НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 1997 года по МПК F04D13/06 

Изобретение относится к энергомашиностроению, машиностроение для нефтяной промышленности и может быть использовано пои изготовлении насосных устройств для перекачки нефтепродуктов и других жидкостей.

Известен двигатель-насос (Гайтов Б.Х. Управляемые двигатели-машины. М. Машиностроение, 1981, 183 с.с.157). Такой насос обеспечивает перекачку жидкости, но обладает рядом недостатков.

Конструктивные и технологические особенности насоса предполагают несколько удлиненную его конструкцию, что на практике приводит к более длительному нахождению перекачиваемой жидкости в массивном роторе-рабочем колесе, которое в силу своих электромагнитных особенностей сильно нагревает перекачиваемую жидкость. Последнее не всегда приемлемо, т.к. может привести к изменению некоторых свойств перекачиваемой жидкости.

Уменьшение же длины цилиндрического двигателя-насоса (Д-Н), (не увеличивая его диаметр) приводит к снижению мощности установки.

Следует также отметить, что удлиненность конструкции Д-Н зачастую создает трудности по их размещению и компоновке вместе с другим оборудованием. Так, бывает необходимо иметь небольшую длину машины при увеличенном диаметре, что, как отмечалось выше, невозможно осуществить при цилиндрической компоновке двигателя-насоса.

Анализ вышеперечисленных недостатков позволяет прийти к простому, на псовый взгляд, решению, а именно: заменить цилиндрическую конструкцию Д-Н на торцовую с одним статором, как это показано на фиг. 1 (аналог).

Однако, выполнение двигателя-насоса с одним статором в рабочем режиме при полной нагрузке дает неплохие результаты. При выполнении же регламентных работ, когда необходимо обеспечить только вращение ротора-рабочего колеса без нагрузки (без подачи перекачиваемой жидкости), на пониженных оборотах (вплоть до 1-2 об/мин) и работе насоса при неполной нагрузке нет необходимости использовать полностью мощность статора, что привело бы к неоправданному расходу энергии и сокращению срока службы устройства.

Поверхностный взгляд на эту проблему подсказывает вроде бы классический выход, а именно: применение полюсно-переключаемых обмоток. Однако такие обмотки позволяют снижать скорость и потребляемую мощность двигателя в соотношении 2: 1 (обеспечение других соотношений резко усложняет конструкцию и требует специального оборудования, что делает нереальным получение этих соотношений).

Кроме того, замена одностаторного цилиндрического двигателя-насоса на одностаторный торцовый двигатель-насос не всегда может дать положительный эффект по обеспечению дискретности питания Д-Н и по повышению энергетических показателей установки. Следует отметить, что энергетические показатели ( cosΦ_и КПД) двигателя-насоса существенно зависят от величины воздушного зазора, т.е. величина воздушного зазора должна быть оптимальна для данного типоразмера машины.

Для каждого режима работы существует своя оптимальная величина воздушного зазора. При пуске (увеличения нагрузки на валу) величина воздушного зазора больше, чем при номинальной нагрузке.

Величина воздушного зазора у торцовой конструкции Д-Н может саморегулироваться и под влиянием режима работы машины, т.е. при увеличении нагрузки на валу (увеличение потока перекачиваемой жидкости или увеличение ее вязкости) увеличивается ток статора, что, в свою очередь, ведет к увеличению магнитного взаимодействия между статором и ротором-рабочим колесом. Последнее может привести к резкому уменьшению воздушного зазора, вплоть до нуля, что конечно же недопустимо. Следует отметить, что при пуске большая величина воздушного зазора приводит к снижению пускового тока, снижая при этом установленную мощность электродвигателя, а в рабочем режиме снизит энергетические показатели. Малая величина воздушного зазора приводит при пуске к увеличению пускового тока, а в рабочем режиме к повышению энергетических показателей.

Улучшение габаритных показателей и некоторое повышение энергетических показателей Д-Н возможно применив двухстаторную конструкцию насоса, в котором ротор выполнен в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя (А.С. СССР N 212066, кл. F 04 D 7/02, 1978) прототип.

Такая конструкция Д-Н обеспечивает стабильность величины воздушного зазора машины, но не обеспечивает регулируемость величины воздушного зазора и оптимальность энергетических показателей.

