RU227315U1 - Магнитная муфта динамического насосного агрегата вертикального типа - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения в нефтяной, нефтедобывающей, нефтехимической, химической, теплоэнергетической промышленностях и в коммунальном хозяйстве, а именно к магнитным муфтам, предназначенным для передачи бесконтактной передачи крутящего момента от приводного устройства к рабочему органу с помощью магнитной связи и используемым в составе центробежных агрегатов, предназначенных для перемещения, подачи и циркуляции, подводимых к установке в стационарных условиях нейтральных, химически активных, агрессивных, легковоспламеняющихся, горючих и токсичных веществ. Технический результат полезной модели заключается в упрощении конструкции без потерь рабочих характеристик и, соответственно, улучшении эксплуатационного ресурса и повышении надежности магнитной муфты за счет снижения перегрева ведомой полумуфты, вызванного нагревом при работе вихревых токов рабочей среды в зоне зазоров между ведомой полумуфтой и стенкой герметизирующего экрана. Магнитная муфта динамического насосного агрегата вертикального типа, состоящая из ведомой магнитной полумуфты, предназначенной для установки на валу рабочего органа, ведущей магнитной полумуфты, предназначенной установленную на валу приводного устройства, и герметизирующего экрана, закрывающего ведомую полумуфту, при этом магнитные полумуфты имеют в своем составе корпусы, защитные кожухи, выполненные в виде цилиндров из немагнитного материала, и постоянные магниты, выполненные в виде параллелепипедов и установленные в пазах, выполненных в магнитопроводах, изготавливаемых из магнитомягкого материал, при этом длина постоянных магнитов составляет от 20 до 50 мм, ширина b постоянных магнитов ведущей полумуфты оставляет от 1,1 до 1,5 от ширины постоянных магнитов b1 ведомой полумуфты, а межмагнитное пространство ведомой полумуфты заполняется компонентами на клеевой основе, при этом наружный диаметр ведомой полумуфты составляет 80,5 мм.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения в нефтяной, нефтедобывающей, нефтехимической, химической, теплоэнергетической промышленностях и в коммунальном хозяйстве, а именно к магнитным муфтам, предназначенным для бесконтактной передачи крутящего момента от приводного устройства к рабочему органу с помощью магнитной связи и используемым в составе центробежных агрегатов, предназначенных для перемещения, подачи и циркуляции, подводимых к установке в стационарных условиях нейтральных, химически активных, агрессивных, легковоспламеняющихся, горючих и токсичных веществ.

Из уровня техники известны следующие решения.

Известна магнитная муфта центробежного насоса, состоящая из двух полумуфт с постоянными магнитами и разделительной перегородкой, выполненной в виде стакана, охватывающего установленную на конце рабочего вала одну из полумуфт и охватываемого установленной на приводном валу другой полумуфтой, (RU №26612, опубл. 10.12.2002).

Недостаток известной магнитной муфты центробежного насоса состоит в том, что используются постоянные магниты с одинаковым размером, что приводит к увеличению веса и габаритов магнитной муфты насоса.

Также известна магнитная муфта центробежного насоса, состоящая из двух полумуфт с постоянными магнитами и разделительной перегородкой, выполненной в виде стакана, охватывающего установленную на конце рабочего вала центробежного насоса одну из полумуфт и охватываемого установленной на приводном валу центробежного насоса другой полумуфтой, полумуфты содержат одинаковое количество постоянных магнитов и снабжены тонкой защитной оболочкой от контакта с внешней средой, последние выполнены в виде прямоугольных параллелепипедов и установлены по окружности вокруг оси рабочего вала и перпендикулярно одной из боковой граней радиусу окружности, вдоль которой установлены постоянные магниты (RU №2326269, опубл. 10.06.2008).

Недостатком магнитной муфты центробежного насоса является ограниченный срок службы при перекачивании насосом агрессивных сред, ввиду того, что охлаждение ведомой муфты, установленной на валу центробежного насоса, осуществляется за счет поступления перекачиваемой среды в пространство между ведомой полумуфтой и стаканом, тем самым происходит не только охлаждение, но и коррозия ведомой полумуфты, что впоследствии приводит к поломке магнитной муфты и выходу из строя всего центробежного насоса.

Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является магнитная муфта центробежного насоса, состоящая из двух полумуфт с постоянными магнитами и разделительной перегородкой, выполненной в виде стакана, охватывающего установленную на конце рабочего вала центробежного насоса одну из полумуфт и охватываемого установленной на приводном валу центробежного насоса другой полумуфтой, полумуфты содержат одинаковое количество постоянных магнитов и снабжены тонкой защитной оболочкой от контакта с внешней средой, последние выполнены в виде прямоугольных параллелепипедов и установлены по окружности вокруг оси рабочего вала и перпендикулярно одной из боковых граней радиусу окружности, вдоль которой установлены постоянные магниты (RU 193390 U1, опубл. 29.10.2019).

Недостаток известной магнитной муфты состоит в том, что конструкция имеет низкие рабочие характеристики и сниженные показатели эксплуатационного ресурса, вызванные эффектом налипания частиц перекачиваемой среды, что соответственно приводит к критическому снижению зазора между ведомой магнитной полумуфтой и герметизирующим экраном, приводящему к перегреву ведомой полумуфты, а зачастую и к срезу экрана - разгерметизации системы. Так же при анализе данной конструкции выявлены существенные проблемы изготовления и монтажа.

Технической проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является устранение выявленных в известных технических решениях недостатков.

Технический результат патентуемой полезной модели заключается в упрощении конструкции без потерь рабочих характеристик и, соответственно, улучшении эксплуатационного ресурса и повышении надежности магнитной муфты за счет снижения перегрева ведомой полумуфты, вызванного нагревом при работе вихревых токов рабочей среды в зоне зазоров между ведомой полумуфтой и стенкой герметизирующего экрана.

Заявленный технический результат достигается за счет конструкции магнитной муфты динамического насосного агрегата вертикального типа, состоящей из ведомой магнитной полумуфты, предназначенной для установки на валу рабочего органа, ведущей магнитной полумуфты, предназначенной установленную на валу приводного устройства, и герметизирующего экрана, закрывающего ведомую полумуфту, при этом магнитные полумуфты имеют в своем составе корпусы, защитные кожухи, выполненные в виде цилиндра из немагнитного материала, и постоянные магниты, выполненные в виде параллелепипедов и установленные в пазах, выполненных в магнитопроводах, изготавливаемых из магнитомягкого материал, при этом длина постоянных магнитов составляет от 20 до 50 мм, ширина b постоянных магнитов ведущей полумуфты составляет от 1,1 до 1,5 от ширины постоянных магнитов b1 ведомой полумуфты, а межмагнитное пространство ведомой полумуфты заполняется компонентами на клеевой основе, при этом наружный диаметр ведомой полумуфты составляет 80,5 мм.

Заявленный технический результат обусловлен повышением номинального крутящего момента магнитной муфты от 20 до 30%, обеспечиваемого за счет того, ширина b постоянных магнитов ведущей полумуфты составляет от 1,1 до 1,5 от ширины постоянных магнитов b1 ведомой полумуфты. Постоянные магниты длиной от 20 до 50 мм увеличивают номинальный крутящий момент магнитной муфты до 5% по сравнению с конструкциями, использующими постоянные магниты длиной до 20 мм, за счет снижения количества стыков между магнитами. За счет того, что межмагнитное пространство ведомой полумуфты заполнено компонентами на клеевой основе, а полости ведущей полумуфты остаются в свободном состоянии, обеспечивается снижение потерь крутящего момента до 2-4%. Выполнение ведомой полумуфты с наружным диаметром 80,5 мм, приводит к увеличению зазора S равного от 1,5 до 2 мм, при этом увеличивается площадь проходного сечения от 1,5 до 2 раз между наружным диаметром ведомой полумуфты и внутренним диаметром герметизирующего экрана, способствующего снижению налипания частиц перекачиваемой среды и соответственно снижения перегрева этой полумуфты, что, в свою очередь, позволяет применять магнитные муфты с оптимальным номинальным крутящим моментом, обеспечивающим 30% запас по крутящему моменту относительно крутящего момента применяемого электродвигателя.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее:

Фиг. 1 - продольный разрез магнитной муфты.

Фиг. 2 - поперечный разрез в выносном элементе А-А на фиг.1.

