RU2778414C1 - Bearing support of a sealed centrifugal pump with a magnetic coupling - Google Patents
Bearing support of a sealed centrifugal pump with a magnetic coupling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778414C1 RU2778414C1 RU2021129791A RU2021129791A RU2778414C1 RU 2778414 C1 RU2778414 C1 RU 2778414C1 RU 2021129791 A RU2021129791 A RU 2021129791A RU 2021129791 A RU2021129791 A RU 2021129791A RU 2778414 C1 RU2778414 C1 RU 2778414C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearings
- bearing
- ceramic
- magnetic coupling
- pump
- Prior art date
Links
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000001808 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 210000003027 Ear, Inner Anatomy 0.000 claims abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000037250 Clearance Effects 0.000 abstract description 3
- 230000035512 clearance Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N Silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 3
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000001050 lubricating Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WKODDKLNZNVCSL-UHFFFAOYSA-N 1,3,2$l^{2},4$l^{2}-oxazadisiletidine Chemical compound N1[Si]O[Si]1 WKODDKLNZNVCSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101700074463 DERL1 Proteins 0.000 description 1
- 229920002456 HOTAIR Polymers 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N Silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 231100000078 corrosive Toxicity 0.000 description 1
- 231100001010 corrosive Toxicity 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и касается конструкции подшипниковых опор для класса герметичных насосов, в частности для подкласса насосов с магнитной муфтой.The invention relates to mechanical engineering and concerns the design of bearings for a class of sealed pumps, in particular for a subclass of pumps with a magnetic coupling.
Насосы с магнитной муфтой представляют собой центробежный насос с передачей крутящего момента от электродвигателя к насосному узлу посредством магнитной муфты, имеющей разделительный экран, называемый разделительным стаканом. Разделительный стакан служит для герметичного разделения перекачиваемой рабочей среды (жидкости) от внешней атмосферы. Насосы данного типа характеризуются нулевыми утечками, поэтому относятся к классу Герметичных насосов. Ротор с магнитами и подшипниковые опоры данного типа насосов располагают прямо в рабочей перекачиваемой среде, смазка и охлаждение таких опор производится также перекачиваемой средой. Вследствие особо коррозионного характера перекачиваемой среды применять металлические подшипники скольжения и качения в указанных насосах не рекомендуется. Металлические подшипники качения применяются в основном в насосах с торцовыми, сальниковыми и другими металлическими уплотнениями, где подшипниковая камера отделена от камеры с рабочим раствором и имеет свой смазочный материал.Magnetic coupling pumps are a centrifugal pump with torque transmission from the electric motor to the pump unit by means of a magnetic coupling having a dividing screen called a dividing cup. The dividing cup is used for hermetic separation of the pumped working medium (liquid) from the external atmosphere. Pumps of this type are characterized by zero leakage, therefore they belong to the class of hermetically sealed pumps. The rotor with magnets and bearing supports of this type of pumps are located directly in the working pumped medium, lubrication and cooling of such supports is also carried out by the pumped medium. Due to the highly corrosive nature of the pumped medium, the use of metal plain and rolling bearings in these pumps is not recommended. Metal rolling bearings are mainly used in pumps with mechanical, stuffing box and other metal seals, where the bearing chamber is separated from the chamber with the working solution and has its own lubricant.
Подшипники скольжения в свою очередь имеют почти на порядок более высокий коэффициент трения по сравнению с подшипниками качения, как следствие повышенное тепловыделение (проблемы с охлаждением), уменьшение КПД насоса, и меньший ресурс.Plain bearings, in turn, have an almost an order of magnitude higher coefficient of friction compared to rolling bearings, as a result of increased heat generation (cooling problems), a decrease in pump efficiency, and a shorter service life.
И самое важное - главным критерием у насосных производителей является возможность длительной работы подшипникового узла без разрушения в условиях ограниченного или полного прекращения подачи рабочей жидкости, так называемого режима «сухого хода». Втулки скольжения не решают этой проблемы, потому как могут не более 1,5 мин работать в данном режиме и за это время невозможно оперативно обнаружить и отреагировать на возникшую нестандартную ситуацию.And most importantly, the main criterion for pump manufacturers is the possibility of long-term operation of the bearing assembly without destruction under conditions of limited or complete cessation of the supply of the working fluid, the so-called "dry running" mode. Sliding sleeves do not solve this problem, because they can work in this mode for no more than 1.5 minutes, and during this time it is impossible to quickly detect and respond to an unusual situation that has arisen.
