淺談磁力泵與屏蔽泵|資料

編者：隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)和環(huán)保法規(guī)的逐步健全，泵泄漏的問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。從理論上講，杜絕泵泄漏最有效的措施就是采用無(wú)密封泵。《淺談磁力泵與屏蔽泵》一文著重闡述了兩類無(wú)密封泵即磁力驅(qū)動(dòng)泵、屏蔽泵的基本原理、工作性能、適用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)兩類泵作了對(duì)比分析。
多年來(lái)，常規(guī)的有密封泵一直是石化工業(yè)的主力裝備。這種泵上裝有各種各樣的密封，從填料密封直到復(fù)雜的雙端面機(jī)械密封。有密封泵的主要優(yōu)點(diǎn)是單位成本低，設(shè)計(jì)上的通用性，用戶對(duì)此維護(hù)方式已經(jīng)習(xí)慣。其缺點(diǎn)是，該密封必須產(chǎn)生泄漏來(lái)潤(rùn)滑密封面。填料密封的泄漏量一般為3～80mL/h，制造良好的機(jī)械密封僅有微量泄漏，其泄漏量為0.01～3mL/h。如果密封出事故，則輸送介質(zhì)就會(huì)泄漏到大氣中，從而危害人身和環(huán)境。此外，雖然目前機(jī)械密封及其精巧的輔助系統(tǒng)已經(jīng)變得越來(lái)越復(fù)雜，但在延長(zhǎng)密封使用壽命方面所取得的進(jìn)展始終不令人滿意。因此，一種既可行又重要的選擇方案就是采用一種不需要軸封的離心泵即無(wú)密封泵。相比之下，無(wú)密封泵可以大大減輕或消除這種災(zāi)難性事故的危害并大大延長(zhǎng)使用壽命。無(wú)密封泵主要包括磁力驅(qū)動(dòng)泵和屏蔽泵，結(jié)構(gòu)上只有靜密封而無(wú)動(dòng)密封，用于輸送液體時(shí)能保證一滴不漏。
1.磁力驅(qū)動(dòng)泵
磁力聯(lián)軸器傳動(dòng)泵（簡(jiǎn)稱磁力驅(qū)動(dòng)泵）最早是在1947年由英國(guó)HMD公司的GeoffreyHoward研制成功的。幾年后西德的FranzKlaus也相繼開發(fā)成功。最先使用磁力驅(qū)動(dòng)泵的兩家公司是英國(guó)的帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司和德國(guó)的拜爾化學(xué)公司。開發(fā)磁力驅(qū)動(dòng)泵的最初目的是為了保護(hù)從事化工、核動(dòng)力、國(guó)防等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員的安全和健康。20世紀(jì)70年代中期以后由于稀土鈷（1978年）、最強(qiáng)有力的釹鐵硼（1983年）等新一代永磁鐵和碳化硅軸承技術(shù)的開發(fā)使磁力驅(qū)動(dòng)泵的技術(shù)水平有了極大的提高。據(jù)國(guó)外樣本和文獻(xiàn)資料顯示，磁力驅(qū)動(dòng)泵的流量現(xiàn)在可達(dá)1150m3/h；揚(yáng)程達(dá)500m；介質(zhì)溫度范圍-120℃～450℃；粘度極限100～200cp；介質(zhì)中磨蝕性固體顆粒含量可達(dá)1.5%（按重量），固體顆粒粒度可達(dá)100μm；采取特殊措施后，泵能輸送含20%不溶性固體物的渣漿，固體物直徑可達(dá)20mm；系統(tǒng)壓力可達(dá)450bar。磁力驅(qū)動(dòng)泵還適應(yīng)于機(jī)械密封很難勝任的高真空使用條件。技術(shù)上的這些突破和其它改進(jìn)措施，使磁力驅(qū)動(dòng)泵的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有了驚人的提高。對(duì)磁力驅(qū)動(dòng)泵和機(jī)械密封泵的可用率和易修性的調(diào)查表明，有密封泵的損壞率和故障率都明顯高于磁力驅(qū)動(dòng)泵。例如在400℃的熱液泵上的機(jī)械密封平均壽命為6個(gè)月，而磁力驅(qū)動(dòng)泵能運(yùn)轉(zhuǎn)多年，惟一需要的維護(hù)只是對(duì)泵和電機(jī)的外部軸承進(jìn)行正常的潤(rùn)滑。