НАСОСНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2012 года по МПК F04D13/06 F04D29/58 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к насосной системе, в частности к насосной системе, содержащей электрический привод и роторный насос и подходящей для работы в погруженном состоянии в морской воде.

Уровень техники

При использовании насосов с электрическим приводом существует потребность в выполнении системы, которая безопасна с точки зрения воздействия на окружающую среду и в которой отсутствуют утечки в окружающую среду или они минимальны, в которой одновременно хотелось бы использовать как можно более оптимально подходящие текучие среды в различных элементах насосной системы. Также существует потребность в системе, в которой можно использовать традиционные, прошедшие проверку временем статор, электрические соединения и конструкцию проходной втулки для ввода электрического кабеля в электрических частях. Также существует потребность в такой насосной системе, которую можно использовать под водой. Настоящее изобретение предлагает решение, направленное на удовлетворение этих нужд.

Раскрытие изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрена насосная система, содержащая электрический привод и роторный насос, включающий вращаемый вал и приводной элемент, прикрепленный к валу, предназначенный для создания потока рабочей текучей среды. Указанный электрический привод содержит электрический статор и электрический ротор, прикрепленный к валу, причем электрический статор помещен внутри первого корпуса, а роторный насос и электрический ротор помещены внутри второго корпуса. В первом корпусе заключена первая текучая среда, во втором корпусе заключена вторая текучая среда, а электрический статор расположен вблизи электрического ротора.

Один аспект настоящего изобретения состоит в создании насосной системы, такой чтобы была возможность использовать преимущества герметизированного статора электродвигателя, который заполнен маслом, оптимально подобранным для защиты электрических частей насоса, который погружен в морскую воду, в то время как основа масла, которое используется для смазки подшипников и механических уплотнений, представляет собой безопасное с точки зрения воздействия на окружающую среду смазочное вещество, так называемую «зеленую» текучую среду.

Предпочтительно первый корпус вмещает экологически безопасную текучую среду, а второй корпус вмещает вторую экологически безопасную смазочно-охлаждающую текучую среду, причем разные текучие среды могут быть оптимизированы для разных функций. Основой текучей среды во втором корпусе в некоторых применениях может быть рабочая текучая среда, если есть возможность проведения обработки рабочей текучей среды с целью удаления из нее нежелательных веществ, например, таких как твердые частицы.

Насосная система может содержать первый внешний контур жидкостного охлаждения, содержащий впускной участок, присоединенный к первому корпусу, и выпускной участок, присоединенный к первому корпусу; и средства для создания потока текучей среды из первого корпуса через первый внешний контур охлаждения.

Насосная система, включающая в себя роторный насос, может содержать второй внешний контур жидкостного охлаждения, содержащий впускной участок, присоединенный ко второму корпусу, и выпускной участок, присоединенный ко второму корпусу; и средство для создания потока текучей среды из второго корпуса через второй внешний контур охлаждения.

Первый корпус может содержать статические уплотнения для мест сопряжения между внутренней областью первого корпуса и окружающей средой. Текучее масло внутри первого корпуса предпочтительно заключено в герметичной оболочке без вращающихся уплотнений. Согласно замыслу, текучее масло, находящееся внутри статора, заливают перед установкой, и впоследствии это пространство постоянно герметично закрыто.

Второй корпус предпочтительно содержит статические уплотнения для мест сопряжения между внутренней областью второго корпуса и окружающей средой. Как участок насоса, так и участок электродвигателя заключены внутри корпусов, работающих под давлением, которые могут подвергаться давлению при закрытом трубопроводе (обычно 345 бар), без вращающихся уплотнений, только со статическими уплотнениями на границе с окружающей средой.

Насосная система предпочтительно содержит камеру выравнивания давлений текучих сред для поддержания по существу равного давления в первом корпусе и втором корпусе. При помощи камеры выравнивания давлений происходит повышение давления текучего масла, находящегося внутри первого корпуса и статора, до того же самого давления, как и давление текучего масла во втором корпусе. Размеры камеры подобраны таким образом, чтобы учитывать тепловое расширение текучей среды внутри замкнутой первой камеры вокруг статора, по мере того как в процессе работы статор нагревается, а также сжатие масла с увеличением рабочего давления. Перепад давлений между маслом и «зеленым» смазочным веществом сохраняется по существу близким к нулю. Вторая камера может быть оборудована системой управления для регулирования давления внутри второй камеры.