Задачей данного изобретения является обеспечение регулируемости воздушного зазора машины, обеспечивая повышенную величину воздушного зазора при пуске и уменьшенную в рабочем режиме, что прототип обеспечить не может.

Указанных выше недостатков лишен насос для перекачки нефтепродуктов, содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, отличающийся тем, что один из статоров электродвигателя выполнен отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленными в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо.

На фиг. 2 изображен предлагаемый двигатель-насос. Двигатель-насос состоит из корпуса 1 с входными 2 и выходным патрубком 3. На корпусе 1 укреплены два статора торцового типа 4 с обмотками 5. На валу 6, закрепленному в подшипниковых узлах 7, установлены роторы-диски 8, составляющие рабочее колесо насоса и скрепленные между собой лопатками-лопастями 9. Между статорами 4 и роторами-дисками 8 находятся рабочие воздушные зазоры 10.

Следует отметить, что толщина роторов-дисков больше глубины проникновения электромагнитной волны. Такая особенность конструкции обеспечивает невлияние лопастей-стержней на картину поля в роторе, оставаясь, тем не менее, дополнительной и весьма развитой поверхностью охлаждения роторов, обеспечивая выравнивание теплового потенциала между двумя роторами-дисками.

Стрелками показано движение прокачиваемой жидкости. Предлагаемый насос работает следующим образом. На обмотки 5 статоров 4 подается трехфазное напряжение, что создает вращающиеся магнитные поля. Причем, обмотки 5 статоров 4 подключены так, чтобы магнитные поля вращались встречно, что при зеркальном расположении статоров фактически обеспечивает их вращение в одну сторону. Вращающиеся поля в статорах наводят (каждый в "своем") в роторах-дисках 8 вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов ротора 8 с вращающимися магнитными полями "своих" статоров 4 создает вращающиеся моменты, которые передаются на общий вал 6, закрепленный в подшипниковых узлах 7.

Вращение роторов-дисков 8 с лопатками-лопастями 9 обеспечивает перекачку жидкости от входных патрубков 2 к выходному 3.

Следует отметить, что при подаче трехфазного напряжения на обмотки 5 статоров 4 и при создании вращающего магнитного поля создается не только вращательный момент, но и создаются силы магнитного тяжения между статором и "своим" ротором. А так как два статора 4 выполняются с одинаковыми электромагнитными параметрами и роторы-диски также выполняются одинаковыми, то силы магнитного тяжения, создаваемые двумя статорами будут уравновешивать друг друга, не позволяя уменьшаться (увеличиваться) величинами двух воздушных зазоров 10.

То есть при пуске насоса или при изменении вязкости жидкости, когда момент сопротивления высок и машине необходим повышенный вращающий момент, работают два статора, обеспечивая необходимый вращающий момент на валу. Одновременная работа двух статоров не позволяет и изменяться воздушному зазору, что привело бы к увеличению магнитных потерь и, следовательно, к снижению энергетических показателей.

После включения насоса, выхода его на рабочую частоту вращения и при уменьшении динамического момента [Mg J(dw/dt), где J момент инерции механизма, w угловая частота вращения механизма, t время] один статор отключается, что вызывает за счет сил магнитного тяжения уменьшение воздушного зазора между работающим статором и "его" ротором-диском, уменьшаются потери и улучшаются энергетические показатели.

Следовательно при работе машины в номинальном (рабочем) режиме, когда нет необходимости в использовании двух статоров, отключение одного статора от сети приводит к снижению потребляемой мощности за счет уменьшения величины воздушного зазора между работающим статором и ротором, приводит к снижению потерь, что в конечном счете приводит к повышению КПД и cosΦ

Использование: при изготовлении насосов для перекачки нефтепродуктов и других жидкостей. Сущность изобретения: насос содержит корпус, в котором смонтированы статоры электродвигателя, и рабочее колесо. Последнее является ротором электродвигателя и выполнено в виде двух дисков-роторов, связанных между собой и расположенных между торцевыми поверхностями статоров с необходимыми воздушными зазорами. Один из статоров выполнен отключаемым от сети питания независимо от другого статора. Насос снабжен установленными в корпусе на подшипниках валом, на котором и закреплено рабочее колесо. 2 ил.

Насос для перекачки нефтепродуктов, содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между торцевыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, отличающийся тем, что один из статоров электродвигателя выполнен отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленными в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо.