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技術知識

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磁力泵和屏蔽泵的應用

日期:2020-12-26 9:33:50

磁力泵和屏蔽泵均屬于無泄漏泵,在結構上只有靜密封,沒有動密封的存在,因此在輸送易燃、易爆或毒性液體等介質時可防止泄漏,在石油化工裝置上應用廣泛。結構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構差異性方面進行比較,以便在實際工作中確保無泄漏的前提下,合理選用實用性強和經濟性高的泵型。

1  磁力泵結構形式和工作原理

磁力泵由泵頭、磁力耦合器、軸承架、軸承體、滑動軸承、滾動軸承及電動機等構成。關鍵部件磁力耦合器由外磁驅動單元、內磁轉子單元以及無導磁的隔離套組成。

當電動機帶動外磁驅動單元旋轉時,磁場能穿透空氣隙和非磁性物質,帶動與葉輪相連的內磁轉子單元做同步旋轉,實現動力的無接觸傳遞。磁力泵的葉輪安裝在泵軸與內磁轉子單元的共用軸上,介質充滿泵腔和內磁轉子單元,介質在隔離套與內磁轉子單元腔體內循環,帶走磁渦流產生的熱量,同時潤滑軸承。

由于不存在機械密封,內部接觸介質的零件被泵體、泵蓋及隔離套等完全封閉,從而實現無泄漏。

2  屏蔽泵結構形式和工作原理

屏蔽泵主要由泵頭、屏蔽電機、轉子組件、軸承體及滑動軸承等構成。葉輪安裝在屏蔽電機軸上,介質充滿泵腔和電機轉子腔,電機定子腔內壁及轉子鐵芯均襯有屏蔽套,高壓內循環介質流經轉子腔,帶走電機產生的熱量,同時潤滑滑動軸承,因所有的轉子零部件都在靜密封的密閉單元內旋轉,不存在機械密封,從而避免介質的泄漏。

3  磁力泵和屏蔽泵的差異性

3.1 流量和揚程范圍

受磁力耦合器功率的影響,磁力泵在輸送大流量時難以勝任,同時也僅限于介質密度相對較小的情況。而屏蔽泵可以通過改變泵頭部分結構進行軸向力平衡設計,還可以通過大規格轉子前后的壓差平衡軸向力,大規格轉子腔同時也具備增設輔助平衡機構(如平衡輪、平衡盤)的條件,因此易實現較大流量的輸送。

磁力泵揚程受限于磁力耦合器的最大功率和隔離套的承壓能力,最高只能達到900m,而屏蔽泵目前揚程可達到2000m。

3.2 電極功率檔和功率范圍

磁力耦合器的標準化程度很高,采用的電機符合國際標準,可選擇的電機功率檔很多;而屏蔽電機一般憑借屏蔽泵生產廠家多年累積的經驗設計,電機功率分檔較大,會產生在選型時接近臨界功率檔的情況。

另外,對于出口的泵而言,有些國家對電氣防爆證的取證機構要求較苛刻。對于屏蔽泵,因上述非標準化原因不僅會增加生產周期,反復的取證工作也會耗費大量的成本,加之近年來對于電機進線口的要求較多,屏蔽泵的標準接線盒進線口及配置的進線口引入裝置均為公司標準,面對客戶對于進線口或鋼管布線進線、或壓盤式、或鎧裝電纜進線式等多變的要求,會增加成本、延長交貨周期。

3.3 適用溫度

當介質溫度超過100°C時,由于電機絕緣等級的要求,屏蔽泵需使用高溫泵型,或使用帶水套電機(造成成本增加),磁力泵在接近220°C時,仍可選用常規泵結構。然而當溫度超過300°C時,已接近永磁體的極限溫度(350°C),此時高溫屏蔽泵成為首選。

對于低溫泵,一般介質在較高壓力下才能轉化為液態,而高承壓能力的要求會制約磁力泵的應用;此外,低溫介質的汽化壓力隨溫度變化較為敏感,磁力泵較屏蔽泵可調整的內部空間較小,因此在介質的適用溫度上,屏蔽泵占有較多的選擇優勢。

