ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС С МАГНИТНОЙ МУФТОЙ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ РАСПЛАВЛЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И ГОРЯЧИХ СРЕД Российский патент 2013 года по МПК F04D7/06 F04D29/58 F04D13/02 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к компактным центробежным насосам и насосным системам с эффективным тепловым барьером между насосной и моторной частями, предназначенным для перекачки расплавленных не тугоплавких металлов и горячих сред. Одно из применений изобретения связано с его использованием в мощных источниках рентгеновского, мягкого рентгеновского или экстремального ультрафиолетового излучения для подачи к области излучения высокоскоростного потока жидкого металла, в частности, олова в качестве плазмообразующего вещества и/или жидкометаллического электрода / электродов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен погружной центробежный насос для перекачки расплавленного металла, в частности, алюминия из ванны с расплавом, содержащий размещенное в насосной камере рабочее колесо, закрепленное на ведомом валу, соединенном с ведущим валом приводом вращения, выполненным в виде гибкой муфты, US Patent 6345964. Вертикально установленный протяженный ведомый вал рабочего колеса и привод вращения также служат тепловым барьером, обеспечивающим относительно низкую (ниже 100°C) температуру ведущего вала и соединенного с ним двигателя. Насос отличается высокими производительностью, надежностью даже при наличии шлаков и твердых примесей в расплавленном металле, ремонтоспособностью. Однако насос обладает большими габаритами, и в нем возможно возникновение вибраций, в частности, из-за большой протяженности ведомого вала.

Частично этих недостатков лишен центробежный насос с интегрированным тепловым барьером, US Patent 5626460. Насос, предназначенный для перекачки горячих сред, содержит корпус с интегрированным в него тепловым барьером, и размещенное в корпусе рабочее колесо, закрепленное на валу. Электродвигатель и корпус насоса соединены в компактный блок, свободный от вибрации. Для обеспечения компактной конструкции в корпус насоса интегрирован тепловой барьер. Тепловой барьер, предотвращающий передачу тепла от корпуса насоса к двигателю, выполнен в виде расположенного вокруг вала герметичного сварного соединения двух частей корпуса с минимизированным поперечным сечением. При этом между двумя указанными частями корпуса насоса размещены керамические вставки, обеспечивающие механическую прочность корпуса насоса с присоединенным к нему двигателем.

Однако конструкция насоса не предусматривает теплового барьера на валу, что существенно ограничивает диапазон температур перекачиваемых сред и не позволяет использовать насос для перекачки расплавленных металлов. Кроме этого, в насосе не предусмотрена герметизация прокачиваемого продукта.

Последнего недостатка лишены насосы с магнитной муфтой, которые обеспечивают отсутствие контакта перекачиваемой среды с атмосферой. В связи с этим они применяются для перекачки химически агрессивных, токсичных, взрывоопасных, радиоактивных и экологически вредных сред. С другой стороны, они используются при работе с особо чистыми и стерильными продуктами. Преимуществами насосов с магнитной муфтой также являются высокая производительность, долговечность, ровный без пульсаций поток при малом размере магнитной муфты.

Известен центробежный насос с магнитной муфтой, содержащий моторную и насосную камеры, размещенное в насосной камере рабочее колесо, закрепленное на ведомом валу, в котором магнитная муфта включает в себя совмещенную с ведущим металлическим валом ведущую полумуфту с набором постоянных магнитов, герметизирующий экран, отделяющий насосную камеру от моторной камеры, и скрепленную с ведомым валом ведомую полумуфту, US Patent 5484265. Ведомая полумуфта также содержит набор постоянных магнитов, которые отделены герметичным экраном от размещенных напротив них постоянных магнитов ведущей полумуфты. При этом ведущая полумуфта и часть ведущего вала размещены в моторной камере, сообщающейся с окружающей атмосферой,

Применяемые в магнитных муфтах постоянные магниты AlNiCo работают при температурах вплоть до 450°C, но они легко размагничиваются. Спеченные магниты NdFeB и SmCo могут работать соответственно при температурах до 150°C и 300°C. Превышение допустимых рабочих температур приводит к выходу магнитной муфты из строя.

