Остановить нарушение герметичности в химических применениях
Бессальниковые центробежные насосы с магнитной муфтой стали более популярными среди конечных пользователей в химической промышленности. Магниты из редкоземельных металлов снизили затраты, связанные с магнитными муфтами, за счет уменьшения массы магнита и требуемой мощности. Это нововведение снизило стоимость муфты и общие эксплуатационные расходы.
Выход из строя уплотнения является одной из наиболее частых причин технического обслуживания и простоя насоса. Если уплотнение выходит из строя, жидкость вытекает по валу, соединяющему двигатель с крыльчаткой. Даже если запланировано техническое обслуживание, насос необходимо вывести из эксплуатации для замены уплотнения.
Хотя технология механических уплотнений со временем совершенствовалась, инновации часто требуют дополнительного оборудования. Двойные механические уплотнения, расположенные вплотную друг к другу или в тандеме, обычно используются в суровых условиях, таких как перекачка химикатов.
Обслуживание затворной жидкости в этих конструкциях часто требует приобретения баков для затворной жидкости, элементов управления и даже дополнительных насосов. Газовые затворы являются еще одним вариантом, но также требуют вспомогательного оборудования, которое может привести к отказу.
Сначала конечные пользователи рассматривали только герметичные насосы при работе с опасными жидкостями. Первоначальная стоимость насоса с магнитной муфтой намного превышала стоимость традиционной герметичной конструкции. Однако со временем операторов стала больше заботить общая стоимость владения, чем предварительные капиталовложения.
Насосы с магнитной муфтой начали демонстрировать реальное преимущество в стоимости. Бессальниковые конструкции заменили насосы с механическим уплотнением, которые требовали ежегодного снятия для технического обслуживания. Увеличены межсервисные интервалы и среднее время наработки на отказ. Выбросы уменьшились, а безопасность повысилась.
В настоящее время операторы рассматривают герметичные насосы для услуг, которых у них не было всего несколько лет назад, — неопасных приложений, которые по-прежнему сложно и дорого герметизировать.
В центробежных насосах вал передает крутящий момент от двигателя к рабочему колесу. Уплотнение предотвращает вытекание перекачиваемой жидкости вниз по валу. Уплотнение состоит из двух частей, одна неподвижная, а другая вращающаяся. Поверхности уплотнения обычно изготавливаются из углерода, карбида вольфрама или карбида кремния (SiC).
В бессальниковом насосе с магнитным уплотнением крутящий момент двигателя вращает держатель магнита или приводные магниты. Крутящий момент передается через защитную оболочку на внутренний магнит или ведомый магнит. Магнит передает крутящий момент на рабочее колесо. Магнитное поле создает вихревые токи, когда оно проходит через металлический контейнер. Керамические оболочки предотвращают вихревые токи, но могут выдерживать лишь ограниченное давление. Эти вихревые токи создают тепло непосредственно между магнитами, и это тепло должно рассеиваться.
Рис. 1. Детальный контур внутреннего циркуляционного потока для насоса с задним рабочим колесом позволяет повысить давление перед подачей тепла. (Изображения и графика предоставлены Дикоу)
Пути потока — комбинация проходов через вал насоса, корпус или и то, и другое — отводят тепло перекачиваемой жидкости. Жидкость перемещается от нагнетания насоса к ведомому магниту и обратно на всасывание или нагнетание. Жидкость может повлиять на чистый положительный напор на всасывании, если она возвращается на всасывающую сторону.
Задняя крыльчатка на ведомом магните удерживает жидкость под более высоким давлением после поглощения тепла от вихревых токов. Давление защищает летучие жидкости от вспышки после добавления тепла в контейнер. Задняя крыльчатка устраняет необходимость в общем охлаждении или дорогостоящем трубопроводе для возврата жидкости во всасывающий бак.
Рис. 2. Детальный контур внутреннего циркуляционного потока для насоса с нагнетательными отверстиями рабочего колеса позволяет жидкости оставаться выше давления всасывания.
Изображение 1. Бессальниковые насосы передают крутящий момент на рабочее колесо с помощью серии магнитов в защитной оболочке. Перекачиваемая жидкость уносит тепло, выделяемое магнитами во время работы.
В бессальниковых насосах баланс тяги мокрой части имеет жизненно важное значение. Проточная часть плавает, поэтому втулки вала и подшипники скольжения должны выдерживать радиальную нагрузку от рабочего колеса и вращающейся проточной части. Стабильная пленка жидкости и гидродинамическая сила поддерживают узел вала. Жидкость не смазывает подшипники, потому что они не соприкасаются.
Осевые осевые нагрузки могут представлять опасность во время сбоев системы. Мокрая часть предназначена для уменьшения осевой силы от насоса, но при изменениях в системе часто используются пусковые кольца или осевые упорные подшипники. Когда зазор между пусковым кольцом и сопрягаемой поверхностью закрывается, усилие от другого пускового кольца увеличивается. Если давление всасывания резко возрастет, зазор переднего пускового кольца закроется, а зазор заднего пускового кольца откроется. Насос автоматически создает уравновешивающую силу в направлении всасывания насоса. В сочетании с опорными поверхностями из карбида кремния эта конструкция позволяет избежать деталей, которые можно было бы считать деталями для текущего обслуживания, на мокрой части.
Все больше и больше конечных пользователей устанавливают герметичные насосы для химических применений. Снижение стоимости магнитных муфт делает эту технологию доступным выбором для опасных жидкостей.
Изнашиваемая поверхность втулок вала, подшипников скольжения и пусковых колец обычно изготавливается из углерода или карбида кремния. Твердость, а также износостойкость и термостойкость SiC делают его пригодным практически для любого применения. Покрытие, похожее на алмазную пыль, на поверхности карбида кремния повышает смазывающую способность и продлевает срок службы в случае нарушения потока жидкости и стабильной пленки.
Производители герметичных насосов используют несколько материалов для смачиваемых деталей, от чугуна до никелевых сплавов, в зависимости от области применения. Некоторые распространенные материалы включают ковкий чугун, углеродистую сталь, нержавеющую сталь 316 и дуплексную нержавеющую сталь. Смачиваемые участки, даже целые насосы, в настоящее время изготавливаются из термопластов. Эти материалы хорошо себя зарекомендовали при перекачивании агрессивных жидкостей, но сталкиваются с серьезными ограничениями в условиях высокого давления или высоких температур.
Жесткие приложения часто требуют нетрадиционного подхода. При выборе насосов для химической и нефтехимической обработки руководители предприятий должны непредвзято относиться к тому, как наилучшим образом решать проблемы уплотнения и обслуживания насосов. Бессальниковые насосы повышают надежность, увеличивают среднюю наработку на отказ и снижают общую стоимость владения. Эта технология может оказать существенное влияние на экономию и безопасность на любом объекте, независимо от области применения.