無(wú)密封離心泵選用時(shí)應(yīng)注意的問題

一、概述

     無(wú)密封離心泵，也稱無(wú)泄漏離心泵，可分為磁力驅(qū)動(dòng)離心泵(以下簡(jiǎn)稱磁力泵)和屏蔽泵，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上只有靜密封而無(wú)動(dòng)密封，因此輸送液體時(shí)能保證一滴不漏。隨著環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，無(wú)密封離心泵的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。為便于大家合理選用無(wú)密封離心泵，通過介紹無(wú)密封離心泵的類型、原理、結(jié)構(gòu)，比較磁力泵和屏蔽泵的特性，歸納出無(wú)密封離心泵選用時(shí)應(yīng)注意的一些問題。

二、磁力泵1． 磁力泵的工作原理

      磁力傳動(dòng)是利用磁體能吸引鐵磁物質(zhì)以及磁體或磁場(chǎng)之間有磁力作用的特性，而非鐵磁物質(zhì)不影響或很少影響磁力的大小，因此可以無(wú)接觸地透過非磁導(dǎo)體(隔離套)進(jìn)行動(dòng)力傳輸。

      磁力傳動(dòng)可分為同步或異步設(shè)計(jì)。大多數(shù)磁力泵采用同步設(shè)計(jì)。電動(dòng)機(jī)通過外部聯(lián)軸器和外磁鋼聯(lián)在一起，葉輪和內(nèi)磁鋼聯(lián)在一起。在外磁鋼和內(nèi)磁鋼之間設(shè)有全密封的隔離套，將內(nèi)、外磁鋼完全隔開，使內(nèi)磁鋼處于介質(zhì)之中，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過磁鋼間磁極的吸力直接帶動(dòng)葉輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
異步設(shè)計(jì)磁性傳動(dòng)，也稱扭矩環(huán)磁性傳動(dòng)。用鼠籠式結(jié)構(gòu)的扭矩環(huán)來(lái)取代內(nèi)磁鋼，扭矩環(huán)在外磁鋼的吸引下以略低的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。由于無(wú)內(nèi)磁鋼，因此其使用溫度要高于同步驅(qū)動(dòng)的磁力傳動(dòng)。

2． 磁力泵的結(jié)構(gòu)

1）磁力耦合器

      磁力傳動(dòng)由磁力耦合器來(lái)完成。磁力耦合器主要包括內(nèi)磁鋼、外磁鋼及隔離套等零部件，是磁力泵的核心部件。磁力耦合器的結(jié)構(gòu)、磁路設(shè)計(jì)，及其各零部件的材料關(guān)系到磁力泵的可靠性，磁傳動(dòng)效率及壽命。磁力耦合器應(yīng)在規(guī)定的環(huán)境條件下適用于戶外啟動(dòng)和連續(xù)操作，不應(yīng)出現(xiàn)脫耦和退磁現(xiàn)象。

（1）內(nèi)、外磁鋼 

      內(nèi)磁鋼應(yīng)用粘合劑牢固地固定在導(dǎo)環(huán)上，并用包套將內(nèi)磁鋼和介質(zhì)隔離。包套小厚度應(yīng)為0.4mm，其材料應(yīng)選用非磁性的材料，并適用于輸送的介質(zhì)。

     外磁鋼也應(yīng)用粘合劑牢固地固定在外磁鋼環(huán)上。為防止裝配時(shí)外磁鋼的損壞，外磁鋼內(nèi)表面好也應(yīng)覆以包套。

同步磁力耦合器應(yīng)選用釤鈷、釹鐵硼等稀土型磁性材料；扭矩環(huán)傳動(dòng)器可選用釤鈷、釹鐵硼等稀土磁性材料，或鋁鎳鈷磁性材料。釹鐵硼的磁能積高于釤鈷，缺點(diǎn)是使用溫度僅為120℃，且磁穩(wěn)定性相對(duì)較差。釤鈷的磁傳動(dòng)效率和磁能積高，并具有極強(qiáng)的抗退磁能力。用于磁力泵的釤鈷通常有兩種，釤鈷1.5級(jí)Sm₁Co₅和2.17級(jí)Sm2Co₁₇。釤鈷1.5級(jí)含釤35%，鈷65%，高使用溫度250 ℃，居里溫度523℃；釤鈷 2.17級(jí)含釤25%，鈷50%，鈦、 鐵等 25%，其高使用溫度達(dá)350 ℃，居里溫度750℃。

（2）隔離套 

      隔離套也稱隔離罩或密封套，位于內(nèi)、外磁鋼之間，將內(nèi)、外磁鋼完全隔開，介質(zhì)封閉在隔離套內(nèi)。隔離套的厚度與工作壓力和使用溫度有關(guān)，太厚，則增加內(nèi)、外磁鋼的間隙尺寸，從而影響磁傳動(dòng)效率；太薄，則影響強(qiáng)度。

隔離套有金屬和非金屬兩種，金屬隔離套存在渦流損失，非金屬隔離套無(wú)渦流損失。金屬隔離套應(yīng)選用高電阻率的材料，如用哈氏合金、鈦合金等，也可選用奧氏體不銹鋼，其厚度一般應(yīng)大于或等于1.0mm。對(duì)于小功率的磁力泵，且使用溫度較低時(shí)，其隔離套也可考慮采用非金屬材料，如塑料或陶瓷等。

