小流量高揚(yáng)程磁力泵的開發(fā)設(shè)計(jì)

介紹小流量高揚(yáng)程磁力泵的開發(fā)設(shè)計(jì)

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

CJRB型小流量高揚(yáng)程磁力泵的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由口環(huán)1、泵體2、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子3、隔離套4、外磁轉(zhuǎn)子5、電機(jī)6等組成。

圖1：小流量高揚(yáng)程磁力泵結(jié)構(gòu)示意圖

CJRB型磁力泵的工作過程是電機(jī)直接驅(qū)動外磁轉(zhuǎn)子，磁力穿越隔離套，作用于內(nèi)磁轉(zhuǎn)子從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子無軸封，實(shí)現(xiàn)無泄漏輸送。

CJRB型磁力泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：隔離套和泵軸構(gòu)成一體，是靜止件；葉輪和內(nèi)磁鋼為一整體，構(gòu)成轉(zhuǎn)子件，能保證較小的結(jié)構(gòu)尺寸。

二、水力設(shè)計(jì)

低比速離心泵的圓盤損失是影響其效率的一個主要因素。圓盤損失與葉輪外徑的5次方成正比，所以為了達(dá)到規(guī)定的揚(yáng)程，減小葉輪直徑認(rèn)，增加葉片出口安放角β2和葉片數(shù)Z是一個行之有效的方法。另外，為了降低葉片進(jìn)口的排擠系數(shù)，采用長短葉片復(fù)合設(shè)計(jì)是一個較為有效的方法。東莞南方泵業(yè)采用了長短葉片復(fù)合設(shè)計(jì)的方法。取L1/L=0.55~0.65，短葉片長度約為長葉片長度的1/2，如圖2所示。

圖2：短葉片偏置

三、永磁磁力聯(lián)軸耦合器

磁力泵的磁力耦合器是磁力泵的關(guān)鍵技術(shù)之一，其設(shè)計(jì)是否合理直接影響到泵組的效率。本文采用了密集型聚磁磁力耦合器，如圖3所示。這種新型磁力耦合器具有磁能利用好、磁場強(qiáng)度高、傳動力矩大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。磁力泵的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子在介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生較大的功率損失，這部分功率損失一般分為兩部分：一是內(nèi)磁轉(zhuǎn)子圓柱面的摩擦損失，它與轉(zhuǎn)子半徑的4次方及轉(zhuǎn)子的長度成正比；二是內(nèi)磁轉(zhuǎn)子端面的摩擦損失，它與轉(zhuǎn)子半徑5次方成正比因此，從永磁轉(zhuǎn)子能耗上考慮，減小內(nèi)磁轉(zhuǎn)子外徑有利于減小磁轉(zhuǎn)子能耗。另一方面，在轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、磁鋼長度—定時，用磁能積高的磁性材料，減小磁轉(zhuǎn)子體外徑，顯然會減小磁轉(zhuǎn)子的能耗，提高南方水泵效率。永磁體采用的是釤鈷材料，磁能積高，能耐較高的溫度，提高了永磁磁力耦合器的耐高溫性能。

圖3：永磁磁性聯(lián)軸耦合器

四、軸向力平衡與冷卻回路設(shè)計(jì)

磁力泵的軸向力是指內(nèi)磁轉(zhuǎn)子所受的軸向推力。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子左右兩端均設(shè)置有推力盤，如圖4所示。如果軸向力不平衡，將影響推力盤的使用壽命，即影響泵機(jī)組的壽命，甚至關(guān)系到泵能否啟動運(yùn)行，因此軸向力平衡是整個設(shè)計(jì)中十分重要的一部分。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子軸向力平衡的設(shè)計(jì)方法就是降低內(nèi)磁轉(zhuǎn)子右端的單位面積作用力，盡可能使它所受的合力為零。

圖4：冷卻循環(huán)液的循環(huán)回路

磁力泵內(nèi)磁鋼與隔離套之間需要一定的液體循環(huán)冷卻，同時推力軸承、導(dǎo)軸承也需要液體潤滑冷卻，防止隔離套產(chǎn)生過量的溫升以至于永磁體退磁，防止冷卻液汽化，使得導(dǎo)軸承、推力盤出現(xiàn)干摩擦。本系列產(chǎn)品利用液體循環(huán)產(chǎn)生的壓力差，減小內(nèi)磁轉(zhuǎn)子右端軸向力分布。同時實(shí)現(xiàn)正常的冷卻循環(huán)。

小流量髙揚(yáng)程磁力泵冷卻循環(huán)液，由葉輪出口高壓腔流經(jīng)內(nèi)磁鋼與隔離套之間的環(huán)形間隙AB、推力盤軸承BC、導(dǎo)軸承CD、葉輪入口環(huán)縫DF等流體阻力元件，再回到水泵入口，構(gòu)成循環(huán)回路，如圖4所示。冷卻循環(huán)液在循環(huán)回路中產(chǎn)生4處壓力降，由此減少了作用于內(nèi)磁轉(zhuǎn)子右端的壓力，實(shí)現(xiàn)了軸向力平衡。

五、新型耐磨滑動軸承材料

在磁力泵中，軸承是浸泡在所輸送介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此潤滑性一般都比較差。泵在長時間的運(yùn)行中，軸承易受磨損，影響了軸承的壽命，直接影響到磁力泵的穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。

經(jīng)過研究，利用聚四氟乙烯（F4)和聚全氟乙丙烯（F46)相容性好、粘附力強(qiáng)的特點(diǎn)，將它們按一定比例混合，填充一定的石墨等經(jīng)過干粉共混、模壓，在國內(nèi)首次成功制備了F50C新型耐磨滑動軸承材料。經(jīng)過耐磨試驗(yàn)證明，F(xiàn)50C新型耐磨軸承材料在潤滑和非潤滑材料下均具有良好的耐磨和減磨性能，同時抗沖擊性能也好，能滿足磁力泵中軸材料的需求，提高了產(chǎn)品的壽命。

六、工藝與材料

葉輪采用數(shù)控機(jī)床銑加工完成，葉片采用圓柱形葉片，使流道形狀便于控制，葉輪前蓋板與葉片采用電焊組合，經(jīng)消應(yīng)力處理后再作精加工，保證了加工精度。磁力泵葉輪與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子為一體，前后推力盤采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，以盡可能縮短軸向長度。磁轉(zhuǎn)子磁塊組合采用圓筒形結(jié)構(gòu)新工藝制造。磁力泵葉輪泵體采用KM8Ni9Ti，隔離套采用TC4鈦合金材料，使得磁渦流損失小，耐高溫。

對隔離套材料分別為KM8Ni9Ti和TC4的磁性聯(lián)軸器進(jìn)行試驗(yàn)，得到隔離套材料為TC4的渦流損失遠(yuǎn)小于采用lCrl8Ni9Ti的渦流損失。