В связи с этим указанный выше центробежный насос с магнитной муфтой, известный из US Patent 5484265, оснащен системой контроля, измеряющей температуру герметичного экрана и автоматически отключающей электропитание насоса при превышении допустимой температуры. Однако недостаточная жаропрочность постоянных магнитов, их малая коррозионная стойкость к воздействию жидкого металла и отсутствие высокоэффективного теплового барьера между ведомым валом и приводом вращения не позволяла до сих пор применять насосы с магнитными муфтами для перекачки расплавленных металлов с температурой плавления выше 200°C.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Задача изобретения состоит в разработке центробежного насоса с жаростойкой магнитной муфтой для перекачки расплавленных не тугоплавких металлов и горячих сред при температурах, превышающих 350°C.

При этом одна из задач изобретения связана с созданием компактного высоконапорного (>10 атм) насоса для систем формирования высокоскоростных струй жидкого металла, служащих в качестве жидкометаллического электрода / электродов и/или источника плазмообразующего вещества в мощных источниках рентгеновского излучения (РИ), мягкого рентгеновского (МРИ) или экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения. В таких системах жидкий металл, в частности олово, циркулирующий через вакуумный объем, в котором осуществляется генерация излучения, не должен подвергаться воздействию не только атмосферы во избежание окисления, но даже инертных газов, которые, выделяясь из металла при выходе высоконапорной струи в вакуумный объем, могут нарушать ее течение.

Для решения указанных задач предлагается центробежный насос с магнитной муфтой для перекачки расплавленных металлов и горячих сред, содержащий

моторную камеру, насосную камеру, в которой размещено рабочее колесо, закрепленное на ведомом валу,

магнитную муфту, включающую в себя совмещенную с ведущим металлическим валом ведущую полумуфту с набором постоянных магнитов, герметизирующий экран, отделяющий насосную камеру от моторной камеры, и скрепленную с ведомым валом ведомую полумуфту, при этом

ведомая полумуфта расположена в насосной камере, через которую прокачивается расплавленный металл или другая горячая среда, и выполнена из материала, относящегося к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_С, например, из железа (Т_C=769°C),

моторная камера выполнена герметичной и снабжена вакуумным портом, через который моторная камера вакуумирована,

в вакууммированной моторной камере размещены ведущая полумуфта и часть ведущего вала, причем вакуумный зазор между ведущей полумуфтой и герметизирующим экраном служит тепловым барьером, интегрированным в магнитную муфту, кроме этого

корпус моторной камеры включает в себя тепловой барьер, а

металлический ведущий вал, совмещенный с ведущей полумуфтой, снабжен жидкостным охлаждением.

Предпочтительно, что ведомая полумуфта представляет собой магнитопровод, поверхность которого, обращенная к ведущей полумуфте выполнена с проточками, формирующими зубцы магнитопровода, количество которых равно количеству постоянных магнитов, каждый зубец ведомой полумуфты расположен напротив одного из постоянных магнитов, расположенных в ведущей полумуфте по окружности с чередующейся полярностью.

Предпочтительно, что ведущая полумуфта содержит магнитопровод, выполненный из магнитного материала, в частности, из стали.

Предпочтительно, что ведомая полумуфта представляет собой цельнометаллический магнитопровод, выполненный из железа/АРМКО-железа.

Ведомая полумуфта может быть выполнена с применением железо-кобальтовые сплава (Т_C>1000°C), либо кобальта (Т_C=1131°C), относящихся наряду с железом к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_C.

Предпочтительно, что тепловой барьер моторной камеры выполнен в виде тонкой стенки из материала с низкой теплопроводностью, в частности, из нержавеющей стали.

Предпочтительно, что ведущая полумуфта является наружной полумуфтой цилиндрической магнитной муфты.

Предпочтительно, что в моторной камере размещен предпусковой нагреватель насоса.

Предпочтительно, что нагреватель размещен на поверхности герметизирующего экрана.

Предпочтительно, что ведомый вал выполнен керамическим.

В варианте выполнения устройства магнитопровод ведомой полумуфты имеет коррозионно стойкое покрытие.

В варианте реализации насоса герметизирующий экран может быть выполнен керамическим.

