Автор: О.А. Кобец (Корпорация Flowserve)

Опубликовано в журнале Химическая техника №10/2017

Корпорация Flowserve – ведущий мировой производитель насосов, механических уплотнений и запорно-регулирующей арматуры, выводит на российский рынок инновационный насос Flowserve Innomag, предназначенный для перекачивания высоко агрессивных и коррозионных токсичных жидкостей: кислот, щелочей, ядовитых сред.

Уникальность насоса заключается в способности перекачивать жидкости с большим содержанием твердых включений.
Перекачивание насосом Flowserve Innomag жидкостей с твердой фазой
Твердые частицы поступают в насос через всасывающий патрубок и выходят из него через нагнетательный патрубок. Однако в насосе могут образоваться перетечки жидкости с твердой фазой вокруг рабочего колеса и через кольца щелевых уплотнений. Утечка через переднее щелевое уплотнение просто возвращается вместе с твердыми частицами прямо на всасывание насоса. Но утечка через заднее щелевое уплотнение уже может привести к попаданию твердых частиц во внутренние магниты, кожух и подшипники скольжения. Насос Flowserve Innomag сконструирован таким образом, что кольца щелевых уплотнений предотвращают попадание частиц размером более 0,005 в кожух, обеспечивая чистоту всех подшипников и ответственных участков проточной части. На рис. 1 показано обтекание рабочего колеса потоком жидкости с твердой фазой и поток чистой жидкости с задней стороны рабочего колеса. Это – уникальная конструкция неметаллического насоса с магнитной муфтой, в которой исключается попадание твердых частиц в ответственные узлы насоса позади рабочего колеса.
Рис. 1. Течение жидкости с твердыми частицами через насос
Проблемы перекачивания жидкостей
с твердыми частицами
Максимальный срок службы насоса Минимальный срок службы насоса
Низкое содержание твёрдой фазы Высокое содержание твёрдой фазы
Мелкодисперсные мягкие частицы сферической формы Крупные частицы неправильной формы с острыми выступами
Мягкие частицы или хлопья Твёрдые частицы, кварцевый песок (двуокись кремния) и т.д.
Взвешенные однородные твёрдые частицы Волокнистая, липкая или образующая накипь твёрдая фазы
Низкая или регулируемая частота вращения Высокая частота вращения
Эксплуатация в рабочей точке с максимальным КПД или около нее Работа вблизи или на самом конце характеристической кривой насоса
Длительный режим Повторно-кратковременный режим, осаждение твёрдой фазы
Пример перекачивания жидкости
с высоким содержанием твердой фазы
Перекачиваемая жидкость: угольная суспензия с содержанием твердой фазы ~65%.
Проблема: еженедельные отказы механических уплотнений в существующем насосе.
Насос для замены: Flowserve Innomag 3´2´6, двигатель 10 л.с., 3600 об/мин.
Результаты: насос Flowserve Innomag проработал 9 месяцев. Внутренняя система фильтрации обеспечила чистоту подшипников и внутреннего магнита, защитив их от попадания угольной суспензии. Суспензия вызвала эрозию лопаток рабочего колеса и привела к их отделению от переднего и заднего дисков. На рис. 2…4 показано состояние деталей насоса после инспекции.
Рис. 2. Футеровка корпуса насоса без признаков износа
Рис. 3. Эрозия лопаток рабочего колеса, вызвавшая их отделение от заднего
и переднего дисков
Рис. 4. Внутренний магнитный узел без признаков износа
Патентованная защита от проницаемости
Фактически все пластические материалы являются полупроницаемыми. Это означает, что атомы, ионы и молекулы могут проходить между молекулами пластика, как через очень мелкое сито. Многие из этих проникающих веществ являются высокоагрессивными. Они обычно не влияют на характеристики пластика, но могут оказать негативное воздействие на материал подложки под пластиком. Очевидно, что магниты являются наиболее уязвимыми деталями насоса. В насосах Flowserve Innomag применяются магниты из сплава неодим–железо–бор – самые мощные из имеющихся магнитов, ноне обладающие высокой коррозионной стойкостью.
Для защиты от воздействия перекачиваемой жидкости и обеспечения максимального срока службы во всех насосах Flowserve Innomag используется патентованный магнитный узел, имеющий двойную изоляцию. Магнитный узел имеет внешний герметичный фторопластовый кожух. В этом кожухе установлен герметичный корпус
из нержавеющей стали 316, к которому приварен держатель магнитов. Этот внутренний корпус полностью непроницаем для перекачиваемой жидкости. На рис. 5 показаны магнит рабочего колеса под фторопластовым кожухом и стальной корпус магнитов этого же рабочего колеса.
Все насосы Flowserve Innomag производятся в соответствии с этой технологией.
Конструктивные особенности
насосов Flowserve Innomag
  • Внутренняя фторопластовая (ЭТФЭ) футеровка корпуса минимальной толщиной 3 мм, нанесенная на корпус методом спекания, рассчитана на глубокий вакуум и обеспечивает превосходную химическую и коррозионную стойкость.
