устранение динамических уплотнений, которые изнашиваются и протекают. Для герметичных насосов, перекачивающих агрессивные или опасные жидкости (например, химические, фармацевтические, ядерные), магнитные приводы являются обязательными для достижения нулевых выбросов. Муфта состоит из внутреннего ротора (прикрепленного к рабочему колесу насоса) и внешнего ротора (приводимого в движение двигателем) с магнитами, расположенными на чередующихся полюсах. В этом руководстве объясняется, как магнитные приводы без уплотнений устраняют утечки жидкости, рассматриваются вопросы согласования внутренних и внешних полюсов ротора и передачи крутящего момента, объясняется, почему SmCo предпочтителен для высокотемпературных химических насосов, а также подробно описывается балансировка воздушных зазоров и толщины защитной оболочки.
Устранение утечек жидкости: механика бессальниковых магнитных приводов
В обычных центробежных насосах используется механическое уплотнение (углеродные/керамические поверхности), которое устанавливается на валу насоса. Износ и термический удар приводят к выходу из строя уплотнения, что приводит к утечке жидкости, -небезопасной для токсичных, легковоспламеняющихся-жидкостей или жидкостей высокой чистоты. В насосе с магнитным приводом:
Двигатель вращает внешний магнитный узел (внешний ротор) вне герметичной защитной оболочки.
Внутренний магнитный узел (внутренний ротор на валу насоса) магнитно закреплен на внешнем роторе.
Крутящий момент передается через стенку защитной оболочки (обычно из хастеллоя или титана толщиной 1–3 мм) без какого-либо проникновения в вал.
Единственными уплотнениями являются статические уплотнительные-кольца на корпусе, которые надежны и-не требуют обслуживания.
Никаких динамических уплотнений=нет утечек. Магнитные муфты являются стандартными для работы с насосами:
Сильнокоррозионные кислоты (HCl, H2SO4, HF)
Легковоспламеняющиеся растворители (ацетон, метанол, толуол)
Вода высокой-чистоты (фармацевтика, полупроводниковая промышленность)
High-temperature thermal oils (>200 градусов)
Внутренние и внешние роторы: согласование полюсов и передача крутящего момента
Внутренний и внешний роторы должны иметь одинаковое количество полюсов и выравнивание полюсной дуги. Стандартные конфигурации:
4-полюсное, 6-полюсное или 8-полюсное исполнение. Большее количество полюсов уменьшает диаметр и инерцию ротора, но требует более узкого воздушного зазора.
Magnetic materials: Sintered NdFeB (N42SH) for temperatures up to 100°C, SmCo for >100 градусов. Для химических насосов SmCo является стандартным из-за коррозионной стойкости (покрытие не требуется) и термической стабильности.
Расположение магнитов: магниты, установленные на поверхности-на обоих роторах (SPM), упрощают сборку; или внутренние магниты (IPM) с концентрацией магнитного потока для более высокой плотности крутящего момента.
Уравнение передачи крутящего момента: T=k × Br² × (OD³ - ID³) × sin(δ) / (зазор² + толщина оболочки²), где δ — угловое смещение (угол вытягивания-). Максимальный крутящий момент (вытягивающий-крутящий момент) возникает при δ=90 градусе (магнитные полюса смещены на 90 градусов). Рабочий крутящий момент должен быть<80% of pull-out torque to avoid decoupling.
Если двигатель перегружается или заклинивает, магнитная муфта безвредно проскальзывает (отсоединяется), действуя как ограничитель крутящего момента. Это защищает двигатель и насос от механических повреждений.
ПочемуСамарий Кобальт(SmCo) предпочтителен для высокотемпературных-химических насосов.
Химические насосы часто перекачивают жидкости при температуре 150-300 градусов. NdFeB теряет значительную часть Br и Hcj при температуре выше 100 градусов, а его восприимчивость к коррозии требует дорогостоящего покрытия (которое может отслаиваться при термоциклировании). SmCo (класс 2:17) предлагает:
Br=10.5-11.5 кГс (ниже, чем NdFeB, но стабилен до 300 градусов).
Hcj > 20 kOe at 20°C, remaining >10 кЭ при 250 градусах.