Следует дополнительно пояснить, что подкласс «насосы с магнитной муфтой» относятся к общему классу Герметичных насосов, куда входят подкласс «насосов с «мокрым ротором» и у которых почти те же основные узлы - разделительный длинный стакан и подшипниковые опоры, работающие в перекачиваемой среде, но магниты отсутствуют. Поэтому, так как роторы у насосов и с магнитной муфтой и с «мокрым ротором» одинаково находятся в перекачиваемой среде, то и проблемы у данных подклассов одинаковы, а значит, уровень рассматриваемого изобретения может быть распространен на общий класс - т.е. на все Герметичные насосы за исключением подкласса криогенных, которые имеют температурный рабочий диапазон перекачиваемых жидкостей от -100°С и ниже и у которых возникают свои специфичные проблемы, отличные от рассматриваемых. Таким образом изобретение распространяется на насосы с рабочим температурным диапазоном от - 40°С до +250°С.It should be further clarified that the subclass "pumps with a magnetic coupling" refers to the general class of hermetically sealed pumps, which includes the subclass "pumps with a" wet rotor "and which have almost the same main components - a separating long nozzle and bearings operating in the pumped medium, but there are no magnets. Therefore, since the rotors of pumps with both a magnetic coupling and a “wet rotor” are equally located in the pumped medium, the problems of these subclasses are the same, which means that the level of the invention under consideration can be extended to the general class - i.e. for all sealed pumps, except for the cryogenic subclass, which have a temperature operating range of pumped liquids from -100 ° C and below and which have their own specific problems different from those considered. Thus the invention extends to pumps with an operating temperature range from -40°C to +250°C.
Кроме того, вторым наиважнейшим критерием у насосных производителей является существенное повышение порога значений срока службы насосных агрегатов. На втулках скольжения средние сроки службы составляют до 8 лет, в то время как сейчас требуются насосы со сроками 24 года и выше. 24 года могут обеспечить сейчас насосы только с изолированными подшипниковыми камерами и своей смазочной средой с механическими уплотнениями (например, торцовыми), с периодической заменой торцовых уплотнений за весь срок службы. Во всех герметичных насосах, в частности с магнитной муфтой, подшипниковые опоры подвергаются не только воздействию агрессивной среды, но самое важное - воздействию абразивной среды.In addition, the second most important criterion for pump manufacturers is a significant increase in the threshold values for the service life of pumping units. On sleeve bushings, average service lives are up to 8 years, while pumps with a service life of 24 years and more are now required. 24 years can now provide only pumps with insulated bearing chambers and their own lubricating medium with mechanical seals (for example, mechanical seals), with periodic replacement of mechanical seals over the entire service life. In all hermetic pumps, in particular those with a magnetic coupling, the bearing arrangements are not only exposed to aggressive media, but most importantly to abrasive media.
Таким образом требуют решения следующие проблемы:Thus, the following issues need to be addressed:
1. существенно уменьшить трение и тепловыделение в подшипниковых опорах;1. Significantly reduce friction and heat generation in bearings;
2. обеспечить возможность длительной работы насоса в режиме «сухого хода»;2. provide the possibility of long-term operation of the pump in the "dry running" mode;
3. обеспечить хорошую устойчивость подшипниковых опор к воздействию агрессивных сред;3. ensure good resistance of bearing supports to aggressive media;
4. обеспечить хорошую устойчивость подшипниковых опор к воздействию абразивных сред;4. ensure good resistance of bearings to abrasive media;
5. обеспечить надежную, длительную работу со сроками службы насосных агрегатов до 24 лет.5. to ensure reliable, long-term operation with service life of pumping units up to 24 years.
