磁力傳動與絕對密封的原理

2009-05-07 王玉良 遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院

        永磁傳動對于需要密封的機(jī)械設(shè)備,對有害、有毒、污染、危險、純凈、貴重的產(chǎn)品和生產(chǎn)過程是一最安全解,它的應(yīng)用范圍很寬。石油化工、醫(yī)藥、電影、電鍍、核動力等行業(yè)中的液體大都具有腐蝕性、易燃、易爆、有毒、貴重,泄漏會帶來工作液體的浪費與環(huán)境污染;真空、半導(dǎo)體工業(yè)要防止外界氣體的侵入;飲食、醫(yī)藥要保證介質(zhì)的純凈衛(wèi)生。永磁傳動技術(shù)是密封領(lǐng)域的最佳選擇。1940年英國人Charles and Geoffrey Howard 首次解決了輸送危險性介質(zhì)化工泵的泄漏問題,解決的方法是磁力傳動泵。在以后30 多年里永磁傳動技術(shù)由于磁性材料的原因進(jìn)步十分緩慢。1983 年高磁能積釹鐵硼(NdFeB)永磁材料的問世,為磁力傳動泵的快速發(fā)展提供了關(guān)鍵材料。近年來永磁傳動技術(shù)已從泵類向其它密封領(lǐng)域擴(kuò)展。

磁力傳動與絕對密封的原理

         磁力傳動由永磁聯(lián)軸器來完成。永磁聯(lián)軸器主要包括內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、外磁轉(zhuǎn)子及隔離套等零部件。原動機(jī)和外磁轉(zhuǎn)子聯(lián)在一起,工作機(jī)軸和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子聯(lián)在一起。兩者之間設(shè)有全密封的隔離套,將內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子完全隔開,使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子處于介質(zhì)之中,磁力傳動與機(jī)械傳動、液(氣)力傳動、電力傳動一樣,可實現(xiàn)原動機(jī)與工作機(jī)之間的連接與同步運動。它們之間的區(qū)別在于傳遞動力的介質(zhì)不同。永磁傳動是靠磁力線將原動機(jī)與從動機(jī)聯(lián)系起來,兩者之間無需任何機(jī)械聯(lián)接,因此可用隔離套或隔板分開,形成兩個獨立空間。工作機(jī)械轉(zhuǎn)軸不伸出機(jī)殼,因而淘汰了諸如填料密封、機(jī)械密封、流體密封等任何形式的軸封件,變動密封為靜密封。也稱之為全封閉、無密封。只要隔板與機(jī)體法蘭間放置墊片,擰緊法蘭,可實現(xiàn)絕對密封。它的結(jié)構(gòu)簡單,易于制造和裝配,使用壽命長,徹底解決了磨損與泄漏問題。

泄漏與污染

         本文所說的泄漏是指機(jī)械設(shè)備在運行中,由于密封空間內(nèi)外的壓差、密封面存有間隙或操作不當(dāng)?shù)榷喾N因素,使物料從有限空間內(nèi)部跑到外部,或者是其它物質(zhì)由外部進(jìn)入密封空間內(nèi)部,這里所指的物料可以是氣體、液體、固體或它們的混合物。工業(yè)過程流體的泄漏主要來自、壓縮機(jī)、閥門管道。年處理300 萬噸原油的煉油廠有上千臺各種型號規(guī)格的泵在運轉(zhuǎn),一套大型成套裝置中,閥門的投資約占設(shè)備總投資的3%~5%。30 萬噸乙烯裝置用閥門4000 余種規(guī)格,約25000 臺[1]。泵、閥門用來處理各種酸、堿、鹽溶液、原油、成品油、液態(tài)烴及有機(jī)物等。這些物料大都具有可燃性、腐蝕性、易燃及有毒,一旦密封失效,泄漏浪費了原料與能源,甚至?xí)l(fā)生火災(zāi)、爆炸、環(huán)境污染與人身傷亡等重大事故。近兩年石油化工介質(zhì)泄漏頻發(fā),造成環(huán)境破壞及水體污染,乃至化工廠爆炸導(dǎo)致重大傷亡。1989 年,美國環(huán)境保護(hù)局頒發(fā)了第一份環(huán)境污染報告,證實美國化工、石化工業(yè)在1987 年就有390 噸有毒物質(zhì)進(jìn)入大氣,部分歸罪于泵的泄漏。如何減少泄漏越來越成為企業(yè)生產(chǎn)乃至政府監(jiān)管和立法所要考慮的緊要問題。

