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2025第十一屆中國國際機電產(chǎn)品交易會暨先進制造業(yè)博覽會

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磁力泵發(fā)展概述

2011年04月01日 09:29:49人氣：2201來源：上海奧豐泵閥制造有限公司

簡要介紹了磁力泵的結(jié)構(gòu)、工作原理，分析了磁力泵在設(shè)計、可靠性等方面的關(guān)鍵技術(shù)，如滑動軸承問題、軸向力平衡、冷卻循環(huán)系統(tǒng)，隔離套等，概述了磁力泵的發(fā)展趨勢。

目前，化工泵的軸封多采用機械密封，盡管對機械密封的結(jié)構(gòu)，材料作了多次改進，仍然很難做到軸封點滴不漏般有從根本上杜絕漏的問題，石油化工行業(yè)由于泵的泄露，大量有害介質(zhì)外流。造成浪費，污染環(huán)境，危害人類生存。普通離心泵的運行壽命大多是因軸承壽命短而下降，對實現(xiàn)無泄露車間帶來很大困難。相比之下，磁力泵可以大大減輕或消除這種事故的危害。

磁傳動密封傳動技術(shù)是近十年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，他開拓了動密封傳動技術(shù)的一個新領(lǐng)域，是應(yīng)用與真空系統(tǒng)和輸送劇毒、易燃、易爆、腐蝕、貴重介質(zhì)的*密封傳動的可靠方式，是解決石油化工泵跑、冒、滴、漏等老大難問題的有效措施，該技術(shù)具有*不漏的*優(yōu)點，對國民經(jīng)濟和保護環(huán)境都有十分重要的意義。

1磁力泵結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1磁力泵的結(jié)構(gòu)

磁力泵主要由泵頭、磁力驅(qū)動裝置和其它零部件組成。泵頭部分主要由葉輪、泵體、滑動軸承、軸套、泵蓋、泵軸等零件組成；磁力驅(qū)動裝置部分主要由內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、外磁轉(zhuǎn)子、隔離套等部件組成；其它零部件主要包括托架、底座、電機、中間軸承體和聯(lián)軸器等部件組成，磁力泵結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2磁力泵的工作原理

磁力泵的工作原理是；原動機帶動外磁鋼轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由于磁場的作用內(nèi)磁鋼轉(zhuǎn)子則同步旋轉(zhuǎn)，因為葉輪和內(nèi)磁鋼轉(zhuǎn)子同軸而一起旋轉(zhuǎn)輸送液體。內(nèi)磁鋼轉(zhuǎn)子與外磁鋼轉(zhuǎn)子之間有隔離套，隔離套與內(nèi)磁鋼轉(zhuǎn)子之間形成一個封閉腔，有部分液體由于壓力差的原理，流向封閉腔對內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子進行冷卻后而流入葉輪進口，而無一般泵的軸封問題，所以磁力泵是一種無泄露泵，由于它*杜絕液體的泄露，故可以應(yīng)用在化工行業(yè)用來輸送強腐蝕、有毒、易燃和貴重液體，磁力泵傳動原理如圖2所示。

1.3磁力驅(qū)動泵裝置的工作原理

在電機軸上裝有一個圓筒形的外磁轉(zhuǎn)子，在其內(nèi)側(cè)圓柱面上均勻密排著N.s極相間排列的外磁塊。外磁轉(zhuǎn)子內(nèi)有隔離套及內(nèi)磁轉(zhuǎn)子，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的圓柱外表面上同樣均勻密排著N.S極相間排列的內(nèi)磁塊。將n對磁體（n為偶數(shù)）按規(guī)律排列組裝在磁力傳動器的內(nèi)、外磁鋼轉(zhuǎn)子上，使磁體部分相互組成完整耦臺的磁力系統(tǒng)。磁力傳動密封泵是通過永磁傳動器件來實現(xiàn)動力的傳遞，因此永磁傳動可以透過密封隔壁來進行動力的傳遞。磁力泵的結(jié)構(gòu)特點是將動密封轉(zhuǎn)變?yōu)殪o密封。從傳動結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了全密封傳動，這種結(jié)構(gòu)的泵在工作和靜止的任何狀態(tài)下都沒有泄露，具有任何其它機械泵所*的優(yōu)點。磁塊排列如圖3所示。