Предпочтительно, что ведомый вал рабочего колеса снабжен, по меньшей мере, одним подшипником.

Предпочтительно, что ведомый вал рабочего колеса снабжен, по меньшей мере, одним керамическим подшипником скольжения.

Предпочтительно, что насосная камера снабжена теплоизолирующим кожухом.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существуют следующие причинно-следственные связи.

Выполнение ведомой полумуфты из материала, относящегося к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_C, позволяет реализовать ее размещение в среде жидкого металла. Наряду с этим, использование в ведомой полумуфте вместо постоянных магнитов намагничиваемого материала, в частности железа (Т_C=769°C), упрощает конструкцию и технологию изготовления магнитной муфты. Выполнение ведомой полумуфты в виде цельнометаллического магнитопровода, выполненного из железа/АРМКО-железа, упрощает ее конструкцию и обеспечивает надежную работу в среде жидкого металла, а также сильную магнитную связь с постоянными магнитами ведущей полумуфты.

Размещение ведущей полумуфты в вакуумируемой герметичной моторной камере обеспечивает надежный вакуумный тепловой барьер, интегрированный в магнитную муфту, части которой (ведомая полумуфта и герметизирующий экран) имеют температуру расплавленного металла. При этом совмещение ведущей полумуфты с металлическим ведущим валом и его жидкостное охлаждение наряду с тепловым барьером, интегрированным в корпус моторной камеры, обеспечивают компактность насоса и низкую температуру ведущего вала, необходимую для соединения с ним электродвигателя и ведущей полумуфты. При этом выполнение теплового барьера моторной камеры в виде ее тонкой стенки из материала с низкой теплопроводностью, в частности, из нержавеющей стали, обеспечивает конструктивную простоту устройства.

Выполнение ведомой полумуфты в виде цельнометаллического магнитопровода из железа/АРМКО-железа упрощает ее и обеспечивает надежность и высокий ресурс работы в среде жидкого металла.

Выполнение ведомой полумуфты с применением железо- кобальтового сплава (Т_C>1000°С), либо кобальта (Т_C=1131°C), относящихся наряду с железом к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_C позволяет повысить температуру прокачиваемого жидкого металла.

Выполнение ведомой полумуфты в виде зубчатого магнитопровода, количество зубцов которого равно количеству постоянных магнитов, расположенных в ведущей полумуфте по окружности с чередующейся полярностью позволяет, как и оснащение ведущей полумуфты магнитопроводом, устранить потери магнитного потока, увеличить крутящий момент магнитной муфты и повысить эффективность магнитной муфты.

Выполнение ведущей полумуфты в виде наружной полумуфты цилиндрической магнитной муфты упрощает конструкцию насоса.

Размещение в моторной камере предпускового нагревателя насоса, в частности, при его размещении на поверхности герметизирующего экрана обеспечивает быструю подготовку насоса к пуску.

Выполнение ведомого вала и/или герметизирующего экрана из керамики, характеризующейся жаропрочностью и малым коэффициентом теплового расширения, облегчает обеспечение работоспособности насоса при температурах жидкого металла.

Оснащение ведомого вала, по меньшей мере, одним керамическим подшипником скольжения, в частности керамическим, повышает надежность работы насоса.

Выполнение магнитопровода ведомой полумуфты с коррозионно стойким покрытием, как и выполнение элементов насосной камеры керамическими снижает химическое взаимодействие перекачиваемых агрессивных горячих сред с материалами насосной камеры.

Оснащение насосной камеры теплоизолирующим кожухом снижает тепловые потери при работе насоса, повышая эффективность системы прокачки жидкого металла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых:

фиг.1 показывает продольное сечение насоса в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.2 представляет в увеличенном, по сравнению с фиг.1, масштабе поперечное сечение насоса в области магнитной муфты.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное описание служит для иллюстрации осуществления изобретения и ни в коей мере объема настоящего изобретения.

