化工泵磁力耦合傳動(dòng)的設(shè)計(jì)研究

陳瑜

摘 要：國(guó)內(nèi)石油化工領(lǐng)域中化工泵的應(yīng)用趨于廣泛，但其泄漏問(wèn)題一直是工程界關(guān)注的重點(diǎn)，采用磁力耦合傳動(dòng)設(shè)計(jì)的化工泵可有效防止化工泵的泄漏問(wèn)題。文章在對(duì)化工泵設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與原理深入理解分析的基礎(chǔ)上，探討了磁性材料與磁鋼形式的選型方法，以其不斷優(yōu)化化工泵應(yīng)用性能。

關(guān)鍵詞：化工泵；磁力耦合；傳動(dòng)；設(shè)計(jì)

引言

伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)已提升至一個(gè)新的層次，石油化工行業(yè)完善的工業(yè)體系已初步形成，促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速穩(wěn)定發(fā)展。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)科技發(fā)展水平不斷提升，化工泵作為該行業(yè)重要的動(dòng)力裝置，已基本上實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，也是國(guó)內(nèi)石化行業(yè)高速發(fā)展的重要標(biāo)志。石油化工行業(yè)由于生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，化工泵的設(shè)計(jì)上的漏洞也將導(dǎo)致軸封腔及軸封裝置的泄漏問(wèn)題，既影響化工泵正常工作，而且隨之引發(fā)的重大安全事故也會(huì)造成巨大損失。化工泵的磁力耦合設(shè)計(jì)是評(píng)估其傳動(dòng)性能以及防泄漏性能的重要方面，因此，需重點(diǎn)做好化工泵磁力耦合傳動(dòng)的設(shè)計(jì)研究工作，以不斷優(yōu)化化工泵工作性能。

1 化工泵設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與原理

化工泵廣泛應(yīng)用于石油化工、紡織、冶金行業(yè)及電站建設(shè)中，化工泵的一般組成結(jié)構(gòu)，組成上包括電機(jī)、葉輪、密封裝置以及泵體等，在結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)：首先，在化工泵的設(shè)計(jì)中采用了計(jì)算流體力學(xué)模擬分析方法，保障了泵體高效的水力形線，因而化工泵具有高效節(jié)能的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；其次，其軸封腔采用靜密封結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)化的靜噪聲設(shè)計(jì)方法，具有優(yōu)良的抗污染及靜音性能；再次，泵體采用管道式設(shè)計(jì)工藝，安裝維護(hù)均較便捷；最后，泵體采用的雙節(jié)流環(huán)平衡法有效地保障了軸向力的平衡效果，能夠顯著降低電機(jī)故障率，且平衡精度較高，有效地提升了化工泵運(yùn)行可靠性。

化工泵體材料不同，其應(yīng)用領(lǐng)域也有所差異。不銹鋼材質(zhì)用于堿性腐蝕介質(zhì)的輸送，氟塑料材質(zhì)可輸送大多數(shù)酸堿腐蝕性介質(zhì)，鑄鐵材質(zhì)主要用于城市給排水及清水介質(zhì)的輸送。依據(jù)化工泵的應(yīng)用用途，可分為工藝流程泵（循環(huán)泵、排污泵、輸出泵等）、公用工程泵（鍋爐用泵、消防用泵等）、輔助用途泵（潤(rùn)滑油泵、液壓傳動(dòng)用泵等）、管路輸送泵（輸油管線用泵等）等類(lèi)型；依據(jù)輸送介質(zhì)，可分為水泵（給水泵、凝水泵等）、耐腐蝕泵（屏蔽泵、不銹鋼泵以及隔膜泵等）、雜質(zhì)泵（污水泵、灰渣泵等）以及油泵等；依據(jù)泵體結(jié)構(gòu)及工作原理，化工泵包括葉片泵（泵軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)葉片力量提供液體軸向力完成液體的輸送，如離心泵、軸流泵等）、容積式泵（泵缸容積周期性變化完成液體的輸送過(guò)程，如活塞泵、螺桿泵等）以及其他類(lèi)型泵（包括電磁力作用下的電磁泵、借助流體能量輸送液體的噴射泵等）。其中，HC型磁力耦合傳動(dòng)化工泵結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示，泵體無(wú)軸封部件，組成上包括泵體、磁力傳動(dòng)器及電機(jī)等主要部件，磁力傳動(dòng)器包括內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子以及不導(dǎo)磁隔離套，磁力線的耦合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了力矩的非接觸傳遞，且泵體不存在動(dòng)密封泄漏點(diǎn)，通過(guò)靜密封作用實(shí)現(xiàn)泵體結(jié)構(gòu)的全封閉，防止介質(zhì)泄漏。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)化工泵發(fā)展勢(shì)頭較好，但相較于國(guó)際先進(jìn)水平還有一定的差距。為獲得化工泵長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，需對(duì)其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步調(diào)整及優(yōu)化，在保持傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，加大科技及創(chuàng)新研發(fā)的投入力度，推動(dòng)化工泵產(chǎn)品向結(jié)構(gòu)及性能不斷優(yōu)化的方向發(fā)展。

