77 и 78 в направлении 64 и затем через отверстия 54 на ступице 52 рабочего колеса, чтобы вернуться на вход рабочего колеса в направлении 65. Эта циркуляция жидкости используется для обеспечения смазки керамического подшипника и удаления теплоты, выделяемой ротором 7 и подшипниками 77 и 78.
В экранированном электронасосе на постоянных магнитах используется обмотка 831 статора 83 двигателя для создания вращательного магнитного поля и для взаимодействия с постоянным магнитным полем ротора 7 двигателя, чтобы создать крутящий момент и вращение приводным методом, что отличается от бесшовного насоса с магнитным приводом, непосредственно соединяющим внутренний ротор с наружным ротором постоянного магнита для приведения в движение. Поскольку интенсивность магнитного поля, созданного обмоткой 831, зависит от электрического тока и количества катушек в индукционной обмотке, которая должна иметь размер больше размера постоянного магнита, чтобы обеспечивать достаточный магнитный поток от статора, и требует больших расходов на увеличения размера ротора 7 двигателя на постоянных магнитах из-за конструкции, ротор 7 двигателя должен соответствовать обмотке 831 статора 83 двигателя, чтобы получить улучшенный эффект, размер и масса ротора двигателя становятся больше. Тем не менее, это также означает, что неподвижный вал 3 двигателя 8 должен будет нести повышенную нагрузку из-за центробежной силы, являющейся результатом увеличенной массы ротора 7 двигателя. Эти нагрузки из-за центробежной силы появляются из-за остаточной несбалансированности самого ротора 7 двигателя и эксцентрического отклонения, вызываемого зазором подшипников 77 и 78, когда насос работает.
Известный из уровня техники неподвижный вал 3, поддерживаемый пластиковыми деталями с низкой конструкционной жесткостью, часто вызывает вопрос недостаточной конструкционной жесткости, особенно если температура перекачиваемой жидкости поднимается до 85°С. Кроме того, из-за разницы в тепловой деформации между пластиковым элементом и керамическим элементом снижается опорная сила на неподвижном вале 3 и происходит существенное отклонение неподвижного вала 3 от фиксированного положения. Например, как явный пример можно привести передний держатель 31 вала для обеих концевых опор неподвижного вала 3, конструкционная жесткость переднего держателя 31 вала будет снижаться при высокой температуре, приводя к увеличению эксцентриситета, и то же самое относится к держателю 413 защитной оболочки 41. Независимо от поддержки неподвижного вала 3 на обеих сторонах или использования консоли для поддержки неподвижного вала 3, если защитная оболочка 41 тоньше в колонной части 412, деформация легко появится под действием температуры или давления жидкости. Хотя колонная часть 412 опирается на внутреннюю окружность статора 83 двигателя, на фиксированное положение неподвижного вала 3 в нижней части защитной оболочки 41 будет оказываться воздействие, приводящее к его смещению. При увеличении температуры или давления до такого, когда защитная оболочка 41 может быть деформирована, неподвижный вал 3 не будет плотно соединен с передним держателем 31 вала и держателем 413 защитной оболочки и ослабнет. Другой причиной ослабление вала являются различия в тепловых свойствах пластикового материала и керамического материала, которые приводят к ослаблению неподвижного вала 3.
Экранированный электронасос на постоянных магнитах приводится в действие контроллером, который может поддерживать двигатель в синхронизации. Частота вращения насоса может быть номинальной или меньше номинальной в большинстве случаев, но в условиях пониженной подачи номинальная частота вращения может быть превышена, этими условиями являются выходная мощность или выходной момент постоянного экранированного двигателя 8, находящиеся в приемлемом диапазоне и не превышающие пределы. Когда насос эксплуатируют на низкой частоте вращения, не требуется уделять внимание вопросам деформации и центробежной силы, но они возникают, если частота вращения превысила номинальную. Однако действие центробежной силы на неподвижный вал 3 будет увеличиваться в квадрате частоты вращения, и повышенная центробежная сила приведет к большей деформации.