В соответствии с примером осуществления изобретения центробежный насос с магнитной муфтой для перекачки расплавленных металлов и горячих сред содержит моторную камеру 1, насосную камеру 2, в которой размещено рабочее колесо 3, закрепленное на ведомом валу 4, предпочтительно керамическом (фиг.1). Магнитная муфта включает в себя совмещенную с ведущим металлическим валом 5 ведущую полумуфту 6 с набором постоянных магнитов 7, герметизирующий экран 8, отделяющий насосную камеру 2 от моторной камеры 1, и скрепленную с ведомым валом 4, предпочтительно выполненным из керамики, ведомую полумуфту 9. Ведущий вал 5 и совмещенная с ним ведущая полумуфта 6 предпочтительно выполнены из корозионно-стойкого немагнитного металла с высокой теплопроводностью, например, из латуни. Ведомая полумуфта 9 расположена в насосной камере 2, через которую прокачивается расплавленный металл или другая горячая среда. При этом ведомая полумуфта 9 выполнена в виде магнитопровода из материала, относящегося к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_C, например, из железа/АРМКО железа (Т_C=769°C). Ведомая полумуфта может быть также выполнена из железо- кобальтового сплава (Т_C>1000°C), либо кобальта (Т_C=1131°C), относящихся наряду с железом к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_C.

Насосная камера 2 снабжена входным патрубком 10 и выходным патрубком 11. Моторная камера 1 выполнена герметичной и снабжена вакуумным портом 12, через который осуществляется вакуумирование моторной камеры 1. В вакууммированной моторной камере 1 размещены ведущая полумуфта 6 и часть ведущего вала 5, при этом вакуумный зазор 13 между ведущей полумуфтой 6 и герметизирующим экраном 8 служит тепловым барьером, интегрированным в магнитную муфту. Кроме этого, корпус моторной камеры 1 включает в себя тепловой барьер, например, в виде тонкой стенки 14 моторной камеры 1. Металлический ведущий вал 5, совмещенный с ведущей полумуфтой 6, снабжен жидкостным охлаждением. Поток охлаждающей жидкости 15, подается к ведущему валу 5, например, с помощью входного и выходного патрубков 16, 17 торцевой части 18 моторной камеры 1, между скользящими манжетами 19.

Ведомая полумуфта 9 насоса предпочтительно представляет собой магнитопровод, поверхность которого, обращенная к ведущей полумуфте выполнена с проточками 20, формирующими зубцы 21 магнитопровода, количество которых равно количеству постоянных магнитов 7. Каждый зубец 21 ведомой полумуфты 9 расположен напротив одного из постоянных магнитов 7, расположенных в ведущей полумуфте 6 по окружности с чередованием полюсов N и S (фиг.2).

Ведущая полумуфта предпочтительно снабжена магнитопроводом 22, выполненным, например, в виде стального кольца, окружающего постоянные магниты 7.

В моторной камере 1 размещен предпусковой нагреватель 23 насоса, предпочтительно размещенный на части поверхности герметизирующего экрана 8. Также предпочтительно, что на герметизирующем экране закреплена термопара для измерения его температуры. Для упрощения термопара и патрубок моторной камеры для токоподводов предпускового нагревателя 23 и термопары на фиг.1 не показаны. Ведомый вал 4 рабочего колеса 3 снабжен двумя подшипниками скольжения 24 (фиг.1), предпочтительно выполненными керамическими. Насосная камера 2 снабжена теплоизолирующим кожухом 25. Ведущий вал 5 ведущей полумуфты установлен на подшипниках 26, размещенных в торцевой части 18 моторной камеры 1.

На фиг.1 магнитная муфта выполнена цилиндрической, и ведущая полумуфта 6 является наружной. В вариантах исполнения ведущая полумуфта 6 может быть внутренней. В варианте реализации насоса магнитная муфта может быть выполнена торцевой.

Герметизирующий экран 8 магнитной муфты выполнен из немагнитного корозионностойкого металла, например из нержавеющей стали, либо из керамики, например, из ZrO, Si₃N₄ или Al₂O₃.

Магнитопровод 9 ведомой полумуфты может иметь коррозионно стойкое покрытие или иметь герметичный корпус из коррозионно стойкого материала, например из нержавеющей стали, для упрощения не показанный на фиг.1, фиг.2.

Описанный выше центробежный насос с магнитной муфтой для перекачки расплавленных металлов и горячих сред используют следующим образом.