Известен «Центробежный насос с магнитной муфтой» ЕР 1329638 А1 от 23.07-2003, который согласно Формулы изобретения имеет вертикальное расположение как корпуса, так и оси с рабочим колесом. Здесь ось, с закрепленными на ней через распорную втулку 15 двумя подшипниками качения - уже имеет неподвижное закрепление на приливе во впускном патрубке, и вращение имеют наружные кольца подшипников, запрессованные в наружную втулку 16, а та в свою очередь - в корпус-ротор, имеющий одно целое с рабочим колесом и магнитами, разнесенными максимально диаметрально на периферии рабочего колеса. Разделительный стакан здесь почти плоский, имеет небольшой цилиндрический участок, разделяющий внутреннюю магнитную полумуфту и наружную полумуфту. Подшипники здесь - качения, шариковые керамические (вид керамики не уточняется), минимум от 1 шт, имеющие щелевое закрытие внутренней межподшипниковой полости, далее упоминается о двух шариковых или одном шариковом, а другом роликовом керамических подшипниках, стянутых распорной втулкой 15 по внутренним кольцам, как вариант допускается вместо подшипников - наружная втулка 16 с напыленными керамическими дорожками качения и заполнением керамическими шариками, и указаны еще варианты закрепления наружной втулки 16, указаны также максимальное единство коэффициентов линейных расширений втулки 15 и втулки 16.Known "Centrifugal pump with a magnetic coupling" EP 1329638 A1 from 23.07-2003, which, according to the Claims, has a vertical arrangement of both the housing and the axis with the impeller. Here, the axle, with two rolling bearings fixed on it through the
Предлагаемая конструкция тоже хоть и улучшает работу подшипникового узла по сравнению с опорами скольжения и уменьшает по сравнению с ними трение и уже может более длительно работать в режиме сухого хода, но все равно не так длительно, как это необходимо за счет неблагоприятной работы шариковых подшипников при вертикальном расположении вала, когда основная нагрузка - осевая (для шариковых подшипников радиальная нагрузка намного более предпочтительна, чем осевая).The proposed design also improves the operation of the bearing assembly in comparison with the plain bearings and reduces friction in comparison with them and can already work longer in dry running mode, but still not as long as it is necessary due to the unfavorable operation of ball bearings in vertical shaft arrangement when the main load is axial (for ball bearings, radial load is much more preferable than axial).
Кроме того, щелевое закрытие с одной стороны и полностью открытое с другой - не защищает подшипники от попадания абразивной среды и как следствие не уменьшает трение и тепловыделение в подшипниковых опорах. Не обеспечивает устойчивость подшипниковых опор к воздействию абразивных сред.In addition, the slotted closure on one side and fully open on the other does not protect the bearings from abrasive media and, as a result, does not reduce friction and heat generation in the bearings. Does not provide resistance of bearing supports to abrasive media.
Дополнительно присутствует все тот же конструктивный недостаток - закрепление керамических колец подшипников через жесткие распорные втулки 15 и 16, где разность линейных расширений керамики и металла увеличивает напряжения в керамике и тем самым дополнительно снижает надежность опоры.Additionally, there is still the same design flaw - the fixing of ceramic bearing rings through
Известен «Магнитный насос» CN 103470514 В от 02.03-2016, который согласно формулы изобретения имеет горизонтальное расположение Ротора, имеет наружный корпус с разделительным цилиндрическим стаканом 2, разделяющим внутреннюю и наружную магнитные полумуфты, также имеет неподвижную ось 5, имеющую двухопорное закрепление в корпусе насоса через промежуточные втулки 11 и 12, ротор представляет единый корпус с рабочим колесом и внутренней полумуфтой, с установленными в нем двумя подшипниками качения с вращающимися наружными кольцами, которые имею уплотнительные крышки между внутренним и наружным кольцами для защиты элементов качения. Как вариант показано еще и консольное расположения Ротора, т.е. уже с вращающимися валом и напрессованными на нем внутренними кольцами подшипников, не имеющими распорной и других втулок, с раздельно закрепленными рабочим колесом и корпусом внутренней магнитной полумуфты. Подшипники здесь могут быть шариковыми, роликовыми или игольчатыми, с телами качения, наружными и внутренними кольцами, выполненными из керамики испеченного без давления карбида кремния, уплотнительные крышки выполнены из политетрафторэтилена.Known "Magnetic pump" CN 103470514 B dated 02.03-2016, which, according to the claims, has a horizontal arrangement of the Rotor, has an outer casing with a separating
Предлагаемая конструкция тоже хоть и улучшает работу подшипникового узла по сравнению с опорами скольжения и уменьшает по сравнению с ними трение и уже может более длительно работать в режиме «сухого трения», но не решает устойчивость подшипниковых опор к воздействию абразивных сред.The proposed design also improves the operation of the bearing assembly in comparison with sliding bearings and reduces friction compared to them and can already work longer in the “dry friction” mode, but does not solve the resistance of bearing bearings to abrasive media.
Спеченный Карбид Кремния обладает неудовлетворительными характеристиками на ударные воздействия по отношению, например к Нитриду Кремния или Оксиду Циркония, что снижает надежность подшипниковой опоры ну и главный минус - отсутствие защиты опор от воздействия абразивной среды в перекачиваемой жидкости.Sintered Silicon Carbide has unsatisfactory impact characteristics in relation to, for example, Silicon Nitride or Zirconium Oxide, which reduces the reliability of the bearing support and the main disadvantage is the lack of protection of the bearings from the abrasive medium in the pumped liquid.
