Центробежный насос с керамическими дисками
Центробежные насосы широко используются во многих технологических процессах по перекачиванию жидкостей. Они производятся в больших количествах промышленностью Российской Федерации (РФ) в различных вариантах по форме и габаритам, по производительности и роду перекачиваемых жидкостей. Несмотря на это выпускается весьма ограниченное количество центробежных насосов, работающих в экстремальных условиях. К таким условиям относятся технологические процессы, в которых используются центробежные насосы для перекачивания дисперсных сред и агрессивных жидкостей. При этом температура перекачиваемых жидкостей может изменяться от криогенных до 1000 градусов Кельвина.
Основными недостатками таких центробежных насосов являются низкая надежность работы клапанов, быстрый износ уплотнений в процессе эксплуатации, конструктивная сложность, большой вес и габариты, ограниченная область применения. Известны, например, центробежные насосы для перекачивания жидких металлов, в которых рабочий диск выполнен из высокотемпературных металлических сплавов с закрепленными на нем нагнетательными элементами, а конец приводного вала установлен в рабочей камере. При этом роль уплотнений выполняют защитные кольца из керамических материалов. Такая конструкция центробежного насоса не достаточно надежна из-за высокого термического расширения металлических деталей, применяемых в конструкции насоса. При высоких температурах эти детали деформируются, что приводит к нарушению герметичности насоса или даже к разрушению деталей рабочей камеры насоса, например к разрушению керамических уплотнений.
Перед автором стояла задача разработать конструкцию центробежного насоса лишенную выше перечисленных недостатков.
Фиг.1
В связи с этим автором предложена конструкция малогабаритного центробежного насоса (патент РФ автора), в котором рабочая камера и нагнетательные элементы выполнены полностью из высокотемпературных керамических материалов. По сравнению с существующими предлагаемая конструкция центробежного насоса имеет следующие преимущества: высокую надежность в условиях эксплуатации; простоту конструкции и низкую себестоимость; длительный срок службы при работе в агрессивных средах, имеющих высокие температуры до 1000 градусов Кельвина; малый вес и небольшие габариты; соответствует современным экологическим требованиям.
Фиг.2
Предлагаемая конструкция центробежного насоса (фиг.1) состоит из металлического корпуса 1, в котором расположена рабочая камера из двух керамических дисков 2,3. Один из них 3 является подвижным с нагнетательными элементами, а другой 2 неподвижным с впускными и выпускными отверстиями. Неподвижный диск отделяется от основания корпуса центробежного насоса уплотнением 7. Диски прижаты плоской пружиной 4, одетой на приводной вал 5. Приводной вал проходит через отверстие 6. Неподвижный диск закрепляется относительно корпуса насоса. В нем выполняется паз, который имеет в сечении форму круглой канавки. В основании паза формуются впускные и выпускные отверстия. Размеры насосов, в зависимости от их назначения и производительности, могут изменяться от 20 до 200 мм в диаметре и от 30 до 100 мм по высоте.
Фиг.3
Центробежный насос работает следующим образом. Подвижный диск 3 (фиг.3) вращается относительно неподвижного диска 2. При этом нагнетательные элементы 1,2 (фиг.3) попеременно перекрывают впускные отверстия 1 (при всасывании) и выпускные отверстия 2 (при нагнетании) (фиг.2). Другими словами нагнетательные элементы подвижного диска и впускные и выпускные отверстия неподвижного диска образуют клапанный механизм центробежного насоса. Приводной вал 5 проходит через сквозные отверстия в центре керамических дисков и посредством подшипников закрепляется на противоположных торцах корпуса. Привод насосов может быть как электрическим, так и механическим. От одного привода могут работать одновременно (в параллель) несколько центробежных насосов.
Керамические диски выполняются цельнолитыми по технологии шликерного литья и обжигаются в высокотемпературных печах в нейтральной среде при температурах 1500-1700 градусов Цельсия. После обжига поверхности дисков обрабатываются (полируются) механическим путем с использованием алмазных паст или алмазных дисков.
Полированные поверхности подвижного и неподвижного керамических дисков, находящиеся в контакте друг с другом, выполняют одновременно роль торцевых уплотнений. Эти поверхности дисков являются плоско параллельными и полированными.
Итак, автором предложена конструкция малогабаритного центробежного насоса, в котором рабочая камера и нагнетательные элементы выполнены полностью из высокотемпературных керамических материалов. Предлагаемая конструкция центробежного насоса имеет высокую надежность в условиях эксплуатации, в частности, при перекачивании жидкометаллических теплоносителей и длительный срок службы при работе в агрессивных средах, имеющих высокие температуры. Такая конструкция имеет низкую себестоимость, малый вес, небольшие габариты и соответствует современным экологическим требованиям. Предлагаемая конструкция также может быть использована для перекачивания дисперсных сред. При этом температура перекачиваемых жидкостей может изменяться от криогенных до 1000 градусов Кельвина.
Наиболее перспективные области применения насосов — производство агрессивных жидкостей (щелочи, кислоты и т.п.), холодильная техника, автомобилестроение, пищевая и фармацевтическая области и т.п.