Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53

Warning: XSLTProcessor::transformToXml(): ID passive already defined in /home/lbgroup/site5.lbgroup.ru/docs/classes/system/subsystems/umiTemplaters/types/umiTemplaterXSLT.php on line 53
Гидрогаз -

Особенности химических герметичных насосов с магнитной муфтой


Д.В. Марков, Г.В. Соболев, Ю.И. Фролов (ЗАО "Гидрогаз")

 

Современные требования к технологической и экологической безопасности при использовании насосного оборудования привели в 80-90 годах к росту во всех технически развитых странах производства и внедрения герметичных насосов. Сегодня с их помощью перекачивают токсичные, радиоактивные, особоценные, взрыво- и пожароопасные жидкости, рабочие среды в замкнутых системах, например, в системах охлаждения. Повышение надежности и ресурса эксплуатации, снижение цен на герметичные насосы позволяет широко применять их в автоматизированных необслуживаемых устройствах - в модульных котельных, насосных станциях и т. п.

Наиболее распространённые типы герметичных насосов: со встроенным электродвигателем и с экранированной муфтой на постоянных магнитах, их устройство довольно подробно описаны в литературе [1].

Насосы со встроенным электроприводом больше распространены в различных отраслях, они начали производиться и применяться раньше насосов с магнитной муфтой. Опыт эксплуатации и диапазон их применения весьма широк.

Насосы с магнитной муфтой более "молоды". Диапазон их применимости по температуре и давлению жидкости, наличию в ней твердых частиц и стойкости к химическому воздействию постоянно расширяется. Особый интерес промышленности именно к этому типу насосов объясняется тем, что заложенные в них конструктивно-технологические решения позволили избавиться от некоторых недостатков, присущих насосам со встроенным электродвигателем. Основные преимущества насосных агрегатов с магнитной муфтой:
применение электродвигателей общепромышленного исполнения (обычных или взрыво-защищенных) позволяет решать вопросы ремонта и замены привода без демонтажа насоса;
обеспечение взрывобезопасности насоса в случае разрушения герметизирующего стакана;
возможность большей унификации насосов с разными параметрами;
высокая экономичность эксплуатации.

Расширение области применения насосов с магнитной муфтой тесно связано с достигнутыми техническими характеристиками магнитных и химически стойких материалов.

Таблица 1
Характеристики герметичных насосов с магнитной муфтой

Производитель
герметичных
насосов
Тип
насоса
Исполнение проточной
части
Подача,
м3 /ч, мах
Напор
м, мах
Давление
жидкости в сети,
кгс/см2 , мах
Температура жидкости,
°С, мах
"Hermetic-Pumpen" MCN
MKCN
Металл
Полимер
160
60
150
85
25
16
250
160
"Allweiler" CNH-M Металл 600 140 25  
"Richter Chemie-Tecnik" MNK Полимер 180 80 16 -60...+180
"Klaus Union" SLM-N
SLM-R
Металл
Полимер
1000
60
150
55
400
10
-120...+450
120
"Reinchutte Pumpen" RMKN
FMA
FMAKu
Металл
Керамика
Полимер
100
90
60
100
50
60
 

130
"Munsch" Magneto Полимер 100 80   130
"HMD" GSI Металл 62 36    
"Pumpenwerk" KRSN Металл 100 50 24 140
"KSB" CMP Металл 200 150 25 -70...+180
"Гидрогаз" ГХ
ГХ...М
Полимер
Металл
100
200
50
80
10
25
-40...+120
-40...+180

В настоящее время уже можно прогнозировать применение насосов с магнитной муфтой в таких областях, как перекачивание горячих нефтепродуктов с высоким давлением. Герметичные насосы нового поколения способны заменить химически стойкое насосное оборудование во многих случаях. Однако из-за низкой эксплуатационной культуры многие российские предприятия настороженно относятся к насосам с магнитной муфтой. Связано это с особенностями конструкции насосов и с неотработанностью некоторых вопросов применения их в жестких условиях эксплуатации.

В качестве примера рассмотрим герметичный насос фирмы НМD. Помимо собственно магнитной муфты, передающей крутящий момент от приводного электродвигателя к рабочему колесу, обязательными элементами такого агрегата являются опоры скольжения внутреннего ротора, находящиеся в рабочей жидкости, герметизирующий стакан для разделения проточной и буферной полостей и система смазки и охлаждения этих частей. Возможны различные конструктивные и силовые схемы этих элементов [ 2 ], но их наличие определяет известные особенности герметичных насосов с магнитной муфтой.

