ЦЕНТРОБЕЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F04D13/06 F04D7/02 A61M1/00 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в конструкциях герметичных насосов, применяемых в различных областях народного хозяйства, например, в пищевой или медицинской промышленности, в том числе, для перекачки вязких и агрессивных сред.

Известен насосный агрегат, содержащий герметичный корпус, в котором крыльчатка насоса и ротор двигателя размещены на одной оси и разделены подшипниковым щитом (см. патент США N 4120616, 1978). Устройство громоздко, сложно и проблема охлаждения в нем решается с помощью специально введенного вентилятора, что еще более усложняет устройство и увеличивает его стоимость.

В авторском свидетельстве СССР N 1374345, 1968 описан герметичный центробежный насос, в котором для охлаждения статора используется замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости и введены специальные вращательно-качающиеся узлы, обеспечивающие циркуляцию жидкости по замкнутому контуру. Однако это не решает задачу эффективного охлаждения, а наличие дополнительных средств усложняет устройство и увеличивает стоимость.

Наиболее близким к изобретению является центробежная насосная установка, которая описана в авторском свидетельстве СССР N 1608370, 1990. Устройство содержит герметичный корпус с крышкой, ротор со встроенными магнитами, статор электродвигателя и крыльчатку насоса.

Ротор в установке заключен в герметичный стакан-перегородку и выполнен сборным: содержит втулку и постоянные магниты, выполняющие роль крыльчатки, а статор содержит магнитопровод и статорную обмотку, частично охватывающую роторное отделение.

Наличие герметичного стакана-перегородки приводит к увеличенному рабочему зазору электродвигателя, к повышенному намагничивающему току, пониженному КПД и к пониженному коэффициенту мощности, что приводит к необходимости при той же полезной мощности увеличить объем электродвигателя. Наличие герметичного стакана усложняет устройство, увеличивает его объем, а изготовление герметизированного ротора вызывает технологические трудности.

Целью изобретения является уменьшение ее объема без потерь производительности и повышение КПД за счет создания охлаждающего проточного потока рабочей среды, упрощение изготовления, снижение стоимости.

Для достижения этого в центробежной насосной установке корпусом и крышкой образована проточная камера, сообщенная с входом и выходом насоса, в проточной камере на опоре вращательного скольжения установлен ротор, который выполнен в виде двух дисков, статор, размещенный между дисками ротора и неподвижно закрепленный между крышкой и корпусом, и крыльчатка, скрепленная с одним из дисков ротора, в которые встроены размещенные по окружности постоянные магниты чередующейся полярности и магнитопроводные кольца, на статоре установлен датчик положения ротора и встроены электромагнитные катушки статорной обмотки, не входе статорной обмотки установлен электронный коммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу датчика положения ротора.

Кроме того, в центробежной насосной установке соосно крыльчатке на входе насоса может быть установлена неподвижная направляющая втулка прямого потока.

Также в центробежной насосной установке в одноименнополюсные электромагнитные катушки статорной обмотки могут быть встроены постоянные магниты, ориентированные одноименными полюсами в одну сторону, а постоянные магниты на роторе могут быть размещены по окружности неравномерно, при этом электронный коммутатор может быть выполнен на одном электронном ключе и последовательно подключен к обмотке статора, имеющей одну секцию, параллельно которой через обратный диод может быть подключен блок рассеивания коммутационной энергии.

Кроме этого, в центробежной насосной установке внутренний диаметр электромагнитных катушек в статорной обмотке, в которые встроены постоянные магниты, может быть больше, а число витков меньше, чем в остальные электромагнитных катушках статорной обмотки.

Также в центробежной насосной установке на статоре на месте расположения некоторых электромагнитных катушек статорной обмотки могут быть установлены постоянные магниты.

На фиг. 1 приведена функциональная схема центробежной насосной установки; на фиг. 2 конструктивная схема центробежной насосной установки; на фиг. 3 и 4 варианты выполнения статора электродвигателя; на фиг. 5 вариант выполнения ротора электродвигателя; на фиг. 6 электрическая схема управления статорной обмоткой для случая однофазного электродвигателя.

