Улучшенная конструкция корпуса насоса с облицовкой из pfa

Металлический корпус насоса с облицовкой из фторалкокси-полимера (PFA), применяемый при работе с вызывающими коррозию жидкостями, содержит всасывающую камеру с облицовкой из PFA, а также спиральную камеру с облицовкой из PFA для размещения в ней рабочего колеса. Спиральная камера принимает и затем подает жидкость посредством нагнетательного элемента. Всасывающую камеру с облицовкой из PFA и спиральную камеру с облицовкой из PFA получают в процессе литьевого формования отдельно друг от друга в виде двух деталей, а затем собирают для получения корпуса насоса, чтобы уменьшить остаточное напряжение, возникающее в облицовке из PFA. Изобретение направлено на повышение эффективности производства, снижение производственных затрат и повышение предела прочности на растяжение, в частности для сохранения жесткости опоры вала и повышения прочности корпуса насоса. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Эта обычная заявка заявляет приоритет согласно § 119(a) раздела 35 Кодекса США в отношении заявки на патент №104119144, поданной в Тайвань, Китайскую Республику, 12 июня 2015 г.; заявки на патент №104131197, поданной в Тайвань, Китайскую Республику, 21 сентября 2015 г.; заявки на патент №201510323478.2, поданной в Китай 12 июня 2015 г. и заявки на патент №201510602455.5, поданной в Китай 21 сентября 2015 г., содержание которых полностью включено в данный документ посредством ссылки.

Область техники

Изобретение относится к улучшенной конструкции корпуса насоса с облицовкой из фторалкокси-полимера (PFA), которая снижает производственные затраты, повышает предел прочности на растяжение облицовки в большом корпусе насоса с диаметром всасывания, также называемым «внутренним диаметром всасывающего канала», больше чем 80 миллиметров (мм) или диаметром рабочего колеса, также называемым «наружным диаметром рабочего колеса», больше чем 200 мм; и повышает надежность конструкции насоса при рабочей температуре приблизительно 200 градусов Цельсия (°C). В частности, изобретение относится к улучшенной конструкции корпуса насоса с облицовкой из PFA, которая снижает растягивающее напряжение в облицовке из PFA в процессе изготовления, а также снижает остаточное напряжение в облицовке из PFA после процесса изготовления, и поэтому прочность корпуса насоса с облицовкой из PFA увеличивается.

Предпосылки изобретения

Обычный металлический корпус насоса с облицовкой из PFA широко применяется при работе с химическими веществами. В конструктивном исполнении насос содержит либо неподвижный вал, либо вращающийся вал. Обеспечение опоры неподвижного вала осуществляется с помощью двухсторонней опорной конструкции или консольной опорной конструкции. В двухсторонней опорной конструкции или консольной опорной конструкции треугольная передняя опора, расположенная во всасывающем канале, и задняя опора вала в защитном кожухе, которые выполнены из пластика, применяются для обеспечения опоры соответственно переднему концу и заднему концу неподвижного вала. При повышении рабочей температуры прочность пластика снижается, и поэтому прочность треугольной передней опоры и прочность пустой задней опоры снижаются соответственно, что приводит к искривлению и смещению неподвижного вала. Более того, металлический корпус насоса с облицовкой из PFA для больших насосов характеризуется определенными проблемами в отношении производственных затрат и прочности. В процессе изготовления металлический корпус насоса закрепляют в форме, а потом в форму подают PFA, который становится частью металлического корпуса насоса с образованием единого узла, при этом металлический корпус насоса обычно содержит несколько трапецеидальных канавок, так что облицовка из PFA может надежно прикрепляться к металлическому корпусу насоса посредством трапецеидальных канавок.

Для получения облицовки из PFA на внутренней поверхности металлического корпуса насоса известно три общепринятых способа, а именно трансферное формование, ротационная футеровка и литьевое формование. В процессе трансферного формования пластик (PFA) загружают в камеру предварительного нагрева, нагревают, подают из камеры предварительного нагрева по каналам в форму, а потом охлаждают в форме до получения твердотельной конструкции. Цикл изготовления в процессе трансферного формования занимает от 8 до 12 часов, так что на предприятиях подготавливают несколько комплектов форм с целью повышения суточной производительности. Тем не менее проблема в отношении высоких производственных затрат, связанных с трансферным формованием ввиду длительного времени изготовления в каждом цикле изготовления, до сих пор остается не решенной. В процессе ротационной футеровки PFA в виде порошка наносится на внутреннюю поверхность закрытого металлического корпуса. Тем не менее, без применения формы толщину облицовки нельзя точно регулировать, а низкая плотность облицовки приводит к более высокой проницаемости. Более того, вследствие получения облицовки на внутренней поверхности металлического корпуса под действием центробежной силы передняя опора, расположенная в центре насоса, не может быть выполнена как единое целое с облицовкой корпуса. Более того, облицовка не может быть получена на несимметричном спиральном канале центробежного насоса. В процессе литьевого формования скорость изготовления выше, чем в других способах получения облицовки, и цикл изготовления обычно можно завершить через 10 минут. Тем не менее, процесс литьевого формования не годится для изготовления облицовки для большого корпуса насоса, в частности облицовки для большого корпуса насоса с диаметром всасывания больше чем 80 мм или диаметром рабочего колеса больше чем 200 мм. Более того, облицовка центробежного насоса, в котором направление всасывающего канала и направление нагнетательного канала перпендикулярны друг другу, вызовет остаточное напряжение из-за взаимодействия осевого усадочного напряжения с радиальным усадочным напряжением в процессе формования. Такое остаточное напряжение приводит к растрескиванию облицовки и обуславливает неисправность насоса. Кроме того, остаточное напряжение в облицовке можно снять под высокой температурой и/или в условиях высококоррозионной среды, и тогда в облицовке возникают трещины. Поэтому насос с облицовкой, полученной литьевым формованием, не подходит для перемещения химического материала при температуре приблизительно 200°C.

