Черпаковый электронасос

Изобретение относится к насосостроению. В черпаковом электронасосе асинхронный электродвигатель (ЭД) имеет торцовую форму исполнения. Корпус ЭД жестко присоединен к крышке станины насоса и состоит из двух щитов, образующих кольцевую полость. Внутри полости на каждом из щитов закреплено по одному магнитопроводу (М) статора с обмоткой возбуждения. М статора отделены воздушными зазорами от М ротора с короткозамкнутыми обмотками, размещенными в полости между М статора. Ротор ЭД выполнен сборным и состоит из центрального диска, несущего по обе стороны М ротора, и предохранительной муфты из двух полумуфт (ПМ), жестко посаженных на вал ротора. На цилиндрических поверхностях ПМ свободно установлен диск ротора. Сопряжение ПМ, жестко посаженных на вал, с диском ротора осуществляется посредством подпружиненных шариков, расположенных в осевом отверстии ступицы диска и входящих в радиальные канавки треугольного профиля, выполненные в кольцевых буртиках ПМ, прилегающих к диску с противоположных сторон. Изобретение направлено на создание компактной конструкции моноблочного черпакового электронасоса малых габаритов и массы, повышения его эксплуатационно-технических показателей и надежности при одновременном снижении себестоимости изготовления. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к отраслям насосостроения, в которых осуществляется производство насосов и насосных установок, оснащенных электроприводом, в частности черпаковых электронасосов, конструктивно объединяющих в едином агрегате электродвигатель и черпаковый насос.

Оно может найти применение, преимущественно, при перекачке сжиженных газов, например, из цистерны в баллоны автомобилей, или при перекачке химически агрессивных жидкостей, а также воды.

Известен черпаковый электронасос системы жидкостного охлаждения радиоэлектронной аппаратуры [SU 1430600A1 (МОСКАЛЕНКО Г.В.), 15.10.1988], содержащий электродвигатель цилиндрической формы исполнения, вращающийся корпус насоса, соединенный с валом электродвигателя посредством шпонки, неподвижно установленный в корпусе насоса черпак, подводящий и выводной патрубки для перекачиваемой жидкости. Этот черпаковый насос имеет увеличенные осевые габариты, что связано с независимым конструктивным исполнением электродвигателя и насоса, а также повышенное сопротивление гидравлического тракта. Его узкое технологическое назначение и соответствующая конструкция не позволяют использовать агрегат для целей перекачки сжиженных газов и агрессивных сред.

Известен также черпаковый насос [SU 1373876 А (ВАСИЛЬЕВ В.И. и др.), 15.02.1988] для воды и химически агрессивных жидкостей, в котором вращающийся корпус насоса присоединен к торцу ротора электродвигателя цилиндрической формы исполнения. Недостатки этого насоса связаны с недостаточно надежной системой уплотнений. В частности, в случае нарушения герметичности торцового уплотнения на входном патрубке агрессивная жидкость может попасть на обмотку статора электродвигателя, что должно быть исключено во избежание возможной аварии.

По технической сущности наиболее близким к заявленному изобретению является агрегат электронасосный черпаковый НЧ-5/170-1, выпускаемый АО «Катайский насосный завод» [Агрегат электронасосный Н4-5/170-1. Паспорт Н 122.593.000 ПС, АО "Катайский насосный завод", 1993].

Электронасосный агрегат состоит из цилиндрического асинхронного электродвигателя взрывозащищенного исполнения и черпакового насоса. Электродвигатель и насос выполнены как конструктивно независимые блоки. Электродвигатель закреплен на станине насоса с помощью фланцевого соединения, а сопряжение вала электродвигателя и вала насоса осуществлено через посредство предохранительной муфты с резиновыми пальцами, которая закреплена на выходном конце вала электродвигателя. Черпаковый насос этого агрегата содержит жестко связанный с валом насоса сборный оребренный изнутри полый корпус насоса с центробежным колесом и черпак, установленный внутри вращающегося корпуса на неподвижном отводе.

При вращении вала насоса перекачиваемая жидкость поступает в канал черпака, а из него по каналу в неподвижном отводе выводится и направляется по назначению. Подвод жидкости к центробежному колесу корпуса насоса осуществляется по центральному каналу в неподвижном отводе. Для герметизации внутренней полости корпуса насоса, в которой находится черпак, используется торцовое графитовое уплотнение, подвижная часть которого закреплена на стенке вращающегося корпуса, а неподвижная часть (подпружиненная) установлена на поверхности отвода.