В табл. 2 приведены основные характеристики некоторых магнитных материалов, применяемых для изготовления муфт на постоянных магнитах с высокой энергоемкостью. Редкоземельные материалы (Sа, Со, Nd, В), из которых изготавливаются наиболее распространенные в настоящее время магниты, не обладают необходимой стойкостью в рабочих средах. Они могут разрушаться даже под воздействием паров воды. Поэтому необходимо предусматривать систему мер по герметизации магнитных систем, особенно в проточной части насоса. Зависимость магнитных свойств муфт от температурного режима ограничивает диапазон их применимости температурами 200 0С (Nd -Fе - В) или 350 °С (Sа - Со).

Таблица 2
Параметры постоянных магнитов

Материал
магнита
Рабочая температура,
°С, мах
Коэрцитивная сила по индукции, кА/м
Остаточная индукция
при 20 °С, Т
Температура Кюри, °С
Nd-Fe-B 80...200 600...920 0,95...1,25 310
Sa-Co 200...350 500...780 0,77...1,1 435
Al-Ni-Co 350 38...130 0,7...1,28 870
Fe-Ba 400 215...240 0,36...0,39  

Режим работы магнитной муфты оказывает значительное влияние на стабильность характеристик магнитов. Высокий магнитный поток и компактность современных магнитных систем приводят к их быстрому перегреву и размагничиванию в случае работы в режиме "проскальзывания" (асинхронный режим муфты). Только применение специального охлаждения ведущей и ведомой полумуфт может позволить реализовать подобный режим при длительной эксплуатации насоса. В связи с этим при проектировании магнитных систем закладывается запас n=1,65 для передаваемо-го муфтой крутящего момента по отношению к необходимому на рабочем режиме. Этим определяется повышенная стоимость и габариты магнитных систем.

Для некоторых сред (вода, масла и т.п.) возможно использование шарико- или роликоподшипников в качестве опор внутреннего ротора с охлаждением их рабочей жидкостью. Однако во всех известных конструкциях применяются более универсальные опоры скольжения из графитовых или керамических материалов. В силу своей специфики опоры скольжения являются элементом конструкции, определяющим работоспособность всего агрегата. При отсутствии охлаждающей жидкости они перегреваются и подвергаются термическому разрушению, в насосе с полимерной проточной частью оплавляют прилегающие полимерные детали. У малорасходных насосов вскипание охладителя в подшипниках приводит к кавитации, срыву подачи или пульсациям напора. Подшипники скольжения очень чувствительны к наличию в жидкости твердых частиц, кристаллизующихся или осаждаемых включений. Поэтому применяют очищение охлаждающей жидкости как внутренними, так и внешними фильтрами, подачу чистой технологической жидкости извне. В связи с высокой хрупкостью керамические элементы подшипников для компенсации ударных и вибрационных воздействий иногда устанавливаются со специальными демпфирующими устройствами.

Герметизирующий стакан - важнейший элемент насосов с магнитным приводом. Помимо химической стойкости к рабочей среде он должен обладать высокой термостойкостью и прочностью, так как именно стакан определяет максимально допустимые внутреннее давление и температуру перекачиваемой жидкости. Материал стакана определяется назначением насоса, он может изготавливаться из металла, керамики или полимерных материалов. Увеличение толщины стакана ведет к увеличению зазора между магнитами магнитной муфты и, следовательно, к уменьшению передаваемого крутящего момента, а, в случае металлического исполнения, еще и к увеличению потерь мощности на вихревые токи. Исходя из этого на практике (см. таблицу 1) рабочее давление для металлических стаканов ограничивается 40 МПа, а для неметаллического исполнения лежит в диапазоне 1...1,6 МПа.

