Способ уравновешивания ротора насоса и герметичный насосный агрегат для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F04D13/02 F04D29/04 

Изобретение относится к области насо- coci роения и может быть использовано при создании герметичных насосов с приводом через магнитную муфту для перекачивания агрессивных, взрывоопасных и других жидкостей с особыми свойствами.

Герметичные насосы с приводом через магнитную муфту получили широкое распространение в химической, медицинской, пищевой промышленности, а также в установках, длительное время работающих в автономном режиме. В этих насосах ротор представляет собой единый блок вала, рабочего колеса и ведомой полумуфты, опирающийся на подшипники, работающие в перекачиваемой жидкости. Насосы данного

типа, потенциально способные иметь значительный ресурс за счет бесконтактной передачи крутящего момента, иногда имеют ограниченную работоспособность в случае неблагоприятных характеристик перекачиваемой среды. На снижение ресурса наиболее влияет неуравновешенная осевая сила, обусловленная рабочим процессом насоса, а также взаимодействием полумуфт. При этом величина магнитной несимметрии между полумуфтами теоретическому расчету не поддается и связана с многими технологическими факторами.

Известны конструкции герметичных насосов с приводом через магнитную муфту, в которых осевая гидравлическая сила частичVI

о

;СО VI ГО

но уравновешивается с помощью осевой магнитной силы, что позволяет разгрузить подшипники, работающие в перекачиваемой среде, например, центробежный насос сторцевой магнитной муфтой по пат ФРГ № 2924394.F 04 D 13/02 , 1980.В этом насосе рабочее колесо установлено на оси с помощью пластмассового подшипника, а основное осевое усилие передается на корпус с помощью шариковых упорных подшипни- ков ведущей магнитной полумуфты.

Однако при увеличении гидравлической мощности возможности восприятия осевой силы магнитами уменьшается, растут потери из-за развитых поверхностей вращаю- щихся деталей, что ограничивает возможности использования этого технического решения.

Известны также решения, в которых ротор насоса полностью вывешивается за счет использования магнитных, гидростатических и гидродинамических сил, например, конструкция насоса (патент США № 3846050, кл. F 04 В 17/00 , опублик. 1974), в котором использована сферическая маг- нитная муфта. На поверхности сферической ведомой полумуфты этого насоса выполнены канавки для создания гидростатических и гидродинамических сил. Имеются специальные опоры для фиксации ротора во вре- мя остановки.

Однако эта конструкция сложна в технологическом исполнении,требует специальных исследований И расчетов для обеспечения работоспособности. Качест- венный анализ не дает возможности достаточно полно и объективно сравнить различные методы использования магнитных сил для восприятия осевой нагрузки в насосах, в то же время, из-за отсутствия ограничений по передаваемой мощности и более высокой технологичности наибольшее распространение в герметичных насосах получили цилиндрические магнитные муфты, осевая остаточная несимметрия у которых не поддается точному расчету.

Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому по назначению и совокупности существенных признаков является способ уравновешивания ротора насоса, по авт.свид. СССР № 981703, F 04 D 29/66, 1981, принятый авторами за прототип заявляемого способа, и устройство герметичного насосного агрегата фирмы Леберле-Херметик ФРГ - Герметичный стандартный насос химического назначения на ДИН 24256/ИСО 2858 с муфтой постоянного магнита типа MCN(F).

Способ уравновешивания ротора насоса, принятый за прототип, заключается в

изменении силы притяжения магнитов ведущей и ведомой полумуфт привода и ротора насоса путем смещения магнитов ведущей и ведомой полумуфт относительно друг друга, что позволяет изменять величину осевой силы и тем самым уравновешивать изменение осевых сил, возникающее в проточной части насоса.

Однако при передаче увеличенной мощности на ротор насоса, когда муфту с постоянными магнитами приходится выполнять цилиндрической, способ, принятый за прототип не может быть использован, так как при его осуществлении магниты перемещают в плоскости, перпендикулярной оси насоса.

Устройство, принятое за прототип, представляет собой герметичный насосный агрегат, содержащий связанный с приводом через цилиндрическую магнитную муфту центробежный насос, ротор которого установлен в подшипниках, смазываемых перекачиваемой средой, а ведущая полумуфта - в подшипниках, установленных в промежуточном корпусе и смазываемых специальной смазкой, причем магнитная муфта снабжена герметизирующим стаканом, расположенным между полумуфтами, а постоянные магниты полумуфт установлены с чередованием полюсов. Однако принятый за прототип объект имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при перекачивании маловязких, несмазывающих жидкостей, а также других жидкостей, работа в которых понижает несущую способность подшипников ротора насоса, понижается надежность работы из-за неуравновешенности ротора.

Целью изобретения является повышение надежности уравновешивания путем перераспределения нагрузки между подшипниками насоса и подшипниками ведущей полумуфты при выполнении муфты цилиндрической.