В приведенных ниже сведениях из уровня техники дополнительно описаны проблемы и возможные проблемы, связанные с опорной конструкцией для вала в металлическом корпусе насоса с облицовкой из PFA и изготовлением металлического корпуса насоса с облицовкой из PFA.

Документ 1

Документ 1 называется «The secret is in the lining: the use of fluoropolymer materials for corrosive pumping» и опубликован в октябре 2001 г., в «WORLD PUMPS». В документе 1, в котором речь идет о проблемах изготовления металлического корпуса насоса с облицовкой из PFA, обращается внимание на то, что получение облицовки трансферным формованием требует нагревания материала облицовки и медленного охлаждения облицовки. Кроме того, в документе 1 также обращается внимание на то, что материал на основе FTFE не подходит для получения облицовки трансферным формованием. В документе 1 также обращается внимание на то, что получение облицовки ротационной футеровкой характеризуется определенными сложностями с регулированием толщины, плотности и равномерности облицовки, поскольку этот процесс осуществляется не под давлением и без применения формы. Более того, в документе 1 обращается внимание на то, что получение облицовки литьевым формованием не подходит для изготовления большого корпуса насоса из-за усадки и остаточного напряжения в процессе формования.

Документ 2

Документ 2 представляет собой каталог изделия серии 3298 (www.itt.com), опубликованный американской компанией ITT Goulds Pumps в 2014 г. В документе 2, в котором речь идет о металлическом корпусе насоса с облицовкой из ETFE, обращается внимание на то, что облицовку из ETFE получают ротационной футеровкой. На представленных в каталоге фигурах показано, что корпус содержит всасывающий фланец, всасывающий канал, нагнетательный канал и нагнетательный фланец, которые выполнены как единое целое. Корпус дополнительно содержит опору вала, которая установлена во всасывающем канале отдельно. Кроме того, как показано на фигурах в руководстве, нагнетательный канал в корпусе не характеризуется изменением площади спирали в корпусе центробежного насоса.

Документ 3

Документ 3 представляет собой руководство к изделию серии U-mag (www.innomag.com), опубликованное американской компанией INNOMAG в 2010 г. В документе 3, в котором речь идет о металлическом корпусе насоса с облицовкой из ETFE или PFA, обращается внимание на то, что облицовку из ETFE получают ротационной футеровкой. Опора вала расположена в заднем гнезде вала в виде консольной опорной конструкции. Как показано на фигурах в руководстве, нагнетательный канал корпуса не характеризуется изменением площади спирали в корпусе центробежного насоса, и корпус насоса не содержит опору вала.

Дело 1

Дело 1 представляет собой патент США №4722664 под названием «Lined corrosion resistant pump», выданный в 1988 г. В деле 1 обращается внимание на то, что корпус насоса с облицовкой, выполненной из фторуглеродного полимера, подходит для перемещения вызывающих коррозию жидкостей. Свойства материала на основе PFA подобны свойствам материала на основе PTFE, и к нему можно применить обычные технологии формования из расплава. Элементы насоса, выполненные из PFA, могут эксплуатироваться при температурах свыше 150°C. Тем не менее, облицовка, выполненная из фторуглеродного полимера, характеризуется двумя показателями напряжения, а именно остаточным напряжением, возникающим в процессе формования, и разностью между коэффициентами теплового расширения облицовки из PFA и металлического корпуса, при этом облицовка из PFA обладает более высоким коэффициентом теплового расширения. В этом случае предлагается решение в отношении трещин, возникающих вследствие усадки облицовки после формования. Решение заключается в том, что фторуглеродный полимер крепится посредством канавок и сетки для регулирования усадки облицовки, которая приводит к возникновению трещин в облицовке. Тем не менее, этот признак в этом деле не применяется в корпусе насоса с облицовкой из PFA, изготовленном заявителем, Duriron Company. В результате очевидным является то, что канавки и сетка, применяемые в этом деле для крепления облицовки, слишком дороги в изготовлении, а результат является аналогичным результату, полученному обычным способом, в котором облицовка крепится посредством трапецеидальных канавок, и поэтому канавки и сетку, применяемые в этом деле для крепления, применять невыгодно. Кроме того, в этом деле не говорится о том, можно ли применять литьевое формование для получения такой облицовки для большого корпуса насоса с диаметром всасывания больше 80 миллиметров (мм) или диаметром рабочего колеса больше 200 мм. В этом деле также не предложено решения в отношении проблемы, связанной с остаточным напряжением в облицовке, возникающим при литьевом формовании.