На основании эксплуатационных требований к вышеописанному насосу главными вопросами, которые необходимо решить для применения в производственном процессе с высокоагрессивной жидкостью, являются следующие:
(1) недостаточная объединенная жесткость из-за различий в тепловых свойствах между пластиковым материалом и керамическим материалом;
(2) пониженная стойкость пластикового материала при высокой температуре;
(3) повышенная центробежная сила при превышении номинальной частоты вращения.
Для решения вышеуказанных вопросов необходимо проанализировать причины каждого из них, чтобы решить их полностью. Анализ этих вопросов приведен ниже.
(1) Вопрос недостаточной объединенной жесткости пластикового материала и керамического материала: многие коррозионностойкие пластиковые материалы не имеют хороших физических свойств, чтобы сопротивляться тепловой деформации и поэтому не могут выдерживать плотного сочетания с керамическим материалом. В таком случае требуется дополнительная усиливающая конструкция.
(2) Вопрос конструкционной жесткости пластикового материала: некоторые пластики все еще будут иметь большую прочность при повышении температуры, но их стойкость к коррозии недостаточная. Прочность многих коррозионностойких материалов нельзя сравнить с прочностью керамического материала, особенно если прочность материала значительно снижается при повышении температуры. Поэтому потребуется совершенно новая концепция структуры вала.
(3) Вопрос центробежной силы ротора двигателя при высокой частоте вращения: когда ротор двигателя имеет большую массу при остаточной несбалансированности или радиуса эксцентриситета, необходимый зазор в радиусе для смазки между гидравлическими опорами и неподвижным валом будет увеличивать центробежную нагрузку неподвижного вала, эту нагрузку центробежной силы на неподвижный вал можно вычислить как массу ротора двигателя, умноженную на центробежное ускорение вращения, и центробежное ускорение вращения можно вычислить как полный радиус эксцентриситета ротора, умноженный на угловую скорость в квадрате, где полный радиус эксцентриситета является радиусом эксцентриситета дисбаланса ротора плюс радиус эксцентриситета гидравлических подшипников. Однако потребуются повышенная жесткость неподвижного вала и снижение массы ротора двигателя. Уже есть некоторые решения, относящиеся к вышеуказанным вопросам.
В патенте Великобритании GB 2417981 раскрыта конструкция неподвижного вала, который является консольным валом, и в нижней части защитной оболочки инжектирован конструкционный элемент высокой жесткости, чтобы плотно объединить пластиковый материал с неподвижным валом и повысить опорную прочность вала. Некоторые из смачивающихся деталей, такие как фланец защитной оболочки, изготовленные из металла, инжектируются с пластиком; пластиковым материалом, используемым в этом патенте, является пластик технического сорта, который устойчив к действию высоких температур и имеет высокую жесткость, но этот материал не может выдерживать высокоагрессивные жидкости, такие как фтористоводородную кислоту. Поскольку этот патент применяется для охлаждающей жидкости двигателя, вопрос о стойкости к коррозии не возникает. Во-вторых, поскольку толщина колонной части защитной оболочки небольшая, жесткость недостаточна, чтобы поддерживать нагрузку неподвижного вала, что может легко привести к смещению неподвижного вала.
Однако эта конструкция дает хорошее решение по объединению материалов в нижней части защитной оболочки и для применения при высоких температурах, но она не может решить проблему конструкционной жесткости в колонной части защитной оболочки и не отвечает требованию применения в высокоагрессивных средах.
В еще одном решении, патенте Японии JP 2005299559, раскрыта конструкция неподвижного вала, который имеет опоры на каждом конце, в качестве которых используется передний держатель на входе в корпус насоса и задний держатель на нижней части защитной оболочки с дополнительным жестким конструкционным элементом для упрочнения. Этот патент направлен на снижение массы ротора, и этот признак может эффективно решать проблему центробежной силы ротора, поскольку пониженная центробежная сила означает снижение требования к жесткости неподвижного вала. Однако эта конструкция также не может решить вопрос объединения жесткости и вопрос конструкционной жесткости для применения в условиях агрессивных сред и высоких температур. Изобретение по этому патенту используется только для циркуляции охлаждающей жидкости в двигателе, но не для агрессивной жидкости.