Устройство содержит центробежный насос 1 с крыльчаткой 2, приводимый электродвигателем 3, которые размещены в корпусе 4 с крышкой 5.

Электродвигатель 3 содержит ротор 6 и неподвижный статор 7.

Ротор 6 электродвигателя 3 выполнен в виде двух жестко связанных дисков 8, а статор 7 размещен в рабочем зазоре электродвигателя 3 между дисками 8 и зажат между крышкой 5 и корпусом 4 через прокладки 9.

Крыльчатка 2 насоса 1 и диски 8 потока 6 насажены на единую опору 10 вращательного скольжения, которая образована осью 11, ступенчатой втулкой 12, насаженной на ось 11, и упорной фиксирующей шайбой 13 с винтом, которая предназначена для фиксации ступенчатой втулки 12 в осевом направлении.

Между крышкой 5 и корпусом 4 образована проточная камера 14, через которую проходит проточный поток нагнетаемой рабочей среды. В проточной камере 14 размещены крыльчатка 2 насоса 1 и ротор 6 и статор 7 электродвигателя 3, и она предназначена для охлаждения статора со встроенным в него электромагнитными катушками 5 и трущихся пар, образованных опорой 10 вращательного скольжения, дисками 8 ротора 6 и крыльчаткой 2, и интенсивной теплоотдачи во внешний контур.

В диски 8 ротора 6 встроены размещенные по окружности постоянные магниты 17-17ⁿ чередующейся полярности и магнитопроводные кольца 18.

На неподвижном статоре 7 установлен датчик 19 положения ротора 6. На входе статорной обмотки 16 электродвигателя 3 установлен электронный коммутатор 20, управляющий вход которого подключен к выходу датчика 19 положения ротора.

В случае использования насосной установки для однофазного электродвигателя в электромагнитные катушки 15 статорной обмотки 16 встроены постоянные магниты 21-21ⁿ, направленные одноименными полюсами в одну сторону, а постоянные магниты 17-17ⁿ на роторе 6 размещены неравномерно. Электронный коммутатор 20 выполнен в этом случае на одном электронном ключе 22 и последовательно подключен к статорной обмотке, имеющей одну секцию 23.

Параллельно статорной обмотке 16 через обратный диод 24 подключен блок 25 рассеивания коммутационной энергии.

На статоре 7 вместо некоторых электромагнитных катушек 15 могут быть установлены постоянные магниты 26.

Соосно крыльчатке 2 на входе насоса 1 установлена жестко скрепленная с корпусом 4 неподвижная направляющая втулка 27, предназначенная для исключения обратного тока нагнетаемой жидкости. В крышку 5 корпуса 4 встроен дренажный клапан 28.

Установка работает следующим образом.

При включении электродвигателя 3 диски 8 ротора 6, один из которых жестко связан с крыльчаткой 2 насоса 1 (например, клеем), начинают вращаться, и крыльчатка 2 перекачивает рабочую среду в направлении от входа к выходу через проточную камеру 14.

При этом за счет размещения ротора 6 и статора 7 в проточной камере 14 происходит интенсивный отвод тепла от статорной обмотки 16 и интенсивное охлаждение трущихся пар, которому способствует вращение дисков 8 ротора 6, и от трущихся пар скольжения, образованных опорой 10 вращательного скольжения, дисками 8 ротора 6 и крыльчаткой 2, тепло уносится с нагнетаемой рабочей средой во внешний контур.

Привод центробежного насоса 1 осуществляется электродвигателем 3, который может быть как однофазным, так и многофазным.

Управление работой центробежного насоса поясняется фиг. 1 и 2. Установленный на статоре датчик 19 положения ротора 6 дает сигнал на включение электронного коммутатора 20, который подключает и отключает статорную обмотку 16 электродвигателя 3, обеспечивая непрерывный цикл его работы. При отключенной статорной обмотке 16 ротор 6 находится в положении устойчивого равновесия, обеспечиваемого притяжением магнитов противоположной полярности ротора 6 и статора 7. При включении источника питания (на чертеже не показан) датчик 10 положения ротора 6 вырабатывает сигнал на включение электронного коммутатора 20. При этом на статорной обмотке 16 появляется магнитодвижущая сила, и по электромагнитным катушкам 15 статора 7 протекает ток. Магнитодвижущая сила статорной обмотки 16 при взаимодействии с потоком постоянных магнитов 17 ротора 6 преодолевает силу взаимодействия магнитов ротора 6 и статора 7, и ротор 6 поворачивается до положения, когда знак момента взаимодействия магнитов ротора 6 и статора 7 становится положительным. В этом положении датчик 19 положения ротора 6 вырабатывает сигнал на отключение статорной обмотки 16 электронным коммутатором 20, а дальнейшее движение дисков 8 ротора 6 и крыльчатки 2 происходит в результате притяжения магнитов ротора 6 и статора 7.