Для достижения поставленной цели при осуществлении способа уравновешивания ротора насоса, заключающегося в изменении силы притяжения магнитов ведущей и ведомой полумуфт привода и ротора насоса путем смещения магнитов ведущей и ведомой полумуфт относительно друг друга, смещение магнитов производят вдоль оси насоса, причем полумуфты устанавливают с осевым смещением, величина которого опQ Q

ределяется по формуле А -- , где

Он - осевое усилие от гидравлических сил, действующих на ротор насоса; Оп - осевое усилие воспринимаемое подшипниками насоca; q - осевая жесткость магнитной муфты, определяемая экспериментально, при изготовлении последней.

Для осуществления способа в устройстве, содержащем герметичный центробежный насосный агрегат, связанный с приводом через цилиндрическую магнитную муфту, при этом ротор насоса установ- лен в подшипниках, смазываемых перекачиваемой средой, а ведущая полумуфта привода - в подшипниках, установленных в промежуточном корпусе и смазываемых специальной смазкой, причем магнитная муфта снабжена герметизирующим стаканом, установленным между полумуфтами, и постоянные магниты полумуфт установлены с чередованием полюсов, промежуточный корпус снабжен подвижной в осевом направлении втулкой, в которой закреплен упорный подшипник ведущей полумуфты привода, а втулка снабжена сдвигающим устройством, например гидроцилиндром, подключенным через блок управления к гидравлической части насоса.

Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что осевые силы, действующие на ротор насоса, компенсируют с помощью магнитной муфты, служащей одновременно для передачи вращения в герметизированный обьем насоса, при этом величина компенсации пропорциональна величине усилия от гидравлических сил, Так как полумуфты магнитной муфты устанавливают с осевым смещением А (QH - Qn )/q это позволяет в широком диапазоне условий эксплуатации оставлять практически постоянной величину Qn - нагрузку на подшипники насоса, изменяя Д в зависимости от QH. При этом нагрузку на подшипниках Qn можно удерживать в диапазоне, обеспечивающем длительную надежную работу при перекачивании маловязких, агрессивных, плохо смазывающих жидкостей. Разница Он - Qn обеспечивается посредством магнитного поля муфты, а нескомпенсированное осевое усилие передается на подшипники ведущей полумуфты, которые работают в более благоприятных условиях, вне герметизированного объема и смазываются специальной смазкой В связи с тем, что осевое смещение цилиндрических полумуфт может быть изменено в достаточно широком диапазоне, неопределенность осевой жесткости q магнитной муфты не сказывается на работоспособности, так как эту величину измеряют экспериментально при изготовлении муфты и известными средствами учитывают при настройке блока

управления гидроцилиндром, осуществляющим перемещение элементов конструкции на величину А.

В устройстве для осуществления спосо- ба отличительной особенностью является то, что упомянутое осевое смещение полумуфт достигается сдвигом невращающихся элементов конструкции, для чего корпус подшипников ведущей полумуфты снабжен

подвижным в осевом направлении стаканом, в котором закреплен упорный подшипник и к которому подключен гидроцилиндр. Для обеспечения пропорциональности величины осевого смещения полумуфт величине гидравлических сил (QH), гидроцилиндр подключен к напорному и всасывающему патрубкам насоса через блок управления, в котором учитывается зависимость осевого усилия на роторе насоса

от величины напора, а также осуществляется подрегулировка, учитывающая измеренную экспериментально величину осевой жесткости магнитной муфты.

Таким образом, в отличие от прототипа,

происходит перераспределение осевой нагрузки от подшипников насоса на подшипники ведущей полумуфты, что повышает надежность работы, так как подшипники ведущей полумуфты работают в наиболее благоприятных условиях.

На чертеже изображен схематичный рисунок герметичного насоса с приводом через магнитную муфту, поясняющий выполняемый способ.

Рабочее колесо 1 насоса установлено в корпусе 2, оборудованном всасывающим 3 и напорным 4 патрубками, корпус герметизирован стаканом 5, в котором на подшипниках 6 и 7 установлен ротор насоса 8. На

роторе закреплены постоянные магниты 9, которые установлены с чередованием полюсов как по окружности ротора, так и вдоль оси и образуют ведомую полумуфту.

Ведущая полумуфта 10 также снабжена

постоянными магнитами 11, установленными с чередованием полюсов в двух координатах: по окружности и вдоль оси.

Ведущая полумуфта 10 установлена на шариковых подшипниках 12, смазываемых

специальным минеральным маслом, в промежуточном корпусе 13 вне объема, герметизированного стаканом 5,

Подшипники 12 закреплены во втулке

14,которая установлена с возможностью смещения в осевом направлении относительно промежуточного корпуса 13. Для сдвига втулки 14 установлен гидроцилиндр

15,который подключен через блок управления 16 к всасывающему 3 и напорному 4

патрубкам насоса. При работе насоса за счет напора, создаваемого в его гидравлической части, гидроцилиндр создает соответствующее усилие, и устанавливается осевое смещение Д между магнитами 9 и

11.