Поскольку вышеописанные решения не могут дать полного решения для использования в производственном процессе с высокоагрессивной жидкостью, настоящее изобретение предлагает более хорошее решение вышеупомянутых проблем.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому главная цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить экранированный электронасос с усовершенствованным консольным валом, зафиксированным на одном конце, где прочность неподвижного вала позволяет выполнять любые требования, такие как переменная мощность на вале и высокая частота вращения. Кроме того, функция герметизации защитной оболочки улучшена и соответствует требованиям стойкости к коррозии при любых типах химических жидкостей, а также благодаря оригинальной конструкции лучше выполняет требование конструкционной прочности при применении в условиях высоких температур.
Для того чтобы лучше понять указанные цели и технические способы настоящего изобретения, ниже приведено краткое описание чертежей, за которым следует подробное описание предпочтительных вариантов осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
ФИГ.1 - поперечный разрез традиционного экранированного электронасоса с неподвижным валом, имеющим опоры на обоих концах.
ФИГ.2 - поперечный разрез другого традиционного экранированного электронасоса с консольным валом.
ФИГ.3 - поперечный разрез экранированного электронасоса согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
ФИГ.4 - поперечный разрез неподвижного вала настоящего изобретения.
ФИГ.5 - поперечный разрез ротора двигателя и рабочего колеса настоящего изобретения.
ФИГ.6 - поперечный разрез защитной оболочки настоящего изобретения.
ФИГ.7 - поперечный разрез металлического вала настоящего изобретения.
ФИГ.8 - поперечный разрез заднего корпуса двигателя настоящего изобретения.
ФИГ.9 - поперечный разрез втулки керамического вала настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Со ссылкой на фиг.3 экранированный электронасос настоящего изобретения имеет консольный вал и включает корпус 4, рабочее колесо 5 и экранированный двигатель 8. Корпус 4 насоса имеет входное отверстие 44, выходное отверстие 45 и проточный канал 47, в котором расположено рабочее колесо 5. Входное упорное кольцо 46 расположено на внутренней стороне корпуса 4 насоса на впускном отверстии 44 и связано с изнашиваемым кольцом 53 на входной стороне рабочего колеса 5, составляя осевой упорный подшипник.
Рабочее колесо 5 установлено в корпусе 4 насоса, и пластина 55 ступицы рабочего колеса имеет несколько отверстий 54, которые служат для внутренней смазки и в качестве балансировочных отверстий для уменьшения осевого упора. Ступица 52 рабочего колеса имеет раструбную конструкцию, которая вытянута по оси и используется для соединения с вытянутой по оси частью 16 ротора 7 двигателя, этим соединяя рабочее колесо 5 и ротор 7 двигателя в один неразъемный узел.
Экранированный двигатель 8 включает статор 83, корпус 81, задний корпус 82, защитную оболочку 41, ротор 7 и неподвижный вал 3. Статор 83 двигателя установлен в корпусе 81 двигателя, задний корпус 82 двигателя зафиксирован на корпусе 81 двигателя, фланец 411 защитной оболочки 41 объединен с задней пластиной 417 для образования жесткой фланцевой конструкции, и фланец 811 на стороне насоса в корпусе 81 двигателя используется для плотной блокировки фланца 411 и корпуса 4 насоса, чтобы предотвратить утечки через защитную оболочку. Статор 83 двигателя и обмотка 831 статора полностью герметизированы защитной оболочкой 41, чтобы предотвратить утечки и контакт с агрессивной жидкостью. Выходной канал под задним корпусом 82 двигателя позволяет соединить электрическим силовым кабелем 822 контроллер и обмотку 831 статора для приведения в действия двигателя 8.
