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磁力泵的工作原理与结构

1.磁力泵的工作原理

  磁力传动是利用磁体能吸引铁磁物质以及磁体或磁场之间有磁力作用的特性,而非铁磁物质不影响或很少影响磁力的大小,因此可以无接触地透过非磁导体(隔离套)进行动力传输。

  磁力传动可分为同步或异步设计。大多数磁力泵采用同步设计。电动机通过外部联轴器和外磁钢联在一起,叶轮和内磁钢联在一起。在外磁钢和内磁钢之间设有全密封的隔离套,将内、外磁钢完全隔开,使内磁钢处于介质之中,电机的转轴通过磁钢间磁极的吸力直接带动叶轮同步转动。

  异步设计磁性传动,也称扭矩环磁性传动。用鼠笼式结构的扭矩环来取代内磁钢,扭矩环在外磁钢的吸引下以略低的速度转动。由于无内磁钢,因此其使用温度要高于同步驱动的磁力传动。

  2.磁力泵的结构

  1)磁力耦合器

  磁力传动由磁力耦合器来完成。磁力耦合器主要包括内磁钢、外磁钢及隔离套等零部件,是磁力泵的核心部件。磁力耦合器的结构、磁路设计,及其各零部件的材料关系到磁力泵的可靠性,磁传动效率及寿命。磁力耦合器应在规定的环境条件下适用于户外启动和连续操作,不应出现脱耦和退磁现象。

  (1)内、外磁钢

  内磁钢应用粘合剂牢固地固定在导环上,并用包套将内磁钢和介质隔离。包套最小厚度应为0.4mm,其材料应选用非磁性的材料,并适用于输送的介质。

  外磁钢也应用粘合剂牢固地固定在外磁钢环上。为防止装配时外磁钢的损坏,外磁钢内表面最好也应覆以包套。

  同步磁力耦合器应选用钐钴、钕铁硼等稀土型磁性材料;扭矩环传动器可选用钐钴、钕铁硼等稀土磁性材料,或铝镍钴磁性材料。钕铁硼的磁能积高于钐钴,缺点是使用温度仅为120℃,且磁稳定性相对较差。钐钴的磁传动效率和磁能积高,并具有极强的抗退磁能力。用于磁力泵的钐钴通常有两种,钐钴1.5级Sm1Co5和2.17级Sm2Co17。钐钴1.5级含钐35%,钴65%,最高使用温度250 ℃,居里温度523℃;钐钴 2.17级含钐25%,钴50%,钛、 铁等 25%,其最高使用温度达350 ℃,居里温度750℃。

  (2)隔离套

  隔离套也称隔离罩或密封套,位于内、外磁钢之间,将内、外磁钢完全隔开,介质封闭在隔离套内。隔离套的厚度与工作压力和使用温度有关,太厚,则增加内、外磁钢的间隙尺寸,从而影响磁传动效率;太薄,则影响强度。

  隔离套有金属和非金属两种,金属隔离套存在涡流损失,非金属隔离套无涡流损失。金属隔离套应选用高电阻率的材料,如用哈氏合金、钛合金等,也可选用奥氏体不锈钢,其厚度一般应大于或等于1.0mm。对于小功率的磁力泵,且使用温度较低时,其隔离套也可考虑采用非金属材料,如塑料或陶瓷等。

  2)滑动轴承

  (1)碳化硅陶瓷

  磁力泵一般采用碳化硅陶瓷轴承。为防止游离的硅离子进入介质,一般应要求采用纯烧结的α级碳化硅。碳化硅滑动轴承,承载能力高,且具有极强的耐冲蚀、耐化学腐蚀、耐磨损和良好的耐热性,使用温度可达500℃以上。碳化硅滑动轴承的使用寿命一般可达3年以上。

  (2)石墨

  石墨具有较好的自润滑性能,可经受短时间的干运行,使用温度可达450℃,缺点是耐磨性能较差。石墨滑动轴承的使用寿命一般可达1年以上。

  3.泵保护系统

  (1)轴承状态监测器

  如果用户需要,一些国际知名厂商可配置非接触式的轴承状态监测器,用于防止轴承磨损失效、联轴器的脱耦、转子卡住,及功率系统故障等。

  (2)电机功率监控器

  电机功率监控器通过监测电机功率,来避免发生低流量或干运转。

  (3)温度探头

  用温度探头(RTD)来监测隔离套的温度,以反映泵在操作中状态的变化。可防止泵的干运转、内外轴承磨损、严重汽蚀、闷泵、泵卡住、以及系统过热等。

  (4)差压开关

  用差压开关来监测泵出口的压力变化,可防止泵的干运转、严重汽蚀、闷泵、泵卡住等。尤其适用于容器卸空/槽车卸载等。

  (5)第二层保护

  a.承压密闭的磁耦合箱体

  隔离套外为磁耦合箱体,如图1的虚线部分。对于高系统压力下输送某些剧毒或易燃化学品时,该箱体应为承压密闭容器,其设计和试验压力值和泵的液力端相同;且泵外轴和磁耦合箱体之间应设节流衬套和机械密封(俗称二次密封)。

  b.双隔离套结构

  (6)液体泄漏探头

  对于采用第二层保护的磁力泵,应设置液体泄漏探头。对于承压密闭的磁耦合箱体结构的磁力泵,当隔离套破裂,或由于其它原因有液体进入磁耦合箱体时,探头就会报警;对于双隔离套结构的磁力泵,当内隔离套破裂,或由于其它原因有液体进入内外隔离套之间的腔体时,探头就会报警。


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