（電力電子與電力傳動專業(yè)論文）基于磁力泵的水廠加藥系統(tǒng)研究.pdf

學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明 學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明 所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo) 下進行的 研究工作及取得的 研究成果。據(jù)我所知，除了文中 特別加以 標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不 包含 其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 研究成果， 也不包含為獲得 南昌大李 或其他教育 機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同 工作的同志對本研究所做的 任何 貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學(xué) 位 論 文 作 者 簽 “ (手 寫 )通 賓 氛簽 字 日 期 : 飛 ，7 年 月 習(xí) 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué) 位論 文 作者 完 全了 解一 魚魚 三 匕有 關(guān) 保留 、 使 用 學(xué) 位論 文 的 規(guī) 定 ， 有權(quán)保留并向國 家有關(guān)部門 或機構(gòu)送交論文的復(fù)印 件和磁盤，允許論文被查閱 和 借 閱。 本 人 授 權(quán)南昌大李可以 將學(xué) 位 論 文的 全部 或 部 分 內(nèi) 容編 入 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) 庫 進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書) 學(xué) 位 論文 作 者斜 手 ” :八 莊 備導(dǎo)師 鶴 手 嘆 裕 軍 簽 字 日 期 : 乞 川年 月日日 簽字 日期: 。 7 年 月 扮日 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向: 工作單位: 通訊地址: 電話: 郵編: 第 1 章緒論 第 1 章緒論 l l凈水廠生產(chǎn)系統(tǒng)簡介 給水生產(chǎn)系統(tǒng)俗稱水廠。按照傳統(tǒng)工藝流程，可將水廠生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為取 水系統(tǒng)、凈水系統(tǒng)和送水系統(tǒng)三大部分，見圖l l 。其流程為:取水泵站采用離 心泵組從水源取水至水廠、在反應(yīng)池前端投加混凝劑一進入反應(yīng)池與混凝劑反 應(yīng)產(chǎn)生礬花、經(jīng)沉淀池沉淀后送至濾池過逮、到清水池消毒一最后送水泵站的 離心泵組通過管網(wǎng)系統(tǒng)將之送達千家萬戶。 送水系統(tǒng) 二 凈水系統(tǒng) 套要地 取水系統(tǒng) 暑 用戶 源水 混凝劑:液鋁、喊 鋁、夏丙烯酞胺等 消毒劑 習(xí) 送 ” 站 取水泵站 圖1 . 1 水廠生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)成圖 l l i源水水質(zhì)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)簡介 源水按地理條件一般分為地表水和地下水兩大類: 地表水包括江水、河水、 水庫水等，地下水則如井水等。良 好的水源是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飲用水的前提。 在美國和歐洲， 對水源的選擇和保護都非常重視和不惜代價。發(fā)達國家如 美國和日 本的森林覆蓋率高，水土保持比較好，再加上對水資源保護工作成效 顯著，原水水質(zhì)條件比 較好，在較長時間范圍內(nèi) 原水水質(zhì)變化不明顯。因此， 其自 來水生產(chǎn)過程中 對加藥的控制難度比較小，一些自 來水廠仍然沿用常規(guī)和 改進的燒杯攪拌實驗來確定混凝劑的加量，就能穩(wěn)定出 廠水質(zhì)，這是一種簡單 而有效的辦法! 我國地域遼闊，自 然氣候條件差異很大，東西南北經(jīng)濟發(fā)展很不平衡，水 質(zhì)狀況參差不 齊， 例如 某時 段我國 各地域水源水 質(zhì)狀況11 見表l l 。 其次， 我國 許多源水具有水質(zhì)變化大的特點，并且由于水源保護措施存在一些問 題，時常 第 1 章緒論 發(fā)生一些突發(fā)性水質(zhì)污染。 表 1. 1 某時段我國各地域水源水質(zhì)狀況 水源塞納河錢塘江松花江大慶水庫牡丹江鞍江 l2514 6 5 07 . 5 75 8 1 526 . 5 27 1 1 0 1 5 4 2 j 貝】 1 2t)1 0 . 3 1 5 . 