2 磁性材料的選擇與磁鋼形式

2.1 磁性材料的選擇

磁力耦合傳動(dòng)化工泵其磁性材料的選型與制造直接關(guān)系到磁力耦合器性能的優(yōu)劣，影響化工泵與電機(jī)的平穩(wěn)、同步運(yùn)轉(zhuǎn)性能。目前應(yīng)用廣泛的磁性材料包括兩大方面：陶瓷型與金屬型。前者包括三類(lèi)：鐵氧體、釹鐵硼鐵硼以及金屬型有稀釷等，其中，稀土類(lèi)磁性材料價(jià)格最高，但其磁性能也較高，而鐵氧體類(lèi)一般適用于小功率泵，其價(jià)格及磁性能均較低，釹鐵硼作為一類(lèi)新型永磁材料近年來(lái)也逐漸引起關(guān)注，其具有較為穩(wěn)定的磁性能，且價(jià)格較低，所制造的磁力耦合器具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，且不易退磁。永磁材料的磁性能對(duì)比見(jiàn)下表1所示：

2.2 磁鋼形式

磁鋼的形式包括兩大類(lèi)：筒形及圓盤(pán)形，筒形結(jié)構(gòu)磁力耦合器其永久磁條為瓦狀，鑲嵌于內(nèi)外筒體內(nèi)外筒體磁條數(shù)量相等且磁條表面以凹凸面區(qū)分N/S極，依靠徑向力相互吸引，磁極以成對(duì)方式出現(xiàn)，輻射方向?yàn)橹睆椒较颍⒗脙?nèi)外表面表面異性磁流相吸實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)。在同等磁路設(shè)計(jì)參數(shù)下，筒形磁鋼可獲得單位面積上最優(yōu)的磁轉(zhuǎn)矩，閉合回路的磁力線可保證內(nèi)外磁鋼的相互吸力。圓盤(pán)形磁力耦合器依靠軸向磁吸力實(shí)現(xiàn)兩磁盤(pán)端面的相互吸引，因此需額外增設(shè)軸向力平衡裝置，以避免較大軸向力對(duì)泵體運(yùn)轉(zhuǎn)性能的影響。通常筒形磁鋼在磁力耦合器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中較為常見(jiàn)。

2.3 磁鋼力矩的計(jì)算

非均勻磁場(chǎng)中以磁場(chǎng)動(dòng)量及能量變化衡量磁場(chǎng)的力學(xué)性能，由于力矩的傳遞會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)分布的變化，而工程設(shè)計(jì)中由于外界溫度條件等因素對(duì)于磁場(chǎng)分布的影響較大，因此在磁鋼力矩的設(shè)計(jì)中，需綜合考慮各類(lèi)影響因素以保證其計(jì)算的精確性。

磁力矩計(jì)算公式：M=nRF=nRSB2/2？滋0

在磁力矩的計(jì)算中，需已知磁極數(shù)、吸力作用點(diǎn)距軸距離、磁鋼吸力、氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度、真空磁導(dǎo)率以及磁極面積等。在磁鋼力矩計(jì)算中，需依據(jù)化工泵磁性材料的性能進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析，評(píng)估誤差。

3 結(jié)束語(yǔ)

化工泵的設(shè)計(jì)上的漏洞將導(dǎo)致軸封腔及軸封裝置的泄漏問(wèn)題，既影響化工泵正常工作，而且隨之引發(fā)的重大安全事故也會(huì)造成巨大損失。而化工泵的磁力耦合設(shè)計(jì)是評(píng)估其傳動(dòng)性能防泄漏性能的重要方面，HC型磁力耦合傳動(dòng)化工泵結(jié)構(gòu)通過(guò)靜密封作用實(shí)現(xiàn)泵體結(jié)構(gòu)的全封閉，可有效防止介質(zhì)泄漏，實(shí)際應(yīng)用中，需合理進(jìn)行磁性材料與磁鋼形式的選型，以保障其應(yīng)用性能。

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