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國外永磁傳動新技術在磁力泵上的利用

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:412时间:2019-11-12

摘要:綜述了國外永磁傳動技術的最新發展。利用領域拓寬、技術性能進步;出現一些新技術、新工藝、新結構;利用先進製造技術與治理,使磁力泵更加高效、可靠與耐用。

關鍵詞:永磁傳動 技術 材料 結構 利用

1引言 :

1940年英國人Charles和Geoffrey Hwward首次解決了具有危險性介質化工泵的泄漏題目,解決的方法是用磁力驅動泵。在今後30多年裏永磁傳動技術由於磁性材料的啟事進步十分緩慢。1983年高性能釹鐵硼(NdFeB)永磁材料的問世,為磁力驅動泵的快速發展提供了關鍵部件的材料。近年來永磁傳動技術已從泵類向其它密封機械擴展,技術上集中於進步設備的可靠性、抗介質腐蝕新材料的研究,流體技術及製造裝配的精度。磁力泵代表著一個國家製造技術的水平,近年來產業發達國家的磁力泵在效率、壽命、製造周期、本錢、可靠性等方麵有了突破性的進展。

永磁傳動技術是將原動機的動力通過其軸上的外磁部件傳遞給工作軸上的內磁部件,內外磁部件由隔離罩分開,從而工作軸無須伸出所要封閉的空間,取消了動密封,實現無密封、零泄漏。永磁傳動技術首要利用於化學產業、石油化工、醫藥、食品產業中的泵和壓縮機、攪拌機與閥門等。目前我國流體機械大量使用的傳統機械密封在國外的這些部分已逐步被永磁傳動所取代。

2 利用領域拓寬、技術性能進步

2.1磁力傳動是密封領域最有效最安全的解

永磁傳動即永磁聯軸器對於需要密封的機械,對有害 、有毒、汙染、危險 、純淨、珍貴的產品和生產過程是一最安全解,它的利用範圍很寬。石油化工、醫藥 、電影 、電鍍、核動力等行業中的液體大都具有腐蝕性、易燃、易爆、有毒、珍貴,泄漏會帶來工作液體的浪費與環境汙染;真空、半導體產業要防止外界氣體的侵進:飲食、醫藥要保證介質的純淨衛生。永磁傳動技術在這些領域找到了用武之地。英國Howard機械發展有限公司(HMD)從1946年就致力於無密封泵的製造 ,至今在全世界37個國家已銷售近7萬台,每年銷售額達28百萬英鎊。美國一家製藥廠有上百個裝有機械密封的離心泵,處理各種酸類,這些泵由於設計題目經常幹運轉,僅能使用2~3個月就自行破壞,換用了Ansimag公司生產的K1516係列磁傳動泵,自1993年投進運行(天天操縱4.8小時每年365天)至1998年還在運行。美國中西部的容器板廠,合成苛性納是回轉葉片泵密封的極大題目,這裏的工程師稱這些泵是“維護黑夜裏的天”安裝了Ansimag公司的ETFE襯裏無密封磁力泵,運行11個月沒有停機。美國一大型化工廠麵臨著輸送甲醇的嚴重困難。因甲醇易燃,60℃接近沸騰,流量僅7m3/h,壓差高達250m。題目的解決靠的是Dickow磁傳動多級端吸泵,它的流量是15m3/h,壓差400m,確保了甲醇的零泄漏,保證操縱職員與工廠的安全,並解決了甲醇中含有氣泡輸送題目。