6 1 3 ee 1 574 1 3 一 9 7 名to 8 27.7 8 一 58 . 177.0 2 7.仆容 本文針對以 贛江為水源的水廠工藝過程進行討論的。 贛江水溫一般在一1 0 40之間， p h值一般在6. 5 7. 5 之間， 多數(shù)時間在7 左右呈中 性， 但在春季由于沿岸腐殖質(zhì)數(shù)量增加， 會使水呈酸性。水公司采用燒杯實驗法確定加藥量，實際效果 通常可以 接受。 生活飲用水水質(zhì)與人類健康和生活使用直接相關(guān)， 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是用水對象( 飲 用水和工業(yè)用水) 所要求的各項水質(zhì)參數(shù)應(yīng)達到的指標(biāo)和限 制121 . 不同 用水對象， 要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不同，對投加混凝劑的成份和數(shù)量提出要求，凈水控制的性能 指標(biāo)也不一樣。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和水污染日 益嚴(yán)重，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)總在不斷修 改、補充之中。 本文討論的用水對象為城市居民生活飲用水，水質(zhì)通過濁度儀測定。 l l z凈水生產(chǎn)工藝簡介 我們知道，采用地表水的城市自 來水廠，常規(guī)處理過程包括混凝、沉淀、 過濾、消毒等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，前一環(huán)節(jié)的處理效果直接影響并制約 著后續(xù)環(huán)節(jié)的處理效果。這是因為，水廠地表水源中的污染物包括:以泥沙為 主的憎水性顆粒物，包括膠體和粗分散物質(zhì);以腐殖質(zhì)為主的水溶性天然高分 子有機物，包括病原菌和病毒在內(nèi)的多種微生物?；炷幚淼哪康木褪峭ㄟ^混 凝劑的作用，將上述污染物凝聚成高質(zhì)量的礬花:沉淀的目的是使礬花在重力 的作用下從水中分離出去;過濾的目的是使未沉淀的小礬花與濾料顆?；蛟缦?附著在濾料顆粒上的礬花相碰撞，并在絮凝作用下附著其上，并被截留在濾料 層內(nèi)。 所以 濾池的作用實質(zhì)上是混凝過程的繼續(xù)，是一種特殊形式的絮凝作用， 稱為接觸凝聚或接觸絮凝。總之，沉淀和過濾的目的僅僅是將在混凝處理中形 成的礬花充分和完全地從所處理的水中分離出去而己。消毒流程主要是在適當(dāng) 的位置投加適量的消毒劑，用以殺滅水中細(xì)菌，并使自 來水出廠后仍保留一定 的消毒能力，以防二次污染。消毒處理的效果與混凝處理也有密切的關(guān)系，原 第 1 章緒論 水中包括病原微生物在內(nèi)的絕大部分微生物己隨同礬花被截留在沉淀池和濾池 中，只有很少部分隨同過濾水和微絮凝體流出了濾池。 為了將過濾水中包括病 毒在內(nèi)的病原微生物用消毒劑全部殺死，過濾水濁度必須很低， 而這也依賴于 混凝處理的效果。 由此可見，沉淀、過濾和消毒處理的效果與混凝處理的效果密切相關(guān)，并 受到混凝處理效果的制約。 據(jù)此推斷，作為水廠水處理第一道工序的混凝處理 環(huán)節(jié)應(yīng)該是水廠水處理過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。只有處理好了混凝環(huán)節(jié)，才有可能 生產(chǎn)出高質(zhì)量的生活飲用水。如果忽視了對這一環(huán)節(jié)的處理和控制，水廠生產(chǎn) 就有可能出問題. 投加的混凝劑有硫酸鋁 ( 俗稱明礬) 、硫酸亞鐵、堿式氯化鋁等幾大類，具 體的品種則更多，在水源水質(zhì)較惡劣的水廠還需設(shè)有活性炭、高錳酸鉀、聚丙 烯酞胺等投加子系統(tǒng)。 我國南方的水源p h值不高， 水廠又多數(shù)采用硫酸鋁為混 凝劑，故多數(shù)需采用助凝劑以 調(diào)節(jié)水的ph 值， 助凝劑有石灰、氫氧化鈉等。 本文討論的生產(chǎn)水用混凝劑為聚合鋁( p a c ) ， 我國是從1 971 年采用“ 酸溶鋁灰一步法” 生產(chǎn)聚合鋁獲得成功之后開始使用的，聚合鋁是一種新型無機高分子棍凝劑，主要成份為 ai、 川2 0 3 ， 結(jié) 構(gòu)式 為囚2 ( 。 h ) . c 壇 . . 或從 ( o h ) 日 口 3 奮 . 。 l z計量泵加藥系統(tǒng)現(xiàn)狀 一個水廠的加藥系統(tǒng)既相對獨立，同時又與其它子系統(tǒng)密切關(guān)聯(lián)，加藥系 統(tǒng)的實際構(gòu)成，需要根據(jù)水源水質(zhì)、構(gòu)筑物的類型、原材料供應(yīng)、運行成本、 技術(shù)水平等情況及條件來綜合選取。 混凝處理的好壞首先取決于投藥是否及時和投藥量是否準(zhǔn)確，對混凝劑的 最佳控制，是凈水廠工藝控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國各自 來水廠的混凝劑投加極少 采用固體直接投加，而是使用液體投加方式，其投藥量的控制由 藥液濃度與投 加流量控制兩個步驟實現(xiàn)。