在化工領(lǐng)域中獲得的大量經(jīng)驗(yàn)已使人們得出這樣的結(jié)論：磁力驅(qū)動(dòng)泵已經(jīng)發(fā)展成為許多流程裝置中最經(jīng)濟(jì)的解決辦法。因此，磁力驅(qū)動(dòng)泵使用的增多已不僅僅是因?yàn)橐粋€(gè)可靠的環(huán)境因素，而且還有大幅度減少運(yùn)行、維修費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)因素。其應(yīng)用范圍已從輸送危害性液體和貴重液體擴(kuò)大到需要長(zhǎng)壽命、維護(hù)少的普通用泵場(chǎng)合，例如遠(yuǎn)洋船舶上因維護(hù)費(fèi)用高而用磁力驅(qū)動(dòng)泵來(lái)輸送空調(diào)系統(tǒng)用冷水。最近十年來(lái)磁力驅(qū)動(dòng)泵的應(yīng)用急劇增長(zhǎng)，已經(jīng)成為各種應(yīng)用領(lǐng)域中的常見(jiàn)裝備。磁力驅(qū)動(dòng)泵現(xiàn)在可以滿足無(wú)密封泵全部應(yīng)用領(lǐng)域的90%。
磁力驅(qū)動(dòng)泵是利用磁體能吸引鐵磁物質(zhì)以及磁體或磁場(chǎng)之間有磁力作用的特性；而非鐵磁物質(zhì)不影響或很少影響磁力的大小，因此可以無(wú)接觸地透過(guò)非磁導(dǎo)體（隔離套）進(jìn)行動(dòng)力傳輸，這種傳動(dòng)裝置稱為磁性聯(lián)軸器。電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器和外磁鋼聯(lián)在一起，葉輪和內(nèi)磁鋼聯(lián)在一起。在外磁鋼和內(nèi)磁鋼之間設(shè)有全密封的隔離套，將內(nèi)、外磁鋼完全隔開，使內(nèi)磁鋼處于介質(zhì)之中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過(guò)磁鋼間磁極的吸力直接帶動(dòng)葉輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。其主要優(yōu)點(diǎn)：由于傳動(dòng)軸不需要穿入泵殼，而是利用磁場(chǎng)透過(guò)空氣間隙和隔離套薄壁傳動(dòng)扭矩，帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子，因此從根本上消除了軸封的泄漏通道，實(shí)現(xiàn)了完全密封；傳遞動(dòng)力時(shí)有過(guò)載保護(hù)作用；除磁性材料與磁路設(shè)計(jì)有較高要求外，其余部分技術(shù)要求不高；磁力驅(qū)動(dòng)泵的維護(hù)和檢修工作量小。其主要缺點(diǎn)：磁力驅(qū)動(dòng)泵的效率比普通離心泵低；對(duì)防單面泄漏的隔離套的材料及制造要求較高；磁力驅(qū)動(dòng)泵由于受到材料及磁性傳動(dòng)的限制，因此國(guó)內(nèi)一般只用于輸送100℃以下、1.6MPa以下的介質(zhì)；由于隔離套材料的耐磨性一般較差，因此磁力驅(qū)動(dòng)泵一般用于輸送不含固體顆粒的介質(zhì)；聯(lián)軸器對(duì)中要求高，對(duì)中不當(dāng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)口處軸承的損壞和防單面泄漏隔離套的磨損。
2.屏蔽泵
屏蔽泵屬離心式無(wú)密封泵，泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都被封閉在一個(gè)被泵送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi)，此壓力容器只有靜密封。這種結(jié)構(gòu)取消了傳統(tǒng)離心泵具有的旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，能做到完全無(wú)泄漏。