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技術(shù)文章

米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵的零部件材料選擇

閱讀:1785          發(fā)布時間:2018-1-22

美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵是應(yīng)用永磁傳動技術(shù)原理實現(xiàn)力矩的無接觸傳遞的一種新型無密封泵。其主動軸和從動軸之間不存在機械聯(lián)接, 結(jié)構(gòu)中不需動密封存在, 所以該型泵無密封、可實現(xiàn)零泄漏, 特別適用于輸送易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒、有腐蝕以及貴重液體, 磁力泵多用于要求泵只能微漏甚至不漏的場合, 以及機械密封較難勝任的高真空的場合。近年來, 國外在石油、化工、電鍍、制藥、食品、選紙, 印染等行業(yè)中該泵已得到廣泛應(yīng)用。
美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵的結(jié)構(gòu)原理:
磁力驅(qū)動泵是利用磁體能吸引鐵磁物質(zhì)以及磁體或磁場之間有磁力作用, 而非鐵磁物質(zhì)不影響或很少影響磁力的大小, 因此可以無接觸地透過非磁導(dǎo)體(隔離套)進行動力傳輸?shù)奶匦?。磁力?qū)動泵主要由泵體、葉輪、磁性連軸器、隔離套、電動機等組成。電動機通過連軸器和外磁鋼連在一起。 葉輪和內(nèi)磁鋼通過葉輪螺母和泵內(nèi)軸組成一體, 裝在由泵體和隔離套組成的密封體內(nèi)。電動機帶動外磁鋼, 外磁鋼帶動內(nèi)磁鋼, 使葉輪旋轉(zhuǎn), 從而由靜密封代替動密封, 達到無泄漏輸送介質(zhì)。 
以下對組成部分進行簡單介紹:
(1)泵體、葉輪和普通泵基本相同,起到對流體作功和對作功后流體收集、輸送的目的。
(2)圓筒型磁力聯(lián)軸器由內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子和隔離套組成,起到空間傳遞力或轉(zhuǎn)矩的目的,是磁力泵中關(guān)鍵的傳動部件。
(3)滑動軸承、推力軸承對葉輪、泵軸和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子等組成的轉(zhuǎn)子部件起到支撐和軸向限位作用。是磁力泵中的關(guān)鍵元部件,它的使用性能直接影響磁力泵的使用壽命。
(4)主要連接件是磁力泵中的聯(lián)結(jié)支撐元部件。主要起到連接和定位等作用。
(5)軸承懸架部件對帶動外磁轉(zhuǎn)子的驅(qū)動軸起到支撐作用。只存在于非直聯(lián)結(jié)構(gòu)。
(6)原動機通常為電動機。為磁力泵提供動力。
性能分析
無泄漏原理
由磁力泵的結(jié)構(gòu)圖(見圖2)可以看到,隔離套部件和相連的泵體組成了一個*封閉的屏蔽密封腔體。葉輪、泵軸和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子等組成的轉(zhuǎn)子部件被*包封在這個屏蔽密封腔體當中,用于輸送的介質(zhì)。而外磁轉(zhuǎn)子則位于屏蔽密封腔體的外側(cè),位于空氣當中,通過空間的磁場作用傳遞給位于介質(zhì)當中的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和葉輪。由于由隔離套等定子部件組成的屏蔽密封腔體只有靜密封,同時,帶動葉輪對流體作功的泵軸沒有穿出屏蔽密封腔體,因此,沒有軸封的存在。所以說,磁力泵是一種沒有動密封,而只有靜密封的*無泄漏的流體輸送機械。
磁渦流損失
在磁力泵中,當外磁轉(zhuǎn)子帶動內(nèi)磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時,在內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子中間會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場。而處在內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子中間的隔離套相對這個旋轉(zhuǎn)磁場來說是在做切割磁力線運動,因此,若隔離套為金屬導(dǎo)體材料,則必然會在隔離套表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,即磁渦流,由磁渦流引起的能量損失稱為磁渦流損失。通常,磁渦流損失是以熱量的形式表現(xiàn)出來的,它會使整機效率降低1%~7%。同時,會使隔離套溫度升高,一旦隔離套處的溫度升高到超過永磁體的zui高使用溫度,就會對永磁體的使用造成影響。因此,在磁力泵的設(shè)計當中,必須要控制隔離套的溫度,以保證永磁體安全、可靠的工作。