2）滑動(dòng)軸承

(1)  碳化硅陶瓷 

      磁力泵一般采用碳化硅陶瓷軸承。為防止游離的硅離子進(jìn)入介質(zhì)，一般應(yīng)要求采用純燒結(jié)的α級(jí)碳化硅。碳化硅滑動(dòng)軸承，承載能力高，且具有極強(qiáng)的耐沖蝕、耐化學(xué)腐蝕、耐磨損和良好的耐熱性，使用溫度可達(dá)500℃以上。碳化硅滑動(dòng)軸承的使用壽命一般可達(dá)3年以上。

(2)  石墨 

     石墨具有較好的自潤(rùn)滑性能，可經(jīng)受短時(shí)間的干運(yùn)行，使用溫度可達(dá)450℃，缺點(diǎn)是耐磨性能較差。石墨滑動(dòng)軸承的使用壽命一般可達(dá)1年以上。

3．泵保護(hù)系統(tǒng)

(1)  軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)器 

      如果用戶需要，一些國(guó)際知名廠商可配置非接觸式的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，用于防止軸承磨損失效、聯(lián)軸器的脫耦、轉(zhuǎn)子卡住，及功率系統(tǒng)故障等。

(2)  電機(jī)功率監(jiān)控器 

      電機(jī)功率監(jiān)控器通過監(jiān)測(cè)電機(jī)功率，來(lái)避免發(fā)生低流量或干運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)  溫度探頭 

      用溫度探頭(RTD)來(lái)監(jiān)測(cè)隔離套的溫度，以反映泵在操作中狀態(tài)的變化。可防止泵的干運(yùn)轉(zhuǎn)、內(nèi)外軸承磨損、嚴(yán)重汽蝕、悶泵、泵卡住、以及系統(tǒng)過熱等。

(4)  差壓開關(guān)

      用差壓開關(guān)來(lái)監(jiān)測(cè)泵出口的壓力變化，可防止泵的干運(yùn)轉(zhuǎn)、嚴(yán)重汽蝕、悶泵、泵卡住等。尤其適用于容器卸空/槽車卸載等。

(5)  第二層保護(hù)

a.       承壓密閉的磁耦合箱體

     隔離套外為磁耦合箱體，如圖1的虛線部分。對(duì)于高系統(tǒng)壓力下輸送某些劇毒或易燃化學(xué)品時(shí)，該箱體應(yīng)為承壓密閉容器，其設(shè)計(jì)和試驗(yàn)壓力值和泵的液力端相同；且泵外軸和磁耦合箱體之間應(yīng)設(shè)節(jié)流襯套和機(jī)械密封(俗稱二次密封)。

b.       雙隔離套結(jié)構(gòu)

(6)  液體泄漏探頭

      對(duì)于采用第二層保護(hù)的磁力泵，應(yīng)設(shè)置液體泄漏探頭。對(duì)于承壓密閉的磁耦合箱體結(jié)構(gòu)的磁力泵，當(dāng)隔離套破裂，或由于其它原因有液體進(jìn)入磁耦合箱體時(shí)，探頭就會(huì)報(bào)警；對(duì)于雙隔離套結(jié)構(gòu)的磁力泵，當(dāng)內(nèi)隔離套破裂，或由于其它原因有液體進(jìn)入內(nèi)外隔離套之間的腔體時(shí)，探頭就會(huì)報(bào)警。

三、屏蔽泵

1. 屏蔽泵的工作原理

      屏蔽泵的泵頭和電動(dòng)機(jī)都被封閉在一個(gè)被泵送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi)，此壓力容器只有靜密封。屏蔽泵的葉輪和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在同一根軸上，利用屏蔽套將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子隔開，轉(zhuǎn)子在被輸送的介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)，其動(dòng)力通過定子磁場(chǎng)傳遞給轉(zhuǎn)子。

2屏蔽泵的結(jié)構(gòu)

（1） 滑動(dòng)軸承

      由于轉(zhuǎn)子較長(zhǎng)，屏蔽泵需設(shè)前后兩個(gè)滑動(dòng)軸承座。這兩個(gè)軸承要求精確對(duì)中。如果對(duì)中不佳，軸承很容易碎裂。

由于石墨材質(zhì)相對(duì)較軟，因此屏蔽泵的滑動(dòng)軸承較多地采用石墨材質(zhì)。石墨滑動(dòng)軸承與表面堆焊鎢、鉻、鈷等硬質(zhì)合金或等離子噴涂氮化硅一類硬質(zhì)合金制成的軸套組成摩擦副，使用壽命可達(dá)一年以上。

也有些屏蔽泵廠商，由于較好地解決了前后兩個(gè)滑動(dòng)軸承座的對(duì)中問題，因此也可采用純燒結(jié)α級(jí)碳化硅材質(zhì)。如果使用情況良好，純燒結(jié)α級(jí)碳化硅滑動(dòng)軸承的壽命可達(dá)三年以上。

