eliminacja uszczelek dynamicznych, które zużywają się i przeciekają. W przypadku hermetycznie zamkniętych pomp tłoczących płyny żrące lub niebezpieczne (np. stosowane w procesach chemicznych, farmaceutycznych, nuklearnych) napędy magnetyczne są obowiązkowe, aby osiągnąć zerową emisję. Sprzęgło składa się z wirnika wewnętrznego (mocowanego do wirnika pompy) i wirnika zewnętrznego (napędzanego silnikiem), z magnesami ułożonymi naprzemiennie. W tym przewodniku wyjaśniono, w jaki sposób bezuszczelkowe napędy magnetyczne eliminują wycieki płynów, omówiono dopasowanie biegunów wirnika wewnętrznego i zewnętrznego oraz przenoszenie momentu obrotowego, wyjaśniono, dlaczego SmCo jest preferowane w wysoko-temperaturowych pompach chemicznych, a także szczegółowo opisano równoważenie szczelin powietrznych i grubości osłony zabezpieczającej.
Eliminowanie wycieków płynów: mechanika bezuszczelnionych napędów magnetycznych
Konwencjonalne pompy odśrodkowe wykorzystują uszczelnienie mechaniczne (powierzchnie węglowe/ceramiczne), które osadza się na wale pompy. Zużycie i szok termiczny powodują awarię uszczelnienia, co powoduje wyciek płynu-niebezpieczny dla płynów toksycznych, łatwopalnych lub-o wysokiej czystości. W pompie z napędem magnetycznym:
Silnik obraca zewnętrzny zespół magnesu (zewnętrzny wirnik) na zewnątrz szczelnej obudowy zabezpieczającej.
Wewnętrzny zespół magnesu (wirnik wewnętrzny, na wale pompy) jest magnetycznie połączony z wirnikiem zewnętrznym.
Moment obrotowy przenosi się przez ścianę osłony zabezpieczającej (zwykle Hastelloy lub tytan o grubości 1-3 mm) bez penetracji wału.
Jedynymi uszczelnieniami są statyczne pierścienie uszczelniające-na korpusie, które są niezawodne i-bezobsługowe.
Brak uszczelek dynamicznych=zerowy wyciek. Sprzęgła magnetyczne są standardem w przypadku pomp obsługujących:
Silnie żrące kwasy (HCl, H2SO4, HF)
Rozpuszczalniki łatwopalne (aceton, metanol, toluen)
Woda o wysokiej-czystości (farmaceutyczna, półprzewodnikowa)
High-temperature thermal oils (>200 stopni)
Wirniki wewnętrzne i zewnętrzne: dopasowanie biegunów i przenoszenie momentu obrotowego
Wirniki wewnętrzne i zewnętrzne muszą mieć identyczną liczbę biegunów i wyrównanie łuku biegunowego. Konfiguracje standardowe:
Wersje 4-biegunowe, 6-biegunowe lub 8-biegunowe. Większa liczba biegunów zmniejsza średnicę i bezwładność wirnika, ale wymaga węższej szczeliny powietrznej.
Magnetic materials: Sintered NdFeB (N42SH) for temperatures up to 100°C, SmCo for >100 stopni. W przypadku pomp chemicznych SmCo jest standardem ze względu na odporność na korozję (nie wymaga powłoki) i stabilność termiczną.
Układ magnesów: magnesy-montowane powierzchniowo na obu wirnikach (SPM) w celu ułatwienia montażu; lub magnesy wewnętrzne (IPM) ze stężeniem strumienia dla większej gęstości momentu obrotowego.
Równanie przeniesienia momentu obrotowego: T=k × Br² × (OD³ - ID³) × sin(δ) / (przerwa² + grubość powłoki²), gdzie δ to przemieszczenie kątowe (kąt-wyciągnięcia). Maksymalny moment obrotowy (moment-wyciągający) występuje przy δ=90 stopnia (bieguny magnetyczne przesunięte o 90 stopni). Roboczy moment obrotowy powinien być<80% of pull-out torque to avoid decoupling.
W przypadku przeciążenia lub zacięcia silnika sprzęgło magnetyczne ślizga się (rozłącza) nieszkodliwie, działając jako ogranicznik momentu obrotowego. Chroni to silnik i pompę przed uszkodzeniami mechanicznymi.
DlaczegoSamar-kobalt(SmCo) jest preferowany w przypadku wysokotemperaturowych pomp-chemicznych
Pompy chemiczne często tłoczą płyny o temperaturze 150-300 stopni. NdFeB traci znaczne Br i Hcj powyżej 100 stopni, a jego podatność na korozję wymaga kosztownej powłoki (która może się złuszczać pod wpływem cykli termicznych). SmCo (klasa 2:17) oferuje:
Br=10.5-11.5 kGs (niższy niż NdFeB, ale stabilny do 300 stopni).
Hcj > 20 kOe at 20°C, remaining >10 kOe przy 250 stopniach.
