کوپلینگ های مغناطیسی برای پمپ های مهر و موم شده هرمتیک: اصول طراحی

از بین بردن مهر و موم های دینامیکی که سایش و نشتی دارند. برای پمپ های مهر و موم شده هرمتیک که با سیالات خورنده یا خطرناک (به عنوان مثال، فرآوری شیمیایی، دارویی، هسته ای) کار می کنند، درایوهای مغناطیسی برای رسیدن به انتشار صفر الزامی هستند. کوپلینگ شامل یک روتور داخلی (که به پروانه پمپ متصل است) و یک روتور بیرونی (که توسط موتور هدایت می شود)، با آهنرباهایی که در قطب های متناوب قرار گرفته اند. این راهنما توضیح می‌دهد که چگونه درایوهای مغناطیسی بدون مهر و موم نشت مایع را از بین می‌برند، تطابق قطب روتور داخلی و خارجی و انتقال گشتاور را پوشش می‌دهند، توضیح می‌دهد که چرا SmCo برای پمپ‌های شیمیایی با دمای بالا ترجیح داده می‌شود، و جزئیات متعادل کننده شکاف‌های هوا و ضخامت پوسته مهاری.

پمپ های سانتریفیوژ معمولی از مهر و موم مکانیکی (صفحه های کربنی/سرامیکی) استفاده می کنند که روی شفت پمپ سوار می شود. فرسودگی و شوک حرارتی باعث خرابی درزگیر می شود و در نتیجه نشت مایعات-برای سیالات سمی، قابل اشتعال، یا با خلوص بالا-ناایمن است. در پمپ محرک مغناطیسی:

موتور یک مجموعه آهنربای خارجی (روتور بیرونی) را در خارج از پوسته محفظه مهر و موم شده می چرخاند.

مجموعه آهنربای داخلی (روتور داخلی، روی محور پمپ) به طور مغناطیسی به روتور بیرونی قفل می شود.

گشتاور از طریق دیواره پوسته نگهدارنده (معمولاً هاستلوی یا تیتانیوم ضخامت 1-3 میلی متر) بدون هیچ گونه نفوذ شفت منتقل می شود.

تنها مهر و موم‌ها حلقه‌های O{0}}ایستا روی پوسته هستند که قابل اعتماد هستند و-رایگان هستند.

بدون آب بندی پویا=نشتی صفر. کوپلینگ های مغناطیسی استاندارد برای جابجایی پمپ ها هستند:

اسیدهای بسیار خورنده (HCl، H2SO4، HF)

حلال های قابل اشتعال (استون، متانول، تولوئن)

آب-با خلوص بالا (داروسازی، نیمه هادی)

High-temperature thermal oils (>200 درجه)

روتورهای داخلی و خارجی باید تعداد قطب ها و تراز قوس قطبی یکسان داشته باشند. تنظیمات استاندارد:

طرح های 4 قطبی، 6 قطبی یا 8 قطبی. تعداد قطب های بیشتر قطر روتور و اینرسی را کاهش می دهد اما به شکاف هوای تنگ تر نیاز دارد.

Magnetic materials: Sintered NdFeB (N42SH) for temperatures up to 100°C, SmCo for >100 درجه برای پمپ های شیمیایی، SmCo به دلیل مقاومت در برابر خوردگی (بدون نیاز به پوشش) و پایداری حرارتی استاندارد است.

آرایش آهنربایی: آهنرباهای{0} نصب شده روی هر دو روتور (SPM) برای مونتاژ ساده. یا آهنرباهای داخلی (IPM) با غلظت شار برای چگالی گشتاور بالاتر.

معادله انتقال گشتاور: T=k × Br² × (OD³ - ID³) × sin(δ) / (شکاف² + ضخامت پوسته²)، که در آن δ جابجایی زاویه ای است (زاویه بیرون کشیدن-). حداکثر گشتاور (گشتاور بیرون کشیدن-) در δ=90 درجه (قطب های مغناطیسی ناهمتراز 90 درجه) رخ می دهد. گشتاور عملیاتی باید باشد<80% of pull-out torque to avoid decoupling.

اگر موتور بیش از حد بارگیری کند یا گیر کند، کوپلینگ مغناطیسی بی ضرر می لغزد (جدا می شود) و به عنوان محدود کننده گشتاور عمل می کند. این کار موتور و پمپ را از آسیب مکانیکی محافظت می کند.

پمپ های شیمیایی اغلب سیالات را در دمای 150-300 درجه مدیریت می کنند. NdFeB Br و Hcj قابل توجهی را بالای 100 درجه از دست می دهد و حساسیت آن به خوردگی نیاز به پوشش گران قیمت دارد (که ممکن است تحت چرخه حرارتی پوست کنده شود). SmCo (درجه 2:17) ارائه می دهد:

Br=10.5-11.5 کیلوگرم (کمتر از NdFeB اما تا 300 درجه پایدار است).