Электронасосный агрегат имеет ряд недостатков, к которым следует отнести его большие осевые габариты и массу, что связано с независимым конструктивным исполнением насоса и его электропривода, в качестве которого использован электродвигатель цилиндрической формы, отличающийся большими осевыми размерами.

Вращающийся корпус насоса в подшипниковом узле установлен консольно, что при наличии остаточной неуравновешенности корпуса, имеющего большие радиальные габариты и массу, способствует повышению уровня вибраций и ухудшает условия работы подшипников, снижая тем самым ресурс долговечности и надежность агрегата.

Выводные каналы, выполненные в неподвижном отводе, на котором закреплен черпак, имеют узкое проходное сечение, а их сопряжение с полостью напорного патрубка осуществляется через отверстия в отводе, ориентированные перпендикулярно выводным каналам. Это приводит к увеличению гидравлических сопротивлений и снижению к.п.д. насоса.

Доступ к торцовому графитовому уплотнению, герметизирующему центральную полость корпуса насоса, в которой находится черпак, затруднен, а его визуальный осмотр невозможен, что исключает возможность прямого контроля качества работы уплотнения. Замена же уплотнения в случае его выхода из строя требует выполнения большого объема демонтажных работ для получения доступа к уплотнению.

К недостаткам конструкции насоса следует также отнести сложность конструктивных форм корпусных деталей, что усложняет технологию их изготовления и удорожает конструкцию насоса.

Отмеченных недостатков можно избежать, если руководствоваться прогрессивным принципом конструктивного совмещения [ЧЕРКАССКИЙ В.М., РОМАНОВА Т.М., КАУЛЬ Р.А. Насосы, компрессоры, вентиляторы. - М.: Энергия, 1968, с.19-131], который становится особенно предпочтительным в случае использования в качестве электропривода насоса электродвигателя торцового типа [RU 2232459 С1 (ОРЕЛГТУ), 10.07.2004], отличающегося малыми осевыми размерами, меньшей материалоемкостью и дополнительными возможностями для встраивания в исполнительные механизмы.

Сочетание в едином агрегате достоинств торцового электродвигателя и черпакового насоса позволяет уменьшить осевые габариты агрегата, его материалоемкость, улучшить компоновку и внешний вид, повысить технологичность, а также эксплуатационно-технические показатели агрегата.

Заявленное изобретение решает задачу создания компактной конструкции моноблочного черпакового электронасоса малых габаритов и массы, повышения его эксплуатационно-технических показателей и надежности при одновременном снижении себестоимости изготовления.

Технический результат достигается тем, что в черпаковом электронасосе, объединяющем в едином блоке асинхронный электродвигатель, содержащий корпус двигателя, ротор, вал ротора, подшипники вала, магнитопроводы статора и ротора, предохранительную муфту и систему самоохлаждения, и черпаковый насос, включающий станину, боковые крышки станины, вал насоса, сборный, оребренный изнутри полый корпус, жестко связанный с валом насоса, подшипники вала, центробежное колесо, жестко закрепленное на корпусе изнутри, черпак, установленный в полости корпуса на неподвижном отводе, входной и выходной патрубки, в отличие от прототипа асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, корпус электродвигателя жестко присоединен к крышке станины насоса и состоит из двух жестко связанных между собой несущих щитов, образующих центральную кольцевую полость, внутри которой на каждом несущем щите посредством фиксирующих опор закреплено по одному кольцевому магнитопроводу статора с m-фазной обмоткой возбуждения, отделенных воздушными зазорами от магнитопроводов ротора с короткозамкнутыми обмотками, размещенных в полости между магнитопроводами статора, причем ротор электродвигателя выполнен сборным и включает центральный диск, на котором с обеих сторон закреплено по одному кольцевому магнитопроводу ротора, и предохранительную муфту, состоящую из двух полумуфт, жестко посаженных на вал ротора, на цилиндрических поверхностях которых свободно установлен своим посадочным отверстием центральный диск, и устройств сопряжения центрального диска с полумуфтами, каждое из которых содержит два подпружиненных шарика, размещенных в осевом отверстии ступицы диска и входящих в радиальные канавки треугольного профиля, выполненные в кольцевых буртиках полумуфт, прилегающих к диску с противоположных сторон.

