無(wú)泄漏泵的選擇與應(yīng)用
磁力泵和屏蔽泵均屬于無(wú)泄漏泵，在結(jié)構(gòu)上只有靜密封，沒(méi)有動(dòng)密封的存在，因此在輸送易燃、易爆或毒性液體等介質(zhì)時(shí)可防止泄漏，在石油化工裝置上應(yīng)用廣泛。結(jié)構(gòu)形式的不同決定了兩者在適用性上存在著較多差異。筆者闡述了如何從兩種泵型的結(jié)構(gòu)差異性方面進(jìn)行比較，以便在實(shí)際工作中確保無(wú)泄漏的前提下，合理選用實(shí)用性強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)性高的泵型。
1 磁力泵結(jié)構(gòu)形式和工作原理
磁力泵由泵頭、磁力耦合器、軸承架、軸承體、滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承及電動(dòng)機(jī)等構(gòu)成。關(guān)鍵部件磁力耦合器由外磁驅(qū)動(dòng)單元、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元以及無(wú)導(dǎo)磁的隔離套組成。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)外磁驅(qū)動(dòng)單元旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)能穿透空氣隙和非磁性物質(zhì)，帶動(dòng)與葉輪相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元做同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的無(wú)接觸傳遞。磁力泵的葉輪安裝在泵軸與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元的共用軸上，介質(zhì)充滿泵腔和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元，介質(zhì)在隔離套與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元腔體內(nèi)循環(huán)，帶走磁渦流產(chǎn)生的熱量，同時(shí)潤(rùn)滑軸承。
由于不存在機(jī)械密封，內(nèi)部接觸介質(zhì)的零件被泵體、泵蓋及隔離套等完全封閉，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)泄漏。
2 屏蔽泵結(jié)構(gòu)形式和工作原理
屏蔽泵主要由泵頭、屏蔽電機(jī)、轉(zhuǎn)子組件、軸承體及滑動(dòng)軸承等構(gòu)成。葉輪安裝在屏蔽電機(jī)軸上，介質(zhì)充滿泵腔和電機(jī)轉(zhuǎn)子腔，電機(jī)定子腔內(nèi)壁及轉(zhuǎn)子鐵芯均襯有屏蔽套，高壓內(nèi)循環(huán)介質(zhì)流經(jīng)轉(zhuǎn)子腔，帶走電機(jī)產(chǎn)生的熱量，同時(shí)潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，因所有的轉(zhuǎn)子零部件都在靜密封的密閉單元內(nèi)旋轉(zhuǎn)，不存在機(jī)械密封，從而避免介質(zhì)的泄漏。
3 磁力泵和屏蔽泵的差異性
3.1 流量和揚(yáng)程范圍
受磁力耦合器功率的影響，磁力泵在輸送大流量時(shí)難以勝任，同時(shí)也僅限于介質(zhì)密度相對(duì)較小的情況。而屏蔽泵可以通過(guò)改變泵頭部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行軸向力平衡設(shè)計(jì)，還可以通過(guò)大規(guī)格轉(zhuǎn)子前后的壓差平衡軸向力，大規(guī)格轉(zhuǎn)子腔同時(shí)也具備增設(shè)輔助平衡機(jī)構(gòu)(如平衡輪、平衡盤(pán))的條件，因此易實(shí)現(xiàn)較大流量的輸送。
磁力泵揚(yáng)程受限于磁力耦合器的最大功率和隔離套的承壓能力，最高只能達(dá)到900m，而屏蔽泵目前揚(yáng)程可達(dá)到2000m。