2.2磁力泵在技術性能上向微型,大型化發展

為滿足國內外市場需要,石油化工公司成套設備向大型化發展,我國必須有一批年產千萬噸級的煉油廠、百萬噸級的乙烯裝配。機械設備要滿足重負荷 、長周期、低能耗,並符合環保要求。我國在仿製國外產品中發現,製造磁力泵的材質和工藝要求是很高的。即使11~13kW的中小功率泵,其可靠性製造本錢也無法讓用戶接受。對於耐強腐蝕 、高壓、高溫的大功率泵尚屬空缺。目前磁力泵的發展極限應由HMD公司的產品來描述 :流量由1m3/h到681m3/h ,壓差由10m到500m,溫度範圍由-100℃到450℃,係統壓力從真空到400bar,原動機功率達350kW。微型泵是專門為某些部分研究開發出來的,例如激光器的冷卻 、分析儀器的供料、化學劑的補充、生物工程、冷卻循環,乃至於打印機的噴嘴等。齒輪泵與電機一體化封閉聯接 ,適用24V、36V直流電源,速度人工主動控製。最低流量為10ml/min,壓差7bar。日本Iwaki公司為電鍍、冷卻循環用的MD係列微型磁力傳動齒輪泵的流量範圍是7.5~288L/min,傳動功率1/25~1/3馬力。

2.3各種類型的泵均可改造為磁力傳動泵

離心泵是磁力泵的主導產品,磁傳動回轉位移泵雖有25年的曆史,僅近七八年在設計製造水平和大扭矩能力方麵才有廣泛的基礎。重點是磁力傳動齒輪泵與螺杆泵,最大傳動能力達400Nm,轉速3500r/min時功率為150kW 。地處美國邊界猶地州氣體動力廠,透平壓縮機的潤滑泵是常軌的外齧合齒輪泵。油泵因高壓差均勻每兩個月便過度磨損而報廢,造成壓縮機封閉。1992年改用磁傳動三螺杆泵後,一向連續運轉,不用任何維護。英國Tuthill成功地利用了它的磁傳動齒輪泵為Scottish公司的過程水係統中泵進添加劑,該泵取代了螺杆泵,符合衛生安全條例。

2.4磁力傳動壓縮機

磁力傳動的內軸承位於所密封的空間內,它用密封的介質潤滑和冷卻 。鑒於我國材料製造水平,磁力傳動在氣體輸送機械中尚未利用。加拿大Nova磁有限公司生產的超壓風機,在170bar氦氣壓力下,泄漏率小1cm3/h,軸承壽命超過10000h 。另一係列的加壓風機,自由排放流量750m3/h,在400m3/h流量時係統壓差35MPa,實現了零泄漏 。此外,磁傳動的特殊性能同樣利用於無泄漏的攪拌器、閥門等設備 。在冷凍機中的利用還未得到相關信息,筆者為實現將磁力傳動利用於冷凍壓縮機正在作探索工作,因冷凍劑特別是氟裏昂的外泄會造成嚴重的環境題目。

3 新技術、新工藝、新結構

磁力傳動技術並非隻是簡單的利用磁體的同性相斥、異性相吸感化,它是傳動技術 、材料技術、製造技術的集成。世界一流的專業生產廠,他們的產品活著界享有聲譽,乃至於我們無法仿製 ,其啟事就在如此。現在這些“老手”還在進行效率和質量的改進,減少本錢,延長兩次檢驗之間的均勻時間 。

