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磁力泵和屏蔽泵的应用

日期:2020-12-26 9:33:50

磁力泵屏蔽泵均属于无泄漏泵,在结构上只有静密封,没有动密封的存在,因此在输送易燃、易爆或毒性液体等介质时可防止泄漏,在石油化工装置上应用广泛。结构形式的不同决定了两者在适用性上存在着较多差异。笔者阐述了如何从两种泵型的结构差异性方面进行比较,以便在实际工作中确保无泄漏的前提下,合理选用实用性强和经济性高的泵型。

1  磁力泵结构形式和工作原理

磁力泵由泵头、磁力耦合器、轴承架、轴承体、滑动轴承、滚动轴承及电动机等构成。关键部件磁力耦合器由外磁驱动单元、内磁转子单元以及无导磁的隔离套组成。

当电动机带动外磁驱动单元旋转时,磁场能穿透空气隙和非磁性物质,带动与叶轮相连的内磁转子单元做同步旋转,实现动力的无接触传递。磁力泵的叶轮安装在泵轴与内磁转子单元的共用轴上,介质充满泵腔和内磁转子单元,介质在隔离套与内磁转子单元腔体内循环,带走磁涡流产生的热量,同时润滑轴承。

由于不存在机械密封,内部接触介质的零件被泵体、泵盖及隔离套等完全封闭,从而实现无泄漏。

2  屏蔽泵结构形式和工作原理

屏蔽泵主要由泵头、屏蔽电机、转子组件、轴承体及滑动轴承等构成。叶轮安装在屏蔽电机轴上,介质充满泵腔和电机转子腔,电机定子腔内壁及转子铁芯均衬有屏蔽套,高压内循环介质流经转子腔,带走电机产生的热量,同时润滑滑动轴承,因所有的转子零部件都在静密封的密闭单元内旋转,不存在机械密封,从而避免介质的泄漏。

3  磁力泵和屏蔽泵的差异性

3.1 流量和扬程范围

受磁力耦合器功率的影响,磁力泵在输送大流量时难以胜任,同时也仅限于介质密度相对较小的情况。而屏蔽泵可以通过改变泵头部分结构进行轴向力平衡设计,还可以通过大规格转子前后的压差平衡轴向力,大规格转子腔同时也具备增设辅助平衡机构(如平衡轮、平衡盘)的条件,因此易实现较大流量的输送。

磁力泵扬程受限于磁力耦合器的最大功率和隔离套的承压能力,最高只能达到900m,而屏蔽泵目前扬程可达到2000m。

3.2 电极功率档和功率范围

磁力耦合器的标准化程度很高,采用的电机符合国际标准,可选择的电机功率档很多;而屏蔽电机一般凭借屏蔽泵生产厂家多年累积的经验设计,电机功率分档较大,会产生在选型时接近临界功率档的情况。

另外,对于出口的泵而言,有些国家对电气防爆证的取证机构要求较苛刻。对于屏蔽泵,因上述非标准化原因不仅会增加生产周期,反复的取证工作也会耗费大量的成本,加之近年来对于电机进线口的要求较多,屏蔽泵的标准接线盒进线口及配置的进线口引入装置均为公司标准,面对客户对于进线口或钢管布线进线、或压盘式、或铠装电缆进线式等多变的要求,会增加成本、延长交货周期。

3.3 适用温度

当介质温度超过100°C时,由于电机绝缘等级的要求,屏蔽泵需使用高温泵型,或使用带水套电机(造成成本增加),磁力泵在接近220°C时,仍可选用常规泵结构。然而当温度超过300°C时,已接近永磁体的极限温度(350°C),此时高温屏蔽泵成为首选。

对于低温泵,一般介质在较高压力下才能转化为液态,而高承压能力的要求会制约磁力泵的应用;此外,低温介质的汽化压力随温度变化较为敏感,磁力泵较屏蔽泵可调整的内部空间较小,因此在介质的适用温度上,屏蔽泵占有较多的选择优势。