Магнитная муфта состоит из трёх элементов (Фиг.1), включающих в себя ведомую магнитную полумуфту, установленную на валу рабочего органа, ведущую магнитную полумуфту, установленную на валу приводного устройства и герметизирующий экран 11, закрывающий ведомую полумуфту и обеспечивающий предотвращение попадания рабочей среды в окружающую среду.

Полумуфта ведомая состоит из корпуса 4, являющегося центрирующим элементом на валу с помощью шпоночного соединения, предотвращающего проворачивание полумуфты при работе , на котором устанавливается магнитопровод 5 с предварительно выполненными пазами по профилю магнита вдоль оси вращения, в которые устанавливаются от 1 до 5 рядов по 12 полюсов постоянных магнитов 7 и 8, совпадающих по линии центров полюсов, герметично закрываемые защитным кожухом 6, выполненным из сталей 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т по ГОСТ 5949-2018 в зависимости от коррозионной активности среды, представляющий собой форму цилиндра, предотвращающий соприкосновение с рабочей средой. Полости между постоянными магнитами, установленными на ведомой полумуфте, заполняются компонентами на клеевой основе.

Ведущая магнитная полумуфта имеет схожую конструкцию, включающую корпус 1 с установленным магнитопроводом 2 с предварительно выполненными пазами прямоугольного профиля вдоль оси вращения в которые устанавливаются от 1 до 5 рядов по 12 полюсов постоянных магнитов 9 и 10 совпадающих по линии центров полюсов, закрываемые защитными кожухами, выполненными в виде цилиндра 3, полости между которыми находятся с свободном состоянии (ничем не заполненные).

В ходе проведенных исследований было установлено, что основными причинами выхода из строя магнитных муфт является эффект налипания перекачиваемой среды на наружный диаметр ведомой полумуфты в процессе работы приводящие к критическому снижению зазора между ведомой магнитной полумуфтой и герметизирующим экраном приводящее к перегреву ведомой полумуфты, а зачастую и к срезу экрана - разгерметизации системы. Так же к перегреву магнитной муфты и соответственно к ускоренному размагничиванию магнитной системы приводит зачастую эксплуатация на заниженных оборотах вращения относительно расчетных и при этом завышенных крутящих номинальных моментах.

Для улучшения рабочих характеристик было принято применять средние значения крутящих моментов указанных в таблице, а так же использовать в составе магнитных полумуфт магнитопровода, изготавливаемые из магнитомягких материалов, таких как сталь 20, сталь 15, сталь 25 по ГОСТ 1050-2013, предназначенные для уменьшения рассеивания магнитных полей в магнитной системе и при этом повышающие номинальный крутящий момент магнитной муфты до 5% относительно конструкции без магнитопровода, при этом ширина b постоянных магнитов полумуфты установленной на приводном валу составляет от 1,1 до 1,5 от ширины постоянных магнитов b1 полумуфты установленной на валу рабочего органа, повышающее номинальный крутящий момент магнитной муфты от 20 до 30% по сравнению с конструкциями магнитных полумуфт с соотношением ширины постоянных магнитов b от ширины постоянных магнитов b1 составляющем от 0,8 до 1.

В конструкциях магнитных полумуфт применяются постоянные магниты длиной от 20 до 50 мм увеличивающие номинальный крутящий момент магнитной муфты до 5% за счет снижения количества стыков между магнитами и сохранении при этом полезной площади пар полюсов постоянных магнитов за счет снижения эффекта набегания допусков при появлении клеевых основ в стыках по сравнению с аналогичными магнитными полумуфтами использующими в своем составе постоянные магниты длиной до 20 мм.

Межмагнитное пространство ведомой полумуфты заполняется компонентами на клеевой основе, как правило используется клей трехкомпонентный, например К-300-61, представляющий клеящую консистенцию из эпоксикремнийорганической смолы, аминного отвердителя и наполнителя (пастообразная масса). В качестве наполнителя применяется двуокись титана по ГОСТ 9808-84.

Межмагнитные полости ведущей полумуфты остаются в свободном состоянии (воздушная среда), что приводит к снижению потерь момента до 2-4% за счет эффекта, рассмотренного выше.