Закрытие подшипниковых полостей политетрафторэтиленовыми крышками не решает проблемы с попаданием абразива в подшипники, но зато резко ухудшает прокачку, смазку и охлаждение опор перекачиваемой жидкостью.Closing the bearing cavities with polytetrafluoroethylene caps does not solve the problem of abrasive getting into the bearings, but it sharply worsens the pumping, lubrication and cooling of the bearings by the pumped liquid.
Кроме того, в варианте с консольным расположение рабочего колеса, внутренние подшипниковые кольца от проворота удерживаются только определенной посадкой внутреннего керамического кольца на стальной вал, что при тепловом расширении при диапазоне работ от -40°С до +250°С однозначно приводит к недопустимому возрастанию напряжений в керамике и разрушению подшипника.In addition, in the version with the cantilever arrangement of the impeller, the inner bearing rings are kept from turning only by a certain fit of the inner ceramic ring on the steel shaft, which, during thermal expansion in the operating range from -40°С to +250°С, unambiguously leads to an unacceptable increase in stresses in ceramics and bearing failure.
Известен «Самосмазывающийся подшипник для использования в криогенных жидкостях» (Патент US 6558139 В2 06.05.2003 Заявка US 2002/0094286 А1 18.07.2002 п.п. 12-17), принятый за прототип, который может согласно Формулы изобретения п. 12 устанавливаться только в центробежных криогенных насосах с магнитной муфтой при очень низкой температуре ниже -100°С и состоит из шариковых подшипниковых опор, у которых согласно п. 12-17 шарики выполнены как керамическими (из специального вида керамики, устойчивого к очень низким температурам) - так и стальными, закаленными, причем поверхность шариков должна быть специально-подготовленной - иметь микропористость для удержания микрочастиц твердой смазки, наружное и внутреннее кольца подшипника выполнены только из закаленной нержавеющей стали 440, обойма для удержания шариков выполнена из полимерного материала, обладающего эффектом самосмазывания, в частности из полиэфиркетона (PEEK) с целью попадания микрочастиц PEEK как твердого вида смазки на поверхность шариков, при низких температурах, кроме того корпус насоса содержит материал с коэффициентом линейного расширения максимально близким к кольцам шариков, насос дополнительно имеет дополнительную рубашку для циркуляции или продувки специальными жидкостями или горячим воздухом для устранения конденсации и обмерзания разделительного стакана корпуса и корпуса наружной магнитной муфты. Кроме того, имеется подача жидкости двумя путями с зоны высокого давления (через специальные «дроссели-пробки») в зону всасывания крыльчатки - одна часть потока идет через подшипники, другая через полый вал. Дополнительно магниты имеют способ закрепления методом дополнительного обжима стальным кожухом при снижении температуры, и имеется частотный привод для регулирования оборотами. Рабочее колесо установлено на вращающемся валу, а на противоположном конце вала - магнитная полумуфта, у подшипниковых опор наружные кольца неподвижно закреплены в корпусе, а внутренние обжаты через распорную втулку, имеющую коэффициент линейного расширения такой же, как и у корпуса и у подшипниковых колец. Количество подшипников здесь не уточняется (есть только фраза «множество тел качения»).Known "Self-lubricating bearing for use in cryogenic liquids" (Patent US 6558139 B2 06.05.2003 Application US 2002/0094286 A1 18.07.2002 items 12-17), taken as a prototype, which can only be installed according to the Claims of the invention,
Предлагаемая конструкция хоть и улучшает работу подшипникового узла по сравнению с опорами скольжения и уменьшает по сравнению с ними трение - все равно не может долго работать в режиме сухого хода по причине ограниченного ресурса керамических тел качения (шариков) по стальным кольцам, так как смазочных свойств за счет микрочастиц с PEEK обоймы явно недостаточно ввиду ограниченности объема содержания этих микрочастиц и пористости шариков и как следствие увеличенного трения и соответственно тепловыделения, которое компенсируется пока есть криогенная жидкость и резко возрастает при отсутствии ее на нестандартных режимах. Именно только керамические шарики по керамическим беговым кольцам при минимальной пористости керамики шариков могут долго работать в режиме сухого хода, так как имеют самый минимальный коэффициент трения и максимальную устойчивость к истиранию против стальных шариковых подшипников.The proposed design, although it improves the operation of the bearing assembly in comparison with sliding bearings and reduces friction compared to them, it still cannot work in dry running mode for a long time due to the limited resource of ceramic rolling elements (balls) on steel rings, since lubricating properties for The count of microparticles with a PEEK cage is clearly insufficient due to the limited volume of these microparticles and the porosity of the balls, and as a result of increased friction and, accordingly, heat release, which is compensated while there is cryogenic liquid and increases sharply in the absence of it in non-standard modes. It is only ceramic balls on ceramic running rings with a minimum porosity of ceramic balls that can work for a long time in dry running mode, as they have the lowest coefficient of friction and maximum resistance to abrasion against steel ball bearings.