3.4 承压能力

屏蔽泵的基本设计为二次密封和二次控制,无泄漏相对安全性比磁力泵高出很多。屏蔽泵的定子屏蔽套外直接与电机定子铁芯相接,定子铁芯很厚,使得屏蔽泵的承压等级可以高达10MPa以上,而磁力泵因隔离套悬浮于内磁转子单元与外磁驱动单元之间,其承压能力受限于自身厚度和封头结构,承压能力一般为4MPa,如单纯通过增加隔离套厚度以增大承压能力时,会造成磁涡流损失增加,导致磁力耦合器效率下降,造成磁力泵整机效率下降。

3.5 介质性质

磁力泵中使用永磁磁块,输送的介质中不允许有铁磁性物料的存在,否则微小颗粒集聚在磁块周围,将堵塞内循环通道,致使轴向力破坏,也会导致磁涡流热量无法排散,严重时可造成磁块烧毁退磁,造成滑动轴承干磨碎裂。

对于粘度较高的介质,屏蔽泵转子较磁力泵长,在平衡轴向力方面有优势;但对于粘度较小的介质,屏蔽泵转动部件相对磁力泵内磁转动单元较重,不易形成滑动轴承的液膜。对于大型屏蔽泵而言,必须做成立式结构,在介质粘度允许范围内,磁力泵仍可采用卧式结构,相对简单。

3.6 危害介质的输送

对于氰化氢、环氧乙烷及液氯等具有剧毒或易燃易爆的危害介质,屏蔽泵应为首选,因为屏蔽泵的基本结构都是二次密封,电机外壳可以实现二次保护(如果屏蔽套破损介质不会直接漏到大气中去),并且采用多种监控设备加以保护,如使用电机压力监控、双层定子屏蔽套的内部监控、电机部分采用完全焊接式结构等。欢迎关注泵友圈微信公众号。而磁力泵多为标准化设计,以适应普通离心泵外形安装尺寸,如增加二次密封,由于需要改变驱动单元滚动轴承的润滑方式,使用稀油润滑,会增加成本。

3.7 材料选择和占地空间

无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。因磁力泵过流部件比屏蔽泵少,整机材料成本比较低,从经济角度出发,宜首选磁力泵。

磁力泵带有外部电机,需占据较大空间,若现场空间受限,宜选用结构紧凑、占地空间较小的屏蔽泵。

3.8 振动和噪声要求

对于振动和噪声要求严苛的环境应优先选择屏蔽泵,因为屏蔽泵无电机风扇,噪声水平相对较低。磁力泵噪声主要来自电机风扇,且磁力泵一般由电机轴、磁力耦合器驱动轴和泵轴构成传动轴系,对中要求较高,其振动相对于屏蔽泵也会略大。

3.9 设备安装和现场可维护性

磁力泵须对联轴器进行对中找正,而屏蔽泵因自身为一体化设计,直接安装即可达到要求,相对较为容易。

磁力泵除非损坏零部件造成轴向力影响外,一般出现问题均可现场处理更换,包括驱动单元的组件。而屏蔽泵现场可更换的零件较少,尤其当屏蔽电机发生问题时,一般现场不具备条件,需返厂维修,对生产造成一定影响。

4  结束语

屏蔽泵因内部空间留有余地,可调整结构,因而在流量、扬程、功率、温度及压力等方面具有较大的调节范围优势,同时屏蔽泵的电机外壳可视为二次密封,安全性更高。如果对磁力泵也有二次密封的要求,就要采用双隔离套结构,造价会增加很多。

综上所述,屏蔽泵较磁力泵具有相对较多的优势,然而屏蔽泵的电机多为泵生产厂家根据经验设计,标准化程度低,生产周期、成本上有劣势,屏蔽泵除滑动轴承和过流垫片外没有其他的易损零件,免维护运行时间比磁力泵长。

屏蔽电机出现问题时一般需返厂维修,会对生产造成影响,如在选用时考虑增加备泵,也会增加投资成本。因此,在选择无泄漏泵时,应结合实际情况,综合考虑工艺参数、建设成本、运行成本、维护成本以及生产周期等因素,才能选择出性价比较优的泵型。

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