Hcj > 20 kOe at 20°C, remaining >10 kOe در 250 درجه.

مقاومت در برابر خوردگی: SmCo برای اکثر سیالات شیمیایی (به جز اسید هیدروفلوئوریک) نیازی به پوشش ندارد.

ضریب انبساط حرارتی با پوسته های مهار Hastelloy مطابقت دارد و تنش را کاهش می دهد.

برای کاربردهای برودتی (40- درجه تا 150- درجه)، NdFeB قابل قبول است زیرا دماهای پایین مغناطیس زدایی نمی کنند. با این حال، SmCo در دماهای پایین نیز عملکرد خوبی دارد.

Selection guideline: If fluid temperature >120 درجه، SmCo را مشخص کنید. اگر دمای سیال<120°C and the pump is dry-mount (no fluid splashing on the magnets), NdFeB with Ni-Cu-Ni coating is sufficient.

شکاف هوا بین روتورهای داخلی و خارجی شامل:

ضخامت دیواره پوسته مهاری (برای درجه بندی فشار حیاتی است).

فاصله بین آهنربا و پوسته (معمولاً 0.5-2 میلی متر در هر طرف).

مجموع شکاف هوا=ضخامت پوسته + 2 × فاصله.

شکاف هوای بزرگتر انتقال گشتاور را کاهش می دهد (قانون تقریبا مربع معکوس). برای نیاز به گشتاور ثابت، افزایش شکاف هوا به میزان 1 میلی متر نیاز به افزایش OD آهنربایی تا 20 درصد برای جبران دارد و هزینه و اینرسی را اضافه می کند. بنابراین، بهینه سازی طراحی باید تعادل زیر را داشته باشد:

برای کاربردهای-گشتاور و فشار زیاد{1}، از جهت گیری آهنربای شعاعی یا آرایه های Halbach برای جبران افزایش شکاف هوا استفاده می کنیم. شبیه‌سازی FEA برای پیش‌بینی خروج-گشتاور و افزایش دما از جریان‌های گردابی در پوسته مهار ضروری است.

برای کوپلینگ‌های مغناطیسی و مجموعه‌های پمپ آب‌بندی شده، از جمله مجموعه‌های کامل روتور داخلی/خارجی با آهن‌رباهای SmCo یا NdFeB، لطفاً از صفحات مجموعه‌های موتور مغناطیسی و آهنرباهای ساماریوم کبالت ما در وب‌سایت ما دیدن کنید.

برای درخواست طراحی کوپلینگ برای مشخصات پمپ خود-از جمله گشتاور، سرعت، دمای سیال و فشار{1}}با تیم مهندسی کوپلینگ مغناطیسی ما تماس بگیرید.

س: اگر کوپلینگ مغناطیسی در حین کار جدا شود (بیرون بکشد) چه اتفاقی می افتد؟
A: چرخش روتور داخلی متوقف می شود (پمپ متوقف می شود)، و روتور بیرونی آزادانه می چرخد. موتور جریان کمتری می کشد (بدون بار). برای جفت شدن مجدد، موتور را خاموش کنید، منتظر بمانید تا فشار سیال کاهش یابد، سپس دوباره راه اندازی کنید. هنگامی که هر دو روتور ثابت هستند، آهنرباها به‌طور خودکار دوباره-قفل می‌شوند. جداسازی مکرر به آهنرباها آسیب نمی رساند.

س: آیا می توانیم از یک کوپلینگ مغناطیسی برای پمپی که دوغاب های ساینده را جابجا می کند استفاده کنیم؟
پاسخ: بله، اما ساییدگی پوسته نگهدارنده از مواد ساینده یک نگرانی است. برای محافظت از آهنرباها و جلوگیری از نفوذ دوغاب از یک پوسته نگهدارنده دوتایی با یک مایع شستشو (مایع تمیز) بین پوسته داخلی و خارجی استفاده کنید. ما این پیکربندی را ارائه می کنیم.

س: چگونه شکاف هوا را در یک کوپلینگ مغناطیسی مونتاژ شده اندازه گیری می کنید؟
پاسخ: از یک سنج حسگر یا اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک از طریق پوسته استفاده کنید. برای مونتاژ کارخانه، ما از یک جک تراز دقیق برای تنظیم شکاف در ± 0.1 میلی متر استفاده می کنیم. ما یک گزارش اندازه گیری شکاف هوا با هر کوپلینگ ارائه می دهیم.