密封技術(shù)簡介

         密封裝置是用來阻止液體、固體或氣體的泄漏,并防止外部介質(zhì)進(jìn)入密封空間內(nèi)的機(jī)械部件。除滿足操作要求外,現(xiàn)代密封裝置還要滿足環(huán)境、安全和健康方面的要求。密封部件可分為兩大類:靜密封和動密封。相對靜止兩部件間的密封稱為靜密封,相對運動兩部件間的密封稱為動密封。靜密封只要選擇適當(dāng)?shù)膲|片材料和類型,確定螺栓的預(yù)緊力就可以達(dá)到理想的密封效果。動密封(分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封)尤其是旋轉(zhuǎn)密封是流體密封的主要形式,受到工程界的廣泛重視,目前在密封理論、密封產(chǎn)品和密封系統(tǒng)三個方面有很大進(jìn)展。填料密封有一定量的泄漏且高速下效果差等問題,其應(yīng)用領(lǐng)域日趨縮小。糊狀填料密封成為填料密封技術(shù)的一項突破,但它的應(yīng)用條件有限。機(jī)械密封在泵業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用,尤其是集裝式密封,它易于安裝和維護(hù),又安全可靠,但價格昂貴。金屬波紋管雙端面密封與沖洗、封液系統(tǒng)聯(lián)合使用,對防止危險性介質(zhì)的泄漏十分有效。但不意味絕對不漏,機(jī)械密封的平均泄漏率是0.13~0.35 加侖/分。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,苛刻工況如高真空、高壓、高溫、強(qiáng)腐蝕等條件給密封界技術(shù)提出更高要求。現(xiàn)有的動密封件都存在不同程度的泄漏和磨損,需要精心維護(hù)頻繁更換.

“零泄漏”的定義

         在工廠經(jīng)常可見“零泄漏工廠”、“零泄漏車間”的牌匾或錦旗,可能會給人一種誤解,似乎該廠機(jī)械設(shè)備的全部泄漏點均絕對不漏。“零泄漏”是一個相對的概念,相對運動表面不可能達(dá)到絕對不漏。美國通用電器公司先進(jìn)技術(shù)實驗室將零泄漏的定義規(guī)定為氦在大氣壓下泄漏量為1.0×10-8cm3/s。休斯敦載人宇宙飛船中心將零泄漏定義為在300psi(表壓)和室溫下泄漏量不超過1.4×10-3 cm3/s的氣態(tài)氮。國外環(huán)境保護(hù)法規(guī)定:允許通過泵軸密封處泄漏至環(huán)境中的物質(zhì)不大于2.5~24g/h,對于環(huán)境有較大傷害的物質(zhì),要求泄漏量必須低于0.5g/h。

絕對密封

         對于任何介質(zhì),在不同的溫度、壓力及轉(zhuǎn)速下,回轉(zhuǎn)機(jī)械在整個服務(wù)周期內(nèi)達(dá)到點滴不漏,即所謂絕對密封。常規(guī)的密封方式很難達(dá)到絕對密封。如果在設(shè)計的機(jī)器中,取消動密封或者說變動密封為靜密封,則是密封技術(shù)的重大突破。這種密封傳動作者稱之為封閉型傳動。目前獲得工業(yè)應(yīng)用的封閉型傳動主要有磁力傳動、封閉型諧波齒輪傳動、屏蔽電機(jī)傳動、隔膜傳動及曲軸波紋管傳動等。而磁力傳動卻占有的很大的份額。