（2）屏蔽套

       屏蔽泵通常有兩個(gè)屏蔽套，即定子屏蔽套和轉(zhuǎn)子屏蔽套。用來(lái)防止工作介質(zhì)浸入定子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯，其厚度一般為0.4～0.7mm。由于屏蔽套的存在，使電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙加大，造成屏蔽電動(dòng)機(jī)的性能下降，同時(shí)在屏蔽套中還會(huì)產(chǎn)生渦流，增加了功率損耗。

對(duì)于屏蔽泵，其屏蔽套應(yīng)選用耐腐蝕性好、強(qiáng)度高的非導(dǎo)磁材料，定子屏蔽套優(yōu)先選用哈氏合金。轉(zhuǎn)子屏蔽套一般選用哈氏合金或奧氏體不銹鋼。

（3） 屏蔽泵的類型

     根據(jù)被輸送液體的溫度、壓力、有否顆粒和粘度高低等不同要求，屏蔽泵一般可分為基本型(標(biāo)準(zhǔn)型)、逆循環(huán)型、高溫型、高融點(diǎn)型、高壓型、自吸型、液下型、泥漿型、高壓管路型，以及專為船舶、核電站和吸收制冷裝置用的各種類型屏蔽泵。

2．泵保護(hù)系統(tǒng)

    為提高使用壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，屏蔽泵通常都設(shè)有下列保護(hù)裝置。

（1）軸承磨損監(jiān)測(cè)器

      軸承磨損監(jiān)測(cè)器有機(jī)械式、電氣式、機(jī)械電氣式等型式。當(dāng)屏蔽泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以通過軸承磨損監(jiān)測(cè)器隨時(shí)監(jiān)視軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，當(dāng)軸承磨損較大時(shí)就要停車檢修或更換軸承，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)若發(fā)生軸承損壞則立即停車。

（2）電流保護(hù)器 

    屏蔽泵在無(wú)液情況下空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)造成軸承損壞。當(dāng)流量大幅度下降時(shí)，電流也會(huì)大大降低，此時(shí)電流保護(hù)器可自動(dòng)動(dòng)作而停車。同樣，在負(fù)載過大時(shí)，電流增加較多，電流保護(hù)器也會(huì)動(dòng)作，自動(dòng)切斷電流，使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，防止事故發(fā)生。

     除以上兩種保護(hù)裝置外，如果需要，屏蔽泵還可配熱交換能力監(jiān)測(cè)器、液面監(jiān)測(cè)器或在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部裝有內(nèi)壓保護(hù)器等，以滿足不同用途屏蔽泵安全保護(hù)的需要。

三、磁力泵和屏蔽泵特性比較

選用屏蔽泵時(shí)還應(yīng)注意的其他問題

（1）   對(duì)于滑動(dòng)軸承為石墨材質(zhì)的屏蔽泵，應(yīng)設(shè)軸承磨損監(jiān)測(cè)儀表。監(jiān)測(cè)儀表的具體形式（機(jī)械式、電氣式、機(jī)械電氣式等）由買賣雙方共同商定。

（2）   屏蔽泵使用時(shí)，應(yīng)定期檢查電流，軸承磨損情況，是否滲漏運(yùn)行，是否平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲是否正常等。

（3）   買方應(yīng)留意屏蔽泵的排氣問題。重載荷屏蔽泵好應(yīng)為自排氣型；中、輕載荷屏蔽泵也宜為自排氣型，如果賣方有經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)買方同意，才允許采用手動(dòng)排氣型。對(duì)于手動(dòng)排氣型無(wú)密封離心泵，賣方必須在泵的醒目之處懸掛“警示”標(biāo)簽，以提醒買方在開車前及維修前后手動(dòng)排氣。

在無(wú)密封離心泵范疇內(nèi)，選用磁力泵，還是屏蔽泵

    在無(wú)密封離心泵范疇內(nèi)，究竟是選用磁力泵，還是屏蔽泵，根據(jù)它們的特性比較（詳見表1），給出以下建議，供參考。

1)     要求占地面積盡可能小時(shí)，可考慮選用屏蔽泵；

2)     對(duì)泵效率要求較高時(shí)，屏蔽泵有一定的優(yōu)勢(shì)；

3)     對(duì)噪聲和振動(dòng)要求苛刻時(shí)，屏蔽泵有一定的優(yōu)勢(shì)；

4)     安全性要求很高時(shí)，可考慮選用屏蔽泵，或帶第二層保護(hù)的磁力泵；

5)     對(duì)安全性要求特別高時(shí)，應(yīng)考慮選用屏蔽泵；

6)     要求泵和機(jī)械密封泵能夠互換時(shí)，可考慮選用磁力泵；

7)     輸送強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，且必須用非金屬材料作為過流部件時(shí)，可選用磁力泵；

8)     大功率，或輸送高溫介質(zhì)，且現(xiàn)場(chǎng)無(wú)冷卻水時(shí)，可考慮選用磁力泵；當(dāng)兩者皆可以使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)業(yè)主的要求，以及工程公司（設(shè)計(jì)院）的習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定無(wú)密封泵的類型。

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