2磁力泵的關(guān)鍵技術(shù)

2.1滑動軸承問題

滑動軸承是影響泵使用壽命的關(guān)鍵部件，合理選材和設(shè)計至關(guān)重要。目前國產(chǎn)磁力泵存在的zui突出的問題之一是滑動軸承壽命太短，一方面材料不過關(guān)，另一方面是滑動軸承受力較大且冷卻方式不合理，變形異常。因為泵轉(zhuǎn)速高，滑動軸承又是直接運行在有一定雜質(zhì)的腐蝕性介質(zhì)中，所以它必須有很好的耐腐蝕性，耐摩擦和自潤滑性。

（1）滑動軸承材料的選擇

泵的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子體是由滑動軸承支撐，滑動軸承由潤滑性很差的輸送介質(zhì)柬潤滑，因此滑動軸承應(yīng)采用耐磨性和自潤滑性良好的材料制作，常用的軸承材料有四大類，金屬材料、粉末冶金材料、非金屬材料以及陶瓷軸承。如碳化硅、氧化鋁、碳填充PTFE、浸漬石墨、碳化纖維、氮化硅、SF材料等。為防止固體顆粒進入軸承內(nèi)，在葉輪背面裝有碳化硅制造的摩擦圈（口環(huán)），它比鎳臺金、鈦鋼有更好的耐磨能力，且材料表面光滑，有低的摩擦系數(shù)。

（2）軸承間隙選擇

軸承間隙是滑動軸承的一個重要技術(shù)參數(shù)。如果間隙選的過小會給裝配帶來困難，同時由于間隙小運轉(zhuǎn)時容易熱脹、抱軸或摩檫負(fù)荷大，影響效率；如果間隙選的過大會加速軸承的磨損、振動，會影響泵正常運轉(zhuǎn)。所以軸承的配合間隙必須選擇合理、適中。軸承間隙可按F式取值，即V=A／d

式中△-軸承間隙；

d-軸頸直徑；

ψ-滑動軸承的相對間隙，通常取甲0.0015～0.0025。

2.2冷卻循環(huán)系統(tǒng)

磁力泵本身輸送的介質(zhì)可以作為循環(huán)冷卻液帶走隔離套、內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子、前后推力盤和前后滑動軸承等部件的熱量，同時.也對前后推力盤、前后滑動軸承起潤滑作用。

2.2.1高溫的產(chǎn)生

當(dāng)電機帶動外磁鋼旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)磁鋼也同步旋轉(zhuǎn)而隔離套在交變磁場的作用下，按照電磁感應(yīng)原理會產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在隔離套內(nèi)自行閉合.形成渦流。渦流磁場方向與磁傳動器磁場方向相反，產(chǎn)生反力矩。同時，按照焦耳.楞茨定律，渦流在隔離套中會產(chǎn)生大量的熱。這就是磁力泵發(fā)熱的主要原因，同時，屏蔽電機的繞組有銅損、磁損引起的發(fā)熱，前后滑動軸承以及推力盤承受載荷引起發(fā)熱。磁力泵的發(fā)熱造成相當(dāng)大的功率損失，使傳動效率大幅度下降。如果發(fā)熱造成的熱量得不到及時而充分的冷卻使溫升超過允許值時，磁傳動器就可能因高溫退磁失效，甚至造成其它故障。

2.2.2磁力泵循環(huán)方式設(shè)計

磁力泵中大多都有～套冷卻循環(huán)系統(tǒng)，潤滑冷卻液流的供給方式分為兩種。（1）內(nèi)循環(huán)方式在泵前滑動軸承座處設(shè)有循環(huán)孔，由于壓力差的原理，有部分工作液體經(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，回到泵的吸入口。另有一小部分經(jīng)過滑動軸承的端面，再經(jīng)滑動軸承的潤滑油槽后，回到泵的吸入口。完成對滑動軸承的潤滑和冷卻以及對隔離套、內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子進行冷卻。

