Износостойкий разделительный стакан магнитной муфты Российский патент 2024 года по МПК F04D13/02 F16D27/14 

Изобретение относится к машиностроению и касается разделительного стакана для расположения в зазоре между ведущей и ведомой частью насоса с магнитной муфтой.

Насосы с магнитной муфтой представляют собой центробежный насос с передачей крутящего момента от электродвигателя к насосному узлу посредством магнитной муфты, имеющей разделительный экран (оболочку) называемую разделительным стаканом. Разделительный стакан служит для герметичного разделения перекачиваемой рабочей среды (жидкости) от внешней атмосферы. Насосы данного типа характеризуются нулевыми утечками. Вследствие довольно больших механических нагрузок и давления перекачивающей среды, а также температур перекачиваемых жидкостей (до +250 С) разделительные стаканы в основном изготавливают металлическими. Вследствие работы металлической стенки стакана в переменном магнитном поле, в данное стенке возникают паразитные вихревые токи, которые снижают КПД насоса в целом. При наличии в межмагнитном (между движущимися синхронно частоте вращения приводного двигателя магнитами внутренней и наружной полумуфтами) пространстве герметичной оболочки (стенки разделительного стакана) в ней наводятся токи, вызывающие потери и зависящие от электрического сопротивления материала стенки стакана и частоты наведенных токов (зависящих от частоты вращения). Таким образом, материал стакана должен иметь максимально большее электрическое сопротивление и минимальную магнитную проницаемость. В то же время материал стакана должен быть максимально прочным и герметичным, чтобы выдерживать рабочее давление в камере насоса и стойким к агрессивным перекачиваемым средам. Значительно уменьшить потери на магнитной муфте (до 8-12%) можно, применив для изготовления разделительного стакана - неметаллические материалы, имеющие максимально наибольшее электрическое сопротивление и минимальную магнитную проницаемость.

Поэтому появилась необходимость замены металлических стаканов на неметаллические.

Наряду с вышеуказанной проблемой уменьшения вихревых токов и повышения химической стойкости существует еще немаловажная проблема - повышение износостойкости неметаллических разделительных стаканов в рабочих жидкостях с высоким содержанием абразива и загрязнений. И потребность в таких насосах, работающих на загрязненных абразивом жидкостях очень велика.

Известен разделительный стакан магнитной муфты, где он представляет собой единую цельную деталь с однослойной обечайкой из полимерных композиционных материалов на основе армирующего наполнителя из стеклянных, базальтовых и углеродных тканей, пропитанных полимерным связующим с массовым отношением армирующего наполнителя и полимерного связующего - 70% армирующего наполнителя и 30% полимерного связующего. (см. RU 2 782 629 C1). Данное решение хоть и защищено от возникновения вихревых токов, но имеет ограниченное применение ввиду ограниченной износостойкости полимерных материалов и не может применяться в насосах с абразив содержащими средами.

Известен разделительный стакан магнитной муфты, где он представляет единую, цельную конструкцию, но с целью придания высокой прочности и жаростойкости выполнен из Никель-Хром-Железного сплава, с различным процентным содержанием указанных элементов, плюс к этому имеет дополнительные добавки Вольфрама, Кобальта, Марганца и других металлов. Полученный стакан хоть и имеет в своем составе Вольфрам, но в виде только отдельного элемента, повышающего прочность и жаростойкость, но никак не противоизностность. Кроме того данное изделие является полностью металлическим и не защищает магнитную муфту от возникновения вихревых токов и соответствующей потери КПД, имеет очень сложный техпроцесс изготовления (см. RU 2 640 306 C2, 27.12- 2017).

Известен разделительный стакан магнитной муфты, принятый за прототип, состоящий из фланца, обечайки и дна, при этом, разделительный стакан представляет собой единую цельную деталь с однослойной обечайкой из тканевых заготовок из композитных материалов с предварительной пропиткой термореактивными смолами (см. RU 2764491 C1, 17.01-2022).

Указанная конструкция разделительного стакана, принятого за прототип уже обеспечивает надежность и простоту в технологии изготовления, но не имеет защиты для работы в абразивной и сильно загрязненной средах, т.к. противоизносные свойства данного стакана ограничены (средней по отношению к керамическим материалам) износостойкостью композитных материалов.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в существенном улучшении конструкции разделительного стакана из композитных материалов, обеспечивающей отсутствие вихревых токов и повышении КПД насоса, и создании в итоге особо противоизносной конструкции композитного разделительного стакана.