Кроме того, не решена проблема хорошей стойкости к агрессивным средам ввиду сред, к которым есть плохая устойчивость колец подшипников из стали 440 и если корпус насоса можно варьировать по исполненным материалам, то конкретное исполнение колец ограничивает сферу применения данного насоса. Ну и главный недостаток - отсутствие какой- либо защиты от воздействия от абразивных сред - подшипники полностью открыты к прокачиваемой жидкости и, как следствие, не обеспечивается устойчивость подшипниковых опор к воздействию абразивных сред и соответственно длительная и надежная работа насосных агрегатов. Есть конструктивный недостаток закрепления внутренних колец подшипников - через жесткую разделительную втулку, где необходимо строго соблюдать равенство коэффициентов линейного расширения материалов, что дополнительно ограничивает применение насоса по стойкости к агрессивным средам, усложняет и удорожает конструкцию и все равно не гарантирует в случае несоблюдения допусков размеров чрезмерное расклинивающее усилие на керамические тела качения, что снижает надежность в целом узла.In addition, the problem of good resistance to aggressive media has not been solved due to media to which there is poor resistance of bearing rings made of steel 440 and if the pump housing can be varied according to the materials made, then the specific design of the rings limits the scope of this pump. Well, the main drawback is the absence of any protection against exposure to abrasive media - the bearings are completely open to the pumped liquid and, as a result, the resistance of the bearing supports to the effects of abrasive media and, accordingly, long-term and reliable operation of pumping units are not ensured. There is a design flaw in fixing the inner bearing rings - through a rigid separating sleeve, where it is necessary to strictly observe the equality of the coefficients of linear expansion of materials, which further limits the use of the pump in terms of resistance to aggressive media, complicates and increases the cost of the design, and still does not guarantee excessive wedging in case of non-compliance with dimensional tolerances. force on ceramic rolling elements, which reduces the reliability of the assembly as a whole.
Специальное исполнение подшипников удорожает в целом конструкцию.The special design of the bearings increases the cost of the overall design.
Данная конструкция насоса частично оправдана только именно для криогенных насосов для температур применения ниже -100°С, где есть своя отличительная специфика применения в отличие от герметичных насосов с магнитной муфтой, работающих в температурном диапазоне от -40°С до +250°С.This design of the pump is partially justified only for cryogenic pumps for application temperatures below -100°C, where there is a distinctive application specificity, in contrast to sealed pumps with a magnetic coupling operating in the temperature range from -40°C to +250°C.
Поэтому появилась необходимость не только замены подшипников скольжения на другой вид опор, который может часами работать в режиме сухого трения, без ремонта, но и главное - не бояться твердых абразивных включений в рабочей жидкости и иметь очень низкие потери на трение.Therefore, it became necessary not only to replace plain bearings with another type of bearings that can operate for hours in dry friction mode without repair, but most importantly, not to be afraid of solid abrasive inclusions in the working fluid and have very low friction losses.
Такими опорами с вышеуказанным набором свойств могут быть только керамические подшипники качения. Следует дополнительно пояснить, что под Керамическим подшипником в рассматриваемом изобретении понимается, во-первых, полностью керамический (кольца и шарики и сепаратор - во-первых из одинаковой, а во-вторых из цельной керамики, например, Нитрид Кремниевой, Оксид Циркониевой), а во-вторых, что имеет более главное значение - применение стандартных, выпускаемых промышленностью керамических подшипников, что намного упрощает и удешевляет внедрение данного изобретения. Карбид Кремниевая керамика уступает двум вышеуказанным видам керамики по ударной прочности и коррозионной стойкости и по коэффициентам линейного расширения.Such supports with the above set of properties can only be ceramic rolling bearings. It should be further clarified that under the Ceramic bearing in the invention under consideration is understood, firstly, completely ceramic (rings and balls and a separator - firstly from the same, and secondly from solid ceramics, for example, Silicon Nitride, Zirconium Oxide), and secondly, and more importantly, the use of standard, commercially available ceramic bearings, which greatly simplifies and reduces the cost of implementing this invention. Silicon carbide Silicon ceramics are inferior to the two ceramics mentioned above in terms of impact strength and corrosion resistance and linear expansion coefficients.