Коррозионная стойкость: SmCo не требует покрытия для большинства химических жидкостей (за исключением плавиковой кислоты).
Коэффициент теплового расширения соответствует защитным оболочкам из хастеллоя, что снижает напряжение.
Для криогенных применений (от -40 до -150 градусов) NdFeB приемлем, поскольку низкие температуры не размагничивают. Однако SmCo также хорошо работает при низких температурах.
Selection guideline: If fluid temperature >120 градусов, укажите SmCo. Если температура жидкости<120°C and the pump is dry-mount (no fluid splashing on the magnets), NdFeB with Ni-Cu-Ni coating is sufficient.
Балансировка воздушных зазоров и толщины защитной оболочки
Воздушный зазор между внутренним и внешним роторами включает в себя:
Толщина стенки защитной оболочки (критическая для номинального давления).
Рабочий зазор между магнитами и корпусом (обычно 0,5–2 мм с каждой стороны).
Общий воздушный зазор=толщина оболочки + 2 × зазор.
Больший воздушный зазор снижает передачу крутящего момента (примерно по закону обратных квадратов). При фиксированном крутящем моменте увеличение воздушного зазора на 1 мм требует увеличения наружного диаметра магнита на 20% для компенсации, что увеличивает стоимость и инерцию. Таким образом, оптимизация конструкции должна сбалансировать:
| Давление жидкости | Материал защитной оболочки | Толщина корпуса (мм) | Воздушный зазор (мм) | Снижение крутящего момента (по сравнению с зазором 3 мм) |
|---|---|---|---|---|
| <10 bar | Нержавеющая сталь 316L | 1.0-1.5 | 2.5-3.5 | Базовый уровень |
| 10-30 бар | Хастеллой C276 | 1.5-2.5 | 3.5-4.5 | от -25% до -35% |
| >30 бар | Титан (Ти-6Ал-4В) | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | от -40% до -50% |
| High temp (>200 градусов) | Инконель 625 | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | от -40% до -50% |
Для приложений с высоким-крутящим моментом и высоким-давлением мы используем радиальную ориентацию магнитов или матрицы Хальбаха, чтобы компенсировать увеличенный воздушный зазор. Моделирование FEA необходимо для прогнозирования вытягивающего момента-момента и повышения температуры из-за вихревых токов в защитной оболочке.
Для получения информации о магнитных муфтах и герметичных насосных агрегатах, включая полные комплекты внутреннего/внешнего ротора с магнитами SmCo или NdFeB, посетите наши страницы «Магнитные моторные агрегаты» и «Самарий-кобальтовые магниты» на нашем веб-сайте.
Чтобы запросить конструкцию муфты с учетом технических характеристик вашего насоса,-включая крутящий момент, скорость, температуру жидкости и давление-, свяжитесь с нашей командой разработчиков магнитных муфт.
Часто задаваемые вопросы
В: Что произойдет, если магнитная муфта отсоединится (выдернется) во время работы?
А: Внутренний ротор перестает вращаться (насос глохнет), а внешний ротор вращается свободно. Двигатель потребляет меньший ток (без нагрузки). Для повторного-соединения выключите двигатель, подождите, пока давление жидкости упадет, а затем перезапустите. Магниты автоматически-блокируются, когда оба ротора неподвижны. Повторная развязка не повреждает магниты.
Вопрос: Можем ли мы использовать магнитную муфту для насоса, перекачивающего абразивные суспензии?
Ответ: Да, но вызывает беспокойство износ защитной оболочки от абразивов. Используйте двойную-защитную оболочку с промывочной жидкостью (чистой жидкостью), циркулирующей между внутренней и внешней оболочками, чтобы защитить магниты и предотвратить попадание шлама. Мы поставляем эту конфигурацию.
Вопрос: Как измерить воздушный зазор в собранной магнитной муфте?
О: Используйте щуп или ультразвуковое измерение толщины корпуса. При заводской сборке мы используем прецизионное приспособление для выравнивания, чтобы установить зазор в пределах ±0,1 мм. Мы предоставляем отчет об измерении воздушного зазора для каждой муфты.