3.1新材料、新工藝

磁性材料的選用各國基本熟悉同一,NdFeB材料工作溫度低於150℃,SmCo材料工作溫度低於250℃ ,對於微型泵可選用鋇鐵氧體。泵體材料分金屬、非金屬兩大類。金屬不鏽鋼不意味著對一切液體都是不鏽的 ,它首要用於與其兼容的過程液體 、珍貴液體、超純淨液體 。非金屬是專門為腐蝕性利用而研製的。它又分為2種情況。其一是純塑料泵,用純聚丙稀或乙烯氟化物熱塑鑄模。如英國Vanton CGM泵流量為136m3/h,揚程84m(溫度135℃),電機功率32kW。其二是襯裏泵,是目前流行的耐腐蝕泵內襯塑料的一種方法 。一般泵體可用可鍛鑄鐵製造,FEP、PP、PFA、PVDF、ETFE無縫襯裏。Magnetix新的MTA係列無密封泵與其它襯裏泵的關鍵上風是利用了它的先進PFA氟聚合物襯裏,PFA以它獨特的廣泛的耐化學劑腐蝕的能力,比ETFE,PVDF或其它非金屬材料而著名 。采用專利技術:澆鑄壓膜工藝,聯接的PFA襯裏厚而均勻,與旋轉模鑄相競爭。利用於高純度和高溫流體更為理想。ISO泵PTFE襯裏最小厚度3mm,用榫槽壓進泵殼,泵殼用硼矽玻璃製造。隔離罩是密封的關鍵部件,它的破裂會導致流體泄漏發生災難性的危害。單層金屬封罩利用範圍很廣,盡管渦流會產生熱量有能量損失,若采用高強度、高電阻材料可以限製到最小損失,如:哈氏合金C-4(2.4610)。由Taiani發明的金屬疊層隔離罩取得5國專利 ,在很多設計中已被利用,它的效率可達99%,傳動功率150馬力。單層陶瓷ZrO2(氧化鋯)隔離罩,耐苛性溶液,酸的腐蝕 ,具有高硬度和良好的滑動性能,及高的機械強度和彈性(E=2×105N/mm2) ,已用於工作壓力250bar。但陶瓷罩壁厚較大,不能塑性加工。1999年初獲得美國專利的IMO泵,新的隔離罩用碳纖維與環氧樹脂製造 ,厚度小於2.8mm ,與不鏽鋼法蘭相聯。適於操縱壓力31bar、溫度232℃,傳動扭矩407Nm,在3600r/min下功率達149kW。雙層隔離罩提供了雙保險和可供檢測的空間 。日本IWAKI MDE係列泵雙層罩由玻璃纖維加強塑料製造。AnSimag雙層環氧樹脂隔離罩磁傳動泵為造紙廠輸送氧化鋁 ,運轉2年沒有更換任何部件。隔離罩焊接是結構的薄弱點和腐蝕的敏感源 ,先進的製造方法是塑性成型,如深拉 、旋壓、延伸旋壓。軸與滑動軸承由高耐磨性SiC製造。幹運轉按慣例是無密封磁力泵的惡兆。精心的流體平衡設計,後部密封圈與葉輪孔聯合感化,平衡液體軸向推力減小葉輪的壓力。進口調整閥防止低流量時的預旋,減小湍流,保證低流量操縱。兩個燒結SiC軸承優化設計支承點,軸套中的螺旋槽幫助衝洗和潤滑軸徑,提供幹運轉30min的保證,可使操縱者有時間調整係統,恢複正常運轉,避免災難性破壞。德國ITT Richter公司的MNKA係列泵的純SiC軸承,在2900r/min下可以幹運轉1h。

3.2新技術

以最優的物理尺寸保證經濟有效地利用磁體的體積,靜磁脫開扭矩與溫度的相關性通過有限元計算和廣泛的試驗。軸向與徑向軸承由泵送介質來進行潤滑。潤滑流道提供必須的流量 。新的主動調節軸承可承受大的軸向推力和徑向力。具有超群的抗腐蝕和耐磨能力的SiC或碳石墨製造的滑動軸承,它縮裝在金屬外殼內,保證機械運轉的穩定性,即使軸肩破壞,仍保持軸承的可靠性和可維修性。另一技術是流體平衡,使軸承所受的力限製到最小 。目前內軸承的壽命可達到10000h。高溫題目:KSB熱油泵用環形冷卻器來包圍聯軸器室 ,保持磁體四周的溫度在材料最大許可溫度之下,盡管介質均勻溫度是350℃。HMD的渦流型聯軸用具有獨特的“扭矩圈”設計,擴大溫度範圍至450℃不需要冷卻。專利技術—風機主動冷卻:在各種速度範圍內磁聯軸器可主動冷卻,不需要外部冷卻係統,僅用環形氣室傳動子主動完成。完全可靠性 :在磁聯軸器上裝有摩檫圈以保護磁體;為防止幹運轉 ,流量傳感器可以安裝在用戶管線上,確定斷流或低流;國外機組隨機設備數字式功率控製監控器來確定超載條件,泄漏傳感器、<1頁

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