Металлические стаканы необходимо, как и подшипники, охлаждать рабочей жидкостью. Она, в свою очередь, уже может иметь высокую температуру. Поэтому эффективность системы смазки и охлаждения в герметичных насосах является основным фактором обеспечения их длительной работоспособности. Обычно охлаждающая жидкость забирается с выхода насоса, фильтруется или сепарируется от твердых частиц, подается на охлаждение подшипников и элементов магнитной муфты, а затем сбрасывается на вход в рабочее колесо. Попадание посторонних частиц или осаждение в охлаждающем тракте, поступление газовых пузырей на вход в насос быстро выводят агрегат из строя.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что насосы с магнитной муфтой -это специально проектируемые конструкции с рядом специфических свойств. Их эксплуатация требует высокой производственной культуры, строгого соблюдения условий монтажа и эксплуатации насоса, применения в ряде случаев специальных сложных систем блокировки и защиты. Не смотря на это магнитный привод используется сегодня не только в насосах, но и для приводов запорно-регулирующей арматуры [ 8 ], в герметичных расходомерных устройствах и т.п.

В ЗАО "Гидрогаз" разработаны и серийно изготавливаются герметичные насосы с магнитной муфтой двух типов: насосы с полимерной футеровкой серии ГХ и металлические насосы серии ГХ:М, что позволяет обеспечивать эксплуатационные требования заказчиков при приемлемых затратах на производство. В этих изделиях реализованы оригинальные силовые и охладительные схемы. Номенклатура и параметры производимых насосов приведены в таблице 3. Возможна разработка агрегатов в сжатые сроки в соответствии с техническими заданиями потребителей.

Таблица 3
Электронасосные агрегаты серий ГХ и ГХ...М

Модель
Обозначение
по ISO 2858
Подача,
м 3
Напор, м
Мощность насоса
на воде, кВт
Частота вращения,
об/мин
Серия ГХ
ГХ 5/12,5 50-32-200 5 12,5 0,57 1450
ГХ 10/12,5 80-50-200 10 12,5 0,97 1450
ГХ 20/12,5 80-50-200 20 12,5 1,36 1450
ГХ 50/12,5 100-65-200 50 12,5 3,09 1450
ГХ 10/40 50-32-200 10 40 3,63 2950
ГХ 20/35 65-50-125 20 35 5,45 2950
ГХ 20/50 65-40-200 20 50 7,78 2950
ГХ 50/35 80-65-160 50 35 9,53 2950
ГХ 50/50 80-50-200 50 50 13,68 2950
ГХ 90/35 100-80-160 90 35 15,6 2950
ГХ 5/12,5 100-65-200 90 50 22,28 2950
Серия ГХ...M
ГХ 6,3/12,5M 50-32-200 6,3 12,5 1,07 1450
ГХ 12,5/12,5M 65-40-200 12,5 12,5 1,42 1450
ГХ 12,5/20M 50-32-125 12,5 20 3,4 2950
ГХ 12,5/32M 50-32-160 12,5 32 5,45 2950
ГХ 12,5/50M 50-32-200 12,5 50 8,51 2950
ГХ 25/12,5M 80-50-200 25 12,5 1,89 1450
ГХ 25/20M 65-50-125 25 20 4,54 2950
ГХ 25/32M 65-50-160 25 32 7,26 2950
ГХ 25/50M 65-40-200 25 50 11,35 2950
ГХ 50/12,5M 100-65-200 50 12,5 3,40 1450
ГХ 50/20M 80-65-125 50 20 6,05 2950
ГХ 50/32M 80-65-160 50 32 9,68 2950
ГХ 50/50M 80-50-200 50 50 15,13 2950
ГХ 100/20M 100-80-125 100 20 10,89 2950
ГХ 100/32M 100-80-160 100 32 17,43 2950
ГХ 100/50M 100-65-200 100 50 27,23 2950

На рис. 1 представлен химический герметичный насос серии ГХ с полимерной футеровкой проточной части. В нем использован накопленный опыт эксплуатации химических насосов серии АХ (производства ЗАО "Гидрогаз") , а также опыт мировых производителей [3...7, 9]. Авторские права предприятия на эту конструкцию защищены.

Внутренний неразъёмный ротор, объединяющий рабочее колесо и ведомую полумуфту, изготовлен из химически стойких термопластполимеров ( в том числе из полипропилена, фторопласта). Магнитопровод с магнитами залиты пластмассой, контроль герметичности осуществляется на всех этапах изготовления неразрушающими методами. В роторе выполнена система охлаждающих и перепускных каналов с сепарирующими устройствами и установлены наружные кольца подшипников скольжения. Общая неподвижная внутренняя втулка подшипников, снабженная продольными пазами для прохода неотсепарированных частиц, закреплена на консольной металлической оси, установленной на пилонах во входном патрубке и защищенной от рабочей среды полимерной облицовкой. Пилоны оси раскручивают поток на входе в насос и выравнивают поле скоростей жидкости перед рабочим колесом.