Керамический подшипник качения может длительное время работать без смазки, имеет более низкий коэффициент трения в сравнении с керамическим подшипником скольжения, имеет лучшую устойчивость против небольших абразивных примесей в рабочей жидкости вследствие большей твердости керамики в сравнении с закаленной подшипниковой сталью в металлических подшипниках качения и как следствие больший ресурс и меньший уровень шума при работе. Но как правило, в рабочих жидкостях в очень значительном количестве присутствуют абразивные примеси, но даже и при наличии минимального их количества для достижения срока службы подшипников 24 и 32 года необходимо подавать в подшипник хорошо очищенную жидкость.A ceramic rolling bearing can operate without lubrication for a long time, has a lower coefficient of friction compared to a ceramic plain bearing, has better resistance to small abrasive impurities in the working fluid due to the greater hardness of ceramics compared to hardened bearing steel in metal rolling bearings and, as a result, greater resource and lower noise level during operation. But as a rule, abrasive impurities are present in working fluids in a very significant amount, but even if there is a minimum amount of them, in order to achieve a bearing service life of 24 and 32 years, it is necessary to supply a well-cleaned liquid to the bearing.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, заключается в создании надежной и простой в изготовлении конструкции подшипниковых опор с мокрым ротором, повышении КПД насоса с магнитной муфтой, повышении химической стойкости опор и их защиты от абразивных включений с применением серийно выпускаемых подшипников.The technical problem to be solved by the proposed solution is to create a reliable and easy-to-manufacture design of bearing supports with a wet rotor, increase the efficiency of a pump with a magnetic coupling, increase the chemical resistance of the supports and protect them from abrasive inclusions using commercially available bearings.
Поставленная задача достигается тем, что подшипниковая опора центробежного насоса с магнитной муфтой, состоящего из разделительного стакана, ротора с рабочим колесом, наружной полумуфты, отличается тем, что опора содержит шариковые полностью керамические подшипники качения, стандартно выпускаемые с нормальной группой радиального зазора, имеющие надежное закрепление и удержание от проворота внутренних колец посредством упругой распорной втулки сильфонного типа, обладающей пружинящими свойствами, заложенного необходимого теплового зазора между кольцами и валом; причем опора содержит отдельный, самостоятельный фильтр для отделения абразивных частиц от рабочей жидкости, принудительная подача рабочей жидкости через керамические подшипники обеспечивается за счет разности давлений между напорной и всасывающей магистралями насоса, выход потока жидкости из керамических подшипников качения осуществляется через щелевое лабиринтное уплотнение в зону пониженного давления.The task is achieved in that the bearing support of a centrifugal pump with a magnetic coupling, consisting of a separating cup, a rotor with an impeller, an outer half-coupling, is characterized in that the support contains all-ceramic ball bearings, standardly produced with a normal radial clearance group, having reliable fastening and keeping the internal rings from turning by means of an elastic bellows-type spacer sleeve with springy properties, the required thermal gap between the rings and the shaft; moreover, the support contains a separate, independent filter for separating abrasive particles from the working fluid, the forced supply of the working fluid through the ceramic bearings is provided due to the pressure difference between the pressure and suction lines of the pump, the fluid flow exits from the ceramic rolling bearings through a slotted labyrinth seal into the low pressure zone .
На фиг.1 - схема подшипниковой опоры герметичного центробежного насоса с магнитной муфтой и системой фильтрации.Figure 1 is a diagram of the bearing support of a sealed centrifugal pump with a magnetic coupling and a filtration system.