При этом вал ротора электродвигателя и вал насоса конструктивно совмещены и образуют единый вал электронасоса, причем его опорные подшипники размещены в расточках боковых крышек станины насоса, а на концевом участке вала со стороны электродвигателя установлен дополнительный подшипник, размещенный в торцевой расточке фланца, присоединенного к наружному несущему щиту корпуса электродвигателя.

Вал электронасоса выполнен полым, а его центральный осевой канал сопряжен с полостью центробежного колеса насоса и отверстием входного патрубка, причем входной патрубок установлен на крышке наружного несущего щита корпуса электродвигателя и снабжен жестко с ним связанной подводящей гильзой, входящей в центральный осевой канал вала электронасоса и отделенной от поверхности вала уплотнением, размещенным в кольцевом зазоре между валом и гильзой.

Система самоохлаждения электродвигателя выполнена комбинированной и включает конструктивные элементы в форме лопаток, выполненных на торцах буртиков полумуфт предохранительной муфты и на наружной поверхности центрального диска ротора, колесо вентилятора, установленное на конце вала электронасоса и размещенное в полости между наружным несущим щитом корпуса электродвигателя и присоединенной к нему крышкой с входным патрубком, снабженных вентиляционными отверстиями, и сеть вентиляционных каналов, образованных снаружи оребренного корпуса электродвигателя через посредство кожуха, охватывающего ребра корпуса.

Центральная кольцевая полость корпуса электродвигателя защищена от проникновения перекачиваемой жидкости со стороны внутренней боковой крышки станины насоса лабиринтно-канавочным уплотнением вала электронасоса, выполненным в крышке и фланце, присоединенном к крышке и удерживающим подшипник вала от осевого смещения, а со стороны входного патрубка - комбинированным уплотнением вала, представленным канавками в наружном несущем щите корпуса электродвигателя и ребре фланца, присоединенного к щиту, в торцовой расточке которого размещен дополнительный подшипник вала электронасоса, в сочетании с манжетой, установленной на валу и размещенной в расточке щита со стороны ребра фланца.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан вид на электронасос со стороны выходного патрубка.

На фиг.2 - его продольный разрез.

Корпус электродвигателя состоит из двух несущих щитов 1 и 2, жестко соединенных между собой и образующих центральную кольцевую полость. На внутренних сторонах щитов 1 и 2 установлены магнитопроводы статора 3 и 4 с m-фазными обмотками возбуждения, имеющие кольцевую форму. Крепление магнитопроводов 3 и 4 осуществляется с помощью фиксирующих опор 5 и 6, жестко связанных с магнитопроводами через посредство регулировочных прокладок 7 и 8, служащих для установки величин воздушных зазоров между плоскостями магнитопроводов 3, 4 статора и магнитопроводов 9, 10 ротора.

Магнитопроводы 9, 10 ротора также имеющие кольцевую форму, снабжены короткозамкнутыми обмотками и жестко закреплены в кольцевых расточках центрального диска 11 ротора. Диск 11 своим посадочным отверстием свободно установлен на цилиндрических поверхностях полумуфт 12, 13, которые с помощью шпоночного соединения посажены на вал 14. Внутренними плоскостями буртиков, в которых выполнены радиальные канавки треугольного профиля, полумуфты 12 и 13 прилегают с противоположных сторон к торцевым плоскостям ступицы диска 11. В ступице диска 11 выполнены осевые отверстия, в которых находятся подпружиненные шарики 15, 16, входящие в радиальные канавки буртиков полумуфт 12, 13. Полумуфты 12, 13 совместно с подпружиненными шариками 15, 16 образуют предохранительную муфту, исключающую возможные перегрузки электродвигателя.

Вал 14 конструктивно объединяет вал электродвигателя и вал насоса и представляет, таким образом, единый вал электронасоса, с которым жестко связан корпус 17 насоса.

Вал 14 совместно с корпусом 17 установлен на подшипниках 18, 19, размещенных в расточках боковых крышек 20, 21 станины 22 насоса, и, кроме того, имеет дополнительный подшипник 23, размещенный в кольцевой расточке фланца 24, присоединенного к наружному несущему щиту 2 корпуса электродвигателя.

Вал 14 электронасоса выполнен полым. Его центральный осевой канал сопряжен с полостью центробежного колеса 25, жестко присоединенного к стенке корпуса 17 изнутри, и отверстием входного патрубка 26, присоединенного к крышке 27 наружного несущего щита 2. Для подвода перекачиваемой жидкости к центробежному колесу 25 по центральному каналу вала 14 входной патрубок 26 снабжен подводящей гильзой 28, жестко с ним связанной и входящей в центральный осевой канал вала 14. Гильза 28 отделена от внутренней поверхности вала 14 уплотнением 29, заполняющим кольцевой зазор между гильзой 28 и валом.