Дело 2

Дело 2 представляет собой патент Китая №2482597 под названием «Magnetic drive corrosion resistant fluorine plastic liner pump», выданный в 2002. В деле 2, в котором речь идет о металлическом корпусе насоса с облицовкой из PFA для насоса с магнитным приводом, раскрыта конструкция облицовки из PFA и говорится о том, что корпус насоса с облицовкой из PFA подходит для перемещения вызывающей коррозию жидкости. Опора вала и всасывающий фланец выполнены как единое целое, и опору вала и, следовательно, всасывающий фланец можно отсоединить от корпуса насоса. Несмотря на то, что опора вала и всасывающий фланец являются отдельной деталью, всасывающий канал не включен в эту отделяемую деталь. Поэтому площадь внутренней поверхности корпуса насоса, покрытая облицовкой, остается большой, и растягивающее напряжение в облицовке, распространяющееся на площадь между всасывающим каналом и спиральным каналом, не устраняется. Более того, жесткость опоры вала не улучшается усиленным материалом, и надежность конструкции насоса, которая эксплуатируется при 200°C, в этом деле не раскрывается.

Дело 3

Дело 3 представляет собой патент США №5895203 «Centrifugal pump having separable, multipartite impeller assembly assembly», выданный в 1999. В деле 3, в котором речь идет о металлическом корпусе насоса с пластиковой облицовкой насоса с магнитным приводом, раскрывается, что треугольная передняя опора вала является отделяемой деталью, и корпус насоса еще содержит всасывающий фланец, всасывающий канал, нагнетательный канал и нагнетательный фланец. Соединительная поверхность опоры вала и корпуса насоса покрыта пластиком, при этом какой-либо металл, обладающий высокой жесткостью, или усиленный материал, присоединяемый непосредственно, в этом деле не предусмотрен. Более того, надежность конструкции насоса, которая эксплуатируется при 200°C, в этом деле не раскрывается.

Дело 4

Дело 4 представляет собой европейский патент №2589811 «Magnetic drive pump», выданный в 2013. Автор изобретения раскрывает улучшенную конструкцию опоры вала в корпусе насоса с облицовкой из PFA для эксплуатации в условиях высоких температур. Жесткость пластика снижается при повышении рабочей температуры, и, соответственно, снижается жесткость пластиковой опоры вала, и поэтому для соблюдения требования в отношении высокой жесткости опоры вала при эксплуатации в условиях высокой температуры предлагается металлическая опора вала с облицовкой из PFA, которая выполнена как единое целое с корпусом насоса с облицовкой из PFA. Несмотря на то, что металлическая опора вала в этом деле решает проблему, связанную со снижением жесткости пластиковой опоры вала в условиях высоких температур, металлическую опору вала, выполненную как единое целое с корпусом насоса, необходимо покрыть облицовкой из PFA полностью для изоляции корпуса насоса, чтобы избежать коррозии металлической опоры вала и металлического корпуса насоса, вызванной воздействием коррозионного химического вещества. Более того, направление всасывающего канала и направление спирального канала или нагнетательного канала перпендикулярны друг другу, так что остаточное напряжение, возникающее из-за взаимодействия осевого усадочного напряжения с радиальным усадочным напряжением, которые обусловлены усадкой в процессе формования, концентрируется на площади опоры для упорного кольца. Это явление особенно заметно в случае корпусов насосов больших размеров. Также имеет место усадочное напряжение, остающееся в облицовке, покрывающей опору вала, которое приводит к более значительной концентрации напряжений на площади опоры для упорного кольца. В этом случае, в небольших корпусах насосов не происходит возникновения трещин на площади облицовки с концентрацией напряжений после формования и надлежащей термической обработки, однако трещины возникали на облицовке больших корпусов насосов, что снижает предел прочности на растяжение облицовки корпуса насоса, в частности в случае насосов с размерами больше чем 3 дюйма × 2 дюйма × 8 дюймов (80 мм × 50 мм × 200 мм). В большом корпусе насоса отношение площадей, площади облицовки в спиральном канале к общей площади облицовки в корпусе насоса, больше. Следовательно, остаточное напряжение, возникающее из-за взаимодействия осевого усадочного напряжения с радиальным усадочным напряжением, значительно повышается и концентрируется в опоре для упорного кольца в области всасывания. Поэтому предел прочности на растяжение облицовки, покрывающей внутреннюю поверхность большого корпуса насоса, снижается, даже если к облицовке после формования применяется надлежащая термическая обработка.

Как показано на фиг.1A, корпус 4 насоса, известный из уровня техники, представляет собой отдельную деталь и обычно изготовлен из нержавеющей стали или чугуна с облицовкой из PFA. Облицовка из PFA покрывает внутреннюю поверхность корпуса 4 насоса. Корпус 4 насоса содержит всасывающий фланец 411, всасывающий канал 412, опору 413 вала, спиральный канал 423, нагнетательный канал 422, нагнетательный фланец 421 и облицовку 424 из PFA в спиральной камере. На внутренней поверхности всасывающего канала 412 и внутренней поверхности спирального канала 423 выполнено несколько трапецеидальных канавок 47 для крепления облицовки из PFA 424. Облицовка 424 из PFA в спиральной камере содержит облицовку 414a на выступающей поверхности всасывающего фланца, облицовку 414b всасывающего канала, облицовку 414c опоры вала, облицовку 424a на выступающей поверхности нагнетательного фланца, облицовку 424b нагнетательного канала и облицовку 424c спирального канала, которые выполнены как единое целое для изоляции металлических частей корпуса 4 насоса от вызывающих коррозию жидкостей. Упорное кольцо 46 установлено на опоре 461 для упорного кольца, расположенной на внутренней поверхности корпуса 4 насоса, для сопротивления осевому усилию, создаваемому рабочим колесом (не показано) при работе насоса.