Заявляемый способ уравновешивания ротора насоса осуществляют следующим образом. С помощью привода приводят во вращение полумуфту 10, В пусковой период величина А 0, магниты 9 и 11 находятся в положении оппозитного размещения полюсов и передают максимальный крутящий момент, что позволяет раскрутить ротор насоса 8 с минимальным запасом напряженности магнитного поля,

При наборе числа оборотов рабочее колесо 1 создает напор, в корпусе 2 возникает давление, создающее осевую силу, действующую на ротор 8. В то же время перепад давлений между напорным 4 и всасывающим 3 патрубками поступает через блок уп- равления 16 на гидроцилиндр 15, в результате сдвигается втулка 14 на величину А.

Смещение в осевом направлении магнитов 9 и 11 на величину приводит к возник- новению осевой магнитной силы, воспринимаемой ротором 8 и ведущей полумуфтой 10. Величина этой магнитной силы F Др пропорциональна q - осевой жесткости магнитной муфты, которую можно измерить экспериментально при изготовлении муфты. Силу F, действующую на ведущую полумуфту 10, воспринимают подшипники 12, а действующую на ротор 8 - уравновешивает осевая сила QH от гидравлических сил, действующих на рабочее колесо 1, а также возникающих от давления в корпусе 2 и перетечек через подшипники 6, 7 и зазор между стаканом 5 и магнитами 9 ведомой полумуфты. Разница между этими силами: гидравлической и магнитной - воспринимается упорным подшипником 6 насоса и составляет величину Qn.

Таким образом, установив в регуляторе 16 коэффициент пропорциональности, учитывающий зависимость создаваемого гидроцилиндром 15 усилия от подаваемого на вход в регулятор 16 значения напора, получают величину осевого смещения Д (Он - Qn)/q и тем самым уменьшают на величину F QH - Qn силу, действующую на подшипник 6, передав ее с помощью магнитной муфты на подшипники 10. Таким

образом, нагрузка на подшипники, смазываемые перекачиваемой средой, уменьшается, что повышает надежность работы при перекачивании малозязких, агрессивных, легкокипящих и других плохосмазывающих жидкостей в сравнении с объектом, принятым за прототип.

Формула изобретения

1,Способ уравновешивания ротора на- coca, заключающийся в изменении силы

притяжения магнитов ведущей и ведомой полумуфт привода и ротора насоса путем смещения магнитов ведущей и ведомой полумуфт относительно друг друга, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности уравновешивания путем перераспределения нагрузки между подшипниками насоса и подшипниками ведущей полумуфты при выполнении муфты цилиндрическсй, смещение магнитов производят вдоль оси насоса, причем полумуфты устанавливают с осевым смещением, величина которого определяется по формуле A(QH-Qn)/q,

где Он - осевое усилие от гидравлических сил, действующих на ротор насоса;

Qn - осевое усилие, воспринимаемое подшипниками насоса;

q - осевая жесткость магнитной муфты,

определяемая экспериментально при изготовлении последней.

2,Герметичный насосный агрегат для уравновешивания ротора насоса, содержащий связанный с приводом через цилиндрическую магнитную муфты центробежный насос, ротор которого установлен в подшипниках, смазываемых перекачиваемой средой, а ведущая полумуфта - в подшипниках, установленных в промежуточном корпусе и

смазываемых специальной смазкой, причем магнитная муфта снабжена герметизирующим стаканом, расположенным между полумуфтами, а постоянные магниты полумуфт установлены с чередованием полюсов, от л и ч а ю щ и и с я тем, что агрегат снабжен установленной в промежуточном корпусе с возможностью осевого перемещения втулкой, в которой закреплены подшипники ведущей полумуфты, устройством

перемещения втулки и блоком управления, связанным с гидравлической частью насоса и устройством перемещения.

3,Агрегат по п, 2, отличающийся тем, что устройство перемещения втулки выполнено в виде гидроцилиндра,

+™-j ч i Ч-« I fCK.,

/ S S S S S л i x Ч iri i -f V

-H

и tiy. XSSX.4 ч чХ VT5n3 ИГ

VX S

JS №Ј&&Ј

Mi

ти

.

.

л; крщ§1 Й

; . SSbsiSsliss

/ЛШ / ///

ти

.

Сущность изобретения: изменяют силу притяжения магниты ведущей и ведомой полумуфт привода и ротора насоса путем смещения магнитов относительно друг друга. Смещение магнитов производят вдоль оси насоса. Полумуфты устанавливают с осевым смещением, величину к-рого определяют по формуле. Центробежный насос связан с приводом через цилиндрическую магнитную муфту, его ротор установлен в подшипниках, смазываемых перекачиваемой средой. Ведущая полумуфта установлена в подшипниках, размещенных в промежуточном корпусе и смазываемых специальной смазкой. Муфта снабжена герметизирующим стаканом, расположенным между полумуфтами. Постоянные магниты полумуфт установлены с чередованием полюсов. В промежуточном корпусе с возможностью осевого перемещения установлена втулка, в к-рой закреплены подшипники ведущей полумуфты. Блок управления связан с гидравлической частью насоса и устр-вом перемещения, выполненным в виде гидроцилиндра. 2 с. и 1 з.п, ф-лы , 1 ил. СО