Ротор 7 экранированного двигателя 8 содержит набор постоянных магнитов 71, ярмо ротора 72 и седло 75 подшипника и покрыт коррозионностойкой смолой 74 для образования покрытого смолой магнитного ротора 7 в форме кольца без швов, через которые может происходить утечка. Пустотелая деталь в центральной части ротора 7 снабжена подшипником 79 для соединения с неподвижным валом 3, образуя систему гидравлических опор для вращения и передачи мощности ротора 7. Вытянутая по оси часть 76 ротора 7 является пустотелой колонной конструкцией, усиленной седлом подшипника 75 для увеличение жесткости и прочности, и используется в качестве переходника при соединении со ступицей 52 рабочего колеса для эффективной передачи мощности ротора 7.
Защитная оболочка 41 экранированного двигателя 8 имеет чашевидную форму, передний фланец 411 которой соединен с задней пластиной 417 для образования жесткой фланцевой конструкции и затем для соединения с корпусом 4 насоса и фланцем 811 двигателя 8 для предотвращения утечек через защитную оболочку и улучшения герметизации. Колонная часть 412 защитной оболочки 41 введена во внутреннюю окружность статора 83 двигателя для того, чтобы изолировать агрессивную жидкость, этим защищая от коррозии обмотку 831 двигателя, в центре нижней части защитная оболочка 43 имеет отверстие 418 с уплотнительными кольцами, и металлический вал 32 неподвижного вала 3 может проходить через него; металлический вал 32 неподвижного вала 3 проходит через центральное отверстие 332 втулки 33 керамического вала, показанной на Фиг.7, круглая головка 321 на одном конце металлического вала 32 имеет уплотнительное кольцо, оно может быть прижато на передней торцевой поверхности 333 втулки 33 керамического вала, показанной на Фиг.9, и на другом конце имеет шестеренную деталь 323, металлический вал 32 может проходить через отверстие 418 с уплотнительными кольцами и отверстие 823 заднего корпуса 82 двигателя, показанное на Фиг.8, гайка 324 используется для крепления металлического вала 32 с высоким натяжением, и втулка 33 керамического вала будет прижата к заднему корпусу 82 двигателя, чтобы обеспечить хорошее уплотнение неподвижного вала 3 в условиях высокой жесткости с помощью уплотнительного кольца. Втулка 33 керамического вала и защитная оболочка 41 могут плотно опираться на задний корпус 82 двигателя и уплотняться уплотнительными кольцами, этим можно обеспечить правильное сжатие уплотнительных колец и получить надежную систему уплотнений. Внутреннее пространство 415 защитной оболочки 41 используется для установки неподвижного вала 3 и ротора 7 двигателя.
Неподвижный вал 3 экранированного двигателя 8 является консольным, жесткость неподвижного вала полностью не зависит от конструкционной жесткости защитной оболочки 4; неподвижный вал 3 содержит металлический вал 32, втулку 33 керамического вала, задний корпус 82 двигателя и защитную оболочку 41, металлический вал 32 имеет круглую головку 321 на одном конце и шестеренную деталь 323 на другом конце, круглая головка 321 имеет смолистую оболочку 322, снабженную уплотнительным кольцом для обеспечения герметичности и стойкости к коррозии, металлический вал 32 пропущен через центральное отверстие 332 втулки 33 керамического вала, и другой конец может проходить через отверстие 418 с уплотнительными кольцами и отверстие 823 заднего корпуса 82 двигателя. Когда металлический вал 32 плотно затянут гайкой 324, круглая головка 321 плотно примыкает к передней торцевой поверхности 333 втулки 33 керамического вала, и задняя торцевая поверхность 335 втулки 33 керамического вала может плотно примыкать к контактной поверхности 825 заднего корпуса 82 двигателя, и уплотнительные кольца на нижней части защитной оболочки 41 могут обеспечивать правильное сжатие для образования полностью герметичной системы, круглая поверхность 334 втулки 33 гладкая и составляет гидравлический подшипник с поверхностью внутреннего диаметра подшипника 79 ротора 7, обеспечивая ротору 7 опорную поверхность скольжения, необходимую для вращения. Другая упорная поверхность 331 снабжена упорной кольцевой конструкцией в форме диска, соединенной с осевой торцевой поверхностью подшипника 79 ротора 7, этим составляя упорный подшипник ротора 7 двигателя.