屏蔽泵把泵和電機(jī)聯(lián)在一起，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和泵的葉輪固定在同一根軸上，利用屏蔽套將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子隔開，轉(zhuǎn)子在被輸送的介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)，其動(dòng)力通過(guò)定子磁場(chǎng)傳遞給轉(zhuǎn)子。其主要優(yōu)點(diǎn)：①與有密封泵相比，省去了維修和更換密封的麻煩，也省去了聯(lián)軸器，零件數(shù)量少（只有機(jī)械密封泵的30%左右），可靠性高。無(wú)滾動(dòng)軸承和電機(jī)的風(fēng)扇，不需要加潤(rùn)滑油，且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低。可配置軸承磨損監(jiān)視器，檢測(cè)軸承的磨損情況。②結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，對(duì)底座和基礎(chǔ)的要求低，沒(méi)有聯(lián)軸器的對(duì)中問(wèn)題，安裝容易且費(fèi)用低。日常維修工作量少，維修費(fèi)用低。③能在真空系統(tǒng)或“真空”與“正壓”交替運(yùn)行的情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)而無(wú)泄漏。可以在高真空度情況下直接從真空槽中把物料送至其他容器中。使用范圍廣，對(duì)于高溫、高壓、極低溫、高熔點(diǎn)等各種工況均能滿足要求。其主要缺點(diǎn)：①由于采用滑動(dòng)軸承，且用被輸送的介質(zhì)潤(rùn)滑，故對(duì)潤(rùn)滑性差的介質(zhì)就不適宜采用屏蔽泵輸送。一般適合于屏蔽泵的介質(zhì)粘度范圍為0.1～20cP。②屏蔽泵的效率通常低于有密封的離心泵。但在中、小功率的情況下，與雙端面密封泵相比，后者由于增加了冷卻和沖洗系統(tǒng)的功率消耗，故總效率相差不大。③離心泵運(yùn)行時(shí)，要求流量應(yīng)高于最小連續(xù)流量。對(duì)屏蔽泵這點(diǎn)尤其重要，因?yàn)樵谛×髁抗r下，泵效率較低且會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱，使流體蒸發(fā)而造成泵干轉(zhuǎn)，引起滑動(dòng)軸承的損壞。
3.磁力驅(qū)動(dòng)泵與屏蔽泵的比較
在過(guò)去十年中，磁力驅(qū)動(dòng)泵已成為廣大應(yīng)用領(lǐng)域中的常見(jiàn)裝備。相比之下，屏蔽泵已被看作是一種價(jià)格更高、更特殊的泵，多數(shù)情況下只在有專門訂貨時(shí)才設(shè)計(jì)制造。盡管這種看法隨著標(biāo)準(zhǔn)化屏蔽泵系列的出現(xiàn)而正在變化，但屏蔽泵在市場(chǎng)中仍只占相當(dāng)小的份額。
一般來(lái)說(shuō)，無(wú)密封泵的可靠性等同于或優(yōu)于相當(dāng)?shù)挠忻芊獗谩５沁@兩種泵都會(huì)因使用不當(dāng)（特別是干轉(zhuǎn)和偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)）而易遭損壞。用輸送介質(zhì)潤(rùn)滑軸承的無(wú)密封泵在長(zhǎng)時(shí)間的干轉(zhuǎn)后才會(huì)發(fā)生軸承磨損。在缺乏運(yùn)行監(jiān)控情況下，這種磨損是看不見(jiàn)的，在某些情況下可能導(dǎo)致泵損壞和密封套的破裂。標(biāo)準(zhǔn)的磁力驅(qū)動(dòng)裝置在損壞情況下會(huì)使液體泄入聯(lián)軸器體內(nèi)，并且通過(guò)聯(lián)軸器軸承泄漏到外界大氣中。這種泄漏通常由于液體必須流經(jīng)曲折通路而受到節(jié)制，一般不會(huì)造成嚴(yán)重后果。這種標(biāo)準(zhǔn)的磁力驅(qū)動(dòng)裝置還可以作很大改進(jìn)以避免泄漏，改進(jìn)方法是采用通氣口來(lái)防止聯(lián)軸器體內(nèi)的壓力增大和采用輔助的（驅(qū)動(dòng)裝置）軸封來(lái)防止泄漏。