Герметичный насосный агрегат с магнитным приводом

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГЕРМЕТИЧНЫЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ С МАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Васильев Николай Иванович Жемжуров Михаил Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(57) Герметичный насосный агрегат с магнитным приводом, включающий улитку с насосным валом, центробежным колесом и внутренней магнитной муфтой, которые герметично отделены защитным стаканом от приводного вала с наружной магнитной муфтой, отличающийся тем, что во внутренней полости защитного стакана на противоположном центробежному колесу конце насосного вала установлено радиально-вихревое колесо, обеспечивающее циркуляцию охлаждающей и смазывающей жидкости по отделенному от перекачиваемой жидкости посредством лабиринтного уплотнения автономному контуру,включающему теплообменник и фильтр. 10734 1 2008.06.30 Изобретение относится к центробежным насосам, которые приводятся во вращение посредством магнитного силового замыкания, которое существует между рядом постоянных магнитов, размещенных на наружной полумуфте приводного вала, и внутренней магнитной муфтой насосного вала, и может быть использовано в экологии и радиоэкологии для перекачивания агрессивных, химически активных, загрязненных и радиоактивных жидких сред. Известен насос с приводом через магнитную муфту, в котором рабочее колесо центробежного насоса установлено на роторе, снабженном ведомой полумуфтой с постоянными магнитами, магнитное поле которых взаимодействует с полем магнитов ведущей полумуфты через герметизирующую полость насоса (тонкостенный стакан), в которых для обеспечения надлежащего охлаждения ведущей полумуфты, а также смазки подшипников скольжения вал ротора изготовляется полым с целью протока охлаждающей жидкости от выхода из полости насоса через подшипники скольжения, ведущую полумуфту,сверления в валу ротора и далее на вход насоса 1. Подобные конструкции герметичных насосов являются идеальными при перекачивании низкокипящих и чистых жидкостей. При перекачивании сжиженных газов, легкокипящих и загрязненных жидкостей появляются проблемы со смазкой подшипников скольжения и ведущей полумуфты, так как повышается температура охлаждающей жидкости за счет трения и жидкость вскипает. Частично вскипевшая жидкость, попадая на вход насоса, вызывает кавитацию, что приводит к уменьшению давления на выходе или срыву насоса, а также быстрому износу подшипников скольжения. Известен герметичный насос с электроприводом через магнитную муфту, у которого в наружной поверхности кожуха ротора образована кольцевая канавка между кожухом статора и ротора с целью охлаждения ротора 2. Недостатком этих решений является повышенная температура охлаждающей жидкости, при такой компоновке самые малейшие изменения увеличивают минимальные требования к потоку насоса. Ближайшим техническим решением к предлагаемому является центробежный насос с магнитной муфтой, расположенной между насосным и приводным валами, и с защитным стаканом в магнитном зазоре между внутренним магнитным ротором насоса и наружным магнитным ротором приводного вала. Во внутренней полости защитного стакана, через который протекает нагнетательная жидкость, расположен внутренний магнитный ротор,опирающийся на трубчатый подшипниковый корпус, окружающий вал рабочего колеса насоса. Вал рабочего колеса имеет внутренний проточный канал для нагнетаемой жидкости, в котором расположены лопатки для осевого нагнетания охлаждающей и смазывающей жидкости 3. Недостатком этого решения является невозможность устанавливать лопатки для осевого нагнетания охлаждающей и смазывающей подшипники жидкости для насосов с малыми подачами и напорами, т.к. диаметр внутренней проточной части вала рабочего колеса составляет не более 10 мм. Чтобы устранить такие проблемы, идеальной компоновкой могло быть возвращение потока охлаждающей жидкости в сосуд, с которого насос производит всасывание. Обычно возвращенным теплом пренебрегают, т.к. оно незначительно по сравнению с температурной мощностью содержимого сосуда. И даже если не эта причина, условия всасывания будут сбалансированы, так как давление испарения будет возрастать с ростом температуры. Это обычно происходит там, где возникают практические трудности с установкой трубопроводов для возврата в засасывающий патрубок насоса (например, большая протяженность трубопровода) или где жидкость очень летуча и не может использоваться для целей охлаждения. Для любой вышеперечисленной системы необходимо установить фильтры на патрубках охлаждающей и смазывающей жидкости подшипников скольжения и магнитной муфты, чтобы устранить возможность попадания твердых частиц в жидкость и на подшипники скольжения. 