（2）外循環(huán)方式在泵的出口高壓區(qū)引出工作液體，其高壓流體經(jīng)外部的冷卻、過濾等輔助設(shè)備后，再進入泵內(nèi)，完成對滑動軸承的潤滑和冷卻以及對隔離套、內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子進行冷卻州。

2.23循環(huán)液流量的設(shè)計

根據(jù)磁力泵內(nèi)外磁鋼及前后滑動軸承、推力盤的功率消耗和循環(huán)液的允許溫升，即可確定出循環(huán)液的流量。此通路設(shè)計小了達不到冷卻目的，大了降低泵的效率，通常認(rèn)為循環(huán)流量約為泵流量的1％，5％。對小流量磁力泵來說，5％的泵流量作為循環(huán)液是不夠的。理論上可按下式計算：

q=k1+k2+k3+k4/PCΔT

式中：Q-循環(huán)液流量，m3／h：

K1-內(nèi)外磁鋼產(chǎn)生的熱量，kJ／h；

K2-前后導(dǎo)軸承產(chǎn)生的熱量，kJ／h；

K3-前后推力盤產(chǎn)生的熱量，kJ／h：

K4-其它阻力元件上產(chǎn)生的熱量，ld／h；

p-循環(huán)液的密度，kg／m3；

c-循環(huán)液的比熱，kJ／kg.℃

△T-循環(huán)液的溫升，℃。

循環(huán)液溫升一般s3～5"C，建議流量不得小于表1的規(guī)定。

表1磁力泵循環(huán)液流量

2.3軸向力平衡

2.3.1軸向力的產(chǎn)生

軸向力的產(chǎn)生主要由以下幾部分組成：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)的泵入口壓力作用在推力承端面上的軸向力。以上軸向力作用的結(jié)果，就產(chǎn)生了一個作用在整個轉(zhuǎn)子部件上，

指向泵入口，非常大的軸向力，從而造成轉(zhuǎn)子的軸向力不平衡，而推力軸承沒有能力承受這么大的軸向力。在軸向力的作用下，推力盤會很快磨損，導(dǎo)致泵不能工作。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。多年經(jīng)驗表明，磁力泵的壽命與軸向力是否平衡有直接的關(guān)系。因此，

如何平衡磁力泵轉(zhuǎn)子的軸向力是磁力泵設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.3.2軸向力的平衡方法

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中首先應(yīng)考慮盡可能使軸向力平衡的問題，采取各種措施，如臺理選取葉輪前、后密封口環(huán)和葉輪平衡孔大小及位置；回流孔的暢通和防堵塞問題：空腔內(nèi)的壓力平衡和泄漏問題；各零部件的加工精度、結(jié)構(gòu)形狀以及內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子的相對位置對準(zhǔn)等，將軸向力降低到zui小或達到平衡。

