Герметичные насосы: принцип работы и типы устройств.

Герметичные насосы применяются в тех случаях, когда недопустимо, чтобы перекачиваемые ими субстанции даже в мизерных количествах просачивались в окружающую атмосферу.

Поэтому нельзя допускать ни малейших утечек, а значит, не должно присутствовать никаких щелей и даже уплотнений.

О специфике устройства и эксплуатации такого оборудования расскажем на страницах данной статьи.

Устройство и принцип работы

Герметичные насосы отличаются от обычных тем, что не содержат в своих корпусах какие-либо уплотнения(сальниковые, торцовые и т.д.), щели и отверстия. Поэтому перекачивающейся среде просто некуда просачиваться, поэтому они широко применяются в химических областях промышленности и там где недопустима даже малейшая утечка из насоса. Но как это достигается?

Вопрос лучше сформулировать по-иному. У любого насоса присутствует роторная часть, которая и нагнетает перекачиваемую жидкость. Так вот как же этому ротору сообщается необходимая для его работы кинетическая энергия вращения, если в корпусе насоса элементарно отсутствуют отверстия для этого?

Центробежные насосы соединяются с электродвигателем с помощью муфты, закрепленной на валу ротора и расположенной за корпусом насоса. Посмотрите на картинку - герметичные центробежные насосы уже имеют электродвигатель, расположенный в корпусе агрегата

Электродвигатель состоит из ротора и статора. Ротор - это закрепленный на валу электромагнит, который вращается вместе с валом насоса. Статор - неподвижная электрокатушка, закрепленная в корпусе насоса. Ротор вращается в специальных подшипниках качения, изготовленных из графита и его сплавов. Статор отделен от ротора специальным металлическим стаканом - который называется рубашка статора. На картинке обозначена как первая защитная оболочка.

Вращательное движение от статора к ротору передается посредством магнитной индукции.

Принцип работы

Герметичные центробежные насосы работают по следующему принципу: вращаясь в потоке жидкости рабочее колесо создает разность давлений по обоим сторонам каждой из лопастей крыльчатки. Силы давления лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательное движение жидкости, увеличивая её давление и скорость, заставляя её перемещаться из области всасывания в область нагнетания - красные стрелки на картинке.

Подробнее этот процесс описан в статье про центробежный насос

Подшипники и электродвигатель(ротор + статор) охлаждаются перекачиваемой жидкостью, которая собирается под крышкой насоса и через сквозное отверстие в роторе возвращается на всас.

Герметичные насосы с магнитной муфтой

Изначально под магнитной муфтой понималось кольцо из постоянного магнита (редкоземельного ферромагнетика), внутренний диаметр которого был на пару миллиметров больше, чем диаметр вала, который вращался внутри. Пространство (эти пара миллиметров зазора) заполнялось специально разработанным коллоидным раствором: как правило, это было масло, в которое примешивалась железная пыль в такой концентрации, что этот раствор начинал реагировать на электро-магнитное взаимодействие.

Зазор между муфтой и валом заполнялся раствором, который удерживался на месте, благодаря притяжению, создаваемому кольцевым магнитом. В итоге становилось возможным и сохранить герметичность внутри, и вывести вращательное движение вала извне герметичного корпуса. Магнит с герметизирующим раствором обрел название магнитной муфты.

Однако после того, как эффективно зарекомендовал себя принцип действия, основанный на передаче вращательного момента через герметичную стенку посредством магнитной индукции, именно такие конструкции и перехватили название герметичные насосы с магнитной муфтой.

Конструкция магнитной муфты предусматривает наличие двух раздельных полуосей, первая жёстко соединена с валом привода, а вторая – с рабочим колесом. Прямой контакт между полуосями отсутствует, взаимодействие осуществляется через внешнюю и внутреннюю части специальной муфты, в каждой из которых установлены множественные сверхмощные постоянные магниты из сплава редкоземельных металлов. Внешняя и внутренняя части муфты отделены друг от друга немагнитным полимерным стаканом, который является составным элементом герметичного корпуса насоса.

Вращение вала электродвигателя через первую полуось передаётся внешней части муфты; магнитное поле заставляет синхронно вращаться внутреннюю часть вместе со второй полуосью и импеллером на ней.

