无密封磁力驱动离心泵简介

前言

无密封离心泵，也称无泄漏离心泵，可分为磁力驱动离心泵（简称磁力泵）和屏蔽电机泵（简称屏蔽泵）。

磁力泵是一种传统的离心泵，没有通常用于密封泵轴的动密封。这种动密封由静态隔离套代替，以形成完全密封的液体端或压力边界。磁力泵最关键的部件磁力传动器由外磁转子、内磁转子和不导磁的隔离套组成。

图1：磁力传动器示意图

磁力泵在行业中已有70年的历史，为用户提供100%无泄漏，具有最高的运行安全性、少维护和遵守严格的环境标准。事实上，磁力泵正在取代具有双端面机械密封的离心泵，因为事实证明，对于难以密封的应用和危险、易挥发及腐蚀性化学品的处理，它们是一种更具成本效益的解决方案。

工作原理

图2：磁力泵工作原理示意图

磁力泵是将n对磁体（n代表偶数）按规律排列组装在磁力传动器的内、外磁转子上，使磁体部分相互组成完整藕合的磁力系统。

磁力传动是利用磁体能吸引铁磁物质以及磁体或磁场之间有磁力作用的特性，而非铁磁物质不影响或很少影响磁力的大小，因此可以无接触地透过非磁导体（隔离套）进行动力传输。

磁力传动可分为同步或异步设计。大多数磁力泵采用同步设计。电动机通过外部联轴器和外磁钢联在一起，叶轮和内磁钢联在一起。在外磁钢和内磁钢之间设有全密封的隔离套，将内、外磁钢完全隔开，使内磁钢处于介质之中。根据磁场能穿透气隙和非磁性介质原理，当电机带动外磁转子旋转时，通过磁力线的作用耦合了与叶轮相联的内磁转子作同步旋转，实现了力矩的非接触式传递。

异步设计磁性传动，也称扭矩环磁性传动。用鼠笼式结构的扭矩环来取代内磁钢，扭矩环在外磁钢的吸引下以略低的速度转动。由于无内磁钢，因此其使用温度要高于同步驱动的磁力传动。

工作条件

磁力泵输送介质的密度不大于1300 kg/m³、粘度不大于30×10^-6 m²/s的不含铁磁性和纤维的液体。常规磁力泵的额定温度：对于泵体为金属材质或F46衬里，最高工作温度为80℃，额定压力为1.6MPa；高温磁力泵的使用温度：对于泵体为金属材质，不超过350℃；对于泵体为非金属材质，最高温度不超过60℃，额定压力为0.6MPa。

对于输送介质密度大于1600kg/m³的液体，磁性联轴器需另行设计。磁力泵的轴承采用被输送的介质进行润滑冷却，故磁力泵严禁空载运行。

结构

图3：磁力泵结构示意图

1. 磁力耦合器

磁力传动由磁力耦合器来完成。磁力耦合器主要包括内磁钢（230）、外磁钢（232）及隔离套（231）等零部件，是磁力泵的核心部件。磁力耦合器的结构、磁路设计，及其各零部件的材料关系到磁力泵的可靠性、磁传动效率及寿命。磁力耦合器应在规定的环境条件下适用于户外启动和连续操作，不应出现脱耦和退磁现象。

2. 内、外磁钢

内磁钢应用粘合剂牢固地固定在导环上，并用包套将内磁钢和介质隔离。包套最小厚度应为0.4mm，其材料应选用非磁性的材料，并适用于输送的介质。

外磁钢也应用粘合剂牢固地固定在外磁钢环上。为防止装配时外磁钢的损坏，外磁钢内表面最好也应覆以包套。

3. 隔离套

隔离套也称隔离罩或密封套，位于内、外磁钢之间，将内、外磁钢完全隔开，介质封闭在隔离套内。隔离套的厚度与工作压力和使用温度有关，太厚，则增加内、外磁钢的间隙尺寸，从而影响磁传动效率；太薄，则影响强度。

隔离套有金属和非金属两种，金属隔离套存在涡流损失，非金属隔离套无涡流损失。金属隔离套应选用高电阻率的材料，如用哈氏合金、钛合金等，也可选用奥氏体不锈钢，其厚度一般应大于或等于1.0 mm。对于小功率的磁力泵，且使用温度较低时，其隔离套也可考虑采用非金属材料，如塑料或陶瓷等。

滑动轴承

1. 碳化硅陶瓷

磁力泵一般采用碳化硅陶瓷轴承。为防止游离的硅离子进入介质，一般应要求采用纯烧结的α级碳化硅。碳化硅滑动轴承，承载能力高，且具有极强的耐冲蚀、耐化学腐蚀、耐磨损和良好的耐热性，使用温度可达500℃以上。碳化硅滑动轴承的使用寿命一般可达3年以上。由于工程陶瓷很脆且膨胀系数小，所以轴承间隙不得过小，以免发生抱轴事故。

2. 石墨

石墨具有较好的自润滑性能，可经受短时间的干运行，使用温度可达450℃，缺点是耐磨性能较差。

其它的滑动轴承材料还有填充聚四氟乙烯等。

由于磁力泵的滑动轴承以所输送的介质进行润滑，所以应根据不同的介质及使用工况，选用不同的材质制作轴承。

冷却润滑液流量的控制

泵运转时，必须用少量的液体对内磁转子与隔离套之间的环隙区域和滑动轴承的摩擦副进行冲洗冷却。冷却液的流量通常为泵设计流量的2%-3%，内磁转子与隔离套之间的环隙区域由于涡流而产生高热量。当冷却润滑液不够或冲洗孔不畅、堵塞时，将导致介质温度高于永磁体的工作温度，使内磁转子逐步失去磁性，使磁力传动器失效。当介质为水或水基液时，可使环隙区域的温升维持在3-5℃；当介质为烃或油时，可使环隙区域的温升维持在5-8℃。

泵保护系统

1. 轴承状态监测器

如果用户需要，一些国际知名厂商可配置非接触式的轴承状态监测器，用于防止轴承磨损失效、联轴器的脱耦、转子卡住功率系统故障等。

2. 电机功率监控器

电机功率监控器通过监测电机功率，来避免发生低流量或干运转。

3. 温度探头

用温度探头(RTD)来监测隔离套的温度，以反映泵在运行中状态的变化。可防止泵的干运转、内外轴承磨损、严重汽蚀、闷泵、泵卡住以及系统过热等。

4. 差压开关

用差压开关来监测泵出口的压力变化，可防止泵的干运转、严重汽蚀、闷泵、泵卡住等。尤其适用于容器卸空/槽车卸载等。

5. 液体泄漏探头

对于采用第二层保护的磁力泵，应设置液体泄漏探头。对于承压密闭的磁耦合箱体结构的磁力泵，当隔离套破裂，或由于其它原因有液体进入磁耦合箱体时，探头就会报警；对于双隔离套结构的磁力泵，当内隔离套破裂，或由于其它原因有液体进入内外隔离套之间的腔体时，探头就会报警。

磁力泵与机械密封泵的比较

无密封磁力泵与机械密封泵的比较见表1。

表1：无密封磁力泵与机械密封泵的比较（来源于鲁尔公司网站）