Поставленная задача достигается тем, что разделительный стакан магнитной муфты содержащий фланец, обечайку и дно и представляющий единую цельную, монолитную деталь с максимально плотной и тонкой (не более 1,5мм) обечайкой, запекается из тканевых заготовок из композитных материалов с предварительной пропиткой под давлением или вакуумом термореактивными смолами. Причем тканевые заготовки данного Композитного материала могут быть изготовлены из углеткани, базальтоткани, арамидной ткани, стеклоткани, кремнеземной ткани.

Отличительная особенность конструкции состоит в том, что перед пропиткой тканевых заготовок в термореактивную смолу вводится карбид-вольфрамовый (WC) порошок (самой мелкой фракции - Марки «М» по ТУ 48-19-265-91 размером частиц по Фишеру 1,0-2,2мкм), обладающий максимальной износостойкостью среди таких абразивных материалов как Карбид Кремния и Нитрид Кремния.

Полученный таким образом разделительный стакан наряду с максимальной прочностью стенок (до 1000МПа), максимальной жесткостью и устойчивостью к длительным нагрузкам и с довольно значительным сроком службы (24 - 30 лет сохранение стабильности формы и размеров) получает особые противоизносные свойства против перекачки различных абразивных примесей и различного их % содержания в рабочей жидкости, в пределе до перекачки абразивной и песчаной пульпы.

На фигуре 1 изображен разделительный стакан в разрезе.

Разделительный стакан представляет собой единую деталь, состоящую из фланца 1, обечайки 2, дна 3.

Указанные детали запекаются в специальной пресс-форме (не показана) из тканевых заготовок: углеткани, базальтоткани, арамидной, стеклоткани, кремнеземной ткани при их предварительной пропитке термореактивными смолами.

C целью получения более Технологичного и соответственно более дешевого изделия по сравнению с выбранным прототипом, у которого на сильно развитый по диаметру фланец уходит достаточно много довольно дорогой например углеткани, дополнительно отверстия во фланце существенно ослабляют композитное изделие (композитные изделия существенно теряют прочность при перерезании (сверлении) механическим путем слоев ткани) - в заявленном стакане фланец имеет минимальный размер по наружному диаметру, достаточный для того, чтобы ответной (можно металлической) деталью притянуть, поджать его к корпусу насоса, разумеется через уплотнительную прокладку.

С целью получения особо высоких противоизносных свойств при работе в рабочих жидкостях с высоким содержанием абразива в термореактивную смолу предварительно добавляется карбид-вольфрамовый порошок WC в различной пропорции. Ограничительным критерием процентной добавки WC является обеспечение 100% пропитываемости тканевых заготовок в пресс-форме (определяется опытным путем посредством испытаний разделительных стаканов на герметичность на давление до 2-3 МПа).

В случае придания разделительному стакану еще и высокой химической стойкости, необходимо применять только фурановую смолу с добавлением WC.

Изобретение относится к машиностроению и касается разделительного стакана для расположения в зазоре между ведущей и ведомой частью насоса с магнитной муфтой. Разделительный стакан магнитной муфты состоит из фланца, обечайки и дна. Разделительный стакан представляет собой представляет собой единую цельную деталь с однослойной обечайкой, запекаемую из тканевых заготовок из композиционных материалов с предварительной пропиткой фурановой смолой и добавлением в смолу противоизносной присадки – карбид вольфрамового (WC) порошка в любом процентном соотношении, зависящим только от степени придания противоизносных свойств и условии 100% пропитываемости тканевых заготовок. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой прочности разделительных стаканов, простоты изготовления и отсутствие вихревых токов, высокой износостойкости и химической стойкости, и их использования в насосах с высоким содержанием абразива и загрязнений различного рода в концентрированных кислотах и щелочах. 1 ил.

Разделительный стакан магнитной муфты, состоящий из фланца, обечайки и дна, отличающийся тем, что представляет собой единую цельную деталь с однослойной обечайкой, запекаемую из тканевых заготовок из композитных материалов с предварительной пропиткой фурановой смолой и добавлением в смолу противоизносной присадки – карбид вольфрамового порошка в любом процентном соотношении, зависящим только от степени придания противоизносных свойств и условии 100% пропитываемости тканевых заготовок.