3.4 承壓能力

屏蔽泵的基本設計為二次密封和二次控制,無泄漏相對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定子鐵芯相接,定子鐵芯很厚,使得屏蔽泵的承壓等級可以高達10MPa以上,而磁力泵因隔離套懸浮于內磁轉子單元與外磁驅動單元之間,其承壓能力受限于自身厚度和封頭結構,承壓能力一般為4MPa,如單純通過增加隔離套厚度以增大承壓能力時,會造成磁渦流損失增加,導致磁力耦合器效率下降,造成磁力泵整機效率下降。

3.5 介質性質

磁力泵中使用永磁磁塊,輸送的介質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,將堵塞內循環通道,致使軸向力破壞,也會導致磁渦流熱量無法排散,嚴重時可造成磁塊燒毀退磁,造成滑動軸承干磨碎裂。

對于粘度較高的介質,屏蔽泵轉子較磁力泵長,在平衡軸向力方面有優勢;但對于粘度較小的介質,屏蔽泵轉動部件相對磁力泵內磁轉動單元較重,不易形成滑動軸承的液膜。對于大型屏蔽泵而言,必須做成立式結構,在介質粘度允許范圍內,磁力泵仍可采用臥式結構,相對簡單。

3.6 危害介質的輸送

對于氰化氫、環氧乙烷及液氯等具有劇毒或易燃易爆的危害介質,屏蔽泵應為首選,因為屏蔽泵的基本結構都是二次密封,電機外殼可以實現二次保護(如果屏蔽套破損介質不會直接漏到大氣中去),并且采用多種監控設備加以保護,如使用電機壓力監控、雙層定子屏蔽套的內部監控、電機部分采用完全焊接式結構等。歡迎關注泵友圈微信公眾號。而磁力泵多為標準化設計,以適應普通離心泵外形安裝尺寸,如增加二次密封,由于需要改變驅動單元滾動軸承的潤滑方式,使用稀油潤滑,會增加成本。

3.7 材料選擇和占地空間

無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。因磁力泵過流部件比屏蔽泵少,整機材料成本比較低,從經濟角度出發,宜首選磁力泵。

磁力泵帶有外部電機,需占據較大空間,若現場空間受限,宜選用結構緊湊、占地空間較小的屏蔽泵。

3.8 振動和噪聲要求

對于振動和噪聲要求嚴苛的環境應優先選擇屏蔽泵,因為屏蔽泵無電機風扇,噪聲水平相對較低。磁力泵噪聲主要來自電機風扇,且磁力泵一般由電機軸、磁力耦合器驅動軸和泵軸構成傳動軸系,對中要求較高,其振動相對于屏蔽泵也會略大。

3.9 設備安裝和現場可維護性

磁力泵須對聯軸器進行對中找正,而屏蔽泵因自身為一體化設計,直接安裝即可達到要求,相對較為容易。

磁力泵除非損壞零部件造成軸向力影響外,一般出現問題均可現場處理更換,包括驅動單元的組件。而屏蔽泵現場可更換的零件較少,尤其當屏蔽電機發生問題時,一般現場不具備條件,需返廠維修,對生產造成一定影響。

4  結束語

屏蔽泵因內部空間留有余地,可調整結構,因而在流量、揚程、功率、溫度及壓力等方面具有較大的調節范圍優勢,同時屏蔽泵的電機外殼可視為二次密封,安全性更高。如果對磁力泵也有二次密封的要求,就要采用雙隔離套結構,造價會增加很多。

綜上所述,屏蔽泵較磁力泵具有相對較多的優勢,然而屏蔽泵的電機多為泵生產廠家根據經驗設計,標準化程度低,生產周期、成本上有劣勢,屏蔽泵除滑動軸承和過流墊片外沒有其他的易損零件,免維護運行時間比磁力泵長。

屏蔽電機出現問題時一般需返廠維修,會對生產造成影響,如在選用時考慮增加備泵,也會增加投資成本。因此,在選擇無泄漏泵時,應結合實際情況,綜合考慮工藝參數、建設成本、運行成本、維護成本以及生產周期等因素,才能選擇出性價比較優的泵型。

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