Согласно одному аспекту изобретения участок первого корпуса может образовывать участок второго корпуса, в результате чего образуется общий барьер, разграничивающий участки обоих корпусов. Эта конструкция может быть наиболее уместной, когда статор расположен снаружи ротора, окружая его, при этом общий барьер между корпусами расположен в промежутке между статором и ротором. Этот участок корпусов, образующий общий барьер, может быть изготовлен из немагнитного материала. В соответствии с другим аспектом система может быть выполнена с отдельными корпусами из немагнитного материала в области между ротором и статором. В одном аспекте изобретения ротор или нанесенное на него покрытие также может составлять часть корпуса вокруг ротора и тем самым также образовывать участок обоих корпусов.

В контексте решаемой задачи электродвигатель, используемый в предложенном устройстве, может представлять собой асинхронный электродвигатель или, возможно, синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, расположенными на роторе.

Краткое описание чертежей

Далее приведено описание частного варианта осуществления изобретения, только в качестве примера, со ссылками на сопровождающий чертеж, на котором:

Фиг.1 представляет собой схематический вертикальный разрез насосной системы согласно настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

В ходе дальнейшего описания сделаны ссылки на фиг.1. На фиг.1 показана насосная система 1, содержащая электрический привод 2 и роторный насос 4, содержащий выполненный с возможностью вращения вал 6 и приводной элемент 8, образованный из трех рабочих колес 9, прикрепленных к валу 6, предназначенных для создания потока рабочей текучей среды 7. Конечно, приводной элемент 8 может содержать меньшее или большее число рабочих колес 9. Электрический привод 2 содержит электрический статор 10 и электрический ротор 12, прикрепленный к валу 6 посредством соединительной муфты 13, при этом электрический статор 10 расположен поблизости от электрического ротора 12 и в проиллюстрированном варианте выполнения расположен вокруг электрического ротора 12, охватывая его. Электрический статор 10 помещен внутри первого корпуса 14, а роторный насос 4 и электрический ротор 12 помещены внутри второго корпуса 16. Первый корпус 14 вмещает первую текучую среду 18, а второй корпус 16 вмещает вторую текучую среду 20. Первая текучая среда 18 в первом корпусе 14 изолирована от второй текучей среды 20, находящейся во втором корпусе 16. Рабочая текучая среда 7 поступает в приводной элемент 8 через входной патрубок 15, а выходит из приводного элемента 8 через выходной патрубок 17. Циркуляция первой текучей среды 18 внутри первого корпуса 14 показана совокупностью стрелок 11. Течение текучей среды 18, в основном, происходит из верхней области корпуса 14 к нижней области корпуса 14, как это показано на чертеже. Под верхней областью первого корпуса 14 следует понимать область первого корпуса, обращенную от насоса. Соответствующий термин «верхний» относится к данному чертежу и не обязательно применим к расположению насосной системы в процессе ее эксплуатации.

Насосная система снабжена первым внешним контуром 22 жидкостного охлаждения, содержащим впускной участок 24, присоединенный к верхней области первого корпуса 14, и выпускной участок 26, присоединенный к нижней области первого корпуса, а также средством для создания потока текучей среды из первого корпуса через первый внешний контур охлаждения. Циркуляция находящейся внутри первого корпуса 14 текучей среды 18 через контур 22 охлаждения обеспечивается при помощи выполненного с возможностью вращения рабочего колеса 28, установленного на подшипниковом узле 30 и получающего вращающую силу от вала 6 посредством магнитного соединительного устройства 32.

Также выполнен второй внешний контур 34 жидкостного охлаждения, содержащий выпускной участок 36, присоединенный к срединной области второго корпуса 16, и впускной участок 38, присоединенный к верхней области второго корпуса 16, и рабочее колесо 40, прикрепленное к валу 6 и предназначенное для создания потока текучей среды 20 из второго корпуса 16 через второй внешний контур 34 охлаждения. Верхняя область второго корпуса 16 расположена поблизости от верхней области первого корпуса 14.

