Химически стойкий разделительный стакан магнитной муфты Российский патент 2025 года по МПК F16D27/01 F04D13/02 H02K49/10 

Изобретение относится к машиностроению и насосостроению 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 прочности материала стакана существует еще немаловажная проблема - повышение химической стойкости неметаллических разделительных стаканов в рабочих жидкостях с высококонцентрированными растворами агрессивных жидкостей (кислот, щелочей и растворителей). И потребность в таких насосах, работающих при особо агрессивных рабочих 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 2782629 C1). Данное решение хоть и защищено от возникновения вихревых токов, но имеет ограниченное применение ввиду ограниченной химстойкости полимерных материалов и не может применяться в насосах с высокоагрессивными средами.

Известен разделительный стакан магнитной муфты (Патент US 006039827 A), где он представляет составную конструкцию из: композитной герметичной обечайки с небольшим буртиком, металлическим прижимным фланцем и закладной вставкой (катушечный элемент намоточной оправки поз. 88 по Патенту, который после намотки обечайки остается вместе с обечайкой как единое целое) в дно герметичной обечайки. Композитная обечайка выполнена методом намотки из углеродных, ароматических полиамидных волокон, стекловолокон, пропитанных термореактивной смолой. Кроме того, в обечайке запечен встроенный термодатчик (поз. 102 по Патенту). Данное решение хоть и защищено от возникновения вихревых токов, но имеет ограниченное применение ввиду ограниченной химстойкости полимерных материалов и не может применяться в насосах с высокоагрессивными средами, кроме того конструкция стакана усложнена за счет составных трех элементов и за счет долгого процесс намотки нитью.

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 также имеет ограниченную химическую стойкость ввиду ограничений по химической стойкости применяемых термореактивных смол.

Техническая задача, 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 химически стойкого исполнения 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 1,5 мм) обечайкой, запекается из тканевых заготовок из композитных материалов с предварительной пропиткой под давлением или вакуумом термореактивными смолами. Причем тканевые заготовки данного Композитного материала с целью придания максимальной прочности могут быть изготовлены из углеткани, базальтоткани, арамидной ткани, стеклоткани, кремнеземной ткани, или ткани смешанного (комбинированного) типа.

Отличительная особенность конструкции состоит в том, что перед укладкой тканевых заготовок из вышеуказанных материалов первый слой, который контактирует с агрессивной рабочей жидкостью, выкладывается из фторопластовой пленки (марки Ф-4МБ или других марок), и конструкция пресс-формы должна обеспечить пропитку остальных слоев ткани при одностороннем подводе термореактивной смолы.

Благодаря вакууму фторопластовая пленка принимает без складок идеальную внутреннюю форму стакана и надежно «запирается» внутри стакана (фторопластовые пленки имеют ограниченную адгезию к композитам и поэтому вакуум в данном случае надежно «запирает» внутри обечайки стакана данный химически стойкий барьер).

Проблема в данном случае будет заключаться только в обеспечении качественной односторонней пропитки. Данная проблема решается технологически довольно просто - увеличивается время пропитки, и подводочные штуцеры для смолы располагаются специальным образом, обеспечивающим осевое движение смолы вдоль цилиндрической обечайки разделительного стакана.

Полученный таким образом разделительный стакан наряду с максимальной прочностью стенок (до 1000 МПа), максимальной жесткостью и устойчивостью к длительным нагрузкам и с довольно значительным сроком службы (24-30 лет сохранение стабильности формы и размеров) получает исключительно высокую химическую устойчивость к почти всем агрессивным жидкостям (фторопласт не устойчив только к 8 химическим реагентам).

На фиг. 1 изображен разделительный стакан в разрезе.

Разделительный стакан представляет собой единую деталь, состоящую из фланца, поз. 1, обечайки, поз. 2, дна, поз. 3, внутреннего фторопластового слоя, поз. 4.

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 высокой химической стойкости разделительного стакана перед укладкой тканевых заготовок из вышеуказанных материалов первый слой, поз. 4, который контактирует с агрессивной рабочей жидкостью, выкладывается из фторопластовой пленки (марки Ф-4МБ или других марок).

Изобретение относится к машиностроению. Разделительный стакан магнитной муфты содержит фланец, обечайку и дно. Разделительный стакан представляет собой единую цельную деталь с однослойной обечайкой, запекаемую из тканевых заготовок композиционных материалов с пропиткой под давлением или вакуумом термореактивными смолами. Перед укладкой тканевых заготовок из вышеуказанных материалов первый слой, который контактирует с агрессивной рабочей жидкостью, выкладывается из фторопластовой пленки и совместно с остальными композитными тканями запекается. Достигается повышение надежности разделительного стакана, обеспечивающего возможность работы насоса в особо агрессивных рабочих жидкостях. 1 ил.

Разделительный стакан магнитной муфты, состоящий из фланца, обечайки и дна и представляющий собой единую цельную деталь с однослойной обечайкой, запекаемую из слоев тканевых заготовок из композитных материалов с предварительной пропиткой термореактивной смолой, отличающийся тем, что в качестве первого самого внутреннего слоя, контактирующего с рабочей жидкостью, укладывается фторопластовая пленка, которая за счет вакуумного поджатия в пресс-форме и совместного с композитными тканями запекания и отверждения термореактивной смолы надежно фиксируется на внутренней поверхности стакана.