Корпус 17 насоса выполнен сборным, что необходимо для установки в его полости неподвижного отвода 30, на котором закреплен черпак 31. При необходимости может быть установлен дополнительный черпак (показано штрихпунктирными линиями). Отвод 30 жестко закреплен на наружной крышке 20 станины 22 насоса посредством фланца 32, к которому присоединен выходной патрубок 33. Для вывода перекачиваемой жидкости, поступающей из канала черпака 31, отвод 30 снабжен центральным каналом, соосным с отверстием патрубка 33 и каналом вала 14 электронасоса.

Для охлаждения тепловыделяющих элементов в конструкции электродвигателя предусмотрена комбинированная система самоохлаждения, включающая конструктивные элементы в форме лопаток 34, 35 на торцах буртиков полумуфт 12 и 13, и лопаток 36 на наружной поверхности центрального диска 11 ротора, а также колесо вентилятора 37, установленное на концевом участке вала 14 в полости между несущим щитом 2 корпуса электродвигателя и присоединенной к нему крышкой 27, снабженных вентиляционными отверстиями, и сеть вентиляционных каналов, образованных снаружи оребренного корпуса электродвигателя через посредство кожуха 38, охватывающего ребра корпуса.

Для защиты центральной кольцевой полости электродвигателя от проникновения перекачиваемой жидкости предусмотрена комбинированная система уплотнений. На внутренней боковой крышке 21 станины 20 насоса выполнены лабиринтные и канавочные уплотнения, заполняемые пластичной смазкой. Канавочные уплотнения предусмотрены также между валом 14 и фланцем 39, удерживающим подшипник 19 от осевого смещения, между валом 14 и охватывающими его поверхностями несущего щита 2 корпуса электродвигателя, фланца 24, входного патрубка 26. Кроме того, для повышения надежности уплотнения в торцевой расточке щита 2, примыкающей к ребру фланца 24, на валу 14 установлена манжета 40.

Черпаковый электронасос работает следующим образом. Перед пуском электронасоса производится заполнение насоса перекачиваемой жидкостью в соответствии с установленными правилами для черпаковых насосов.

После выполнения действий, связанных с заливкой насоса, включают в работу его электродвигатель, подключая обмотку статора к сети. В результате воздействия вращающегося магнитного поля на проводники короткозамкнутых обмоток магнитопроводов 9 и 10 ротор электродвигателя и вал 14 электронасоса совместно с корпусом 17 насоса приводятся во вращение.

Перемещаемая жидкость по центральному каналу вала 14 поступает к центробежному колесу 25, откуда под действием центробежных сил отбрасывается из центральной зоны полости корпуса 17 к его периферии, где создается избыточное давление. Перемещению жидкости от центра и созданию избыточного давления в наружной зоне полости корпуса 17 способствуют внутренние ребра, выполненные на его стенках. В зоне повышенного давления жидкости расположено входное отверстие черпака 31, через которое поток жидкости поступает в канал черпака, а затем - в центральный канал отвода 30, откуда через отверстие выходного патрубка 33 и присоединенный к нему трубопровод (не показан) перемещаемая жидкость отводится по назначению.

В случае возникновения на валу электронасоса момента сил сопротивления, превышающего допускаемое значение, например, вследствие выхода из строя подшипников, срабатывает предохранительная муфта: подпружиненные шарики 15 и 16 вдавливаются вовнутрь отверстий ступицы центрального диска 11 ротора, в которых они расположены. Вследствие этого происходит пробуксовывание диска 11 относительно полумуфт 12, 13, что служит сигналом к отключению электродвигателя от сети.

Система охлаждения тепловыделяющих элементов электродвигателя является самовентиляционной. При вращении вала 14 электронасоса воздушные массы, расположенные внутри центральной кольцевой полости корпуса электродвигателя, лопатками 34, 35, 36 полумуфт 12, 13 и диска 11 приводятся в движение, что способствует выравниванию температуры внутри полости, а отвод тепла наружу осуществляется за счет конвекции через охлаждаемый снаружи оребренный корпус электродвигателя, который подвержен принудительному наружному обдуву с помощью колеса вентилятора 37, установленного на концевом участке вала 14 в полости между несущим щитом 2 и крышкой 27. Охлаждающий газ (воздух) к колесу 37 поступает через отверстия 41 в крышке 27 и направляется лопатками колеса 37 через радиальные каналы в ободе крышки 27 и кольцевом выступе щита 2 в продольные каналы 42 корпуса электродвигателя, которые образованы между ребрами корпуса через посредство кожуха 38, охватывающего ребра корпуса снаружи.