Проточная часть корпуса насоса защищена толстослойной (до 6 мм.) полимерной футеровкой. Герметизирующий стакан изготовлен из специальных прессматериалов или из нержавеющих сталей и сплавов 12Х18Н9Т, 10Х17Н13М2Т, 06ХН28МДТ. Насосы ГХ отличаются усиленным узлом ведущей полумуфты: развит опорный узел, картер подшипников снабжен автоматической масленкой. Поэтому в конструкции не предусмотрены дополнительные предохранительные опоры ведущей магнитной полумуфты.

Металлический насос серии ГХ...М, изображенный на рис. 2, выполнен по традиционной схеме. Жидкость на охлаждение отбирается из выходного патрубка насоса через легкосъёмный фильтр. Узел ведущей магнитной полумуфты максимально унифицирован с насосами серии ГХ.

Рабочие поля характеристик насосов серии ГХ и ГХ...М представлены на рис. 3.
Имеющийся опыт эксплуатации герметичных насосов с магнитной муфтой на таких предприятиях как Новолипецкий металлургический комбинат, ОАО "Аурат" и ТЭЦ-25 (г. Москва), Уфахимпром позволяет оценить диапазон их применяемости в различных отраслях промышленности Анализ выявленных при эксплуатации неисправностей позволяет выделить следующие основные группы дефектов и их причин:

  • разрушение герметизирующего стакана из-за недостаточной химической или термической стойкости;
  • засорение и перекрытие охлаждающего тракта при перекачивании загрязненных жидкостей с последующим плавлением полимерных деталей, растрескиванием подшипников, повышенными пульсациями в работе, заклиниванием ротора;
  • разгерметизация муфты и разрушение магнитов;
  • размагничивание при перегреве или работе муфты с "проскальзыванием".

Фирма НМD классифицирует до сотни причин, ведущих к поломкам насосов с магнитной муфтой. Поэтому производители снабжают продукцию подробными инструкциями с алгоритмами работ по поиску и устранению дефектов и рекомендациями по применению систем защиты. В необходимых случаях агрегаты снабжаются разнообразнейшими датчиками и устройствами блокировки, предотвращающими выход из строя:

  • при недопустимом повышении температуры элементов конструкции;
  • при существенных отклонениях параметров среды (напор, температура, пульсации);
  • при появлении вибрации, внешней утечки, высокой или низкой потребляемой мощности и т.п.

Для защиты от перечисленных выше неблагоприятных воздействий ЗАО "Гидрогаз" снабжает свои агрегаты блоками индикации и защиты БИЗ-2, отключающий насос при аварийных ситуациях.

Несмотря на более высокую по сравнению с обычными насосами стоимость, агрегаты с магнитной муфтой позволяют экономить средства потребителей при правильной длительной эксплуатации. По экспертным оценкам в течение пяти лет суммарные расходы на эксплуатацию насосов разных типов выравниваются. В связи с низкими расходами на ремонт и обеспечение экологических требований при сроках службы более 5 лет герметичные насосы опережают по экономичности все другие типы насосов.

Список литературы:

  1. Вишневский Н. Е. и др. Машины и аппараты с герметичным электроприводом. М.: Машиностроение, 1997. с.19-30, 74-120.
  2. Захаров Б. С. Магнитный привод для центробежных насосов//Химическое и нефтяное машиностроение. 1998. ?6. с. 33-38.
  3. Каталог фирмы "НМD". Великобритания. c.10.
  4. Насосы. Каталог фирмы "Klaus Union", Германия, 24 с.
  5. Каталог фирмы "МUNSCН", Германия. 30 с.
  6. Насосы. Каталог фирмы "REINСНUТТЕ РUМРЕN", Германия. 30 с.
  7. Каталог фирмы "Нermetic-Рumpen GМВН". Германия. 20 с.
  8. Арматура. Каталог фирмы "Klaus Union", Германия. 16 с.
  9. Sealless Magnetic Drive Chemical Pumps. Series MNK. ITT Richter Chemie-Technik. Германия. 8 с.