無泄漏泵的選擇與應(yīng)用
磁力泵和屏蔽泵均屬于無泄漏泵,在結(jié)構(gòu)上只有靜密封,沒有動密封的存在,因此在輸送易燃、易爆或毒性液體等介質(zhì)時可防止泄漏,在石油化工裝置上應(yīng)用廣泛。結(jié)構(gòu)形式的不同決定了兩者在適用性上存在著較多差異。筆者闡述了如何從兩種泵型的結(jié)構(gòu)差異性方面進(jìn)行比較,以便在實(shí)際工作中確保無泄漏的前提下,合理選用實(shí)用性強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)性高的泵型。
1 磁力泵結(jié)構(gòu)形式和工作原理
磁力泵由泵頭、磁力耦合器、軸承架、軸承體、滑動軸承、滾動軸承及電動機(jī)等構(gòu)成。關(guān)鍵部件磁力耦合器由外磁驅(qū)動單元、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元以及無導(dǎo)磁的隔離套組成。
當(dāng)電動機(jī)帶動外磁驅(qū)動單元旋轉(zhuǎn)時,磁場能穿透空氣隙和非磁性物質(zhì),帶動與葉輪相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元做同步旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)動力的無接觸傳遞。磁力泵的葉輪安裝在泵軸與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元的共用軸上,介質(zhì)充滿泵腔和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元,介質(zhì)在隔離套與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元腔體內(nèi)循環(huán),帶走磁渦流產(chǎn)生的熱量,同時潤滑軸承。
由于不存在機(jī)械密封,內(nèi)部接觸介質(zhì)的零件被泵體、泵蓋及隔離套等完全封閉,從而實(shí)現(xiàn)無泄漏。
2 屏蔽泵結(jié)構(gòu)形式和工作原理
屏蔽泵主要由泵頭、屏蔽電機(jī)、轉(zhuǎn)子組件、軸承體及滑動軸承等構(gòu)成。葉輪安裝在屏蔽電機(jī)軸上,介質(zhì)充滿泵腔和電機(jī)轉(zhuǎn)子腔,電機(jī)定子腔內(nèi)壁及轉(zhuǎn)子鐵芯均襯有屏蔽套,高壓內(nèi)循環(huán)介質(zhì)流經(jīng)轉(zhuǎn)子腔,帶走電機(jī)產(chǎn)生的熱量,同時潤滑滑動軸承,因所有的轉(zhuǎn)子零部件都在靜密封的密閉單元內(nèi)旋轉(zhuǎn),不存在機(jī)械密封,從而避免介質(zhì)的泄漏。
3 磁力泵和屏蔽泵的差異性
3.1 流量和揚(yáng)程范圍
受磁力耦合器功率的影響,磁力泵在輸送大流量時難以勝任,同時也僅限于介質(zhì)密度相對較小的情況。而屏蔽泵可以通過改變泵頭部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行軸向力平衡設(shè)計,還可以通過大規(guī)格轉(zhuǎn)子前后的壓差平衡軸向力,大規(guī)格轉(zhuǎn)子腔同時也具備增設(shè)輔助平衡機(jī)構(gòu)(如平衡輪、平衡盤)的條件,因此易實(shí)現(xiàn)較大流量的輸送。
磁力泵揚(yáng)程受限于磁力耦合器的最大功率和隔離套的承壓能力,最高只能達(dá)到900m,而屏蔽泵目前揚(yáng)程可達(dá)到2000m。
3.2 電極功率檔和功率范圍
磁力耦合器的標(biāo)準(zhǔn)化程度很高,采用的電機(jī)符合國際標(biāo)準(zhǔn),可選擇的電機(jī)功率檔很多;而屏蔽電機(jī)一般憑借屏蔽泵生產(chǎn)廠家多年累積的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計,電機(jī)功率分檔較大,會產(chǎn)生在選型時接近臨界功率檔的情況。
另外,對于出口的泵而言,有些國家對電氣防爆證的取證機(jī)構(gòu)要求較苛刻。對于屏蔽泵,因上述非標(biāo)準(zhǔn)化原因不僅會增加生產(chǎn)周期,反復(fù)的取證工作也會耗費(fèi)大量的成本,加之近年來對于電機(jī)進(jìn)線口的要求較多,屏蔽泵的標(biāo)準(zhǔn)接線盒進(jìn)線口及配置的進(jìn)線口引入裝置均為公司標(biāo)準(zhǔn),面對客戶對于進(jìn)線口或鋼管布線進(jìn)線、或壓盤式、或鎧裝電纜進(jìn)線式等多變的要求,會增加成本、延長交貨周期。
3.3 適用溫度
當(dāng)介質(zhì)溫度超過100°C時,由于電機(jī)絕緣等級的要求,屏蔽泵需使用高溫泵型,或使用帶水套電機(jī)(造成成本增加),磁力泵在接近220°C時,仍可選用常規(guī)泵結(jié)構(gòu)。然而當(dāng)溫度超過300°C時,已接近永磁體的極限溫度(350°C),此時高溫屏蔽泵成為首選。
對于低溫泵,一般介質(zhì)在較高壓力下才能轉(zhuǎn)化為液態(tài),而高承壓能力的要求會制約磁力泵的應(yīng)用;此外,低溫介質(zhì)的汽化壓力隨溫度變化較為敏感,磁力泵較屏蔽泵可調(diào)整的內(nèi)部空間較小,因此在介質(zhì)的適用溫度上,屏蔽泵占有較多的選擇優(yōu)勢。