Подшипниковая опора герметичного центробежного насоса с магнитной муфтой, состоящего из входного фланца 1, наружного корпуса 2 с выходным фланцем 3; ротора, состоящего из рабочего колеса 4, закрепленного на подвижном валу 5 и сопряженного с валом профильными выступами под рабочее колесо и закрепленного гайкой 6, корпуса внутренней магнитной полумуфты 7, имеющего неразъемное соединение с валом и с размещенными в нем герметичным способом внутренними магнитами 8, подшипниковых опор, размещенных неподвижно в корпусе 2 в виде двух и более Керамических шариковых подшипников 9, имеющих между собой упругую распорную втулку 10 по валу; наружную магнитную полумуфту 11, закрепленную на валу электродвигателя 12 и разделенную от внутренней полости насоса и внутренней полумуфты неметаллическим стаканом 13, и состоящую из ступицы 14 с размещенными в ней магнитами 15; переходника-корпуса 16, связывающего насосный узел и электродвигатель 17; фильтр подшипниковых опор 18, состоящий из корпуса 19, имеющего возможность отделения от корпуса насоса 2 с целью осмотра или замены, с установленным в нем сменным или многоразовым фильтроэлементом 20, выполненным из коррозионностойких сеток или прессованным из пористых металлических или керамических порошков, съемной крышкой 21 с уплотнителем 22, датчиком давления 23, сигнализирующим о снижении давления ниже порогового значения при засорении фильтроэлемента 20 и отключающим насос, расположенным в камере фильтра подачи чистого раствора, каналов, выполненных в корпусе насоса 2: подающего d1 из зоны высокого давления Рвх неочищенную рабочую жидкость на вход к фильтроэлементу, исходящего d2, подающего очищенную рабочую жидкость к подшипникам 9 прокачкой через подшипники и выходом жидкости через лабиринтно-щелевое уплотнение 24 и затем через отверстия d3 в зону пониженного давления всасывания насоса Рвс на входе в рабочее колесо, с величиной расхода через опоры, зависящей от перепада давлений Рвх и Рвс и гидравлического сопротивления всей магистрали.Bearing support of a sealed centrifugal pump with a magnetic coupling, consisting of an inlet flange 1, an outer casing 2 with an outlet flange 3; a rotor consisting of an impeller 4 fixed on a movable shaft 5 and coupled to the shaft with profile projections for the impeller and secured with a nut 6, an internal magnetic half-coupling body 7 having a permanent connection with the shaft and with internal magnets 8 placed in it in a sealed way, bearing supports placed motionlessly in the housing 2 in the form of two or more Ceramic ball bearings 9, having between them an elastic spacer sleeve 10 along the shaft; an outer magnetic coupling half 11 fixed on the motor shaft 12 and separated from the inner cavity of the pump and the inner half-coupling by a non-metallic cup 13, and consisting of a hub 14 with magnets 15 placed in it; adapter-case 16 connecting the pump unit and the electric motor 17; bearing support filter 18, consisting of a housing 19, which can be separated from the pump housing 2 for the purpose of inspection or replacement, with a replaceable or reusable filter element 20 installed in it, made of corrosion-resistant meshes or pressed from porous metal or ceramic powders, a removable cover 21 with seal 22, pressure sensor 23, signaling a decrease in pressure below the threshold value when the filter element 20 is clogged and turning off the pump, located in the filter chamber for supplying a clean solution, channels made in the pump housing 2: supplying d1 from the high pressure zone Pin untreated working fluid to the inlet to the filter element, outgoing d2, supplying the purified working fluid to the bearings 9 by pumping through the bearings and exiting the fluid through the labyrinth-slot seal 24 and then through the holes d3 into the low pressure zone of the suction of the pump Pvs at the impeller inlet, with the flow rate through the supports, depending from pressure drop ny Rvh and Rvs and hydraulic resistance of the entire line.
Ввиду постоянного однонаправленного потока очищаемой рабочей жидкости через фильтр и далее по определенному пути через подшипники - исключено попадание абразива в опоры, в т.ч. и в режиме остановки насоса - благодаря особой конструкции гидравлического тракта.Due to the constant unidirectional flow of the cleaned working fluid through the filter and further along a certain path through the bearings, the ingress of abrasive into the supports, incl. and in pump stop mode - due to the special design of the hydraulic path.
Конструкция узла получается простой, смазка осуществляется перекачиваемой средой. Ввиду большой твердости колец и тел качения сам по себе подшипник устойчив к небольшим абразивным включениям перекачиваемой среды, но это несомненно влияет на сокращение срока его службы. Система же: Подшипниковая опора + Фильтр позволяет работать подшипнику в идеальных условиях на чистой смазывающе-охлаждающей жидкости и реальной возможности достичь срока службы 24 года и более. Ввиду меньших тепловых выделений даже по отношению к металлическому подшипнику качения в режиме сухого хода подшипниковый узел может длительно работать без ощутимого перегрева или износа. Но в случае рассмотренных 3-х патентов ввиду отсутствия защиты от абразива в кольцах после отсутствия жидкости остаются частицы абразива, которые резко сокращают работу подшипника в режиме «сухого хода». Рассматриваемая конструкция от этого недостатка свободна и в режиме сухого хода тела качения работает по чистым беговым дорожкам.The design of the unit is simple, lubrication is carried out by the pumped medium. Due to the high hardness of the rings and rolling elements, the bearing itself is resistant to small abrasive inclusions of the pumped medium, but this undoubtedly affects the reduction of its service life. The system: Bearing Support + Filter allows the bearing to operate under ideal conditions with clean coolant and a real possibility of reaching a service life of 24 years or more. Due to the lower heat emissions, even in relation to a metal rolling bearing in dry running mode, the bearing unit can operate for a long time without noticeable overheating or wear. But in the case of the 3 patents considered, due to the lack of protection against abrasive, after the absence of liquid, abrasive particles remain in the rings, which drastically reduce the operation of the bearing in the “dry running” mode. The design under consideration is free from this disadvantage and in the dry running mode of the rolling element it works on clean treadmills.