  • Выполненные из карбида кремния кольца щелевых уплотнений рабочего колеса предотвращают проникновение твердых включений в зону магнитной муфты.
    Такая конструкция обеспечивает надлежащее смазывание и охлаждение подшипников, исключая засорение и загрязнение подшипников и важнейших участков проточной части. Перекачиваемая среда может содержать до 30% включений!
  • Революционная конструкция проточной части насоса обеспечивает динамическое уравновешивание осевых сил, что позволяет полностью отказаться от использования упорных подшипников.
  • Цельное рабочее колесо закрытого типа из полимерного материала ЭТФЭ с широким входом позволяет достигать высокого КПД и низких значений кавитационного запаса.
  • Выполненные единой деталью рабочее колесо и ведомые магниты позволяют достигать максимальной передачи мощности. Упрощается техническое обслуживание и отпадает необходимость балансировки.
  • Внутренние магниты защищены патентованной герметичной крышкой. Магниты покрыты оболочкой из нержавеющей стали 316L и встроены в ротор из ЭТФЭ, усиленный углеродным волокном для повышения стойкости к проникающей коррозии.
  • Цельная композитная разделительная гильза полностью исключает вихревые токи и обеспечивает максимальный КПД.
  • Наружная оболочка из арамидного/винилэстерного волокна дает повышенную прочность.
  • Внутренняя часть из композита на основе ЭТФЭ, усиленного углеродным волокном, для оптимальной защиты от протечек и обеспечения химической стойкости.
  • Консольно закрепленная ось из карбида кремния, обладающая значительным запасом прочности.
  • Подшипник скольжения из спеченного карбида кремния с центральным проставком из ЭТФЭ обеспечивает оптимальную центровку ротора с валом. Алмазное покрытие подшипника защищает от износа при работе насоса без перекачиваемой жидкости.
  • Мощные магниты из редкоземельных металлов (Nd–Fe–B) позволяют передавать самые высокие значения крутящих моментов из современных магнитных муфт.
Компенсация осевой нагрузки
В проточной части насосов Flowserve Innomag вокруг рабочего колеса возникает три зоны с различными давлениями. Это вход в рабочее колесо, где действует давление всасывания; спиральный отвод рабочего колеса, где действует давление нагнетания, и зона с тыльной стороны рабочего колеса, где действует уравновешивающее давление (рис. 6). Во время эксплуатации давление, используемое для компенсации осевой нагрузки, составляет от 1/4 до 1/3 давления нагнетания. Давление нагнетания создается корпусом насоса и рабочим колесом, а уравновешивающее давление регулируется щелями с постоянным и переменным зазорами. Постоянный цилиндрический зазор создается с помощью набора колец разного диаметра, установленных позади рабочего колеса. Эти кольца ограничивают расход утечек позади рабочего колеса и поддерживают его относительно постоянное значение. Далее жидкость, представляющая утечку, обтекает магниты и через втулку поступает
в щель с переменным зазором, которая образована торцом вала и гидропятой. Рабочее колесо может свободно перемещаться в осевом направлении, изменяя этот зазор. При изменении режимных параметров насоса рабочее колесо будет перемещаться для автоматической компенсации изменения давления, обеспечивая компенсацию осевой нагрузки. Если рабочее колесо перемещается вперед, то ширина торцового зазора увеличивается, и давление в разгрузочной камере уменьшается. В результате создается направленная в сторону двигателя сила, действующая на рабочее колесо. Если рабочее колесо смещается назад, ширина торцового зазора уменьшается, и давление в разгрузочной камере возрастает. В результате возникает сила, смещающая рабочее колесо к всасывающему патрубку.
Рис. 6. Давления в системе компенсации и площади, на которые они действуют
Преимущества системы
компенсации осевой нагрузки
  • Быстродействующая автоматическая стабильно работающая система компенсации осевой нагрузки оперативно реагирует на изменение расхода, давления или вязкости.
  • Компенсация осевой нагрузки уменьшает потребляемую мощность насоса за счет сокращения потерь на трение.
  • Система имеет расширенный рабочий диапазон и разработана для непрерывной, длительной эксплуатации во всем диапазоне подач.
  • Срок службы и надежность насоса увеличивается благодаря устранению осевой нагрузки.
Выводы
Инновационный насос Flowserve Innomag при низкой стоимости владения обеспечивает исключительную защиту от утечек агрессивных и ядовитых сред в сложных условиях эксплуатации. Уникальность насоса заключается в способности перекачивать жидкости с большим содержанием твердых частиц в течение длительного периода работы. Простота эксплуатации и технического обслуживания наряду с высочайшей надежностью делают насос Flowserve Innomag превосходным выбором для решения многих задач в различных областях промышленности.
СХОЖИЕ СТАТЬИБОЛЬШЕ ОТ АВТОРА