МОНОБЛОЧНЫЙ ЧЕРПАКОВЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС
MONOBLOCK SCOOP ELECTRIC PUMP

Изобретение относится к отраслям насосостроения, в которых производятся насосы и насосные установки, оснащенные электроприводом, в частности черпаковые электронасосы, образующие единый агрегат из электродвигателя и черпакового электронасоса.
Оно может найти применение при перекачке углеводородных газов пропана и бутана, например, из цистерны в баллоны автомобилей, или при перекачке химически агрессивных жидкостей, а также воды.
Известны черпаковые электронасосы, объединяющие в едином агрегате электродвигатель цилиндрической формы исполнения и черпаковый насос [SU 1430600 А1 (МОСКАЛЕНКО Г.В.), 15.10.1988; SU 1373876 А1 (ВАСИЛЬЕВ В.Н. и др.), 15.02.1988; Агрегат электронасосный НЧ-5/170-1. Паспорт-Н.122.593.000 ПС.АО «Катайский насосный завод», 1993].
Общим недостатком этих электронасосов являются увеличенные осевые габариты, что связано с применением электродвигателя цилиндрической формы исполнения, и как следствие, большая материалоемкость. Имеют место и другие недостатки.
Электронасос по SU 1430600 А1 имеет узкое технологическое назначение, состоящее в жидкостном охлаждении радиоэлектронной аппаратуры, и не может быть использован для целей перекачки сжиженных газов и агрессивных сред.
Электронасос по SU 1373876 А1 предназначен для перекачки воды и химически агрессивных жидкостей. Его недостатки связаны с недостаточно надежной системой уплотнений, что может привести к попаданию агрессивной жидкости на обмотку статора электродвигателя и вызвать аварию.
Черпаковый электронасос, выпускаемый АО «Катайский насосный завод», состоит из цилиндрического асинхронного электродвигателя взрывозащищенного исполнения и присоединенного к нему посредством предохранительной муфты черпакового насоса, выполненного в отдельном корпусе. Характерные его недостатки состоят в увеличенных габаритах и массе, большом гидравлическом сопротивлении перетеканию жидкости, недостаточно надежной системе уплотнений, а также в возможной перегрузке подшипников из-за консольного расположения вращающегося корпуса насоса в подшипниковом узле. Сложные конструктивные формы корпусных деталей усложняют технологию их изготовления и приводят к удорожанию электронасосного агрегата.
По технической сущности наиболее близким к заявленному изобретению является черпаковый электронасос, в котором электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, корпус которого жестко прикреплен к крышке станины насоса и состоит из двух, жестко связанных между собой несущих щитов, образующих центральную кольцевую полость, внутри которой на каждом несущем щите посредством фиксирующих опор закреплено по одному кольцевому магнитопроводу статора с m-фазной обмоткой возбуждения, отделенных воздушными зазорами от магнитопроводов ротора с короткозамкнутыми обмотками, размещенных в полости между магнитопроводами статора [RU 2309296 С1 (ОРЕЛГТУ), 27.10.2007]. Ротор электродвигателя выполнен сборным и включает центральный диск, на котором с обеих сторон закреплено по одному кольцевому магнитопроводу ротора, и предохранительную муфту, состоящую из двух полумуфт, жестко посаженных на вал ротора, на цилиндрических поверхностях которых свободно установлен своим посадочным отверстием центральный диск, и устройств сопряжения центрального диска с полумуфтами, каждое из которых содержит два подпружиненных шарика, размещенных в осевом отверстии ступицы диска и входящих в радиальные канавки треугольного профиля, выполненные в кольцевых буртиках полумуфт, прилегающих к диску с противоположных сторон.
В этом электронасосе вал ротора и вал насоса конструктивно совмещены и образуют единый вал электронасоса, причем его опорные подшипники размещены в расточках боковых крышек станины насоса, а на концевом участке вала со стороны электродвигателя установлен дополнительный подшипник, размещенный в торцевой расточке фланца, присоединенного к наружному несущему щиту корпуса электродвигателя.
Вал электродвигателя выполнен полым, а его центральный осевой канал сопряжен с полостью центробежного насоса и отверстием входного патрубка, причем входной патрубок установлен на крышке наружного несущего щита корпуса электродвигателя и снабжен жестко с ним связанной подводящей гильзой, входящей в центральный осевой канал вала электронасоса и отделенной от поверхности вала уплотнением, размещенным в кольцевом зазоре между валом и гильзой.
