Герметичные химические насосы: принцип работы и типы устройств

Герметичные насосы. используются в тех случаях, когда недопустима утечка перекачиваемых веществ даже в небольших количествах в окружающую атмосферу. Поэтому необходимо предотвращать даже самые незначительные утечки, что означает отсутствие зазоров и даже уплотнений. Об особенностях устройства и эксплуатации такого оборудования мы поговорим на страницах этой статьи.

Конструкция и принцип работы

Герметичные насосы. отличаются от обычных тем, что в их корпусе отсутствуют уплотнения (сальниковые, механические и т.д.), зазоры и отверстия. Благодаря этому нет места для просачивания перекачиваемой жидкости, поэтому они широко используются в химической промышленности и в местах, где недопустима даже малейшая утечка из насоса. Но как этого достичь?

Этот вопрос лучше сформулировать по-другому. В каждом насосе есть рабочее колесо, которое перекачивает перекачиваемую жидкость. Как же передается кинетическая энергия рабочего колеса, необходимая для его работы, если в корпусе насоса элементарно отсутствуют отверстия для этого?

Центробежные насосы соединены с электродвигателем с помощью муфты, которая установлена на валу рабочего колеса и расположена за корпусом насоса. Посмотрите на рисунок - герметичные центробежные насосы уже имеют электродвигатель, расположенный в корпусе устройства.

Электродвигатель состоит из ротора и статора. Ротор представляет собой электромагнит, установленный на валу, который вращается вместе с валом насоса. Статор представляет собой неподвижную катушку, установленную в корпусе насоса. Ротор вращается в специальных подшипниках качения, изготовленных из графита и графитовых сплавов. Статор отделен от ротора специальной металлической оболочкой - так называемой рубашкой статора. На фотографии он обозначен как первая защитная оболочка.

Принцип работы

Герметичные центробежные насосы работают по следующему принципу: когда рабочее колесо вращается в потоке жидкости, оно создает разницу давлений по обе стороны каждой лопасти рабочего колеса. Усилия лопастей против потока вызывают принудительное вращательное и поступательное движение жидкости, увеличивая ее давление и скорость, заставляя ее двигаться от стороны всасывания к стороне нагнетания - красные стрелки на рисунке.

Герметичные насосы с магнитной муфтой

Первоначально магнитная муфта представляла собой кольцо из постоянного магнита (редкоземельного ферромагнита), внутренний диаметр которого был на несколько миллиметров больше диаметра вращающегося внутри вала. Пространство (этот зазор в несколько миллиметров) заполнялось специально приготовленным коллоидным раствором: обычно это было масло, в которое подмешивалась железная пыль в такой концентрации, что раствор начинал реагировать на электромагнитное взаимодействие.

Зазор между гильзой и валом заполнялся раствором, который удерживался притяжением, создаваемым кольцевым магнитом. Это позволило как сохранить уплотнение внутри, так и вывести вращательное движение вала за пределы герметичного корпуса. Магнит с уплотнительным раствором стал называться магнитной муфтой.

Однако после того, как принцип работы, основанный на передаче крутящего момента через герметичную стенку посредством магнитной индукции, доказал свою эффективность, эти конструкции получили название герметичных насосов с магнитной связью.

Конструкция магнитной муфты состоит из двух отдельных полувалов, один из которых жестко соединен с приводным валом, а другой жестко соединен с ротором. Прямого контакта между полувалами нет, взаимодействие осуществляется через внешнюю и внутреннюю части специальной муфты, каждая из которых содержит несколько сильных постоянных магнитов из редкоземельного сплава. Внешняя и внутренняя части муфты разделены чашкой из немагнитного полимера, которая является неотъемлемой частью герметичного корпуса насоса. 

Вращение вала двигателя по первой полуоси передается на внешнюю часть муфты; магнитное поле заставляет внутреннюю часть вращаться синхронно со второй полуосью и ротором на ней.

В настоящее время они широко используются по следующим причинам:
Высокая надежность и отсутствие дополнительного износа механизма передачи крутящего момента от вала двигателя.
показатель Долговечность современных ферромагнитных сплавов, срок службы которых превышает срок службы самого насосного агрегата.
Показатель Совершенствование ферромагнитной технологии, а также общая оптимизация конструкции привели к тому, что герметичные насосы с магнитной муфтой становятся все более дешевыми.
Безусловно, магнитная муфта является самым передовым методом передачи крутящего момента в герметичном корпусе.

Типы герметичных насосов

Существуют следующие типы герметичных насосов:

Дозировочные насосы

Дозирующие устройства предназначены для работы в линиях с очень высоким давлением. Их работа основана на мембранном принципе. Небольшие порции вещества перемещаются внутри рабочей камеры благодаря всасыванию стальной мембраны в гидравлическую камеру. Следующим шагом является нажатие на пластину, которая, в свою очередь, проталкивает жидкость дальше в трубу. Мембрана также предотвращает попадание химических веществ в гидравлическую камеру.

Герметичные центробежные насосы

В этом конкретном типе насосов очень важно сохранить целостность внутреннего пространства, через которое проходит жидкость с помощью магнитной муфты, основанной на передаче крутящего момента извне посредством индукции. Это связано с созданием высокого давления внутри герметично закрытого пространства и стремлением жидкости под давлением выйти из внутренней части насоса через любое доступное выходное отверстие.

Жидкость поступает из впускного клапана в рабочее колесо насоса, которое представляет собой быстро вращающуюся крыльчатку. В результате центробежного ускорения жидкость под давлением "группируется" вокруг внешнего края нагнетательной камеры насоса, откуда она уже поступает в систему через выпускной клапан.

Герметичные центробежные насосы обычно способны создавать очень высокое давление нагнетания, но для этого им необходимо придать как можно более высокую скорость вращения. Лучший способ обеспечить это - использовать магнитные муфты.

Химические герметичные насосы

Их специфика заключается в названии. Герметичность этих насосов является вопросом безопасности - ни при каких обстоятельствах не допускается утечка химически активных или даже токсичных веществ. Насос этого типа может не создавать чрезмерного давления, но его герметичность является гарантией того, что опасные вещества не выйдут из замкнутого контура.

Герметичные химические насосы могут быть центробежными, а также винтовыми и компрессорными. Однако во всех случаях проявляются лучшие качества магнитных муфт - обеспечение герметичности при максимальной эффективности конструкции.

Преимущества и недостатки

Различные типы герметичных насосов имеют схожие преимущества и недостатки. Давайте рассмотрим их по очереди:

Насосы с магнитной муфтой (особенно химические насосы) могут работать с жидкостями температурой до 200 градусов Цельсия.

Если колесо рабочего колеса дополнительно изолировано, температура перекачиваемой жидкости может достигать 400 градусов Цельсия.

Современные постоянные магниты отличаются высоким качеством: во-первых, они очень сильны в своем действии, а во-вторых, не теряют своих свойств в течение всего срока службы. Часто срок его службы превышает срок службы других конструктивных элементов насоса.

Что касается недостатков, то их крайне сложно выявить. Конструкция герметичных насосов с магнитными муфтами настолько проста и логична, а используемые материалы настолько качественны, что такие агрегаты крайне неприхотливы в обслуживании и менее дороги, чем их технологические альтернативы. Самое главное, что срок службы таких герметичных насосов больше, чем срок службы всех сопутствующих узлов (например, чем срок службы электродвигателя, обеспечивающего крутящий момент насоса).