Со ссылкой на фиг.3, когда насос работает, жидкость проходит в направлении 6 через проточный канал рабочего колеса 5, ее напор в направлении 61 повышается, и она затем выходит из выходного отверстия 45. Одновременно часть жидкости проходит в направлении 62, входит во внутреннее пространство 415 защитной оболочки 41 через заднюю сторону рабочего колеса 5 и проходит в направлении нижней части защитной оболочки 41 через зазор между наружной стороной ротора 7 и внутренней стороной защитной оболочки 41 в направлении 63 и затем поворачивает в нижней части защитной оболочки 41. Далее жидкость проходит через зазор между неподвижным валом 3 и подшипником 79 в направлении 64 и затем проходит через отверстия 54 на ступице 52 рабочего колеса, чтобы вернуться на вход рабочего колеса в направлении 65. Эта циркуляция жидкости используется для смазки втулки 33 керамического вала и отвода теплоты, выделяемой ротором 7 и подшипником 79.
Со ссылкой на фиг.4, на которой подробно показана система уплотнений защитной оболочки 41 и неподвижного вала 3. Жесткость неподвижного вала полностью не зависит от конструкционной жесткости защитной оболочки 41, консольная конструкция неподвижного вала 3 включает втулку 33 керамического вала, металлический вал 32, задний корпус 82 двигателя и защитную оболочку 41. Металлический вал 32 неподвижного вала 3 пропущен через центральное отверстие 332 втулки 33 керамического вала, и шестеренная деталь 323 через отверстие 418 с уплотнительными кольцами и отверстие 823 заднего корпуса 82 двигателя. Стойкость неподвижного вала 3 вызвана тем, что гайка 324 металлического вала 32 плотно блокирует шестеренную деталь 323 металлического вала для создания натяжения большой силы, так что сила натяжения будет сильно прижимать круглую головку 321 металлического вала 32 к передней торцевой поверхности 333 втулки 33 керамического вала, задняя поверхность 335 втулки 33 керамического вала плотно примыкает к контактной поверхности 825 заднего корпуса 82 двигателя, этим создавая комплексную жесткую конструкцию неподвижного вала 3. Поэтому опорная сила неподвижного вала 3 теперь обеспечивается не только металлическим валом 32, а также комплексными конструкциями и задним корпусом 82 двигателя. Конструктивная стойкость неподвижного вала 3 настоящего изобретения способна полностью преодолеть конструктивную слабость защитной оболочки 41. Круглая головка 321 имеет смолистую оболочку 322, на которой имеется уплотнительное кольцо для уплотнения передней торцевой поверхности 333 втулки 33 керамического вала, а задняя торцевая поверхность 335 может быть уплотнена уплотнительными кольцами на нижней части защитной оболочки 41, и эти уплотнительные кольца могут обеспечивать правильное сжатие, создавая полную герметичность.