В подготовленном для работы насосе к его входному патрубку 10 и выходному патрубку 11 герметично подсоединен контур прокачки жидкого металла; ведущий вал 5 насоса соединен с электродвигателем; к входному и выходному патрубкам 16, 17 торцевой части 18 моторной камеры 1 подсоединена система жидкостного охлаждения ведущего вала 5, обеспечивающая проток охлаждающей жидкости 15 к части ведущего вала между скользящими манжетами 19. К вакуумному порту 12 подсоединен вакуумный насос или подсоединена вакуумная магистраль.

В предстартовом режиме включают предпусковой нагреватель 23 насоса, предпочтительно размещенный в моторной камере 1 на части поверхности герметизирующего экрана 8 магнитной муфты. Одновременно с нагревом через вакуумный порт 12 вакуумируют герметичную моторную камеру 1, а также обеспечивают жидкостное охлаждение металлического ведущего вала 5 и совмещенной с ним ведущей полумуфты 6, подавая между скользящими манжетами 19 жидкий теплоноситель/охлаждающую жидкость 15 с высокой точкой кипения, например, масло или Galden Fluid. При достижении контролируемой встроенной термопарой заданной температуры, обеспечивающей расплавление металла или другой горячей среды, заполняющей насосную камеру 2, нагреватель 23, обеспечивающий быстрый пуск насоса, частично или полностью выключают. Включают электродвигатель. Вал электродвигателя, соединенный через ведущий вал 5 с ведущей полумуфтой 6, обеспечивает вращение набора постоянных магнитов 7, равномерно установленных по окружности ведущей полумуфты 6 с чередованием полюсов. Магнитный поток между постоянными магнитами 7 и расположенными напротив них ответными намагничиваемыми зубцами 21, сформированными проточками 20 полумуфты 9 вызывает синхронное вращение ведомой полумуфты 9, скрепленного с ней ведомого вала 4 и закрепленного на ведомом валу 4 рабочего центробежного колеса/ репеллера 3. Сильная магнитная связь между постоянными магнитами ведущей полумуфты 6 и ведомой полумуфтой 9 обеспечивается ее выполнением из материала, относящегося к группе ферромагнетиков, а также чередованием полюсов постоянных магнитов 7 и выполнением ведомой полумуфты зубчатой. Дальнейшее повышение магнитной связи между полумуфтами достигается за счет применения в ведущей полумуфте магнитопровода 22. Вращение рабочего колеса 3 в виде центробежной крыльчатки или репеллера, ведомый вал 4 которого установлен на подшипниках скольжения 24, обеспечивает прокачку жидкого металла или горячей среды от входного патрубка 10 к выходному патрубку 11 насосной камеры 2.

В процессе работы насоса теплоизолирующий кожух 25 позволяет стабилизировать температуру насосной камеры и ограничить уход тепла в окружающую среду, что повышает эффективность системы прокачки жидкого металла. Интегрированный в моторную камеру тепловой барьер 14, выполненный, например, в виде достаточно тонкой протяженной наружной стенки позволяет поддерживать температуру части моторной камеры 1 при существенно более низкой температуре, чем температура насосной камеры 2. Вакуумный зазор 13 между ведущей полумуфтой 6 и герметизирующим экраном 8 служит высокоэффективным тепловым барьером, интегрированным в магнитную муфту, части которой, а именно ведомая полумуфта 9 и герметизирующий экран 8 имеют температуру расплавленного металла. При этом совмещение ведущей полумуфты 6 с металлическим ведущим валом 5 и его жидкостное охлаждение наряду с тепловым барьером 14, интегрированным в корпус моторной камеры, обеспечивают относительно низкую (<200°C) температуру постоянных магнитов 7 и, соответственно, работоспособность и высокий ресурс ведущей полумуфты 6. Вместе с этим, выполнение ведомой полумуфты 9 из материала, относящегося к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_C, позволяет реализовать ее размещение и работу с высоким ресурсом в среде расплавленного металла, заполняющего насосную камеру 2. При этом выполнение ведомой полумуфты в виде цельнометаллического магнитопровода, выполненного из железа/АРМКО-железа, упрощает ее конструкцию и обеспечивает сильную магнитную связь с постоянными магнитами 7 ведущей полумуфты 6. Выполнение ведущей полумуфты в виде наружной полумуфты цилиндрической магнитной муфты упрощает конструкцию насоса.