2 10734 1 2008.06.30 Задачей настоящего изобретения является создание герметичного насосного агрегата с магнитным приводом с встроенным радиально-вихревым колесом для смазки подшипников скольжения и охлаждения магнитной муфты инертной средой, которая дополнительно отделена от перекачиваемой жидкости посредством лабиринтного уплотнения, вследствие чего обеспечивается надежная работа подшипников скольжения и охлаждения магнитной муфты. Поставленная задача достигается тем, что в герметичном насосном агрегате с магнитным приводом, включающем улитку с насосным валом, центробежным колесом и внутренней магнитной муфтой, которые герметично отделены защитным стаканом от приводного вала с наружной магнитной муфтой, во внутренней полости защитного стакана на противоположном центробежному колесу конце насосного вала установлено радиальновихревое колесо, обеспечивающее циркуляцию охлаждающей и смазывающей жидкости по отделенному от перекачиваемой жидкости посредством лабиринтного уплотнения автономному контуру, включающему теплообменник и фильтр. На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства. На фиг. 2 показана проточная часть герметичного насоса с магнитной муфтой. На фиг. 3 показано радиально-вихревое колесо в разрезе. Предлагаемое устройство содержит улитку 1 насоса с входным и выходным патрубками, насосный вал 2, центробежное колесо 3, внутреннюю магнитную муфту 4, корпус подшипников скольжения 5, подшипники скольжения 6, 7, лабиринтное уплотнение 8,приводной вал 9, наружную магнитную муфту 10, картер насоса 11, соединительные болты 12, подшипники качения 13, радиально-вихревое колесо 14, защитный стакан 15, входные каналы 16 для охлаждающей и смазывающей жидкости, уплотнительную прокладку 17, кольцевой канал 18, выходной канал 19 для охлаждающей и смазывающей жидкости,теплообменник 20, фильтр 21 для очистки от механических примесей, внутренние цилиндрические каналы 22 радиально-вихревого колеса 14. Предлагаемый герметичный насосный агрегат с магнитным приводом содержит улитку 1, в которой центробежное колесо 3 с внутренней магнитной муфтой 4 смонтированы на насосном валу 2 и разделены защитным стаканом 15 от приводного вала 9 с наружной магнитной муфтой 10. Насосный вал 2 установлен в корпусе подшипников 5 на подшипниках скольжения 6, 7. Приводной вал 9 с наружной магнитной муфтой 10 вмонтированы в картере 11 на подшипниках качения 13, картер 11 соединен концентрично с улиткой 1 болтами 12 и уплотнен посредством прокладки 17. Насосный вал 2 на противоположной стороне центробежного колеса 3 содержит крепежные средства для установки радиальновихревого колеса 14, которое предназначено для перекачивания охлаждающей жидкости во внутренней полости защитного стакана 15 и смазывающей жидкости для подшипников скольжения 6, 7. Охлаждающая и смазывающая жидкость поступает из теплообменника 20 по каналам 16 в радиально-вихревое колесо 14, в котором в результате трения жидкости о неподвижную стенку корпуса 15 возникает относительное перемещение жидкости по внутренним каналам 22 радиально-вихревого колеса 14, форма цилиндрических каналов которого способствует образованию и упорядочению вихрей с осью вращения, близкой к геометрической оси канала радиально-вихревого колеса 4, 5. С выхода радиальновихревого колеса 14 охлаждающая жидкость поступает в магнитный зазор между внутренней магнитной муфтой 4 насоса и защитным стаканом 15 и далее через канал 18 поступает для охлаждения в теплообменник 20 и очистки от механических примесей на фильтр 21. Герметичный насосный агрегат с магнитным приводом работает следующим образом. Вращающий момент от электродвигателя приводного вала 9 с наружной магнитной муфтой 10 передается на насосный вал 2 с внутренней магнитной муфтой 4 посредством магнитного силового замыкания, которое существует между рядом постоянных магнитов,размещенных на наружной муфте 10 приводного вала 9, и внутренней магнитной муфтой 4 насосного вала 2. Приводной вал 9, вращающей в атмосфере, и насосный вал 2, вра 3 10734 1 2008.06.30 щающийся в перекачиваемой и охлаждающей жидкостях, герметично разделены защитным стаканом 15. Перекачиваемая жидкость поступает на вход центробежного колеса 3,где посредством центробежных сил перемещается на выход насоса. Охлаждающая и смазывающая жидкость поступает из теплообменника 20 по каналам 16 в радиально-вихревое колесо 14, в котором разгоняется за счет вращения радиально-вихревого колеса и трения жидкости о неподвижную вертикальную стенку корпуса защитного стакана 15 и затормаживается на выходе колеса в кольцевом канале 18 с повышением давления, и поступает в магнитный зазор между внутренней магнитной муфтой 4 насоса и защитным стаканом 15 и далее через канал 19 подается для охлаждения в теплообменник 20 и очистки от механических примесей на фильтр 21. Перекачиваемая жидкость центробежного колеса отделена от охлаждающей и смазывающей жидкости посредством лабиринтного уплотнения 8. Таким образом, автономный контур с встроенным радиально-вихревым колесом 14, лабиринтным уплотнением 8, каналами 16, 18, 19, теплообменником 20 и фильтром 21 обеспечивают надежную работу подшипников скольжения и охлаждение магнитной муфты. Источники информации 1. Патент ФРГ 3629311, МПК 04 13/02, 1988. 2. Патент Японии 3118336, П 04 13/06, 1999. 3. Патент Германии 10024955, МПК 04 13/06, 2001 (прототип). 4. Патент РБ 633, МПК 04 5/00, 1994. 5. Купряшин Н.Н., Рязанов С.Д. Анализ рабочего процесса центробежного насоса радиально-вихревого типа // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1983. -4. С. 11-12. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4