Odporność na korozję: SmCo nie wymaga powlekania w przypadku większości płynów chemicznych (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego).
Współczynnik rozszerzalności cieplnej odpowiada powłokom zabezpieczającym Hastelloy, zmniejszając naprężenia.
W zastosowaniach kriogenicznych (od -40 do -150 stopni) NdFeB jest akceptowalny, ponieważ niskie temperatury nie powodują rozmagnesowania. Jednak SmCo działa również dobrze w niskich temperaturach.
Selection guideline: If fluid temperature >120 stopni, określ SmCo. Jeśli temperatura płynu<120°C and the pump is dry-mount (no fluid splashing on the magnets), NdFeB with Ni-Cu-Ni coating is sufficient.
Równoważenie szczelin powietrznych i grubości powłoki zabezpieczającej
Szczelina powietrzna pomiędzy wirnikami wewnętrznymi i zewnętrznymi obejmuje:
Grubość ścianki obudowy zabezpieczającej (krytyczna dla ciśnienia znamionowego).
Luz roboczy pomiędzy magnesami a obudową (zwykle 0,5-2 mm na stronę).
Całkowita szczelina powietrzna=grubość skorupy + 2 × prześwit.
Większa szczelina powietrzna zmniejsza przenoszenie momentu obrotowego (w przybliżeniu prawo odwrotności kwadratów). W przypadku wymagań dotyczących stałego momentu obrotowego zwiększenie szczeliny powietrznej o 1 mm wymaga zwiększenia średnicy zewnętrznej magnesu o 20% w celu skompensowania, co zwiększa koszty i bezwładność. Dlatego optymalizacja projektu musi równoważyć:
| Ciśnienie płynu | Materiał powłoki zabezpieczającej | Grubość skorupy (mm) | Szczelina powietrzna (mm) | Redukcja momentu obrotowego (w porównaniu ze szczeliną 3 mm) |
|---|---|---|---|---|
| <10 bar | Stal nierdzewna 316L | 1.0-1.5 | 2.5-3.5 | Linia bazowa |
| 10-30 barów | Hastelloy C276 | 1.5-2.5 | 3.5-4.5 | -25% do -35% |
| >30 barów | Tytan (Ti-6Al-4V) | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | -40% do -50% |
| High temp (>200 stopni) | Inconel 625 | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | -40% do -50% |
W przypadku zastosowań wymagających wysokiego-momentu obrotowego i wysokiego-ciśnienia stosujemy promieniową orientację magnesów lub układy Halbacha, aby kompensować zwiększoną szczelinę powietrzną. Symulacja FEA jest niezbędna do przewidzenia-momentu wyciągania i wzrostu temperatury na skutek prądów wirowych w powłoce zabezpieczającej.
Informacje na temat sprzęgieł magnetycznych i uszczelnionych zespołów pomp, w tym kompletnych zestawów wirników wewnętrznych/zewnętrznych z magnesami SmCo lub NdFeB, można znaleźć na naszych stronach poświęconych magnetycznym zespołom silników i magnesom samarowo-kobaltowym w naszej witrynie internetowej.
Aby poprosić o projekt sprzęgła odpowiadający specyfikacjom pompy,-w tym momentowi obrotowemu, prędkości, temperaturze płynu i ciśnieniu,-skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów zajmującym się sprzęgłem magnetycznym.
Często zadawane pytania
P: Co się stanie, jeśli sprzęgło magnetyczne odłączy się (wyciągnie) podczas pracy?
Odp.: Wirnik wewnętrzny przestaje się obracać (pompa zatrzymuje się), a wirnik zewnętrzny obraca się swobodnie. Silnik pobiera niższy prąd (bez obciążenia). Aby ponownie-podłączyć, wyłącz silnik, poczekaj, aż ciśnienie płynu spadnie, a następnie uruchom ponownie. Magnesy automatycznie-zablokowują się ponownie, gdy oba wirniki są nieruchome. Powtarzające się odsprzęganie nie powoduje uszkodzenia magnesów.
P: Czy możemy zastosować sprzęgło magnetyczne w pompie tłoczącej zawiesiny ścierne?
Odpowiedź: Tak, ale problemem jest zużycie powłoki zabezpieczającej spowodowane materiałami ściernymi. Użyj podwójnej-obudowy zabezpieczającej z płynem płuczącym (czystym płynem) cyrkulującym pomiędzy osłoną wewnętrzną i zewnętrzną, aby chronić magnesy i zapobiegać przedostawaniu się szlamu. Dostarczamy tę konfigurację.
P: Jak zmierzyć szczelinę powietrzną w zmontowanym sprzęgle magnetycznym?
Odp.: Użyj szczelinomierza lub ultradźwiękowego pomiaru grubości przez skorupę. Do montażu fabrycznego używamy precyzyjnego szablonu do ustawiania, aby ustawić szczelinę w zakresie ± 0,1 mm. Do każdego złącza dostarczamy raport z pomiaru szczeliny powietrznej.
