介紹小流量高揚(yáng)程磁力泵的開發(fā)設(shè)計(jì)

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

CJRB型小流量高揚(yáng)程磁力泵的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由口環(huán)1、泵體2、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子3、隔離套4、外磁轉(zhuǎn)子5、電機(jī)6等組成。

圖1：小流量高揚(yáng)程磁力泵結(jié)構(gòu)示意圖

CJRB型磁力泵的工作過程是電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)外磁轉(zhuǎn)子，磁力穿越隔離套，作用于內(nèi)磁轉(zhuǎn)子從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子無軸封，實(shí)現(xiàn)無泄漏輸送。

CJRB型磁力泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：隔離套和泵軸構(gòu)成一體，是靜止件；葉輪和內(nèi)磁鋼為一整體，構(gòu)成轉(zhuǎn)子件，能保證較小的結(jié)構(gòu)尺寸。

二、水力設(shè)計(jì)

低比速離心泵的圓盤損失是影響其效率的一個(gè)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(dá)到規(guī)定的揚(yáng)程，減小葉輪直徑認(rèn)，增加葉片出口安放角β2和葉片數(shù)Z是一個(gè)行之有效的方法。另外，為了降低葉片進(jìn)口的排擠系數(shù)，采用長(zhǎng)短葉片復(fù)合設(shè)計(jì)是一個(gè)較為有效的方法。東莞南方泵業(yè)采用了長(zhǎng)短葉片復(fù)合設(shè)計(jì)的方法。取L1/L=0.55~0.65，短葉片長(zhǎng)度約為長(zhǎng)葉片長(zhǎng)度的1/2，如圖2所示。

圖2：短葉片偏置

三、永磁磁力聯(lián)軸耦合器

磁力泵的磁力耦合器是磁力泵的關(guān)鍵技術(shù)之一，其設(shè)計(jì)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(chǎng)強(qiáng)度高、傳動(dòng)力矩大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。磁力泵的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子在介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)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(nèi)磁轉(zhuǎn)子圓柱面的摩擦損失，它與轉(zhuǎn)子半徑的4次方及轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度成正比；二是內(nèi)磁轉(zhuǎn)子端面的摩擦損失，它與轉(zhuǎn)子半徑5次方成正比因此，從永磁轉(zhuǎn)子能耗上考慮，減小內(nèi)磁轉(zhuǎn)子外徑有利于減小磁轉(zhuǎn)子能耗。另一方面，在轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、磁鋼長(zhǎng)度—定時(shí)，用磁能積高的磁性材料，減小磁轉(zhuǎn)子體外徑，顯然會(huì)減小磁轉(zhuǎn)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(lián)軸耦合器

四、軸向力平衡與冷卻回路設(shè)計(jì)

磁力泵的軸向力是指內(nèi)磁轉(zhuǎn)子所受的軸向推力。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子左右兩端均設(shè)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(jī)組的壽命，甚至關(guān)系到泵能否啟動(dòng)運(yùn)行，因此軸向力平衡是整個(gè)設(shè)計(jì)中十分重要的一部分。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子軸向力平衡的設(shè)計(jì)方法就是降低內(nèi)磁轉(zhuǎn)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(huán)液的循環(huán)回路

磁力泵內(nèi)磁鋼與隔離套之間需要一定的液體循環(huán)冷卻，同時(shí)推力軸承、導(dǎo)軸承也需要液體潤(rùn)滑冷卻，防止隔離套產(chǎn)生過量的溫升以至于永磁體退磁，防止冷卻液汽化，使得導(dǎo)軸承、推力盤出現(xiàn)干摩擦。本系列產(chǎn)品利用液體循環(huán)產(chǎn)生的壓力差，減小內(nèi)磁轉(zhuǎn)子右端軸向力分布。同時(shí)實(shí)現(xiàn)正常的冷卻循環(huán)。

小流量髙揚(yáng)程磁力泵冷卻循環(huán)液，由葉輪出口高壓腔流經(jīng)內(nèi)磁鋼與隔離套之間的環(huán)形間隙AB、推力盤軸承BC、導(dǎo)軸承CD、葉輪入口環(huán)縫DF等流體阻力元件，再回到水泵入口，構(gòu)成循環(huán)回路，如圖4所示。冷卻循環(huán)液在循環(huán)回路中產(chǎn)生4處壓力降，由此減少了作用于內(nèi)磁轉(zhuǎn)子右端的壓力，實(shí)現(xiàn)了軸向力平衡。

五、新型耐磨滑動(dòng)軸承材料

在磁力泵中，軸承是浸泡在所輸送介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此潤(rùn)滑性一般都比較差。泵在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)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(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。

經(jīng)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(qiáng)的特點(diǎn)，將它們按一定比例混合，填充一定的石墨等經(jīng)過干粉共混、模壓，在國(guó)內(nèi)首次成功制備了F50C新型耐磨滑動(dòng)軸承材料。經(jīng)過耐磨試驗(yàn)證明，F(xiàn)50C新型耐磨軸承材料在潤(rùn)滑和非潤(rùn)滑材料下均具有良好的耐磨和減磨性能，同時(shí)抗沖擊性能也好，能滿足磁力泵中軸材料的需求，提高了產(chǎn)品的壽命。

六、工藝與材料

葉輪采用數(shù)控機(jī)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(jīng)消應(yīng)力處理后再作精加工，保證了加工精度。磁力泵葉輪與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子為一體，前后推力盤采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，以盡可能縮短軸向長(zhǎng)度。磁轉(zhuǎn)子磁塊組合采用圓筒形結(jié)構(gòu)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(duì)隔離套材料分別為KM8Ni9Ti和TC4的磁性聯(lián)軸器進(jìn)行試驗(yàn)，得到隔離套材料為TC4的渦流損失遠(yuǎn)小于采用lCrl8Ni9Ti的渦流損失。