Если облицовку из PFA получают литьевым формованием, то усадка облицовки, покрывающей внутреннюю поверхность корпуса насоса, в процессе формования ограничивается сложной конструкцией корпуса насоса. В частности, облицовка из PFA, покрывающая опору 461 для упорного кольца, натягивается вследствие осевого усадочного напряжения Fa, радиального усадочного напряжения Fb и усадочного напряжения Fc, и на облицовке из PFA, покрывающей опору 461 для упорного кольца, возникают трещины. Поэтому в этом деле прочность большого корпуса насоса с облицовкой из PFA снижается вследствие большого остаточного напряжения в облицовке из PFA.

Как показано на фиг.1B, если облицовку из PFA в спиральной камере корпуса насоса получают трансферным формованием, то цикл в процессе трансферного формования занимает от 8 до 12 часов. Поэтому изготовление корпуса насоса с облицовкой из PFA трансферным формованием не является экономичным. Если облицовку из PFA получают ротационной футеровкой, то облицовку 414c опоры вала и облицовку 424c спирального канала, обладающего постепенно увеличивающейся площадью канала, затруднительно выполнить правильной толщины, поскольку PFA в виде порошка, из которого получают облицовку 414c на внутренней поверхности опоры вала и облицовку 424c спирального канала, смещается по действием центробежной силы. В частности, выступ 424d в спиральной камере нельзя получить ротационной футеровкой, и толщину, а также равномерность облицовки 424 из PFA в спиральной камере трудно регулировать.

Согласно представленным выше документам, делам и фигурам получение облицовки из PFA для металлического корпуса насоса характеризуется следующими проблемами.

Проблема 1

Получение облицовки из PFA для металлического корпуса насоса трансферным формованием характеризуется высокими производственными затратами и каждый цикл изготовления занимает много времени.

Проблема 2

В случае получения облицовки из PFA для металлического корпуса насоса ротационной футеровкой нельзя получить форму спиральной камеры и поверхности опоры вала, которая выполнена как единое целое с корпусом насоса.

Проблема 3

Облицовка из PFA, покрывающая внутреннюю поверхность металлического корпуса насоса и полученная ротационной футеровкой, обладает низкой плотностью, и толщину облицовки из PFA затруднительно точно регулировать.

Проблема 4

Литьевое формование не подходит для получения облицовки из PFA большого корпуса насоса, поскольку в облицовке из PFA остается остаточное напряжение.

Проблема 5

Литьевое формование не подходит для получения облицовки из PFA для металлического корпуса насоса с опорой вала, выполненной как единое целое с металлическим корпусом насоса, поскольку остаточное напряжение, остающееся в облицовке из PFA, увеличивается, так что литьевое формование тоже не подходит для получения облицовки из PFA для большого металлического корпуса насоса.

При получении облицовки из PFA для металлического корпуса насоса трансферное формование характеризуется высокими производственными затратами и каждый цикл изготовления занимает много времени; ротационной футеровкой нельзя получить облицовку из PFA на внутренней поверхности спиральной камеры и на поверхности опоры вала, которая выполнена как единое целое с корпусом насоса, и толщину облицовки из PFA затруднительно точно регулировать. Для решения проблем, связанных с получением облицовки из PFA литьевым формованием, таких как упомянутые выше проблема 4 и проблема 5, предлагается следующее.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению предложена улучшенная конструкция корпуса насоса с облицовкой из фторалкокси-полимера (PFA), в частности, для которой подходит обычный способ литьевого формования. Улучшенная конструкция, в частности, касается металлического корпуса насоса с облицовкой из PFA, который выполнен как единое целое с опорой вала, и корпус насоса с облицовкой из PFA подходит для эксплуатации при температуре приблизительно 200°C. Материал на основе PFA отличается тем, что обладает высокой коррозионной стойкостью, однако и высоким коэффициентом усадки в процессе формования. При получении литьевым формованием облицовки из PFA, покрывающей корпус насоса, в которую заделан металлический элемент, необходимо решить проблему, связанную с большим остаточным напряжением в облицовке из PFA, в частности в облицовке из PFA для большого корпуса насоса с диаметром всасывания больше чем 80 миллиметров (мм) или диаметром рабочего колеса больше чем 200 мм. В корпусе центробежного насоса направление всасывающего канала и направление спирального канала или нагнетательного канала перпендикулярны друг другу, так что остаточное напряжение, возникающее из-за взаимодействия осевого усадочного напряжения и радиального усадочного напряжения, обусловленных усадкой в процессе формования, остается в облицовке из PFA и концентрируется в опоре для упорного кольца в области всасывания. Также имеет место усадочное напряжение, остающееся в облицовке опоры вала, которое приводит к более значительной концентрации напряжений в опоре для упорного кольца. Более того, отношение площадей, площади облицовки из PFA в спиральном канале к общей площади облицовки из PFA в корпусе насоса, повышается, так что остаточное напряжение, возникающее из-за взаимодействия осевого усадочного напряжения и радиального усадочного напряжения, значительно увеличивается и концентрируется в опоре для упорного кольца в области всасывания. Согласно настоящему изобретению корпус насоса разделен на две отдельные детали, всасывающую камеру и спиральную камеру, вдоль линии раздела которых расположена опора для упорного кольца, и опору для упорного кольца образует осевая упорная поверхность всасывающей камеры с радиальной крепежной поверхностью спиральной камеры, когда всасывающая камера и спиральная камера собраны друг с другом. Опора вала, которая изготовлена из металла, и всасывающая камера выполнены как единое целое, и металлическая монтажная поверхность всасывающей камеры и металлическая монтажная поверхность спиральной камеры непосредственно соприкасаются и фиксируется друг с другом болтами, так что уплотнительная поверхность всасывающей камеры прижата к уплотнительной поверхности спиральной камеры, и корпус насоса герметично уплотнен; кроме того, опора вала, соединенная со всасывающей камерой и заходящая в спиральную камеру, обладает высокой жесткостью конструкции.