Система охлаждения электродвигателя выполнена комбинированной и включает конструктивные элементы в форме лопаток, выполненных на торцах буртиков полумуфт предохранительной муфты и на наружной поверхности центрального диска ротора, колесо вентилятора, установленное на конце вала электронасоса и размещенное в полости между наружным несущим щитом корпуса электродвигателя и присоединенной к нему крышкой с входным патрубком, снабженных вентиляционными отверстиями, и сеть вентиляционных каналов, образованных снаружи оребренного корпуса электродвигателя через посредство кожуха, охватывающего ребра корпуса.
Центральная кольцевая полость корпуса электродвигателя защищена от проникновения перекачиваемой жидкости со стороны внутренней боковой крышки станины насоса лабиринтно-канавочным уплотнением вала электронасоса, выполненным в крышке и фланце, присоединенном к крышке и удерживающем подшипник вала от смещения, а со стороны входного патрубка - комбинированным уплотнением вала, представленным канавками в наружном несущем щите корпуса электродвигателя и ребре фланца, присоединенного к щиту, в торцовой расточке которого размещен дополнительный подшипник вала электронасоса, в сочетании с манжетой, установленной на валу и размещенной в расточке щита со стороны ребра фланца.
Черпаковый электронасос по RU 2309296 С1 имеет некоторые недостатки, к которым следует отнести следующие.
Электродвигатель и насос имеют отдельные соосно размещенные корпуса, что приводит к необходимости увеличивать длину вала электронасоса со стороны входного патрубка, а это, в свою очередь, вызывает необходимость установки дополнительного подшипника в крышке наружного щита корпуса электродвигателя для повышения жесткости вала, что усложняет конструкцию в целом и увеличивает осевые габариты,
При этом преимущества торцового электродвигателя (Паластин Л.М. Электрические машины автономных источников питания. Москва, Энергия, 1972) по сравнению с электродвигателем цилиндрической формы исполнения реализуются не в полной мере.
Независимое конструктивное оформление корпусов электродвигателя и насоса требует также увеличения количества однотипных элементов конструкции, что увеличивает ее материалоемкость.
Следует также отметить, что закрытая форма исполнения корпуса электродвигателя ухудшает условия охлаждения тепловыделяющих элементов, что требует установки вентилятора на валу электронасоса для принудительного обдува корпуса.
Отмеченных недостатков можно избежать, если, руководствуясь прогрессивным принципом конструктивного совмещения (Черкасский В.М. и др. Насосы, компрессоры, вентиляторы. Москва, Энергия, 1968, с.19-131), электродвигатель торцового типа и черпаковый насос разместить в едином корпусе, что позволяет упростить конструкцию электронасоса и снизить ее материалоемкость.
Изобретение решает задачу создания компактной конструкции моноблочного черпакового электронасоса малой материалоемкости с улучшенными эксплуатационно-техническими показателями при одновременном повышении его надежности и снижении себестоимости изготовления.
Технический результат достигается тем, что в черпаковом электронасосе, объединяющем в едином блоке асинхронный торцовый электродвигатель, содержащий корпус двигателя, ротор, вал ротора, подшипники вала, магнитопроводы статора и ротора и систему охлаждения, и черпаковый насос, включающий станину насоса, боковые крышки станины, вал насоса, сборный оребренный изнутри полый корпус, жестко связанный с валом насоса, подшипники вала, центробежное колесо, жестко закрепленное на полом корпусе изнутри, черпаки, установленные в полости корпуса на неподвижном отводе, входной и выходной штуцеры, согласно изобретению корпус электродвигателя конструктивно совмещен со станиной насоса и образован наружной кольцевой стенкой станины насоса и периферийными участками боковых крышек станины, образующими центральную полость, внутри которой на каждой боковой крышке станины посредством фиксирующих опор закреплено по одному кольцевому магнитопроводу статора с m-фазной обмоткой возбуждения, отделенных воздушными зазорами от кольцевых магнитопроводов ротора с короткозамкнутыми обмотками, размещенных в центральной полости между магнитопроводами статора, причем ротор электродвигателя, включающий центральный кольцевой диск и два кольцевых магнитопровода ротора, жестко закрепленных на диске с противоположных сторон, охватывает полый корпус насоса и жестко с ним связан, образуя тем самым единый ротор черпакового электронасоса.