Со ссылкой на фиг.5, на которой показана конструкция ротора 7 двигателя, который соединен с рабочим колесом 5 в один неразъемный узел. Ротор 7 двигателя имеет набор постоянных магнитов 71, ярмо 72 и седло 75 подшипника и покрыт коррозионностойкой смолой 74 для формирования заключенного в смолу магнитного ротора 7 в форме кольца без возможности утечки, ротор двигателя имеет небольшую массу из-за небольшой массы ярма и небольшой массы высокопрочного седла 75 подшипника. Поскольку насос работает с высокой частотой вращения, важным вопросом будет являться центробежная сила, развитию которой будут способствовать некоторые параметры ротора двигателя; масса ротора 7 двигателя является одним из этих параметров, другими являются радиус эксцентриситета в процессе заключения в оболочку и зазор в радиусе подшипника 79. В настоящем изобретении снижение центробежной силы достигается снижением массы ротора, по большей части снижением массы ярма 72 ротора при поддержании достаточного магнитного потока через него и возможности постоянного магнита 71 создавать достаточную магнитную движущую силу путем увеличения полюсов двигателя, чтобы уменьшить длину магнитного потока и поддерживать увеличенное кольцевое пространство между наружным диаметром подшипника 79 вала и внутренним диаметром ярма 72 ротора. Если это кольцевое пространство заполнить смолой для заключения ротора 74 в оболочку, то толщина смолы будет слишком большой, что может привести к деформации и смещению. В настоящем изобретении использовано высокопрочное седло 75 подшипника, имеющее небольшую массу, которое введено в это кольцевое пространство, чтобы поддерживать приемлемую толщину смолы и предотвращать деформации и смещения, что также гарантирует, что смолистая оболочка конструкции ротора 7 будет иметь пренебрежимо малый остаточный дисбаланс. Длина седла 75 покрывает всю длину ярма 72 ротора и вытянутой по оси части 76, обеспечивая опору последней, и седло имеет наилучшую жесткость для передачи мощности. Ступица 52 рабочего колеса является конструкцией раструбной формы, вытянутой по оси, и соединена с вытянутой по оси частью 76 ротора 7 для передачи мощности от ротора 7.
Со ссылкой на фиг.6 защитная оболочка 41 экранированного двигателя 8 имеет чашевидную форму, открывающаяся сторона защитной оболочки 41 снабжена фланцем 411 для соединения с корпусом 4 насоса и формирования герметичного проточного канала 47 и внутреннего пространства 415. Задняя пластина 417 расположена на задней стороне фланца 411 для придания последнему повышенной конструкционной жесткости и обеспечения того, чтобы защитная оболочка 41 и корпус 4 насоса имели более герметичные конструкции для предотвращения утечки агрессивной жидкости. Колонная часть 412 защитной оболочки 41 введена во внутреннюю окружность статора 83 двигателя для изоляции агрессивной жидкости, как показано на фиг.4, этим предотвращая коррозию обмотки 831 двигателя. Толщина колонной части 412 должна иметь основную конструкционную жесткость и запас против коррозии. Если толщина слишком большая, зазор между ротором и статором увеличивается и тогда производительность двигателя может снижаться; наоборот, если толщина недостаточна, то срок действия сопротивления коррозии будет коротким. Нижняя часть защитной оболочки 41 имеет отверстие 418 для прохода металлического вала 32. Чтобы добиться полной герметичности защитной оболочки 41, металлический вал 32 используется для соединения с втулкой 33 керамического вала и задним корпусом 82 двигателя и для отсутствия действия жесткости вала на защитную оболочку 41.
Со ссылкой на фиг.6-9 неподвижный вал 3 экранированного двигателя 8 является консольным и включает металлический вал 32, втулку 33 керамического вала, задний корпус 82 двигателя и защитную оболочку 41; металлический вал 32 проходит через центральное отверстие 332 втулки 33 керамического вала, отверстие 418 защитной оболочки 41 с уплотнительными кольцами и отверстие 823 под вал в заднем корпусе 82 двигателя, один конец металлического вала 32 снабжен круглой головкой 321, причем круглая головка 321 заключена в оболочку из смолы 322, на которой установлено уплотнительное кольцо с целью герметизации и сопротивления коррозии, и другой конец металлического вала 32 снабжен шестеренной деталью 323. Если металлический вал 32 установлен правильно и гайка 324 плотно затянута, то круглая головка 321 плотно примыкает к передней торцевой поверхности 333 втулки 33 керамического вала, и задняя торцевая поверхность 335 втулки 33 керамического вала может плотно примыкать к контактной поверхности 825 заднего корпуса 82 двигателя, и уплотнительные кольца на нижней части защитной оболочки 41 могут обеспечивать правильное сжатие с образованием полностью герметичной системы. Чтобы придать высокую жесткость комплексному неподвижному валу 3, втулка 33 керамического вала плотно затянута и сжата вместе с задним корпусом 82 двигателя силой сжатия металлического вала 32 с помощью гайки 324.