相比之下，屏蔽泵會(huì)使泄漏液體密封在電機(jī)體內(nèi)，并防止進(jìn)一步外泄。不過(guò)要把液體密封住，只有在嚴(yán)密注意壓力容器（電機(jī)殼）到接線盒之間的電纜接頭的情況下才有可能。這個(gè)部位歷來(lái)是屏蔽泵的惟一弱點(diǎn)。設(shè)計(jì)不良會(huì)使第二道（指電機(jī)殼）密封不起任何作用。即使密封套萬(wàn)一損壞，磁力驅(qū)動(dòng)泵可以完全得到清理，而且未受損壞的零件可以重新使用。如果必要，這種維修在現(xiàn)場(chǎng)就可進(jìn)行。而泄漏到屏蔽泵電機(jī)體內(nèi)的液體會(huì)使繞組損壞。雖然某些泵型具有可拆卸的定子結(jié)構(gòu)，但大部分屏蔽泵都是采用密封式電機(jī)或具有焊接結(jié)構(gòu)，這就需要送到工廠去維修或者重新更換一個(gè)昂貴的體內(nèi)部件。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)磁力驅(qū)動(dòng)泵，不需要批準(zhǔn)危險(xiǎn)使用區(qū)，而屏蔽泵則需要合格證。在許多情況下這種合格證在歐洲各國(guó)也相互不一致，可能需要增設(shè)運(yùn)行工況監(jiān)控裝置，如，需要確保流程液存放的液位探測(cè)器。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)形式的屏蔽泵，其溫度局限在約100℃以內(nèi)。決定因素是電機(jī)繞組采用的絕緣等級(jí)，為了克服這個(gè)問(wèn)題，電機(jī)裝有獨(dú)立的冷卻回路，從而增加了管路、冷卻液源、泵和熱交換器的額外費(fèi)用。標(biāo)準(zhǔn)的同步磁力驅(qū)動(dòng)泵可以在約400℃溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)。
總的來(lái)說(shuō)，磁力驅(qū)動(dòng)泵可以滿足無(wú)密封泵全部應(yīng)用領(lǐng)域的90%。這種泵技術(shù)規(guī)格齊全，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，交貨期短，使用方便，維修時(shí)不需要電工參與，而且可以與普通的有密封泵直接互換。屏蔽泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，通常不能滿足常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)。此外，密封零部件牽涉到維護(hù)問(wèn)題，多工種安裝問(wèn)題，以及交貨期長(zhǎng)等問(wèn)題，這些都使得屏蔽泵只能應(yīng)用在磁力驅(qū)動(dòng)泵不能滿足的、危險(xiǎn)程度很高的各種邊緣應(yīng)用領(lǐng)域。顯爾易見(jiàn)，這兩種泵雖然同時(shí)占有市場(chǎng)，但磁力驅(qū)動(dòng)泵將會(huì)占領(lǐng)更大的市場(chǎng)份額，而成為未來(lái)各種環(huán)保、安全工業(yè)的主力裝備。
在國(guó)內(nèi)，由于國(guó)人的環(huán)保意識(shí)尚不是很強(qiáng)，環(huán)保法規(guī)還不夠健全，再加上執(zhí)行力度也不夠，人們對(duì)泵泄漏的問(wèn)題普遍重視不足。從而使國(guó)內(nèi)泵制造廠對(duì)如何最大限度地減少泵（尤其是工業(yè)用泵）泄漏的研究投入很少。致使國(guó)產(chǎn)無(wú)密封泵（包括磁力驅(qū)動(dòng)泵及屏蔽泵）的研制、開發(fā)水平與國(guó)際 水平相比有較大差距。隨著我國(guó)加入WTO，以及最近五年優(yōu)先發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略方針的提出，可以預(yù)見(jiàn)，大力發(fā)展無(wú)密封泵，將會(huì)成為今后我國(guó)工業(yè)用泵的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。