Если подробно, то всасывающая камера содержит всасывающий фланец, всасывающий канал, опору вала и облицовку из PFA во всасывающей камере. На всасывающий фланец действует нагрузка со стороны впускного трубопровода. На внутренней поверхности всасывающего канала выполнено несколько трапецеидальных канавок для крепления облицовки из PFA во всасывающей камере с целью противодействия возникновению вакуума во всасывающем канале. Облицовка из PFA во всасывающей камере содержит облицовку на выступающей поверхности всасывающего фланца, уплотнительную поверхность всасывающей камеры, облицовку всасывающего канала, покрывающую всасывающий канал, и облицовку опоры вала, покрывающую опору вала. Облицовка из PFA во всасывающей камере, обладающая высокой коррозионной стойкостью, применяется для изоляции металлических частей всасывающей камеры от вызывающих коррозию жидкостей. Спиральная камера содержит спиральный канал, нагнетательный канал, нагнетательный фланец и облицовку из PFA в спиральной камере. Спиральный канал подходит для размещения в нем рабочего колеса и накопления жидкости, на которую воздействует рабочее колесо для подачи жидкости по нагнетательному каналу. На нагнетательный фланец действует нагрузка со стороны выпускного трубопровода. На внутренней поверхности спирального канала выполнено несколько трапецеидальных канавок для крепления облицовки из PFA в спиральной камере с целью противодействия возникновению вакуума в спиральном канале. Облицовка из PFA в спиральной камере содержит облицовку на выступающей поверхности нагнетательного фланца, облицовку нагнетательного канала, облицовку спирального канала, выступ в спиральной камере и уплотнительную поверхность спиральной камеры. Облицовка из PFA в спиральной камере, обладающая высокой коррозионной стойкостью, применяется для изоляции металлических частей спиральной камеры от вызывающих коррозию жидкостей. Соответственно после получения облицовки из PFA во всасывающей камере и облицовки из PFA в спиральной камере литьевым формованием всасывающую камеру и спиральную камеру собирают и фиксируют вместе болтами для получения металлического корпуса насоса с облицовкой из PFA.

Ниже представлены результаты реализации настоящего изобретения.

Во-первых, для решения проблемы, связанной с отношением площадей, корпус насоса разделен на всасывающую камеру с облицовкой из PFA во всасывающей камере и спиральную камеру с облицовкой из PFA в спиральной камере, и поэтому можно снизить степень усадки облицовки из PFA во всасывающей камере и облицовки из PFA в спиральной камере после формования, поскольку площадь каждой из этих деталей меньше. Если облицовку из PFA для корпуса насоса получают литьевым формованием, то время изготовления и производственные затраты сокращаются; толщина облицовки из PFA точно регулируется посредством формы; и постепенное увеличение площади облицовки спирального канала имеет место на внутренней поверхности спирального канала, то есть можно получить постепенное увеличение площади.

Во-вторых, осевое направление всасывающего канала во всасывающей камере перпендикулярно радиальным направлениям спирального канала и нагнетательного канала в спиральной камере. Поэтому, если корпус насоса разделен на две детали, всасывающую камеру и спиральную камеру, то в облицовке из PFA во всасывающей камере возникает осевое усадочное напряжение Fa, а также усадочное напряжение Fc, а в облицовке из PFA в спиральной камере - радиальное усадочное напряжение Fb, действующее в радиальном направлении. В результате между облицовкой из PFA во всасывающей камере и облицовкой из PFA в спиральной камере, которые получают литьевым формованием отдельно друг от друга, отсутствует растягивающее напряжение.

В-третьих, жесткость конструкции опоры вала, изготовленной из металла, сохраняется.

Улучшение конструкции корпуса насоса с облицовкой из PFA согласно настоящему изобретению состоит в получении литьевым формованием облицовки из PFA для корпуса насоса с диаметром всасывания больше чем 80 мм или диаметром рабочего колеса больше чем 200 мм и в том, что опора вала, предусмотренная согласно настоящему изобретению, обладает надежной конструкцией при эксплуатации насоса в условиях температуры приблизительно 200°C.

Краткое описание графических материалов

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания, следующего далее, и прилагаемых графических материалов, которые представлены лишь в качестве примеров и, таким образом, не ограничивают настоящее изобретение и на которых:

фиг.1A - вид в разрезе корпуса насоса, выполненного с применением обычной технологии;

фиг.1B - вид сзади корпуса насоса, выполненного с применением обычной технологии;

фиг.2 - вид в разрезе корпуса насоса согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.3 - покомпонентный вид корпуса насоса согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.4A - схематический вид всасывающей камеры согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.4B - вид в разрезе всасывающей камеры согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.5A - схематический вид спиральной камеры согласно первому варианту осуществления изобретения; и

фиг.5B - вид в разрезе спиральной камеры согласно первому варианту осуществления изобретения.