Жидкостное охлаждение металлического ведущего вала 5 наряду с тепловыми барьерами 14, 13, интегрированными в корпус моторной камеры 1 и магнитную муфту, обеспечивают низкую температуру ведущего вала 5 и примыкающей к нему части моторной камеры 1. Последнее обеспечивает надежную высокоресурсную работу электродвигателя и установленных в торцевой части 18 моторной камеры 1 подшипников 26 и скользящих манжет 19 ведущего вала 5.

В процессе работы насоса вращающийся магнитный проток проходит через герметизирующий экран 8, который изолирует перекачиваемый расплавленный металл или горячую среду от воздействия атмосферы. При этом герметизирующий экран 8 изготавливается из высоко коррозионностойкого материала и его толщина между полумуфтами составляет, как правило, 1-1,5 мм при выполнении из металла и 3-4 мм при выполнении из керамики. Поскольку вращающееся магнитное поле муфты проходит через неподвижный герметизирующий экран 8, в котором могут индуцироваться вихревые токи, он должен быть изготовлен из немагнитных материалов, например таких, как Хастеллой, другие виды жаропрочной коррозионностойкой нержавеющей стали или из керамики. Выбор керамики в качестве материала герметизирующего экрана 8 позволяет полностью устранить потери на вихревые токи и уменьшить тепловое расширение экрана при его нагреве.

Выполнение находящихся в среде жидкого металла ведомого вала 4 и его подшипников скольжения 24 керамическими, повышает их надежность и надежность работы насоса в целом.

Выполнение ведомой полумуфты 9 с применением либо кобальта (Т_C=1131°C), либо железо-кобальтовых сплавов (Т_C>1000°C), относящихся наряду с железом к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_C позволяет повысить температуру прокачиваемого жидкого металла.

Магнитопровод ведомой полумуфты 9 может иметь коррозионно стойкое покрытие, например из вольфрама или керамики, для уменьшения химического взаимодействия материала полумуфты с расплавленным металлом.

Насос, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, успешно прошел испытания в составе системы циркуляции жидкого металла, а именно расплавленного олова с температурой около 350°C. Создаваемые с помощью насоса высокоскоростные, >10 м/сек, струи жидкого олова использовались в качестве электродов мощного разрядного источника ЭУФ излучения.

Таким образом, выполнение центробежного с магнитной муфтой в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает его высокоэффективное применение для перекачки расплавленных не тугоплавких металлов и горячих сред при допустимых температурах, превышающих 350°C с присущими центробежным насосам с магнитными муфтами преимуществами, к которым относятся высокие напор, производительность и отсутствие контакта перекачиваемой среды с атмосферой.

Список обозначений

1. моторная камера

2. насосная камера

3. рабочее колесо

4. ведомый вал

5. ведущий вал

6. ведущая полумуфта

7. постоянные магниты

8. герметизирующий экран

9. ведомая полумуфта

10. входной патрубок насосной камеры

11. выходной патрубок насосной камеры

12. вакуумный порт

13. вакуумный зазор между ведущей полумуфтой и герметизирующим экраном, служащий тепловым барьером