Предлагаемая конструкция черпакового электронасоса компактна, технологична в изготовлении, малогабаритна, имеет улучшенные эксплуатационно-технические показатели, удобна в наладке и техническом обслуживании.

1. Черпаковый электронасос, объединяющий в едином блоке асинхронный электродвигатель, содержащий корпус двигателя, ротор, вал ротора, подшипники вала, магнитопроводы статора и ротора, предохранительную муфту и систему самоохлаждения, и черпаковый насос, включающий станину, боковые крышки станины, вал насоса, сборный оребренный изнутри полый корпус, жестко связанный с валом насоса, подшипники вала, центробежное колесо, жестко закрепленное на корпусе изнутри, черпак, установленный в полости корпуса на неподвижном отводе, входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, корпус электродвигателя жестко присоединен к крышке станины насоса и состоит из двух, жестко связанных между собой несущих щитов, образующих центральную кольцевую полость, внутри которой на каждом несущем щите посредством фиксирующих опор закреплено по одному кольцевому магнитопроводу статора с m-фазной обмоткой возбуждения, отделенных воздушными зазорами от магнитопроводов ротора с короткозамкнутыми обмотками, размещенных в полости между магнитопроводами статора, причем ротор электродвигателя выполнен сборным и включает центральный диск, на котором с обеих сторон закреплено по одному кольцевому магнитопроводу ротора, и предохранительную муфту, состоящую из двух полумуфт, жестко посаженных на вал ротора, на цилиндрических поверхностях которых свободно установлен своим посадочным отверстием центральный диск, и устройств сопряжения центрального диска с полумуфтами, каждое из которых содержит два подпружиненных шарика, размещенных в осевом отверстии ступицы диска и входящих в радиальные канавки треугольного профиля, выполненные в кольцевых буртиках полумуфт, прилегающих к диску с противоположных сторон.

2. Электронасос по п.1, отличающийся тем, что вал ротора электродвигателя и вал насоса конструктивно совмещены и образуют единый вал электронасоса, причем его опорные подшипники размещены в расточках боковых крышек станины насоса, а на концевом участке вала со стороны электродвигателя установлен дополнительный подшипник, размещенный в торцевой расточке фланца, присоединенного к наружному несущему щиту корпуса электродвигателя.

3. Электронасос по п.1 или 2, отличающийся тем, что вал электронасоса выполнен полым, а его центральный осевой канал сопряжен с полостью центробежного колеса насоса и отверстием входного патрубка, причем входной патрубок установлен на крышке наружного несущего щита корпуса электродвигателя и снабжен жестко с ним связанной подводящей гильзой, входящей в центральный осевой канал вала электронасоса и отделенной от поверхности вала уплотнением, размещенным в кольцевом зазоре между валом и гильзой.

4. Электронасос по п.1, отличающийся тем, что система самоохлаждения электродвигателя выполнена комбинированной и включает конструктивные элементы в форме лопаток, выполненных на торцах буртиков полумуфт предохранительной муфты и на наружной поверхности центрального диска ротора, колесо вентилятора, установленное на конце вала электронасоса и размещенное в полости между наружным несущим щитом корпуса электродвигателя и присоединенной к нему крышкой с входным патрубком, снабженных вентиляционными отверстиями, и сеть вентиляционных каналов, образованных снаружи оребренного корпуса электродвигателя через посредство кожуха, охватывающего ребра корпуса.

5. Электронасос по п.1, отличающийся тем, что центральная кольцевая полость корпуса электродвигателя защищена от проникновения перекачиваемой жидкости со стороны внутренней боковой крышки станины насоса лабиринтно-канавочным уплотнением вала электронасоса, выполненным в крышке и фланце, присоединенном к крышке и удерживающем подшипник вала от осевого смещения, а со стороны входного патрубка - комбинированным уплотнением вала, представленным канавками в наружном несущем щите корпуса электродвигателя и ребре фланца, присоединенного к щиту, в торцевой расточке которого размещен дополнительный подшипник вала электронасоса в сочетании с манжетой, установленной на валу и размещенной в расточке щита со стороны ребра фланца.