3.2 電極功率檔和功率范圍
磁力耦合器的標(biāo)準(zhǔn)化程度很高，采用的電機(jī)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可選擇的電機(jī)功率檔很多;而屏蔽電機(jī)一般憑借屏蔽泵生產(chǎn)廠家多年累積的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，電機(jī)功率分檔較大，會(huì)產(chǎn)生在選型時(shí)接近臨界功率檔的情況。
另外，對(duì)于出口的泵而言，有些國(guó)家對(duì)電氣防爆證的取證機(jī)構(gòu)要求較苛刻。對(duì)于屏蔽泵，因上述非標(biāo)準(zhǔn)化原因不僅會(huì)增加生產(chǎn)周期，反復(fù)的取證工作也會(huì)耗費(fèi)大量的成本，加之近年來(lái)對(duì)于電機(jī)進(jìn)線口的要求較多，屏蔽泵的標(biāo)準(zhǔn)接線盒進(jìn)線口及配置的進(jìn)線口引入裝置均為公司標(biāo)準(zhǔn)，面對(duì)客戶對(duì)于進(jìn)線口或鋼管布線進(jìn)線、或壓盤(pán)式、或鎧裝電纜進(jìn)線式等多變的要求，會(huì)增加成本、延長(zhǎng)交貨周期。
3.3 適用溫度
當(dāng)介質(zhì)溫度超過(guò)100°C時(shí)，由于電機(jī)絕緣等級(jí)的要求，屏蔽泵需使用高溫泵型，或使用帶水套電機(jī)(造成成本增加)，磁力泵在接近220°C時(shí)，仍可選用常規(guī)泵結(jié)構(gòu)。然而當(dāng)溫度超過(guò)300°C時(shí)，已接近永磁體的極限溫度(350°C)，此時(shí)高溫屏蔽泵成為首選。
對(duì)于低溫泵，一般介質(zhì)在較高壓力下才能轉(zhuǎn)化為液態(tài)，而高承壓能力的要求會(huì)制約磁力泵的應(yīng)用;此外，低溫介質(zhì)的汽化壓力隨溫度變化較為敏感，磁力泵較屏蔽泵可調(diào)整的內(nèi)部空間較小，因此在介質(zhì)的適用溫度上，屏蔽泵占有較多的選擇優(yōu)勢(shì)。
3.4 承壓能力
屏蔽泵的基本設(shè)計(jì)為二次密封和二次控制，無(wú)泄漏相對(duì)安全性比磁力泵高出很多。屏蔽泵的定子屏蔽套外直接與電機(jī)定子鐵芯相接，定子鐵芯很厚，使得屏蔽泵的承壓等級(jí)可以高達(dá)10MPa以上，而磁力泵因隔離套懸浮于內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元與外磁驅(qū)動(dòng)單元之間，其承壓能力受限于自身厚度和封頭結(jié)構(gòu)，承壓能力一般為4MPa，如單純通過(guò)增加隔離套厚度以增大承壓能力時(shí)，會(huì)造成磁渦流損失增加，導(dǎo)致磁力耦合器效率下降，造成磁力泵整機(jī)效率下降。
3.5 介質(zhì)性質(zhì)
磁力泵中使用永磁磁塊，輸送的介質(zhì)中不允許有鐵磁性物料的存在，否則微小顆粒集聚在磁塊周圍，將堵塞內(nèi)循環(huán)通道，致使軸向力破壞，也會(huì)導(dǎo)致磁渦流熱量無(wú)法排散，嚴(yán)重時(shí)可造成磁塊燒毀退磁，造成滑動(dòng)軸承干磨碎裂。
對(duì)于粘度較高的介質(zhì)，屏蔽泵轉(zhuǎn)子較磁力泵長(zhǎng)，在平衡軸向力方面有優(yōu)勢(shì);但對(duì)于粘度較小的介質(zhì)，屏蔽泵轉(zhuǎn)動(dòng)部件相對(duì)磁力泵內(nèi)磁轉(zhuǎn)動(dòng)單元較重，不易形成滑動(dòng)軸承的液膜。對(duì)于大型屏蔽泵而言，必須做成立式結(jié)構(gòu)，在介質(zhì)粘度允許范圍內(nèi)，磁力泵仍可采用臥式結(jié)構(gòu)，相對(duì)簡(jiǎn)單。
3.6 危害介質(zhì)的輸送