冷卻循環(huán)系統(tǒng)
磁力驅(qū)動泵中大多都有一套冷卻循環(huán)系統(tǒng),其循環(huán)方式常有兩種。
(1)內(nèi)循環(huán)方式在泵內(nèi)靠近葉輪出口的部位引出一高壓循環(huán)介質(zhì),其大部分高壓流體經(jīng)過內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和隔離套間的狹小間隙,流經(jīng)泵軸的中心孔或其他通道,回到泵的吸人口。另有一小部分經(jīng)過止推軸承和滑動軸承的推力端面,再經(jīng)滑動軸承的潤滑油槽后,回到泵的吸人口,完成對隔離套、滑動軸承和推力軸承的潤滑和冷卻作用。
(2)外循環(huán)方式在泵的出口高壓區(qū)引出一高壓循環(huán)介質(zhì),其高壓流體經(jīng)外部的冷卻、過濾等輔助設(shè)備后,再進人泵內(nèi),完成對隔離套、滑動軸承和推力軸承的潤滑和冷卻作用。
軸向力的產(chǎn)生和平衡方式
軸向力的產(chǎn)生主要由以下幾個部分組成:葉輪前后蓋板上的壓力不一致產(chǎn)生的軸向力、引進的高壓冷卻循環(huán)流體作用在內(nèi)磁轉(zhuǎn)子上的軸向力、葉輪在對介質(zhì)作功時產(chǎn)生的作用在葉輪上的動反力、所輸送介質(zhì)的泵人口壓力作用在推力軸承端面上的軸向力。
以上軸向力的作用結(jié)果,就產(chǎn)生了一個作用在整個轉(zhuǎn)子部件上,指向泵人口,非常巨大的軸向力,通常在幾千牛,乃至上萬牛以上。而推力軸承沒有能力承受這么大的軸向力。因此為了保證推力軸承可以長時間,安全穩(wěn)定的工作,就必須平衡泵內(nèi)的軸向力。
美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵中軸向力的平衡方式有許多種,其中一種為泵內(nèi)軸向力的水力自平衡系統(tǒng)。通過更改葉輪前后蓋板的受力面積,當葉輪產(chǎn)生的壓力作用在前后蓋板上時,葉輪上會產(chǎn)生一個大小等于或接近,但與作用在整個轉(zhuǎn)子上的軸向力相反。從而基本上平衡了泵內(nèi)的軸向力。
經(jīng)過泵內(nèi)軸向力的水力自平衡后,推力軸承上的軸向力可以控制在一個很小的范圍內(nèi),推力軸承上的端面比壓也可以控制在一個合理的范圍內(nèi)。
美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵的零部件材料選擇:
(1)主要過流部件材料對于泵體、葉輪、泵蓋等粗大的過流部件,它們的材料選擇與普通泵基本一致,如:ZG230-450;ZG1Cr18Ni9;ZG0Cr18Ni12Mo2Ti;ZG00Cr17Ni14Mo2等鑄鋼和不銹鋼鑄件以及哈氏合金、蒙耐爾合金、鈦合金等合金材料。對于一些特殊工況還可以采用塑料‘襯里等結(jié)構(gòu)。
(2)隔離套材料常見的隔離套材料有普通不銹鋼、哈氏合金、蒙耐爾合金、鈦合金、增強高分子聚合塑料等。其中欽合金材料由于在絕大部分介質(zhì)當中都具有良好的耐腐蝕性,而且強度高、電阻率大等優(yōu)點,因此被大部分磁力泵生產(chǎn)廠家采用而作為隔離套材料。
(3)滑動軸承及推力軸承材料由于磁力泵的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及其帶動的泵軸和葉輪*封閉在充滿輸送流體的屏蔽密封腔內(nèi),因此,支撐和軸向限位只能選用滑動軸承和推力軸承,并用所輸送的流體進行潤滑和冷卻。磁力泵滑動軸承和推力軸承材料的選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計是磁力泵能否可靠運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。
目前,磁力泵用軸承的常見材料有碳化硅陶瓷、硬質(zhì)合金、碳石墨、填充增強塑料等。碳化硅陶瓷具有優(yōu)異的耐磨損、耐腐蝕性,幾乎可以在任何流體中工作,如烯烴類、烷類、酸堿鹽類、溶劑類、化學藥品類等等。碳石墨特別是浸金屬石墨,具有良好的自潤滑性和耐腐蝕性,同時它還具有摩擦因數(shù)低的優(yōu)點,也可以作為滑動軸承材料使用。但碳石墨較脆,強度也較低,對軸的彎曲和局部過載比較敏感,設(shè)計時應(yīng)特別注意。填充增強塑料主要指聚四氟乙烯用碳纖維、玻璃纖維、云母、銅粉、欽粉、石墨或二硫化鋁等具有良好的耐磨耐蝕性能,也多應(yīng)用于滑動軸承的材料。但由于它的線脹系數(shù)較大,設(shè)計時應(yīng)注意其工作溫度和PV值。
根據(jù)具體的使用情況,采用直筒型碳化硅陶瓷為滑動軸承材料與硬質(zhì)合金或碳石墨等材料配對使用效果很理想。
美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵與普通泵對比:
和普通泵相比較,磁力泵具有全封閉、無泄漏的優(yōu)點,從而可以達到防毒、防爆,保證安全生產(chǎn)的目的。同時也縮短了操作人員與有毒、有害、易燃、易爆介質(zhì)的接觸時間。對操作人員的人身安全和健康起到保障作用。同時,由于磁力泵運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、振動小、噪聲低,使用壽命長,通常在三年內(nèi)免于維護維修。因此大修周期長,可以節(jié)省維修費用并降低維修人員的工作強度。也可以減少由于停機而帶來的間接經(jīng)濟損失。
當然,對于使用金屬隔離套的磁力泵,由于磁渦流損失的存在,泵的效率相對普通泵要低1%~7%。而且價格也偏高于普通泵。
美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵與屏蔽泵對比:
磁力泵與屏蔽泵都屬于無泄漏泵。但在設(shè)計原理、適用范圍、維護維修方面都存在一定的差異。
(1)傳動原理從本質(zhì)上看,磁力泵和屏蔽泵的轉(zhuǎn)矩傳遞原理是*相同的,它們都是依靠空間磁場作用來傳遞力或轉(zhuǎn)矩。只不過磁力泵的磁場是由永磁體提供的永磁場,而屏蔽泵的磁場是由交變電流形成的交變磁場。
(2)無泄漏原理從本質(zhì)上看,磁力泵和屏蔽泵的無泄漏原理也是*相同的,它們都是依靠一定的靜止元部件組成能夠承受壓力的屏蔽密封腔體,把對流體作功的葉輪等轉(zhuǎn)子部件*包封在這個屏蔽密封腔體當中。從而完成動密封到靜密封的轉(zhuǎn)換。磁力泵依靠隔離套形成無泄漏的屏蔽密封腔體,而屏蔽泵依靠電動機轉(zhuǎn)子與定子間的屏蔽套形成屏蔽密封腔體。
(3)結(jié)構(gòu)與制造磁力泵結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,制造加工簡單;屏蔽泵結(jié)構(gòu)相對簡單,但由于屏蔽電動機的存在,其制造加工相對復(fù)雜。
(4)適用范圍磁力泵和屏蔽泵適合輸送的流體基本相同,都用于易燃、易爆、有毒、有害或比較貴重介質(zhì)的輸送。而屏蔽泵的水力模型多為國外水力設(shè)計,性能參數(shù)與國內(nèi)石化行業(yè)現(xiàn)有設(shè)備存在一定差異。
(5)維護維修磁力泵的維護維修簡單方便,用戶可以獨立進行。而屏蔽泵由于屏蔽電動機的存在,使它的維護維修相對復(fù)雜,維修周期長,對生產(chǎn)的影響較大。
美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵的使用注意事項:
磁力泵在正常使用當中,只要按照操作規(guī)程的指導(dǎo)正確操作,那么,磁力泵就可以達到長壽命、長周期運轉(zhuǎn)的目的。由于受到本身結(jié)構(gòu)特性的限制,磁力泵在使用過程當中通常需注意如下事項。
(1)嚴禁干運轉(zhuǎn);
(2)*清除裝置內(nèi)的鐵銹及固體異物;
(3)泵運轉(zhuǎn)前必須將泵內(nèi)空氣排除;
(4)斷流運轉(zhuǎn)時間不得持續(xù)超過60s;
(5)不得逆向持續(xù)運轉(zhuǎn);
(6)在運轉(zhuǎn)中,如發(fā)現(xiàn)異常聲音或振動等,必須迅速查清原因,排除故障;
(7)小于zui小流量時,不應(yīng)運轉(zhuǎn);
(8)泵的正常工作狀態(tài),必須是合同要求的性能參數(shù)范圍,否則影響泵內(nèi)軸向力;
(9)常溫結(jié)構(gòu)磁力泵(釹鐵硼磁材料)嚴禁“高溫”掃線。
美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵是一種通過磁力傳動器來實現(xiàn)無接觸力矩傳遞從而以靜密封取代動密封,使泵達到*無泄漏的容積式齒輪泵。該泵以磁力耦合器隔離傳動,一般為旋轉(zhuǎn)工作泵。磁力耦合器的一半(內(nèi)磁鐵)裝于泵軸上,并以非鐵磁性材料制成的隔離罩密封在泵體內(nèi);另一半(外磁鐵)裝于電機軸上,在隔離罩外以磁力帶動內(nèi)磁鐵旋轉(zhuǎn)驅(qū)動泵工作,故無泄漏。其軸承以自潤滑材料制造,并以被送液體進行潤滑,適于輸送不含顆粒的有毒有害、易燃易爆、強腐蝕性和貴重的液體。該泵采用獨立的潤滑系統(tǒng),且與被送液體隔離的結(jié)構(gòu),適于輸送含顆粒、漿狀的物料及高溫液體(450℃)。
美國米頓羅MiltonRoy磁力驅(qū)動泵結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、體積小、噪音低、運行可靠、使用維修方便。適用于石油、化工、制藥、冶煉、電鍍、環(huán)保、食品、國防等行業(yè),是輸送易燃、易爆、揮發(fā)、有毒、稀有貴重液體和各種腐蝕性液體以及循環(huán)水設(shè)備配套、過濾機配套的理想設(shè)備,適用于各行業(yè)工藝流程中輸送不含固體顆粒和纖維的有一定潤滑性的流體。對于有腐蝕性或?qū)πl(wèi)生要求比較高的場合可以選用不銹鋼材質(zhì)齒輪泵。

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