14. тепловой барьер, например, в виде тонкой стенки моторной камеры

15. охлаждающая жидкость

16. входной патрубок для подачи охлаждающей жидкости

17. выходной патрубок для вывода охлаждающей жидкости

18. торцевая часть моторной камеры

19. скользящие манжеты

20. проточки магнитопровода ведомой полумуфты

21. зубцы ведомой полумуфты

22. магнитопровод ведущей полумуфты

23. нагреватель

24. подшипники скольжения ведомого вала

25. теплоизолирующий кожух насосной камеры

26. подшипники ведущего вала

Изобретение относится к насосам для перекачки расплавленных металлов и горячих сред, в частности для формирования струй жидкого металла, служащих в качестве жидкометаллического электрода в мощных источниках рентгеновского или экстремального ультрафиолетового излучения. Насос содержит моторную камеру, в которой размещена часть ведущего металлического вала и совмещенная с ведущим валом ведущая полумуфта с набором постоянных магнитов, герметизирующий экран, отделяющий моторную камеру и насосную камеру, в которой размещены ведомая полумуфта с ведомым валом и крыльчаткой насоса. При этом ведомая полумуфта представляет собой зубчатый магнитопровод, выполненный из металла, относящегося к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри T_C, например из железа (T_C=769°C), моторная камера выполнена вакуумируемой, причем вакуумный зазор между ведущей полумуфтой и герметизирующим экраном служит тепловым барьером, интегрированным в магнитную муфту. Кроме этого корпус моторной камеры также включает в себя тепловой барьер, а ведущий вал снабжен жидкостным охлаждением. Изобретение направлено на создание насоса с жаропрочной магнитной муфтой для перекачки расплавленных нетугоплавких металлов и горячих сред при температурах, превышающих 350°С. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежный насос с магнитной муфтой для перекачки расплавленных металлов и горячих сред, содержащая моторную камеру, насосную камеру, в которой размещено рабочее колесо, закрепленное на ведомом валу, магнитную муфту, включающую в себя совмещенную с ведущим металлическим валом ведущую полумуфту с набором постоянных магнитов, герметизирующий экран, отделяющий насосную камеру от моторной камеры, и скрепленную с ведомым валом ведомую полумуфту, при этом ведомая полумуфта расположена в насосной камере, через которую прокачивается расплавленный металл или другая горячая среда, и выполнена в виде магнитопровода из материала, относящегося к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри T_C, например, из железа (T_C=769°C), моторная камера выполнена герметичной и снабжена вакуумным портом, через который моторная камера вакуумирована, в вакуумированной моторной камере размещены ведущая полумуфта и часть ведущего вала, причем вакуумный зазор между ведущей полумуфтой и герметизирующим экраном служит тепловым барьером, интегрированным в магнитную муфту, кроме этого корпус моторной камеры включает в себя тепловой барьер, а металлический ведущий вал, совмещенный с ведущей полумуфтой, снабжен жидкостным охлаждением.

2. Насос по п.1, в котором ведомая полумуфта представляет собой магнитопровод, поверхность которого, обращенная к ведущей полумуфте, выполнена с проточками, формирующими зубцы магнитопровода, количество которых равно количеству постоянных магнитов, каждый зубец ведомой полумуфты расположен напротив одного из постоянных магнитов, расположенных в ведущей полумуфте по окружности с чередованием полюсов.

3. Насос по п.1, в котором ведущая полумуфта содержит магнитопровод, выполненный из намагничиваемого/магнитомягкого материала, в частности из стали.

4. Насос по п.1, в котором тепловой барьер моторной камеры выполнен в виде тонкой стенки из материала с низкой теплопроводностью, в частности из нержавеющей стали.

5. Насос по п.1 или 2, в котором ведомая полумуфта представляет собой цельнометаллический магнитопровод, выполненный из железа/АРМКО-железа.

6. Насос по п.1 или 2, в котором ведомая полумуфта выполнена с применением железокобальтового сплава (Т_С>1000°С), либо кобальта (T_С=1131°С), относящихся наряду с железом к группе ферромагнетиков с высокой температурой Кюри Т_С.

7. Насос по п.1, в котором ведущая полумуфта является наружной полумуфтой цилиндрической магнитной муфты.

8. Насос по п.1, в котором в моторной камере размещен предпусковой нагреватель насоса.

9. Насос по п.6, в котором нагреватель размещен на поверхности герметизирующего экрана.

10. Насос по п.1, в котором ведомый вал выполнен керамическим.

11. Насос по п.1, в котором герметизирующий экран выполнен керамическим.

12. Насос по п.1, в котором магнитопровод ведомой полумуфты имеет коррозионно-стойкое покрытие.

13. Насос по п.1, в котором ведомый вал рабочего колеса снабжен, по меньшей мере, одним подшипником.

14. Насос по п.1, в котором ведомый вал рабочего колеса снабжен, по меньшей мере, одним керамическим подшипником скольжения.

15. Насос по п.1, в котором насосная камера снабжена теплоизолирующим кожухом.