С каждой стороны от приводного элемента 8 расположены соответствующие подшипниковые узлы 44, 45 для вала 6, а по каждую сторону от ротора 12 расположены соответствующие подшипниковые узлы 46, 47.

Второй корпус 16 выполнен с возможностью подачи масляной текучей среды и предпочтительно снабжен двумя впусками 42, 43 для подвода масла. Один впуск 42 расположен между рабочим колесом 40 и приводным элементом 8, а другой впуск 43 расположен на одном конце вала 6 вблизи подшипникового узла 45 для вала 6. В другом варианте осуществления может быть только один впуск для подвода масла во второй корпус и может быть предусмотрено внутреннее сообщение между разными областями второго корпуса 16.

На наружной поверхности первого корпуса 14 образован ряд охлаждающих ребер 50. В некоторых насосных системах охлаждающих ребер 50 достаточно для нужного охлаждения циркулирующей внутри первого корпуса 14 текучей среды 18, так что можно исключить первый внешний контур 22 охлаждения с рабочим колесом 28, выполненным с возможностью вращения, и подшипниковым узлом 30. Электрическая энергия подается к статору 10 посредством проходной втулки 52 для ввода электрического кабеля, которая проходит через стенку первого корпуса 14 и присоединена к линии 54 электроснабжения.

Масляная текучая среда 18 для статора 10 заключена в герметичном первом корпусе 14, не имеющем вращающихся уплотнений. Согласно предпочтительному варианту предполагается, что внутреннее пространство корпуса 14 заполняют масляной текучей средой 18 перед установкой, а впоследствии эта полость постоянно герметично закрыта.

Как насос 4, так и электрический привод 2 помещены внутри корпусов 14, 16, рассчитанных на работу под давлением, и могут подвергаться воздействию давления при закрытом трубопроводе (обычно 345 бар), без вращающихся уплотнений, только со статическими уплотнениями на границе с окружающей средой.

Смазка и охлаждение подшипников 46, 47, поддерживающих электрический ротор 12 и вал 6 насоса с рабочими колесами 9, а также механических уплотнений 56 обеспечивается с помощью экологически безопасной смазочной текучей среды 20. Предпочтительно текучая среда 20 - это «зеленая» текучая среда, такая как установлено в директиве Евросоюза, которую можно выпускать в окружающую среду, при этом обладающая свойствами, необходимыми для обеспечения смазки и защиты деталей внутри второго корпуса 16.

Давление масла во втором корпусе 16 предпочтительно поддерживается приблизительно на 15-20 бар выше рабочих давлений за счет внешней системы подачи масла, служащего в качестве барьера. Система подачи служащего барьером масла может быть подобна системам, использующимся в подводных насосах Framo, и в данном описании не раскрывается более подробно. Она обеспечивает то, что подшипниковые узлы 44, 45, 46, 47, соединительная муфта 13 и уплотнения 56 защищены от загрязнения рабочей текучей средой 7 (такими загрязнителями, как частицы, вода и т.д.), а потенциальные утечки за механические уплотнения 56 возможны только из внутреннего пространства корпуса 16 в область, где совершается рабочий процесс.

Масляная текучая среда 18 внутри первого корпуса 14 и статора 10 поддерживается при том же давлении, что и текучее масло 20 во втором корпусе 16, при помощи камеры 58 выравнивания давлений. Размер камеры 58 выбран с учетом теплового расширения по мере того, как происходит нагрев статора 10 в процессе работы, или вследствие падения давления, а также с учетом сжатия масляной текучей среды 18 с увеличением рабочего давления или при остановленном двигателе, когда текучая среда 20 остывает. Камера 58 может представлять собой либо поршневое устройство с уплотнительными средствами, либо резиновый сильфон или другого вида мембрану, разделяющую текучие среды, но допускающую выравнивание давлений между текучими средами. Камера 58 может быть присоединена ко второму корпусу 16 вблизи рабочего колеса 40 и к первому корпусу 14 вблизи выпускного участка 26 первого внешнего контура охлаждения. Такая камера выравнивания давлений может быть расположена между двумя корпусами 14, 16 различным образом. Перепад давлений между первой текучей средой 18 и второй текучей средой 20 предпочтительно поддерживается близким к нулю.