В настоящее время они получили широкое распространение по следующим причинам:

• Высокая надежность и отсутствие дополнительного износа механизма передачи вращательного импульса от вала электродвигателя.
• Долговечность современных ферро-магнетических сплавов, которые по длительности своего полезного применения превышают срок службы самого насосного агрегата.
• Совершенствование технологии производства ферро-магнитов, а также общая конструкционная оптимизация приводит к тому, что герметичные насосы с магнитной муфтой становится все дешевле.
• Определенно, магнитная муфта на сегодняшний день - это самый совершенный способ передачи вращательного момента внутри герметичного корпуса.

Типы герметичных насосов

Выделяют следующие типы герметичных насосов:

Дозировочные насосы.

Дозировочные аппараты рассчитаны на работу в магистралях со сверхвысоким давлением. В основу их работы заложен мембранный принцип действия. Небольшие порции вещества продвигаются внутри рабочей камеры за счет всасывания стальной мембраны в гидравлическую камеру. Следующий шаг - выдавливание пластины, которая в свою очередь толкает жидкость дальше в трубопровод. Мембрана также предотвращает попадание химических веществ в гидравлическую камеру.

Герметичные центробежные насосы.

Именно в данном типе насосов крайне важно сохранить герметичность внутреннего пространства, где происходит нагнетание жидкости, именно с помощью магнитной муфты, основанной на передаче вращательного момента извне через индукцию. Это связано с созданием внутри герметичного пространства высокого давления и стремлением нагнетаемой жидкости покинуть внутреннее пространство насоса через любое доступное отверстие.

Жидкость поступает из входного клапана на ротор насоса, который представляет собой быстро вращающуюся крыльчатку. В результате центробежного ускорения жидкость под давлением «группируется» по внешнему ободу нагнетательной камеры насоса, откуда через исходящий клапан поступает уже в систему.

Герметичные центробежные насосы, как правило, способны создавать экстремально высокие показатели давления на выходе, но для этого требуется придать им как можно большую частоту вращения. Самый лучший способ, как обеспечить это – применение магнитных муфт.

Химические герметичные насосы.

Их особенность заложена в их названии. Герметичность таких насосов – это вопрос безопасности – ни в коем случае нельзя допустить утечек химически активных и даже ядовитых веществ. Такой вид насосов может и не создавать избыточного давления, но герметичность здесь – залог того, что опасные вещества не покинут пределов замкнутого контура.

Химические герметичные насосы могут быть как центробежными, так и шнековыми, и компрессорного типа. Однако во всех случаях проявляются лучшие свойства магнитных муфт – обеспечение герметичности при максимальной эффективности конструкции.

Достоинства и недостатки

Различные типы герметичных насосов имеют при этом схожие преимущества и недостатки. Разберем их последовательно:

Насосы с магнитной муфтой (особенно, химические) способны работать с жидкостями, которые имеют температуру до 200 градусов Цельсия.

В случае, если колесо импеллера будет дополнительно изолировано, то температура перекачиваемой жидкости может достигать 400 градусов Цельсия.

Современные постоянные магниты отличаются высоким качеством исполнения: во-первых, они очень сильные по своему взаимодействию, а во-вторых, не теряют своих свойств в течении всего срока эксплуатации. Зачастую этот срок по длительности превышает период безотказной службы других структурных частей насоса.

Что касается недостатков, то их крайне сложно определить. Конструкция герметичных насосов с магнитным муфтами настолько проста и логична, а используемые материалы со временем становятся настолько качественны, что такие агрегаты крайне неприхотливы в обслуживании и стоят дешевле своих технологических альтернатив.

А главное, срок службы таких герметичных насосов больше, чем у всех сопутствующих их агрегатов (например, чем у обеспечивающего такой насос вращательным моментом электродвигателя).

Видео: герметичные насосы с магнитной муфтой

Герметичные насосы применяются при работе с дорогими, токсичными, стерильными веществами. В случае, когда основным требованием к насосному оборудованию выступает отсутствие утечек при работе. Это требование является первостепенным в таких областях промышленности как химическая, фармакологическая, нефтеперерабатывающая и пищевая.