Подробное описание

В приведенном ниже подробном описании, в целях объяснения, изложены многочисленные специфические подробности, чтобы обеспечить полное понимание раскрытых вариантов осуществления. Тем не менее, будет очевидным то, что один или более вариантов осуществления можно реализовать на практики без этих специфических подробностей. В других случаях, чтобы упростить графические материалы, схематически показаны хорошо известные конструкции и устройства.

В изобретении представлен корпус насоса, выполненный из металла и содержащий облицовку из PFA. Корпус насоса содержит всасывающий фланец, всасывающий канал, опору вала, спиральный канал, нагнетательный канал, нагнетательный фланец и облицовку из PFA. Внутреннее пространство корпуса насоса служит для размещения в нем рабочего колеса (не показано). Всасывающий фланец применяется для соединения с впускным трубопроводом, а нагнетательный фланец применяется для соединения с выпускным трубопроводом. Опора вала обеспечивает опору одному концу вала. Жидкость течет в корпус насоса из всасывающего канала, затем мощность на валу от двигателя (не показан) преобразуется в гидравлическую мощность жидкости посредством рабочего колеса, и потом жидкость течет по спиральному каналу и выходит из корпуса насоса по нагнетательному каналу. Выступающая поверхность всасывающего фланца, выступающая поверхность нагнетательного фланца и все омываемые боковые поверхности корпуса насоса покрыты облицовкой из PFA, и все металлические части изолированы от вызывающей коррозию жидкости.

В первом варианте осуществления изобретения представлен корпус насоса с облицовкой из PFA, рассчитанный на рабочую температуру приблизительно 200°C. Материал на основе PFA характеризуется как обладающий высокой коррозионной стойкостью, однако, и высоким коэффициентом усадки в процессе формования. При получении PFA с металлическим элементом, заделанным в нем, литьевым формованием необходимо решить проблему большого остаточного напряжения в облицовке из PFA, в частности для облицовок из PFA для больших корпусов насосов с диаметром всасывающей части больше чем 80 миллиметров (мм) или с диаметром рабочего колеса больше чем 200 мм.

Как показано на фиг.2, фиг.4B, фиг.5A и фиг.5B, обеспечение опоры неподвижного вала в металлическом корпусе насоса с облицовкой из PFA осуществляется с помощью двухсторонней опорной конструкции в первом варианте осуществления изобретения. К основным элементам металлического корпуса насоса с облицовкой из PFA относятся всасывающая камера 41 и спиральная камера 42. Во всасывающей камере 41, изготовленной из чугуна или нержавеющей стали, внутренняя поверхность покрыта облицовкой из PFA. Всасывающая камера 41 содержит всасывающий фланец 411, всасывающий канал 412, опору 413 вала и облицовку 414 из PFA во всасывающей камере. На внутренней поверхности всасывающего канала 412 с применением средств механической обработки выполнено несколько трапецеидальных канавок 47. Облицовка 414 из PFA во всасывающей камере, которая содержит облицовку 414a на выступающей поверхности всасывающего фланца, облицовку 414b всасывающего канала, облицовку 414c опоры вала и уплотнительную поверхность 416 всасывающей камеры, покрывающие внутреннюю поверхность всасывающей камеры 41, получена литьевым формованием, и облицовка 414 из PFA во всасывающей камере применяется для изоляции всасывающей камеры 41 от вызывающих коррозию жидкостей. В спиральной камере 42, изготовленной из чугуна или нержавеющей стали, внутренняя поверхность покрыта облицовкой из PFA. Спиральная камера 42 содержит нагнетательный фланец 421, нагнетательный канал 422, спиральный канал 423 и облицовку 424 из PFA в спиральной камере. На внутренней поверхности спирального канала 423 с применением средств механической обработки выполнено несколько трапецеидальных канавок 47. Облицовка 424 из PFA в спиральной камере, которая содержит облицовку 424a на выступающей поверхности нагнетательного фланца, облицовку 424b нагнетательного канала, облицовку 424c спирального канала, выступ 424d в спиральной камере и уплотнительную поверхность 428 спиральной камеры, покрывающие внутреннюю поверхность спиральной камеры 42, выполнена литьевым формованием, и облицовка 424 из PFA в спиральной камере применяется для изоляции спиральной камеры 42 от вызывающей коррозию жидкости. Упорное кольцо 46 установлено на опоре 461 для упорного кольца, расположенной на внутренней поверхности корпуса 4 насоса, для сопротивления осевому усилию, создаваемому рабочим колесом (не показано) при работе насоса.

Как показано на фиг.2 и фиг.3, после выполнения литьевым формованием облицовки 414 из PFA во всасывающей камере и облицовки 424 из PFA в спиральной камере, соответственно, на внутренней поверхности всасывающей камеры 41 и спиральной камеры 42 всасывающая камера 41 и спиральная камера 42 собираются и фиксируются друг с другом болтами, проходящими сквозь отверстия 415b для болтов во всасывающей камере 41 и затягиваемыми в отверстиях 426 для болтов в спиральной камере 42 для получения металлического корпуса 4 насоса с облицовкой из PFA.