Со ссылкой на фиг.8 задний корпус 82 двигателя является металлическим и используется для герметизации обмотки 831 от агрессивного воздуха, он также обеспечивает мощную опору жесткому консольному неподвижному валу 3. Центральное отверстие 823 позволяет проходить через него шестеренной детали 323 металлического вала 32, и контактная поверхность 825 используется для соединения с задней торцевой поверхностью 335 втулки 33 керамического вала, что обеспечивает прочную опорную конструкцию, когда втулка 33 керамического вала прижата. Когда защитная оболочка 41 плотности стянута неподвижным валом 3, задний корпус 82 двигателя и втулка 33 керамического вала будут обеспечивать прижатие и герметизацию защитной оболочки 41 с помощью уплотнительных колец. Задний корпус 82 двигателя снабжен несколькими уплотнительными кольцами, которые используются для обеспечения герметичности обмотки 831 двигателя и защитной оболочки 41. Задний корпус 82 двигателя также имеет выходной канал для электрического силового кабеля 822, который соединяет контроллер с обмоткой 831 двигателя.
Со ссылкой на фиг.9 втулка 33 керамического вала имеет форму трубы, через центральное отверстие 332 которой проходит металлический вал 32. Передняя торцевая поверхность 333 используется для герметизации и сжатия круглой головки 321 металлического вала 32, задняя торцевая поверхность 335 используется для герметизации и сжатия контактной поверхности 825 заднего корпуса 82 двигателя, круглая поверхность 334 втулки 33 гладкая, что составляет гидравлический подшипник с поверхностью внутреннего диаметра подшипника 79 ротора 7, обеспечивая ротору 7 опорную поверхность скольжения, необходимую для вращения, другая упорная поверхность 331 имеет конструкцию упорного кольца дисковой формы, которая соединена с осевой торцевой поверхностью подшипника 79 ротора 7, этим составляя упорный подшипник ротора 7 двигателя.
Консоль неподвижного вала 3 настоящего изобретения полностью решает вопросы низкой жесткости опорной конструкции вала, вопрос недостаточной жесткости при объединении и вопрос центробежной силы из существующего уровня техники. Неподвижный вал 3 имеет конструкцию, концепция которой другая, поэтому стойкость защитной оболочки 41 не испытывает действия жесткости вала 3 и также решает вопрос жесткости при объединении благодаря использованию подходящей системы герметизации с помощью уплотнительных колец и вопрос различных тепловых свойств пластика и керамики. С ростом температуры и давления до возможности деформации защитной оболочки 41 неподвижный вал 3 будет продолжать обеспечивать достаточную жесткость без каких-либо повреждений. Если рабочая частота вращения превысит номинальную, легкий ротор двигателя будет создавать меньшую центробежную силу, и неподвижный вал 3 может полностью выдерживать действие центробежной силы, которая увеличивается в порядке квадратов частоты вращения.
На основе вышеизложенного в соответствии с настоящим изобретением усовершенствованный экранированный электронасос с консольным неподвижным валом включает защитную оболочку, задний корпус двигателя, втулку керамического вала и металлический вал. Эта простая конструкция с высокой жесткостью может эффективно выдерживать вращение ротора двигателя и поддерживать герметичность насоса при перекачке агрессивных жидкостей без утечки, таким образом решены все вопросы недостаточной жесткости из-за различных тепловых свойств пластикового материала и керамического материала и низкой стойкости пластикового материала при высокой температуре и большой центробежной силе при высокой частоте вращения.