Наружный диаметр ведомой полумуфты составляет 80,5 мм, что в свою очередь приводит к увеличению зазора S равного от 1,5 до 2 мм, при этом увеличивается площадь проходного сечения от 1,5 до 2 раз между наружным диаметром ведомой полумуфты и внутренним диаметром герметизирующего экрана способствующего снижению эффекта налипания частиц перекачиваемой среды при этом снижается перегрев этой полумуфты и соответственно повышается эксплуатационный ресурс магнитной муфты.

Основные расчетные сравнительные параметры полученной магнитной муфты приведены в таблице 1.

Работает полезная модель следующим образом: ведущая магнитная полумуфта, установленная на валу приводного электродвигателя, благодаря бесконтактной связи с помощью установленных постоянных пар полюсов магнитов, обеспечивает передачу крутящего момента на ведомую магнитную полумуфту, установленную на рабочем валу, при этом приводящая в движение рабочие органы устройства.

Герметичность рабочего органа обеспечивается установку между полумуфтами немагнитного герметизирующего экрана. Охлаждение герметизирующего экрана, нагревающегося при работе вихревыми токами, осуществляется рабочей средой.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика параметров магнитной муфты.

№ п.п.	Диаметр ведомой полумуфты, мм	Ширина магнита ведомой полумуфты, мм	Ширина магнита ведущей полумуфты, мм	Количество пар полюсов магнитов, шт.	Зазор S, мм	Длина магнитов, мм	Остаточная индукция Br, Тл (кГс)*	Момент, Н⋅м**	КПД магнитной муфты, %	Потери мощности в экране, кВт
1	80,5	16	16	12	1,5	60	0,82	27,17	74,52	1,88
2	80,5	16	23	12	1,5	60	0,82	33,39	74,52	1,88
3	80,5	16	16	12	1,75	60	0,82	27,17	78,52	1,51
4	80,5	16	23	12	1,75	60	0,82	33,39	78,52	1,51
5	80,5	16	16	12	2	60	0,82	27,17	82,98	1,13
6	80,5	16	23	12	2	60	0,82	33,39	82,98	1,13
7	80,5	16	16	12	1,5	80	0,82	38,21	68,69	2,51
8	80,5	16	23	12	1,5	80	0,82	47,4	68,69	2,51
9	80,5	16	16	12	1,75	80	0,82	38,21	73,28	2,01
10	80,5	16	23	12	1,75	80	0,82	47,4	73,28	2,01
11	80,5	16	16	12	2	80	0,82	38,21	78,52	1,51
12	80,5	16	23	12	2	80	0,82	47,4	78,52	1,51
13	80,5	16	16	12	1,5	100	0,82	50,19	63,7	3,14
14	80,5	16	23	12	1,5	100	0,82	61,99	63,7	3,14
15	80,5	16	16	12	1,75	100	0,82	50,19	68,69	2,51
16	80,5	16	23	12	1,75	100	0,82	61,99	68,69	2,51
17	80,5	16	16	12	2	100	0,82	50,19	74,52	1,88
18	80,5	16	23	12	2	100	0,82	61,99	74,52	1,88
*Значение остаточной индукции Br, Тл (кГс) зависит от выбора сплава постоянных магнитов и выбранной группы. **Значения момента Н⋅м варьируются в зависимости от остаточной индукции Br, Тл (кГс) применяемых пар полюсов постоянных магнитов.

Claims (1)

1. Магнитная муфта динамического насосного агрегата вертикального типа, состоящая из ведомой магнитной полумуфты, предназначенной для установки на валу рабочего органа, ведущей магнитной полумуфты, установленной на валу приводного устройства, и герметизирующего экрана, закрывающего ведомую полумуфту, при этом магнитные полумуфты имеют в своем составе корпусы, защитные кожухи, выполненные в виде цилиндров из немагнитного материала, и постоянные магниты, выполненные в виде параллелепипедов и установленные в пазах, выполненных в магнитопроводах, изготавливаемых из магнитомягкого материала, при этом длина постоянных магнитов составляет от 20 до 50 мм, ширина b постоянных магнитов ведущей полумуфты составляет от 1,1 до 1,5 от ширины постоянных магнитов b1 ведомой полумуфты, а межмагнитное пространство ведомой полумуфты заполняется компонентами на клеевой основе, при этом наружный диаметр ведомой полумуфты составляет 80,5 мм.