При этом жесткое соединение центрального кольцевого диска ротора и полого корпуса насоса может быть выполнено через посредство внутреннего кольцевого выступа, образованного на центральном кольцевом диске ротора и размещенного между внутренними стенками крышек полого корпуса насоса, в результате стягивания сопрягаемых поверхностей резьбовым соединением, а необходимая плотность соединения обеспечена за счет уплотнительных кольцевых прокладок, расположенных между сопрягаемыми поверхностями.
Причем, система охлаждения электронасоса, являющаяся самовентиляционной, может включать конструктивные элементы в форме лопаток, выполненных на наружных цилиндрических поверхностях крышек полого корпуса насоса и центрального кольцевого диска ротора, а также совокупности открытых вырезов, выполненных на периферийных участках боковых крышек станины насоса, закрытых от попадания посторонних предметов вовнутрь кольцевой полости электронасоса ограждающими сетками, и радиальных ребер на наружных стенках боковых крышек станины.
Центральная полость электронасоса может быть защищена от проникновения перекачиваемой жидкости лабиринтно-канавочными уплотнениями, выполненными в боковых крышках станины и крышках полого корпуса насоса, уплотнительным кольцом, встроенным в крышку полого корпуса и охватывающим наружную поверхность неподвижного отвода, несущего черпаки, совокупностью канавочных уплотнений на валу ротора электронасоса, представленных канавками в крышках подшипников, на цилиндрической поверхности фланца, несущего неподвижный отвод черпаков, на внутренней поверхности входного штуцера, охватывающей вал ротора, а также посредством манжеты, размещенной на входном участке вала ротора в кольцевой полости, образованной между поверхностями входного штуцера и крышки подшипника.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан вид на электронасос со стороны входного штуцера (ограждающая сетка снята).
На фиг.2 - его продольный разрез.
Корпус насоса состоит из станины 1 и двух боковых крышек 2 и 3 станины 1, жестко присоединенных к станине. На периферийных участках крышек станины изнутри установлены кольцевые магнитопроводы статора 4, 5 с m-фазными обмотками возбуждения. Их крепление осуществляется с помощью фиксирующих опор 6, 7, жестко связанных с магнитопроводами, через посредство регулировочных прокладок 8 и 9, служащих для установки величин воздушных зазоров между плоскостями магнитопроводов 4, 5 статора и магнитопроводов 10, 11 ротора.
Магнитопроводы 10, 11 ротора, также имеющие кольцевую форму, снабжены короткозамкнутыми обмотками и жестко закреплены в кольцевых расточках центрального диска 12 ротора электронасоса.
Ротор электронасоса представляет собой единую конструкцию, состоящую из центрального диска 12 и полого корпуса 13 насоса. Центральный диск 12 охватывает корпус 13 и жестко с ним связан с помощью резьбового соединения через посредство внутреннего кольцевого выступа 14, расположенного между крышками 15 и 16 корпуса 13 насоса. Для герметизации соединения служат уплотнительные прокладки 17.
Вал 18 электронасоса образован цилиндрическими кольцевыми выступами крышек 15, 16 полого корпуса 13 насоса и конструктивно оформлен как единое целое с крышками 15, 16.
Опорами вала 18 электронасоса служат подшипники 19, 20, размещенные в кольцевых расточках боковых крышек 2 и 3 станины корпуса электронасоса.
Вал 18 электронасоса выполнен полым. Его центральный осевой канал сопряжен с полостью центробежного колеса 21, жестко присоединенного к крышке 16 корпуса 13 насоса изнутри, и отверстием входного штуцера 22, жестко присоединенного к крышке 3 станины 1. Для подвода перекачиваемой жидкости к центробежному колесу 21 по центральному осевому каналу вала 18 входной штуцер снабжен подводящей гильзой 23, жестко с ним связанной и входящей в осевой канал вала 18. Гильза 23 отделена от внутренней поверхности вала 18 уплотнением 24, заполняющим кольцевой зазор между гильзой 23 и валом 18.