3.4 承壓能力
屏蔽泵的基本設(shè)計為二次密封和二次控制,無泄漏相對安全性比磁力泵高出很多。屏蔽泵的定子屏蔽套外直接與電機(jī)定子鐵芯相接,定子鐵芯很厚,使得屏蔽泵的承壓等級可以高達(dá)10MPa以上,而磁力泵因隔離套懸浮于內(nèi)磁轉(zhuǎn)子單元與外磁驅(qū)動單元之間,其承壓能力受限于自身厚度和封頭結(jié)構(gòu),承壓能力一般為4MPa,如單純通過增加隔離套厚度以增大承壓能力時,會造成磁渦流損失增加,導(dǎo)致磁力耦合器效率下降,造成磁力泵整機(jī)效率下降。
3.5 介質(zhì)性質(zhì)
磁力泵中使用永磁磁塊,輸送的介質(zhì)中不允許有鐵磁性物料的存在,否則微小顆粒集聚在磁塊周圍,將堵塞內(nèi)循環(huán)通道,致使軸向力破壞,也會導(dǎo)致磁渦流熱量無法排散,嚴(yán)重時可造成磁塊燒毀退磁,造成滑動軸承干磨碎裂。
對于粘度較高的介質(zhì),屏蔽泵轉(zhuǎn)子較磁力泵長,在平衡軸向力方面有優(yōu)勢;但對于粘度較小的介質(zhì),屏蔽泵轉(zhuǎn)動部件相對磁力泵內(nèi)磁轉(zhuǎn)動單元較重,不易形成滑動軸承的液膜。對于大型屏蔽泵而言,必須做成立式結(jié)構(gòu),在介質(zhì)粘度允許范圍內(nèi),磁力泵仍可采用臥式結(jié)構(gòu),相對簡單。
3.6 危害介質(zhì)的輸送
對于氰化氫、環(huán)氧乙烷及液氯等具有劇毒或易燃易爆的危害介質(zhì),屏蔽泵應(yīng)為首選,因?yàn)槠帘伪玫幕窘Y(jié)構(gòu)都是二次密封,電機(jī)外殼可以實(shí)現(xiàn)二次保護(hù)(如果屏蔽套破損介質(zhì)不會直接漏到大氣中去),并且采用多種監(jiān)控設(shè)備加以保護(hù),如使用電機(jī)壓力監(jiān)控、雙層定子屏蔽套的內(nèi)部監(jiān)控、電機(jī)部分采用完全焊接式結(jié)構(gòu)等。歡迎關(guān)注泵友圈微信公眾號。而磁力泵多為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,以適應(yīng)普通離心泵外形安裝尺寸,如增加二次密封,由于需要改變驅(qū)動單元滾動軸承的潤滑方式,使用稀油潤滑,會增加成本。
3.7 材料選擇和占地空間
無泄漏泵常用的特殊材料有哈氏合金、904L、20合金以及K合金等。因磁力泵過流部件比屏蔽泵少,整機(jī)材料成本比較低,從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),宜首選磁力泵。
磁力泵帶有外部電機(jī),需占據(jù)較大空間,若現(xiàn)場空間受限,宜選用結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間較小的屏蔽泵。
3.8 振動和噪聲要求
對于振動和噪聲要求嚴(yán)苛的環(huán)境應(yīng)優(yōu)先選擇屏蔽泵,因?yàn)槠帘伪脽o電機(jī)風(fēng)扇,噪聲水平相對較低。磁力泵噪聲主要來自電機(jī)風(fēng)扇,且磁力泵一般由電機(jī)軸、磁力耦合器驅(qū)動軸和泵軸構(gòu)成傳動軸系,對中要求較高,其振動相對于屏蔽泵也會略大。
3.9 設(shè)備安裝和現(xiàn)場可維護(hù)性
磁力泵須對聯(lián)軸器進(jìn)行對中找正,而屏蔽泵因自身為一體化設(shè)計,直接安裝即可達(dá)到要求,相對較為容易。
磁力泵除非損壞零部件造成軸向力影響外,一般出現(xiàn)問題均可現(xiàn)場處理更換,包括驅(qū)動單元的組件。而屏蔽泵現(xiàn)場可更換的零件較少,尤其當(dāng)屏蔽電機(jī)發(fā)生問題時,一般現(xiàn)場不具備條件,需返廠維修,對生產(chǎn)造成一定影響。
4 結(jié)束語
屏蔽泵因內(nèi)部空間留有余地,可調(diào)整結(jié)構(gòu),因而在流量、揚(yáng)程、功率、溫度及壓力等方面具有較大的調(diào)節(jié)范圍優(yōu)勢,同時屏蔽泵的電機(jī)外殼可視為二次密封,安全性更高。如果對磁力泵也有二次密封的要求,就要采用雙隔離套結(jié)構(gòu),造價會增加很多。
綜上所述,屏蔽泵較磁力泵具有相對較多的優(yōu)勢,然而屏蔽泵的電機(jī)多為泵生產(chǎn)廠家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計,標(biāo)準(zhǔn)化程度低,生產(chǎn)周期、成本上有劣勢,屏蔽泵除滑動軸承和過流墊片外沒有其他的易損零件,免維護(hù)運(yùn)行時間比磁力泵長。
屏蔽電機(jī)出現(xiàn)問題時一般需返廠維修,會對生產(chǎn)造成影響,如在選用時考慮增加備泵,也會增加投資成本。因此,在選擇無泄漏泵時,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況,綜合考慮工藝參數(shù)、建設(shè)成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本以及生產(chǎn)周期等因素,才能選擇出性價比較優(yōu)的泵型。