化工泵磁力耦合传动的设计研究

陈瑜

摘 要：国内石油化工领域中化工泵的应用趋于广泛，但其泄漏问题一直是工程界关注的重点，采用磁力耦合传动设计的化工泵可有效防止化工泵的泄漏问题。文章在对化工泵设计结构与原理深入理解分析的基础上，探讨了磁性材料与磁钢形式的选型方法，以其不断优化化工泵应用性能。

关键词：化工泵；磁力耦合；传动；设计

引言

伴随经济社会的高速发展，我国现代化建设已提升至一个新的层次，石油化工行业完善的工业体系已初步形成，促进了国民经济的高速稳定发展。近年来，国内石油化工行业科技发展水平不断提升，化工泵作为该行业重要的动力装置，已基本上实现国产化，也是国内石化行业高速发展的重要标志。石油化工行业由于生产运行环境较为恶劣，化工泵的设计上的漏洞也将导致轴封腔及轴封装置的泄漏问题，既影响化工泵正常工作，而且随之引发的重大安全事故也会造成巨大损失。化工泵的磁力耦合设计是评估其传动性能以及防泄漏性能的重要方面，因此，需重点做好化工泵磁力耦合传动的设计研究工作，以不断优化化工泵工作性能。

1 化工泵设计结构与原理

化工泵广泛应用于石油化工、纺织、冶金行业及电站建设中，化工泵的一般组成结构，组成上包括电机、叶轮、密封装置以及泵体等，在结构上具有以下特点：首先，在化工泵的设计中采用了计算流体力学模拟分析方法，保障了泵体高效的水力形线，因而化工泵具有高效节能的结构特点；其次，其轴封腔采用静密封结构，采用优化的静噪声设计方法，具有优良的抗污染及静音性能；再次，泵体采用管道式设计工艺，安装维护均较便捷；最后，泵体采用的双节流环平衡法有效地保障了轴向力的平衡效果，能够显著降低电机故障率，且平衡精度较高，有效地提升了化工泵运行可靠性。

化工泵体材料不同，其应用领域也有所差异。不锈钢材质用于碱性腐蚀介质的输送，氟塑料材质可输送大多数酸碱腐蚀性介质，铸铁材质主要用于城市给排水及清水介质的输送。依据化工泵的应用用途，可分为工艺流程泵（循环泵、排污泵、输出泵等）、公用工程泵（锅炉用泵、消防用泵等）、辅助用途泵（润滑油泵、液压传动用泵等）、管路输送泵（输油管线用泵等）等类型；依据输送介质，可分为水泵（给水泵、凝水泵等）、耐腐蚀泵（屏蔽泵、不锈钢泵以及隔膜泵等）、杂质泵（污水泵、灰渣泵等）以及油泵等；依据泵体结构及工作原理，化工泵包括叶片泵（泵轴旋转带动叶片力量提供液体轴向力完成液体的输送，如离心泵、軸流泵等）、容积式泵（泵缸容积周期性变化完成液体的输送过程，如活塞泵、螺杆泵等）以及其他类型泵（包括电磁力作用下的电磁泵、借助流体能量输送液体的喷射泵等）。其中，HC型磁力耦合传动化工泵结构见图1所示，泵体无轴封部件，组成上包括泵体、磁力传动器及电机等主要部件，磁力传动器包括内外磁转子以及不导磁隔离套，磁力线的耦合设计实现了力矩的非接触传递，且泵体不存在动密封泄漏点，通过静密封作用实现泵体结构的全封闭，防止介质泄漏。

近年来，国内化工泵发展势头较好，但相较于国际先进水平还有一定的差距。为获得化工泵长远的发展，需对其产业结构做进一步调整及优化，在保持传统优势的同时，加大科技及创新研发的投入力度，推动化工泵产品向结构及性能不断优化的方向发展。

2 磁性材料的选择与磁钢形式

2.1 磁性材料的选择

磁力耦合传动化工泵其磁性材料的选型与制造直接关系到磁力耦合器性能的优劣，影响化工泵与电机的平稳、同步运转性能。目前应用广泛的磁性材料包括两大方面：陶瓷型与金属型。前者包括三类：铁氧体、钕铁硼铁硼以及金属型有稀钍等，其中，稀土类磁性材料价格最高，但其磁性能也较高，而铁氧体类一般适用于小功率泵，其价格及磁性能均较低，钕铁硼作为一类新型永磁材料近年来也逐渐引起关注，其具有较为稳定的磁性能，且价格较低，所制造的磁力耦合器具有高效节能的优点，且不易退磁。永磁材料的磁性能对比见下表1所示：

2.2 磁钢形式

磁钢的形式包括两大类：筒形及圆盘形，筒形结构磁力耦合器其永久磁条为瓦状，镶嵌于内外筒体内外筒体磁条数量相等且磁条表面以凹凸面区分N/S极，依靠径向力相互吸引，磁极以成对方式出现，辐射方向为直径方向，并利用内外表面表面异性磁流相吸实现同步旋转。在同等磁路设计参数下，筒形磁钢可获得单位面积上最优的磁转矩，闭合回路的磁力线可保证内外磁钢的相互吸力。圆盘形磁力耦合器依靠轴向磁吸力实现两磁盘端面的相互吸引，因此需额外增设轴向力平衡装置，以避免较大轴向力对泵体运转性能的影响。通常筒形磁钢在磁力耦合器的设计与应用中较为常见。

2.3 磁钢力矩的计算

非均匀磁场中以磁场动量及能量变化衡量磁场的力学性能，由于力矩的传递会导致磁场分布的变化，而工程设计中由于外界温度条件等因素对于磁场分布的影响较大，因此在磁钢力矩的设计中，需综合考虑各类影响因素以保证其计算的精确性。

磁力矩计算公式：M=nRF=nRSB2/2？滋0

在磁力矩的计算中，需已知磁极数、吸力作用点距轴距离、磁钢吸力、气隙磁感应强度、真空磁导率以及磁极面积等。在磁钢力矩计算中，需依据化工泵磁性材料的性能进行计算，并进行计算值与实测值的对比分析，评估误差。

3 结束语

化工泵的设计上的漏洞将导致轴封腔及轴封装置的泄漏问题，既影响化工泵正常工作，而且随之引发的重大安全事故也会造成巨大损失。而化工泵的磁力耦合设计是评估其传动性能防泄漏性能的重要方面，HC型磁力耦合传动化工泵结构通过静密封作用实现泵体结构的全封闭，可有效防止介质泄漏，实际应用中，需合理进行磁性材料与磁钢形式的选型，以保障其应用性能。

参考文献

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