Внутри полого корпуса 13 насоса установлен неподвижный отвод 25, на котором установлены черпаки 26, 27. Количество черпаков определяется производительностью насоса. Отвод 25 жестко закреплен на крышке 2 станины 1 через посредство фланца 28, к которому присоединен выходной штуцер 29. Для вывода перекачиваемой жидкости, поступающей по каналам черпаков 26, 27, отвод 25 снабжен центральным каналом, соосным с отверстием штуцера 29 и каналом вала 18 электронасоса.
Для охлаждения тепловыделяющих элементов в конструкции электронасоса предусмотрена самовентиляционная система охлаждения, включающая конструктивные элементы в форме лопаток 30, 31, выполненных на наружных поверхностях крышек 15, 16 корпуса 13 насоса и центрального диска 12 ротора электронасоса, а также совокупность открытых вырезов 32 (фиг.1), выполненных на периферийных участках боковых крышек 2 и 3 станины 1 электронасоса, и радиальных ребер 33 на крышках 2 и 3, способствующих отводу тепла в окружающее пространство. Для защиты от попадания посторонних предметов внутрь центральной полости электронасоса предусмотрены ограждающие сетки 34, 35.
Для защиты центральной полости электронасоса от проникновения перекачиваемой жидкости предусмотрена комбинированная система уплотнений. Лабиринтно-канавочные уплотнения предусмотрены между крышками 2, 3 станины 1 и крышками 15, 16 корпуса 13 насоса, соответственно, заполняемые пластичной смазкой. В крышку 15 корпуса 13 насоса встроено уплотнительное кольцо 36, охватывающее наружную поверхность неподвижного отвода, несущего черпаки. Предусмотрены также канавочные уплотнения, в форме канавок, заполняемых пластичной смазкой, - между валом электронасоса и крышками 37, 38 подшипников 19, 20, между валом и поверхностями штуцера 22 и фланца 28. В полости, образованной между поверхностями входного штуцера 22 и крышки 38 подшипника 20, на входном участке вала электронасоса для повышения надежности системы уплотнений установлена манжета 39.
Моноблочный черпаковый электронасос работает следующим образом.
Перед пуском электронасоса производится заполнение насоса перекачиваемой жидкостью в соответствии с установленными правилами для черпаковых насосов.
После выполнения действий по заливке насоса, включают электродвигатель, подключая обмотки статора к сети. В результате воздействия вращающегося магнитного поля на проводники короткозамкнутых обмоток магнитопроводов 10, 11 ротор электронасоса приводится во вращение.
Перемещаемая жидкость по центральному каналу вала 18 поступает к центробежному колесу 21, откуда под действием центробежных сил отбрасывается из центральной зоны корпуса 13 насоса к его периферии, где создается избыточное давление. Перемещению жидкости от центра к периферии и созданию избыточного давления в наружной зоне полости корпуса 13 способствуют внутренние ребра, выполненные на стенках его крышек 15 и 16. В зоне повышенного давления жидкости расположены входные отверстия черпаков 26, 27, через которые поток жидкости поступает в каналы черпаков, а затем - в центральный канал отвода 25, откуда через отверстие выходного штуцера 29 и присоединенный к нему трубопровод (не показан) перемещаемая жидкость отводится по назначению.
В предложенной конструкции электронасоса в целях ее упрощения и удешевления предохранительная муфта, защищающая электродвигатель от возможных перегрузок, с учетом того, что эти перегрузки маловероятны, не предусмотрена.
Система охлаждения тепловыделяющих элементов электродвигателя является самовентиляционной. При вращении ротора электронасоса воздушные массы, поступающие внутрь центральной полости через вырезы 32 в боковых крышках 2, 3 станины 1, приводятся в движение лопатками 30, 31, выполненными на наружных поверхностях крышек 15, 16 корпуса 13 и центрального диска 12 ротора электронасоса, и омывают нагревающиеся элементы электродвигателя. Сообщение нагретых воздушных масс с окружающей воздушной средой через открытые вырезы 32 в крышках 2, 3 станины 1 способствует отводу тепла из центральной полости электронасоса. Этому также способствуют радиальные ребра на наружных поверхностях крышек 2, 3 станины 1.
Предложенная конструкция моноблочного черпакового электронасоса имеет малые осевые габариты, уменьшенную материалоемкость, достаточно технологична в изготовлении, удобна в наладке и техническом обслуживании.