На фиг.2, фиг.4A, фиг.4B и фиг.5B, представлен схематический вид всасывающей камеры 41 согласно первому варианту осуществления изобретения. Всасывающий фланец 411, всасывающий канал 412, опора 413 вала и облицовка 414 из PFA во всасывающей камере расположены на передней стороне всасывающей камеры 41. На всасывающем фланце 411 выполнен ряд отверстий 415a для болтов, которые применяются для фиксации впускного трубопровода (не показан), соединяемого со всасывающим фланцем 411. На всасывающем фланце 411 также выполнен другой ряд отверстий 415b для болтов, которые применяются для прикрепления металлической монтажной поверхности 417 всасывающей камеры 41 к металлической монтажной поверхности 429 на переднем конце спиральной камеры 42 для повышения жесткости опоры 413 вала, так что уплотнительная поверхность 416 всасывающей камеры прижата к уплотнительной поверхности 428 спиральной камеры, и корпус 4 насоса герметично уплотнен. Облицовка 414 из PFA во всасывающей камере содержит облицовку 414a на выступающей поверхности всасывающего фланца, облицовку 414b всасывающего канала, облицовку 414c опоры вала и уплотнительную поверхность 416 всасывающей камеры, которые выполнены как единое целое для изоляции металлических частей всасывающей камеры 41 от вызывающей коррозию жидкости.

Как показано на фиг.2, фиг.4B и фиг.5B, на задней стороне всасывающей камеры 41 расположена осевая упорная поверхность 461a для образования осевой поверхности опоры 461 для упорного кольца. На внешней стороне осевой упорной поверхности 461a расположена уплотнительная поверхность 416 всасывающей камеры, и уплотнительная поверхность 416 всасывающей камеры соединена с уплотнительной поверхностью 428 спиральной камеры так, что всасывающая камера 41 и спиральная камера 42 уплотнены уплотнительной поверхностью 428 спиральной камеры и уплотнительной поверхностью 416 всасывающей камеры для получения системы герметичного уплотнения. Площадь облицовки 414 из PFA во всасывающей камере составляет от 1/3 до 1/2 площади облицовки из PFA в обычном корпусе насоса, и по сравнению с облицовкой из PFA в обычном корпусе насоса на облицовку из PFA согласно первому варианту осуществления действует лишь осевое усадочное напряжение Fa, а также усадочное напряжение Fc. В результате становится возможным экономичное получение облицовки из PFA литьевым формованием в большом корпусе насоса.

На фиг.3, фиг.5A и фиг.5B, представлен схематический вид спиральной камеры 42 согласно первому варианту осуществления изобретения, которая содержит спиральный канал 423, нагнетательный канал 422, нагнетательный фланец 421 и облицовку 424 из PFA в спиральной камере. На нагнетательном фланце 421 выполнено несколько отверстий 425 для болтов, которые применяются для фиксации выпускного трубопровода (не показан), соединяемого с нагнетательным фланцем 421. На переднем конце спиральной камеры 42 выполнено несколько отверстий 426 для болтов, которые применяются для прикрепления к ней всасывающей камеры 41. Облицовка 424 из PFA в спиральной камере содержит облицовку 424a на выступающей поверхности нагнетательного фланца, облицовку 424b нагнетательного канала, облицовку 424c спирального канала, выступ 424d в спиральной камере и уплотнительную поверхность 428 спиральной камеры, которые выполнены как единое целое для изоляции металлических частей спиральной камеры 42 от вызывающих коррозию жидкостей.

Как показано на фиг.2, фиг.4B и фиг.5B, для получения радиальной поверхности опоры 461 для упорного кольца на внутренней поверхности переднего центрального отверстия 427 в спиральной камере 42 расположена радиальная крепежная поверхность 461b. Уплотнительная поверхность 428 спиральной камеры, обращенная к всасывающей камере 41, соединена с радиальной крепежной поверхностью 461b, и уплотнительная поверхность 428 спиральной камеры соединена с уплотнительной поверхностью 416 всасывающей камеры так, что всасывающая камера 41 и спиральная камера 42 уплотнены уплотнительной поверхностью 428 спиральной камеры и уплотнительной поверхностью 416 всасывающей камеры для получения системы герметичного уплотнения.

При вычислении от переднего центрального отверстия 427 площадь облицовки 424 из PFA в спиральной камере составляет от 1/2 до 2/3 площади облицовки из PFA в обычном корпусе насоса, и по сравнению с облицовкой из PFA в обычном корпусе насоса на облицовку из PFA согласно первому варианту осуществления действует лишь радиальное усадочное напряжение Fb. В результате этого получение облицовки из PFA, покрывающей внутреннюю поверхность большого корпуса насоса, литьевым формованием является более экономичным и удается избежать проблем, связанных с растягивающим напряжением в облицовке насоса, вызванным сложной конструкцией корпуса насоса.

1. Улучшенная конструкция корпуса насоса с облицовкой из фторалкокси-полимера (PFA), при этом корпус насоса с облицовкой из PFA содержит всасывающую камеру и спиральную камеру, которые выполнены отдельно друг от друга, при этом как облицовка из PFA во всасывающей камере, так и облицовка из PFA в спиральной камере выполнены литьевым формованием; при этом всасывающая камера и спиральная камера выполнены литьевым формованием отдельно друг от друга для устранения растягивающего напряжения между облицовкой из PFA во всасывающей камере и облицовкой из PFA в спиральной камере и снижения скорости образования дефектов при получении облицовки для одного большого корпуса насоса литьевым формованием, отличающаяся тем, что:

всасывающая камера содержит всасывающий фланец, опору вала, всасывающий канал и облицовку из PFA во всасывающей камере, при этом всасывающий фланец, опора вала и всасывающий канал выполнены как единое целое;

спиральная камера содержит спиральный канал, нагнетательный канал, нагнетательный фланец и облицовку из PFA в спиральной камере,

при этом всасывающая камера прикреплена к спиральной камере металлической монтажной поверхностью всасывающей камеры, которая соединена с металлической монтажной поверхностью спиральной камеры, для получения корпуса насоса с облицовкой из PFA; при этом опора вала выполнена как единое целое с всасывающим фланцем и всасывающим каналом для повышения жесткости и в области соединения всасывающей камеры и спиральной камеры выполнена опора для упорного кольца.