對(duì)于氰化氫、環(huán)氧乙烷及液氯等具有劇毒或易燃易爆的危害介質(zhì)，屏蔽泵應(yīng)為首選，因?yàn)槠帘伪玫幕窘Y(jié)構(gòu)都是二次密封，電機(jī)外殼可以實(shí)現(xiàn)二次保護(hù)(如果屏蔽套破損介質(zhì)不會(huì)直接漏到大氣中去)，并且采用多種監(jiān)控設(shè)備加以保護(hù)，如使用電機(jī)壓力監(jiān)控、雙層定子屏蔽套的內(nèi)部監(jiān)控、電機(jī)部分采用完全焊接式結(jié)構(gòu)等。歡迎關(guān)注泵友圈微信公眾號(hào)。而磁力泵多為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，以適應(yīng)普通離心泵外形安裝尺寸，如增加二次密封，由于需要改變驅(qū)動(dòng)單元滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式，使用稀油潤(rùn)滑，會(huì)增加成本。
3.7 材料選擇和占地空間
無(wú)泄漏泵常用的特殊材料有哈氏合金、904L、20合金以及K合金等。因磁力泵過(guò)流部件比屏蔽泵少，整機(jī)材料成本比較低，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，宜首選磁力泵。
磁力泵帶有外部電機(jī)，需占據(jù)較大空間，若現(xiàn)場(chǎng)空間受限，宜選用結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間較小的屏蔽泵。
3.8 振動(dòng)和噪聲要求
對(duì)于振動(dòng)和噪聲要求嚴(yán)苛的環(huán)境應(yīng)優(yōu)先選擇屏蔽泵，因?yàn)槠帘伪脽o(wú)電機(jī)風(fēng)扇，噪聲水平相對(duì)較低。磁力泵噪聲主要來(lái)自電機(jī)風(fēng)扇，且磁力泵一般由電機(jī)軸、磁力耦合器驅(qū)動(dòng)軸和泵軸構(gòu)成傳動(dòng)軸系，對(duì)中要求較高，其振動(dòng)相對(duì)于屏蔽泵也會(huì)略大。
3.9 設(shè)備安裝和現(xiàn)場(chǎng)可維護(hù)性
磁力泵須對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行對(duì)中找正，而屏蔽泵因自身為一體化設(shè)計(jì)，直接安裝即可達(dá)到要求，相對(duì)較為容易。
磁力泵除非損壞零部件造成軸向力影響外，一般出現(xiàn)問(wèn)題均可現(xiàn)場(chǎng)處理更換，包括驅(qū)動(dòng)單元的組件。而屏蔽泵現(xiàn)場(chǎng)可更換的零件較少，尤其當(dāng)屏蔽電機(jī)發(fā)生問(wèn)題時(shí)，一般現(xiàn)場(chǎng)不具備條件，需返廠維修，對(duì)生產(chǎn)造成一定影響。
4 結(jié)束語(yǔ)
屏蔽泵因內(nèi)部空間留有余地，可調(diào)整結(jié)構(gòu)，因而在流量、揚(yáng)程、功率、溫度及壓力等方面具有較大的調(diào)節(jié)范圍優(yōu)勢(shì)，同時(shí)屏蔽泵的電機(jī)外殼可視為二次密封，安全性更高。如果對(duì)磁力泵也有二次密封的要求，就要采用雙隔離套結(jié)構(gòu)，造價(jià)會(huì)增加很多。
綜上所述，屏蔽泵較磁力泵具有相對(duì)較多的優(yōu)勢(shì)，然而屏蔽泵的電機(jī)多為泵生產(chǎn)廠家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，生產(chǎn)周期、成本上有劣勢(shì)，屏蔽泵除滑動(dòng)軸承和過(guò)流墊片外沒(méi)有其他的易損零件，免維護(hù)運(yùn)行時(shí)間比磁力泵長(zhǎng)。
屏蔽電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)一般需返廠維修，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響，如在選用時(shí)考慮增加備泵，也會(huì)增加投資成本。因此，在選擇無(wú)泄漏泵時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮工藝參數(shù)、建設(shè)成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本以及生產(chǎn)周期等因素，才能選擇出性價(jià)比較優(yōu)的泵型。
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