Работа устройства с однофазным двигателем, т.е. когда в одноименнополюсные электромагнитные катушки 15 статорной статорной обмотки 16 встроены постоянные магниты 21-21ⁿ, ориентированные одноименными полюсами в одну сторону, а постоянные магниты 17 на роторе 6 размещены неравномерно, позволяет существенно упростить схему управления и выполнить ее по схеме с одним электронным ключом. Постоянные магниты могут быть встроены в некоторые электромагнитные катушки 15, число витков может быть уменьшено, а внутренний диаметр электромагнитных катушек 15 увеличен по сравнению с числом и внутренним диаметром остальных катушек 15. Все это позволяет увеличить объем магнитов на статоре 6 без увеличения габаритов установки.

Создание условий для интенсивного охлаждения статорной обмотки 16 и пар трения опоры 10 вращательного скольжения, на которой установлены диски 8 ротора 6 и крыльчатка 2, позволяет увеличить плотность тока, т.е. при том же сечении провода увеличить ток, мощность электродвигателя 3 при неизменном объеме и повысить производительность установки.

Кроме этого, расположение пар скольжения в проточном объеме решает задачу снижения коэффициента трения и способствует повышению КПД.

Направляющая втулка 27 прямого потока исключает обратный ток рабочей среды и снижает потери на подсос потока с выхода на вход, что также способствует увеличению КПД устройства.

Использование: в конструкциях герметичных насосов. Сущность изобретения: корпус и крышка насосной установки образуют проточную камеру, сообщенную со входом и выходом насоса, в которой на опоре вращательного скольжения установлен ротор, выполненный в виде двух дисков, статор, который размещен между дисками и зажат между крышкой и корпусом, и крыльчатка, скрепленная с одним из дисков. В диски ротора встроены размещенные по окружности магниты чередующейся полярности и магнитопроводные кольца. Управление осуществляется датчиком положения ротора через электронный коммутатор. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Центробежная насосная установка, содержащая герметичный корпус с крышкой, ротор с встроенными магнитами, статор электродвигателя и крыльчатку насоса, отличающаяся тем, что корпус и крышка образуют проточную камеру, сообщенную с входом и выходом насоса, в проточной камере на опоре вращательного скольжения установлены ротор, который выполнен в виде двух дисков, статор, размещенный между дисками ротора и неподвижно закрепленный между крышкой и корпусом, и крыльчатка, скрепленная с одним из дисков ротора, в которые встроены размещенные по окружности постоянные магниты чередующейся полярности и магнитопроводные кольца, на статоре установлен датчик положения ротора и встроены электромагнитные катушки статорной обмотки, на входе статорной обмотки установлен электронный коммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу датчика положения ротора. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что соосно с крыльчаткой на входе насоса установлена неподвижная направляющая втулка прямого потока. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в одноименно-полюсные электромагнитные катушки статорной обмотки встроены постоянные магниты, направленные одноименными полюсами в одну сторону, а постоянные магниты на роторе размещены по окружности неравномерно, при этом электронный коммутатор выполнен на одном электронном ключе и последовательно подключен к статорной обмотке, имеющей одну секцию, параллельно которой через обратный диод подключен блок рассеивания коммутационной энергии. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что внутренний диаметр электромагнитных катушек статорной обмотки, в которые встроены постоянные магниты, больше, а число витков меньше, чем в остальных электромагнитных катушках статорной обмотки. 5. Установка по пп. 1 и 4, отличающаяся тем, что на статоре на месте расположения некоторых электромагнитных катушек статорной обмотки установлены постоянные магниты.