2.3.3軸向力的計算

（1）葉輪兩側(cè)壓著引起的作用力

式ρ-介質(zhì)的密度，kg／m

r-磁鋼公稱半徑，m

P1-水泵進口壓力，mH20

ω-轉(zhuǎn)子角速度，rad／s

HP-水泵葉輪外徑處的靜壓力，mH20

Dh-葉輪后口環(huán)內(nèi)徑，m

Dq-葉輪前口環(huán)內(nèi)徑，in

D0-葉輪進口直徑，m

D2-葉輪直徑，m

式（I）中，等號右邊*項為前后蓋板壓力差，第二項為葉輪前口環(huán)端面壓力，第三項為進口壓力。

（2）內(nèi)磁鋼右端面受力F2

內(nèi)磁鋼左端面受力為軸套外徑之處至內(nèi)磁鋼外徑D6處的圓環(huán)面積所受壓力

式中d2-軸套外徑，“

P11-主軸右端壓力，mH20

（3）動反力F3

式中Q-理論流量，m3／s

Vm0-葉輪來流的軸面速度，m/s

vm3-葉輪出流的軸面速度，m/s

φ-％3的速度矢量與水平軸心線的夾角，離心泵為90。

（4）主軸右端回流孔所受壓力以及葉輪后蓋板如到Dh圓環(huán)出所受壓力F4

式中do-主軸中心孔直徑，m故轉(zhuǎn)子的合力為：

F=F2+F2+F3+F4

2.4隔離套

隔離套是磁力驅(qū)動密封裝置中的一個重要組件，也稱密封套，它位于內(nèi)、外磁鋼之間，將內(nèi)、外磁鋼*隔開，介質(zhì)封閉在隔離套內(nèi)。是使內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)工作過程中互不干預(yù)、無接觸、無摩擦、相互封閉和隔離密封的元件，它由壓緊法蘭、密封墊、螺栓等組成。高壓介質(zhì)的密封*由隔離套所承擔(dān)，因此設(shè)計時應(yīng)滿足兩點要求：一是承受壓力時其變形量不應(yīng)超過設(shè)計的要求；二是要盡可能減少金屬隔離套在交變磁場作用下產(chǎn)生的渦流損失以提高磁驅(qū)動的工作效率。因此，隔離套應(yīng)選用電阻率大，機械強度高，耐腐蝕性好的非導(dǎo)磁性材料制作。隔離套有金屬隔離套和非金屬隔離套，非金屬材料沒有渦流損失所以隔離套采用非金屬材料可提高傳動效率，隔離套‘尋期使用過塑料和陶瓷，當(dāng)壓力溫度超過非金屬隔離套使用*，應(yīng)采用金屬隔離套。磁力泵由于有壓力要求.隔離套大都采用金屬材料，且應(yīng)采用*非磁性材料，其厚度與泵的工作壓力、轉(zhuǎn)子徑向尺寸有關(guān)。太厚，增加內(nèi)、外磁鋼的間隙尺寸，從而影響磁傳動效率，

太薄則強度受到限制。例如隔離套的單面厚為0.6-2.5mm，則磁力泵外磁鋼與隔離套間隙為0.5～1.5mm，內(nèi)磁鋼與隔離套間隙為1～2.5mm。這些設(shè)計旨在保證泵可靠工作的基礎(chǔ)上，盡可能提高泵的效率。

3發(fā)展趨勢

從國內(nèi)外磁力泵的發(fā)展情況看，目前的發(fā)展趨勢是由小功率向大功率方向發(fā)展，生產(chǎn)耐高溫強腐蝕的重型化、系列化的磁力泵勢在必行。大型磁力泵要著力解決壽命、、安全可靠等技術(shù)難題。在使用的技術(shù)要求以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)在質(zhì)量、工藝性能等方面也越來越高。一些資料分析表明，磁力泵應(yīng)用的范圍將會越來越廣，它與常規(guī)的工業(yè)用機械泵相比優(yōu)勢明顯.將會在泵業(yè)發(fā)展*起到更加重要的作用。

4結(jié)論

磁力泵采用磁力傳動，實現(xiàn)力矩的無接觸傳遞，具有零泄露的*動密封性能，*地解決了長期以來在這些工業(yè)領(lǐng)域中輸送液體所存在的跑、冒、滴、漏等問題。有利于環(huán)境的保護，而且磁力泵結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、易于維修、運轉(zhuǎn)可靠，既減輕了操作者的勞動強度，同時也降低了使用成本。雖然磁力泵有無泄漏等優(yōu)點得到用戶認(rèn)可，但仍有以下問題影響它的進一步發(fā)展，磁力泵的效率比較低，軸承壽命短，價格較高等問題。我們應(yīng)該努力提高泵的可靠性和泵的效率，降低泵的生產(chǎn)成本，以提高傳動功率和適用條件。磁力泵是一種技術(shù)含量高，經(jīng)濟效益好，.應(yīng)用范圍大，需求量逐漸擴大的產(chǎn)品。因此要對磁力泵不斷改型和更新，把高科技應(yīng)用在電泵上，使之更具有競爭力。磁力泵的推廣和應(yīng)用，既為工廠帶來了經(jīng)濟效益，同時也保護了環(huán)境，帶來了社會效益。

關(guān)鍵詞：滑動軸承聯(lián)軸器陶瓷軸承電阻率

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