小流量高揚程磁力泵的開發設計

介紹小流量高揚程磁力泵的開發設計

一、結構設計

CJRB型小流量高揚程磁力泵的主要結構如圖1所示，主要由口環1、泵體2、內磁轉子3、隔離套4、外磁轉子5、電機6等組成。

圖1：小流量高揚程磁力泵結構示意圖

CJRB型磁力泵的工作過程是電機直接驅動外磁轉子，磁力穿越隔離套，作用于內磁轉子從而驅動轉子旋轉，內磁轉子無軸封，實現無泄漏輸送。

CJRB型磁力泵的結構特點是：隔離套和泵軸構成一體，是靜止件；葉輪和內磁鋼為一整體，構成轉子件，能保證較小的結構尺寸。

二、水力設計

低比速離心泵的圓盤損失是影響其效率的一個主要因素。圓盤損失與葉輪外徑的5次方成正比，所以為了達到規定的揚程，減小葉輪直徑認，增加葉片出口安放角β2和葉片數Z是一個行之有效的方法。另外，為了降低葉片進口的排擠系數，采用長短葉片復合設計是一個較為有效的方法。東莞南方泵業采用了長短葉片復合設計的方法。取L1/L=0.55~0.65，短葉片長度約為長葉片長度的1/2，如圖2所示。

圖2：短葉片偏置

三、永磁磁力聯軸耦合器

磁力泵的磁力耦合器是磁力泵的關鍵技術之一，其設計是否合理直接影響到泵組的效率。本文采用了密集型聚磁磁力耦合器，如圖3所示。這種新型磁力耦合器具有磁能利用好、磁場強度高、傳動力矩大、結構緊湊等優點。磁力泵的內磁轉子在介質中旋轉會產生較大的功率損失，這部分功率損失一般分為兩部分：一是內磁轉子圓柱面的摩擦損失，它與轉子半徑的4次方及轉子的長度成正比；二是內磁轉子端面的摩擦損失，它與轉子半徑5次方成正比因此，從永磁轉子能耗上考慮，減小內磁轉子外徑有利于減小磁轉子能耗。另一方面，在轉速、轉矩、磁鋼長度—定時，用磁能積高的磁性材料，減小磁轉子體外徑，顯然會減小磁轉子的能耗，提高南方水泵效率。永磁體采用的是釤鈷材料，磁能積高，能耐較高的溫度，提高了永磁磁力耦合器的耐高溫性能。

圖3：永磁磁性聯軸耦合器

四、軸向力平衡與冷卻回路設計

磁力泵的軸向力是指內磁轉子所受的軸向推力。內磁轉子左右兩端均設置有推力盤，如圖4所示。如果軸向力不平衡，將影響推力盤的使用壽命，即影響泵機組的壽命，甚至關系到泵能否啟動運行，因此軸向力平衡是整個設計中十分重要的一部分。內磁轉子軸向力平衡的設計方法就是降低內磁轉子右端的單位面積作用力，盡可能使它所受的合力為零。

圖4：冷卻循環液的循環回路

磁力泵內磁鋼與隔離套之間需要一定的液體循環冷卻，同時推力軸承、導軸承也需要液體潤滑冷卻，防止隔離套產生過量的溫升以至于永磁體退磁，防止冷卻液汽化，使得導軸承、推力盤出現干摩擦。本系列產品利用液體循環產生的壓力差，減小內磁轉子右端軸向力分布。同時實現正常的冷卻循環。

小流量髙揚程磁力泵冷卻循環液，由葉輪出口高壓腔流經內磁鋼與隔離套之間的環形間隙AB、推力盤軸承BC、導軸承CD、葉輪入口環縫DF等流體阻力元件，再回到水泵入口，構成循環回路，如圖4所示。冷卻循環液在循環回路中產生4處壓力降，由此減少了作用于內磁轉子右端的壓力，實現了軸向力平衡。

五、新型耐磨滑動軸承材料

在磁力泵中，軸承是浸泡在所輸送介質中運轉的，因此潤滑性一般都比較差。泵在長時間的運行中，軸承易受磨損，影響了軸承的壽命，直接影響到磁力泵的穩定運行和使用壽命。

經過研究，利用聚四氟乙烯（F4)和聚全氟乙丙烯（F46)相容性好、粘附力強的特點，將它們按一定比例混合，填充一定的石墨等經過干粉共混、模壓，在國內首次成功制備了F50C新型耐磨滑動軸承材料。經過耐磨試驗證明，F50C新型耐磨軸承材料在潤滑和非潤滑材料下均具有良好的耐磨和減磨性能，同時抗沖擊性能也好，能滿足磁力泵中軸材料的需求，提高了產品的壽命。

六、工藝與材料

葉輪采用數控機床銑加工完成，葉片采用圓柱形葉片，使流道形狀便于控制，葉輪前蓋板與葉片采用電焊組合，經消應力處理后再作精加工，保證了加工精度。磁力泵葉輪與內磁轉子為一體，前后推力盤采用鑲嵌結構，以盡可能縮短軸向長度。磁轉子磁塊組合采用圓筒形結構新工藝制造。磁力泵葉輪泵體采用KM8Ni9Ti，隔離套采用TC4鈦合金材料，使得磁渦流損失小，耐高溫。

對隔離套材料分別為KM8Ni9Ti和TC4的磁性聯軸器進行試驗，得到隔離套材料為TC4的渦流損失遠小于采用lCrl8Ni9Ti的渦流損失。