В ходе экспериментальных работ заявителем был получен положительный результат как от внедрения керамических подшипников качения в химические насосы с повышением КПД на 11% и работе в режиме сухого трения неограниченное время, так и благодаря внедрению системы фильтрации и неоднократного периодического повышения сроков наработок на надежность.In the course of experimental work, the applicant obtained a positive result both from the introduction of ceramic rolling bearings in chemical pumps with an increase in efficiency by 11% and operation in the dry friction mode for an unlimited time, and due to the introduction of a filtration system and repeated periodic increase in the time for reliability.
Данный вид системы «подшипниковая опора с фильтроэлементом» может быть применен и для насосов с "мокрым ротором-статором" (ротор и статор электродвигателя отделены разделительным экраном).This type of “bearing support with filter element” system can also be used for pumps with a “wet rotor-stator” (the rotor and stator of the electric motor are separated by a separating screen).
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778414C1 true RU2778414C1 (en) | 2022-08-18 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU216881U1 (en) * | 2022-12-22 | 2023-03-06 | Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова"(АО "ОКБМ Африкантов") | Submersible pump for pumping low temperature liquids |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6558139B2 (en) * | 1995-12-04 | 2003-05-06 | Chemical Seal & Packing, Inc. | Bearings with hardened rolling elements and polymeric cages for use submerged in very low temperature fluids |
| RU2524593C2 (en) * | 2008-12-27 | 2014-07-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Rotor bearing group |
| RU2574509C1 (en) * | 2014-07-03 | 2016-02-10 | Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения" | Bearing support |
| CN103470514B (en) * | 2013-08-20 | 2016-03-02 | 浙江巨龙泵业有限公司 | Magnetic drive pump |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6558139B2 (en) * | 1995-12-04 | 2003-05-06 | Chemical Seal & Packing, Inc. | Bearings with hardened rolling elements and polymeric cages for use submerged in very low temperature fluids |
| RU2524593C2 (en) * | 2008-12-27 | 2014-07-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Rotor bearing group |
| CN103470514B (en) * | 2013-08-20 | 2016-03-02 | 浙江巨龙泵业有限公司 | Magnetic drive pump |
| RU2574509C1 (en) * | 2014-07-03 | 2016-02-10 | Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения" | Bearing support |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU216881U1 (en) * | 2022-12-22 | 2023-03-06 | Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова"(АО "ОКБМ Африкантов") | Submersible pump for pumping low temperature liquids |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7946591B2 (en) | Combined labyrinth seal and screw-type gasket bearing sealing arrangement | |
| KR102556910B1 (en) | Vented bearing retainer for turbomachinery | |
| EP3081812B1 (en) | Internally meshing gear pump | |
| US6986647B2 (en) | Pump design for circulating supercritical carbon dioxide | |
| KR20060050410A (en) | Wet rotor circulators | |
| US20100130343A1 (en) | Ceramics sliding member for use in pure water | |
| US10544792B2 (en) | Molten metal transfer pump | |
| US20070063450A1 (en) | Seal assembly for a rotary member | |
| WO2015146741A1 (en) | Water pump | |
| JP4824552B2 (en) | Static and dynamic discharger pressure-resistant shaft seal | |
| RU2778414C1 (en) | Bearing support of a sealed centrifugal pump with a magnetic coupling | |
| US20150295466A1 (en) | Method for sealing electric motors for the application of lubrication by mist | |
| CN105987006B (en) | A kind of magnetic force middle-opening pump of corrosion-resistant anti-dry grinding | |
| RU57846U1 (en) | SEALED PUMP | |
| JP6639592B2 (en) | Water pump | |
| CN110735794A (en) | Vacuum pump system with oil-lubricated vacuum pump | |
| JP2023552328A (en) | dry vacuum pump | |
| CN209990687U (en) | Centrifugal pump structure with impeller sealing ring and pump body sealing ring | |
| US20130209777A1 (en) | Ceramics sliding member for use in pure water | |
| CN210565294U (en) | Novel magnetic drive pump bearing connection structure | |
| CN211738032U (en) | Anti-deflection labyrinth sealing device for ball mill | |
| KR20100050986A (en) | A underwater pump | |
| CN104314812B (en) | Pottery oilless air compressor | |
| CN202348682U (en) | Slow-rotary-speed corrosion-resisting wear-resisting centrifugal pump | |
| RU2296244C1 (en) | Device for cooling and protection of end seal of submersible electric motor from hard particles |