Герметичный насос: принцип работы, особенности, устройство

Герметичные насосы широко применяются в различных отраслях промышленности - от добычи нефти до производства лекарств. Они используются там, где крайне важно исключить утечку перекачиваемых жидкостей в окружающую среду. Рассмотрим подробнее, как устроены эти важные агрегаты и почему они незаменимы в некоторых технологических процессах.

Назначение герметичных насосов

Герметичные насосы применяются в тех случаях, когда недопустимо даже минимальное просачивание перекачиваемой жидкости наружу. Это могут быть опасные или дорогие вещества, например:

• Агрессивные химикаты
• Ядовитые жидкости
• Взрывоопасные нефтепродукты
• Дорогостоящие лекарства и реактивы

По сравнению с обычными насосами герметичные имеют ряд преимуществ:

1. Полная герметичность, исключающая утечки
2. Возможность перекачки агрессивных и токсичных жидкостей
3. Высокая надежность и долговечность
4. Простота и удобство эксплуатации

Особенно жесткие требования к герметичности предъявляются в таких областях, как фармацевтика, пищевая промышленность, электроника. Например, при производстве полупроводников или лекарств недопустимо попадание в технологическую среду даже микроскопических частиц загрязнений.

Принцип работы герметичных насосов

Как же удается полностью изолировать внутреннее пространство герметичного насоса от внешней среды? Секрет кроется в особенностях конструкции.

В отличие от обычных насосов, герметичные не имеют никаких отверстий, уплотнений или щелей, через которые могла бы просочиться жидкость. Вместо этого для вращения ротора используется магнитная муфта.

Она состоит из двух частей - наружной и внутренней, между которыми находится разделительная непроницаемая прослойка. В каждой половине установлены постоянные магниты. Когда внешняя часть начинает вращаться, возникающее магнитное поле заставляет синхронно крутиться и внутреннюю. Таким образом, вращение передается через герметичную преграду - без всяких отверстий.

Работа электродвигателя

Для приведения в действие наружной части муфты используется электродвигатель, устроенный также по особому принципу. Он имеет две основные части:

• Ротор - вращающаяся часть, жестко связанная с валом;
• Статор - неподвижная обмотка в корпусе.

При подаче тока в обмотку статора возникает вращающееся магнитное поле, которое заставляет крутиться ротор. Таким образом, механическое вращение выводится за пределы герметичного корпуса - опять же без всяких выходных отверстий.

Такая схема позволяет полностью изолировать внутренние части насоса от контакта с внешней средой. Это крайне важно при работе с опасными или дорогостоящими жидкостями, когда недопустимы даже минимальные протечки.

Типы герметичных насосов

Различают несколько основных типов герметичных насосов, каждый из которых имеет свои особенности:

Дозировочные

Дозировочные герметичные насосы используются для точного дозирования небольших порций жидкости. Их отличительная особенность - мембранный принцип работы. Рабочая камера отделена от гидравлической мембраной из нержавеющей стали. Периодически мембрана всасывается в гидрокамеру, вытесняя порцию жидкости в напорный трубопровод.

Центробежные

Центробежный герметичный насос создает давление за счет вращения рабочего колеса - ротора с лопастями. Жидкость разгоняется к периферии корпуса и выталкивается через нагнетательный патрубок. Такие насосы способны создавать очень высокое давление при больших оборотах вала.

Химические

Химические герметичные насосы предназначены для работы с агрессивными или токсичными средами. Главное требование - исключить абсолютно любые утечки опасных веществ во внешнюю среду. Могут применяться разные типы приводов: центробежный, шнековый, мембранный.

С магнитной муфтой

Герметичные насосы с магнитной муфтой обеспечивают передачу крутящего момента на вал ротора через замкнутую оболочку корпуса. Это позволяет полностью изолировать внутреннее пространство от проникновения любых веществ извне или наоборот.

С электродвигателем

В герметичных насосах с электродвигателем привод ротора осуществляется при помощи специального герметичного электродвигателя, в котором вращение выводится наружу с помощью магнитного поля, без отверстий в корпусе.

Основные компоненты герметичного насоса

Рассмотрим более подробно конструкцию герметичного насоса и назначение его основных компонентов.

Электродвигатель

В герметичных насосах используется специальный электродвигатель, отличающийся особой конструкцией. Он состоит из статора и ротора.

Статор представляет собой неподвижную обмотку, размещенную в корпусе насоса. При подаче на нее электрического тока возникает вращающееся магнитное поле.

Ротор - это вал с закрепленными на нем постоянными магнитами. Он располагается внутри статора на подшипниках. Под действием магнитного поля статора ротор начинает вращаться.

Благодаря такой схеме механическое вращение передается из герметичного корпуса насоса наружу без каких-либо отверстий. Это ключевой момент в обеспечении полной герметичности.

Магнитная муфта

Другой важнейший узел герметичного насоса - магнитная муфта, соединяющая вал электродвигателя с ротором. Она состоит из двух частей, разделенных непроницаемой прокладкой.

При вращении наружной части муфты возникающее магнитное поле заставляет крутиться и внутреннюю часть, непосредственно соединенную с ротором насоса. Так осуществляется герметичная передача вращения.

Ротор

Ротор насоса представляет собой вращающееся рабочее колесо, к которому крепятся лопасти. Именно ротор создает разрежение на входе и давление на выходе за счет центробежных сил.

Ротор изготавливают из прочных износостойких материалов - чаще всего нержавеющей стали или титановых сплавов. Иногда применяют керамические роторы.

Корпус насоса

Корпус герметичного насоса должен полностью изолировать внутренние полости от контакта с окружающей средой. Для его изготовления используются различные металлы, пластики, композиты.

Особые требования предъявляются к герметичности разъемных соединений корпуса. Часто применяются сварные корпуса как наиболее надежные.

Подшипники

В герметичных насосах для вращения ротора используются специальные подшипники, рассчитанные на работу в жидкой среде. Чаще всего это подшипники качения, изготовленные из керамики, карбида кремния, углеродистых материалов.

Такие подшипники обладают высокой износостойкостью и надежностью. Они хорошо работают даже при высоких температурах и не требуют смазки извне.

Уплотнения

Хотя герметичные насосы и не имеют традиционных сальниковых уплотнений, тем не менее, некоторые узлы в их конструкции требуют герметизации.

Например, для предотвращения утечек в месте выхода вала используются специальные бесконтактные уплотнения на магнитной или газостатической подушке. Они обеспечивают герметичность без трения и износа.

Датчики

Современные герметичные насосы оснащаются различными датчиками для контроля рабочих параметров - давления, температуры, вибрации и т.д. Это позволяет оптимизировать режимы эксплуатации и предупреждать поломки.

Датчики устанавливаются в герметичные отсеки, полностью изолированные от технологической среды. Связь с системой управления осуществляется посредством электрических разъемов.

Проточная часть

Проточная часть (гидравлика) герметичного насоса определяет его характеристики - подачу, напор, кавитационные свойства. Она может включать рабочее колесо, диффузор, направляющий аппарат и другие элементы.

Конструкция проточной части рассчитывается исходя из рабочей среды и требуемых параметров с учетом оптимизации гидродинамических процессов.