Следует понимать, что на участках ротора и насоса может быть по существу устранен выпуск потенциально опасной, с точки зрения экологии, текучей среды, используемой в качестве барьера, в область рабочего процесса (в случае мультифазного насоса и насоса для подачи прошедшей обработку воды) или в окружающую среду (в случае насоса для подачи неочищенной морской воды).

Изобретение разъяснено в привязке к одному варианту осуществления. Специалисту в данной области понятно, что описанный вариант осуществления допускает некоторые изменения и модификации, которые попадают в объем изобретения, установленный в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к насосной системе с электрическим приводом, предназначенной для работы в погруженном состоянии в морской воде. Насосная система 1 содержит электрический привод 2 и роторный насос 4. Насос 4 включает вращаемый вал 6 и приводной элемент 8, образованный рядом лопаточных рабочих колес 9, прикрепленных к валу 6, предназначенных для создания потока рабочей текучей среды 7. Электрический привод 2 содержит электрический статор 10 и электрический ротор 12, прикрепленный к валу 6 посредством соединительной муфты 13. Статор 10 расположен вблизи ротора 12 и помещен внутри первого корпуса 14. Роторный насос 4 и ротор 12 помещены внутри второго корпуса 16. В первом корпусе 14 заключена первая текучая среда 18, а во втором корпусе 16 заключена вторая текучая среда 20. Изобретение направлено на создание подводной насосной системы, безопасной для окружающей среды за счет исключения или минимизации утечек в окружающую среду. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Насосная система, содержащая электрический привод (2) и роторный насос (4), включающий вращаемый вал (6) и приводной элемент (8), прикрепленный к валу (6), предназначенный для создания потока рабочей текучей среды, при этом электрический привод (2) содержит электрический статор (10) и электрический ротор (12), прикрепленный к указанному валу, причем электрический статор (10) помещен внутри первого корпуса (14), а роторный насос (4) и электрический ротор (12) помещены внутри второго корпуса (16), при этом первый корпус (14) вмещает первую текучую среду (18), второй корпус (16) вмещает вторую смазочную текучую среду (20), а электрический статор (10) расположен вблизи электрического ротора (12), отличающаяся тем, что насосная система содержит второй внешний контур (34) жидкостного охлаждения, имеющий впускной участок (38), присоединенный ко второму корпусу (16), и выпускной участок (36), присоединенный ко второму корпусу (16), а также средство (40) для создания потока текучей среды (20) из второго корпуса (16) через второй внешний контур (34).

2. Насосная система по п.1, отличающаяся тем, что первый корпус (14) вмещает экологически безопасную текучую среду (18), а второй корпус (16) вмещает вторую охлаждающую текучую среду (20).

3. Насосная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит первый внешний контур (22) жидкостного охлаждения, имеющий впускной участок (24), присоединенный к первому корпусу (14), и выпускной участок (26), присоединенный к первому корпусу (14); и средства (28, 30, 32) для создания потока текучей среды (18) из первого корпуса (14) через первый внешний контур (22).

4. Насосная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что первый корпус (14) содержит статические уплотнения для мест сопряжения между внутренней областью первого корпуса (14) и окружающей средой.

5. Насосная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что второй корпус (16) содержит статические уплотнения для мест сопряжения между внутренней областью второго корпуса (16) и окружающей средой.

6. Насосная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит камеру (58) выравнивания давлений текучих сред, предназначенную для поддержания, по существу, равных значений давления в первом корпусе (14) и втором корпусе (16).

7. Насосная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что электрический ротор (12) расположен внутри электрического статора (10), который таким образом окружает электрический ротор (12).

8. Насосная система по п.7, отличающаяся тем, что участок первого корпуса (14) образует участок второго корпуса (16).

9. Насосная система по п.8, отличающаяся тем, что указанный участок корпусов изготовлен из немагнитного материала и расположен между электрическим статором (10) и электрическим ротором (12).