永磁傳動器設計制造中的幾個問題

2009-08-24 王玉良撫順石油學院

1、永磁傳動器的概述

　　永磁傳動器作為非機械聯接,靠磁力實現原動機與工作機的同步回轉,僅僅作為傳動應用的很少,它的特種功能是向封閉空間傳遞運動或動力,從而實現全封閉或絕對密封。永磁傳動在石油化工、真空、航天、潛水、飲食、醫藥、電影、電鍍、儀表等行業已得到應用。其中處理易燃易爆、有毒、腐蝕、貴重的工業流體的過程設備,如泵、閥門、反應器則是永磁傳動器的最佳用場。

　　工業發達國家80 年代加強了放射性污染的控制, 公眾環境意識的增強, 設備過程的管理者關注改善裝置的安全性,磁力泵便成為用戶的最佳選擇。愈來愈多的泵制造商在自己的產品系列中增添了磁力驅動泵。隨著磁性材料的發展和永磁傳動技術上的突破,可靠性和經濟性有了驚人的提高。90 年代磁力泵的應用從簡單的低功率、常溫與低壓場合發展到如今可達350kW、450℃及25MPa 的高操作水平。

　　我國永磁傳動技術的研究與應用起步較晚,可以說比英國HMD無密封公司要滯后30 年。現有的產品規格較少,市場占有份額也小,用戶對它缺乏認識。主要原因是一次性成本高, 企業對永磁傳動技術不了解,加之產品缺乏可靠性,使企業的經營者和操作人員不敢問津。

　　隨著環境保護法的頒布執行, 工業發達國家越來越多地采用磁力傳動技術。英國HMD公司在世界已銷售了大約7 萬臺磁力泵,每年銷售額2800 萬英磅。由于磁力泵提供了絕對密封的操作,節約了資源,減少了維護運行成本, 帶來了環境效益。再者磁力泵耗用永磁材料遠遠超過永磁電機, 因此永磁傳動器是永磁材料的潛在市場。設計制造出高質量的磁傳動產品, 滿足國民經濟各部門的需要, 同時拉動永磁材料制造業的經濟增長,在技術上要著力解決以下幾個問題。

2、永磁傳動器的磁性材料的性能

　　永磁傳動器要求磁性材料要具有高的磁性能,磁性能的一致性,溫度、化學的穩定性,幾何尺寸的準確性。

　　現代機械朝著大扭矩、高轉速、小型化方向發展, 作為傳動器用的永磁體, 力求單位質量內傳遞的扭矩要大。磁性材料要求高的剩磁Br ,矯頑力HcB 及磁能積( B H) max 。設計者往往只注重Br指標(因力矩T∝Br2),HcB表示磁體在反磁場作用下抵抗退磁的能力,(BH)max 是一綜合指標, 它關系到傳動器的工作壽命。目前大都趨向使用高性能鐵氧體及NdFeB 兩種磁性材料, 一般小扭矩(如T < 20N ·m) 的傳動可以選用Y30以上的鐵氧體; 大、中扭矩選用NdFeB磁體可以減小傳動器的尺寸。

　　永磁傳動器大都用多個瓦形磁塊組合而成,為保證傳遞的扭矩,要求磁塊的性能要高度穩定一致。作者在做過的傳動器中,發現磁塊表面剩磁偏差很大,如某廠生產的一批NdFeB 磁塊,外弧開路測量表面剩磁,在160塊中Br值的范圍是0.19～0.34T,在磁路組合時需進行選配。作為用戶期望,燒結NdFeB永磁的性能, 工業化生產能達到真空技術網的另外一篇文章("工業生產高磁能積燒結NdFeB 永磁的結構與性能")所提供的數值水平。

　　永磁傳動器大都在密封介質中工作,用量較大的是石化工業,往往有溫度要求。目前國內廠家所生產的磁性材料的居里溫度Tc、剩磁溫度系數αBr、矯頑力溫度系數αHCJ及最高工作溫度Tm列于表1。

　　由表1可見, NdFeB 盡管在常溫下有很高的磁性能,備受人們的青睞, 但到350℃(居里溫度) 則完全喪失了磁性, 工作溫度100℃時Br下降9%,至200℃時Br值下降20%, 矯頑力要比Br降低得更快。溫度升高至250℃時, HcJ已降低到零。2∶17 型釤鈷合金的耐溫性能較好, 它的剩磁溫度系數僅是NdFeB的1/3,當工作溫度升至350℃時,Br下降約10%。高溫工作環境下的傳動器它不失為最佳選擇,但它的價格昂貴,幾乎是NdFeB 的3 倍,又不能為很多用戶所接受。

　　密封介質的腐蝕性要求永磁體有防護措施, 磁體表面鍍Cr(Ni)+Al(Zn),或用環氧樹脂涂層可有效防止水、蒸汽、鹽類介質的腐蝕。對于酸、堿性強腐蝕性介質, 因腐蝕速率大,5～8μm 以至十幾μm 的膜厚是不足以耐腐蝕的, 應在磁路裝配后, 整體用耐腐蝕材料包覆。