2. Улучшенная конструкция корпуса насоса с облицовкой из PFA по п. 1, отличающаяся тем, что опора вала и всасывающий канал изготовлены из чугуна или нержавеющей стали.

3. Улучшенная конструкция корпуса насоса с облицовкой из PFA по п. 1, отличающаяся тем, что всасывающая камера прикреплена к спиральной камере посредством болтов.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к насосам, входящим в состав системы для подачи расплавленного металла в литейную форму и др. емкости, а также способам заполнения литейной формы расплавленным алюминием.

Группа изобретений относится к насосу для расплавленного металла. Насос содержит удлиненную трубу, имеющую нижний конец и верхний конец и образующую насосную камеру, вал, размещенный в указанной трубе, и рабочее колесо.

Изобретение относится к центробежному насосу для нагнетания горячих жидкостей. Насос имеет контактный уплотнитель вала, корпус (13) уплотнителя для уплотнителя (14) вала и возвратный канал (8) для парциального потока нагнетаемой жидкости.

Изобретение относится к магнитным муфтам и может использоваться в герметичных насосах, компрессорах и системах передачи движения. Технический результат заключается в создании жаропрочной магнитной муфты, предназначенной для передачи движения в горячих средах, в частности в расплавленных металлах с температурой выше 300°C.

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.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к вертикальным герметичным электронасосам, перекачивающим воду высоких (по температуре, давлению и расходу) параметров.

Изобретение относится к циркуляционным электронасосам (ЦЭН), используемым в ядерных энергетических установках интегрального типа для перекачки жидкометаллических теплоносителей.

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано в центробежных насосах, проточная часть которых защищена полимерным покрытием.

Изобретение относится к области ядерной энергетики. .

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при изготовлении погружных центробежных насосных агрегатов, предназначенных для комплектации насосных установок, используемых в нефтедобывающей и других отраслях при подъеме и перекачивании среды.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при изготовлении погружных центробежных насосных агрегатов, предназначенных для комплектации насосных установок, используемых в нефтедобывающей и других отраслях при подъеме и перекачивании среды.

Изобретение относится к области компрессоростроения. Центробежный нагнетатель содержит корпус, выполненный в виде цилиндра, торцы которого закрыты фиксируемыми от перемещения передней и задней герметизирующими крышками, между которыми установлена сменная проточная часть.

Изобретение относится к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин. Установка погружного лопастного насоса компрессионного типа включает электродвигатель, протектор с осевой опорой вала и по меньшей мере одну насосную секцию.

Изобретение касается многоступенчатого центробежного насоса с основанием (2), головной частью (14) и стенкой (16), которая соединяет основание (2) с головной частью (14) и окружает по внешнему периметру ступени насоса.

Изобретение относится к центробежным насосам и может быть использовано для перекачки по магистральным трубопроводам нефти и других жидкостей. Насос содержит набор силовых элементов в виде ребер жесткости, связывающих корпус насоса с поверхностями лап опорного насоса.

Группа изобретений относится к нефтяному машиностроению, в частности к насосам для откачки пластовой жидкости из скважин. Установка содержит: двигатель, протектор с осевой опорой вала и по крайней мере одну насосную секцию.

Изобретение относится к насосостроению и касается сборки модульного скважинного насоса. Насос содержит насосные модули с соединительными деталями, снабженными муфтой и выполненными в виде вилки.

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано как электронасосный агрегат (ЭНА) в составе систем терморегулирования самолетов и космических аппаратов.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к центробежным насосным установкам, предназначенным для перекачивания жидкостей. Одноступенчатый центробежный насосный агрегат включает центробежный одноступенчатый насос двухстороннего входа, приводной электродвигатель, муфту, соединяющую их валы, опорную раму для крепления насоса и электродвигателя, корпус, состоящий из основания и крышки, входной и выходной патрубки, ротор с закрепленным на нем рабочим колесом, установленный в опорных подшипниках, и спиральный отвод.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при изготовлении погружных центробежных насосных агрегатов, предназначенных для комплектации насосных установок, используемых в нефтедобывающей и других отраслях при подъеме и перекачивании среды.

Металлический корпус насоса с облицовкой из фторалкокси-полимера, применяемый при работе с вызывающими коррозию жидкостями, содержит всасывающую камеру с облицовкой из PFA, а также спиральную камеру с облицовкой из PFA для размещения в ней рабочего колеса. Спиральная камера принимает и затем подает жидкость посредством нагнетательного элемента. Всасывающую камеру с облицовкой из PFA и спиральную камеру с облицовкой из PFA получают в процессе литьевого формования отдельно друг от друга в виде двух деталей, а затем собирают для получения корпуса насоса, чтобы уменьшить остаточное напряжение, возникающее в облицовке из PFA. Изобретение направлено на повышение эффективности производства, снижение производственных затрат и повышение предела прочности на растяжение, в частности для сохранения жесткости опоры вала и повышения прочности корпуса насоса. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх