Журнал "ТехноМир" ?4 (26) за 2006 год. Стр. 28-29.
ЗАО ?Гидрогаз?, Воронеж
(Михаил Ковалев, Юрий Фролов)
Тел. (4732) 23-47-41

ОСОБЕННОСТИ ГЕРМЕТИЧНЫХ НАСОСОВ СЕРИИ ГХО С ОБОГРЕВОМ (ОХЛАЖДЕНИЕМ) ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ

Развитие химической и нефтехимической промышленности в России в последние годы связано с совершенствованием технологии и оборудования, используемого в этих отраслях, ростом требований экологических норм и требований к безопасности.

К насосному оборудованию, соответствующему этим требованиям, относится класс ?герметичные насосы? которые, не допуская утечки среды, в полной мере отвечают требованиям безопасности при перекачивании даже очень агрессивных сред, в том числе при высоких температурах.

ЗАО ?Гидрогаз? с 1996 года специализируется на разработке и изготовлении центробежных герметичных насосных агрегатов с муфтами на постоянных магнитах. За эти 10 лет предприятие освоило в производстве ряд самых различных типов герметичных насосов с широким диапазоном напоров и подач. Сегодня предприятие производит уже третье поколение герметичных насосов с магнитной муфтой. Среди них особое место занимают металлические насосные агрегаты для перекачивания жидкостей и сжиженных газов с обеспечением определенной температуры конструктивных элементов проточной части. Как правило, такая необходимость возникает при наличии возможности кристаллизации, роста вязкости, полимеризации или вскипания рабочей среды в насосе и выходе его из строя с неминуемой остановкой технологического процесса. В таких случаях проточную часть насоса приходится выполнять с обогревом или охлаждением.

Герметичные насосы такого типа в России изготавливает только завод ?Гидрогаз?. За последние три года эти агрегаты стали настоящим брэндом завода, находящим широкий спрос у потребителей, ориентирующихся на европейский уровень развития технологии.

Первыми партнерами предприятия в применении обогреваемых насосов стали ОАО ?Нижнекамскнефтехим? и ОАО ?Салаваторгсинтез?, где эти агрегаты успешно применяются для перекачивания углеводородов и нафталина при температурах до +200° С.

Проточная часть насоса выполняется из коррозионно-стойких сталей и сплавов. Материал подбирается с учетом химической стойкости в перекачиваемой среде не ниже 5 баллов, что гарантирует надежную работу и длительный срок эксплуатации. Отдельное внимание уделяется подбору материалов неподвижных уплотнений разъемов. При температуре до +250°С применяется фторопласт Ф-4, свыше +250°С - термопластический графитовый материал ?Графитэл?. Специально подбирается и материал подшипника скольжения. В зависимости от условий эксплуатации применяется реакционно-спеченный карбид кремния или силицированный графит типа СГ-Т.

Для высоких температур, имеющих место в обогреваемых агрегатах, магниты ведомой и ведущей полумуфт изготавливаются на основе редкоземельных элементов-самария ( Sm ) и кобальта (Со), в то время как при температуре ниже +140°С применяются магниты на основе соединения неодим-железо-бор ( Nd - Fe - B ). Последние имеют более высокие значения магнитного потока, чем Sm - Co , что позволяет обеспечивать передачу большего крутящего момента через магнитную муфту.

Зависимость магнитных свойств обоих типов магнитов от температуры приведена на графике. Из графика видно, что для обеспечения стабильности передаваемого магнитной муфтой крутящего момента в обогреваемых агрегатах предпочтительно использовать магниты типа Sm - Co , в то время как для охлаждаемых целесообразно применять магниты типа Nd - Fe - B . Эти особенности учитываются в конструкции магнитной муфты рассматриваемого класса герметичных агрегатов.

Рассмотрим на примере конструкцию такого насоса (см. рис.1). Корпус насоса, имеющий улиточный отвод, содержит ?рубашку?, в которую через штуцера подводится и отводится теплоноситель (или хладагент). ?Рубашка? герметична относительно окружающей и перекачиваемой среды и позволяет, за счет подачи в нее пара или охладителя, поддерживать температуру во внутренней полости насоса, необходимую для технологического процесса. Теплоноситель (или охладитель) подается в ?рубашки? на проток, обеспечивая обогрев (охлаждение) среды в проточной части. В качестве теплоносителя могут применяться пар или горячая вода, в качестве охладителя-фреоны и т.п. ?Рубашки? выполняются из коррозионно-стойкой стали и обеспечивают химическую стойкость при воздействии на них теплоносителя.

Внутренняя полость насоса отделена от атмосферы корпусом и экраном, герметизирующим среду. В корпусе подшипников также имеется ?рубашка? с двумя штуцерами. Экран и магнитная муфта рассчитываются и подбираются так, чтобы минимизировать потери от ?вихревых? токов, наводимых магнитным полем в металлическом экране. Экран выполнен штамповкой из листа и выдерживает внутреннее давление не менее 24 бар-для любой из моделей агрегата.

Как правило, обогреваемые (охлаждаемые) агрегаты выполняются в моноблочном исполнении, при этом между насосом и двигателем устанавливается радиатор для теплоотвода от агрегата и недопущения нагрева привода. Для обогреваемых насосов с температурами выше +300°С для эффективного теплоотвода возможна установка охлаждающей ?рубашки? или радиатора на поверхности корпуса, содержащего ведущую полумуфту. Ведущая полумуфта крепится жестко на вал двигателя.

При конструировании учитываются такие аспекты, как температурное расширение материалов, из которых выполнен агрегат, и влияние потока агрессивной среды на износ материалов прочной части.

Посадка подшипника скольжения на ротор подобрана так, что при работе насоса в диапазоне температур до +130°С центрирование происходит по кольцам подшипника, а при температуре выше +130°С ?включается? в работу посадка втулок подшипника по валу ротора. Таким образом, обеспечивается надежное центрирование с минимальным дисбалансом ротора во всем диапазоне рабочих температур-как в режиме запуска, так и при эксплуатации в рабочих режимах.

Крепление рабочего колеса и ведомой полумуфты на вал ротора насоса осуществляется посредством профильного соединения в виде эксцентрика с упором в торцы на валу. Такое техническое решение позволяет не только передавать необходимый крутящий момент, но и производить установку втулок подшипников скольжения без их осевой затяжки в пакете на валу. Это обеспечивает надежность работы подшипника и насоса в целом во всем диапазоне рабочих температур, т.е. независимо от линейного и объемного расширения металла и материала деталей подшипника скольжения (у металлов коэффициент объемного расширения в четыре раза выше) при рабочей температуре.

Агрегат может использоваться в режиме отсутствия подачи пара (охлаждения) в ?рубашку?, если нет необходимости поддержания соответствующего температурного рабочего режима.

При необходимости, с целью повышения антикавитационных характеристик, изготавливаются агрегаты с предвключенной ступенью-шнеком, который располагается на входе в рабочее колесо. Имеются модификации с подводом извне чистой жидкости к подшипнику скольжения, с ходовой частью и с частотным регулированием приводного электродвигателя.

Достигнутый в настоящее время в ЗАО ?Гидрогаз? уровень проектирования и изготовления герметичных насосов позволяет обеспечивать перекачивание химических сред с температурой от -40°С до +250°С (серийные исполнения) и до +380°С (специальные исполнения).