藥液濃度由配藥系統(tǒng)確定，投加流量由 投藥系統(tǒng)確 定。 目 前，在水廠投藥系統(tǒng)中，混凝劑溶液的制備大多采用定量配比方式，由 人工稱量一定量的 藥劑投入一定容積的 水中 ( 或加入一定容積的水) ， 然后攪拌 溶解成為溶液，必要時在溶解后再加一定容積的水將藥液稀釋到要求的濃度。 而作為 投加混凝 劑的 重要執(zhí) 行設(shè)備， 水廠一般選用隔膜式計量泵131 。 計量泵 第 1 章緒論 作為目前國內(nèi)外普遍采用的一種藥液投加方式，可通過控制計量泵的頻率和沖 程來改變投加量，它的優(yōu)點是將計量和投加兩種功能結(jié)合在一起:既可以作為 混凝劑溶液的提升設(shè)備，又可以 作為混凝劑的計量設(shè)備。 缺點是:結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 加工維修困難;變頻控制和沖程控制不容易協(xié)調(diào)，機泵振動，產(chǎn)生噪聲污染， 安裝要求比 較高，容易出現(xiàn)問題: 藥劑投加存在脈動，流量計測不準(zhǔn).反饋 失真;貴重藥液泄漏，耗電多. 本文針對南方水廠的加礬子系統(tǒng)。 1 3問題的提出 根據(jù)城市供水目 標(biāo)，一個現(xiàn)代化供水系統(tǒng)應(yīng)具備以 下條件:出廠水質(zhì)優(yōu)良， 生產(chǎn)安全可靠; 設(shè)備先進， 自 動 化程 度高: 管理科 學(xué)， 人員 少， 成本 低141 。 可見， 要達到現(xiàn)代化供水系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，硬件設(shè)備必須發(fā)揮重要作用。 隨著我國電網(wǎng)電源質(zhì)量的提高和高性能 ( 通流能力強、開關(guān)速度快、輸入 阻抗高、熱穩(wěn)定性好等)電力電子器件的問世，其作為高科技產(chǎn)業(yè)不斷開拓， 市場化程度高，設(shè)備維護維修有保障;又隨著計算機技術(shù)和控制理論的發(fā)展， 變頻得到良 好的控制，電機的調(diào)速更加穩(wěn)定準(zhǔn)確快速，真正實現(xiàn)了平滑調(diào)速。 這無疑促進了泵應(yīng)用于水廠的進一步研究。 近年來，磁力泵技術(shù)飛速發(fā)展，產(chǎn)品價格不斷降低，在水處理行業(yè)中的應(yīng) 用日 趨深入;充分地應(yīng)用磁力泵技術(shù)，創(chuàng)造性地解決目 前計量泵加藥系統(tǒng)存在 的各種問題是可能的。 當(dāng)前計量泵加藥系統(tǒng)主要設(shè)備存在的運行故障率較高、維護維修成本大等 問題嚴(yán)重制約了自 動控制技術(shù)的應(yīng)用，需要進行深入研究，找到解決的辦法， 為加藥系統(tǒng)的技術(shù)進步創(chuàng)造條件。 l 4研究的目的 本文通過對加藥泵的研究，立足于南方水廠的客觀實際，從加藥系統(tǒng)運行 的有效性入手，適應(yīng)磁力泵技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨勢，結(jié)合電力電子技術(shù)已 經(jīng)作為 一種高科技產(chǎn)業(yè)的市場環(huán)境， 探討建立一套新型的磁力泵自 動加藥系統(tǒng)。該系 統(tǒng)能夠彌補計量泵投藥控制的一些不足，滿足當(dāng)前水廠對混凝劑配藥自 動化的 要求。 第 1 章緒論 l s課題意義 在凈水處理的工業(yè)發(fā)展過程中，不斷涌現(xiàn)出應(yīng)用先進控制理論的精密設(shè)計 方案，這一方面促進了投藥控制的自 動化，另一方面也出現(xiàn)了諸般問題:執(zhí)行 器如普通離心泵、計量泵在系統(tǒng)中成為了薄弱環(huán)節(jié)。本文試圖建立一套比較完 善的磁力泵加藥系統(tǒng)，這是一次嘗試， 在國內(nèi)尚屬前列，具有實際意義. 第一，經(jīng)濟效益。一般來講， 泵投加有兩種方式:一是采用計量泵，一是 采用離心泵配上流量計。磁力泵方案與計量泵方案比較，磁力泵、電磁流量計 加在一起都比計量泵便宜了許多。在實際使用中，計量泵安裝要求比較高，容 易出 現(xiàn)問題，特別是隔膜使用壽命短:如某水司隔膜的使用平均18個月一片， 按照目 前每片隔膜3800元計算， 該公司共計17臺泵， 26個泵頭 (9臺雙頭泵) ， 每年僅隔膜一項就花費2 6 x 3 8 (x)x l 刀 18 二 658 66元。 第二，減員增效。南方水廠配液系統(tǒng)中，混凝劑的稱量是控制藥液濃度的 主要依據(jù)，固體混凝劑往往用重量稱量或袋裝計數(shù)，液體混凝劑則用容積度量 或用計量泵進行計量，除了計量儀器或容器的不準(zhǔn)確性外，成品藥劑中有效成 份含量的變化等因素往往造成藥液濃度控制不準(zhǔn)確，從而造成投藥量控制不準(zhǔn) 確。因此，為了保證混凝效果，生產(chǎn)人員有必要對現(xiàn)場進行巡檢，以控制藥液 濃度。磁力泵系統(tǒng)對配藥濃度的控制無需人工參與。 第三， 社會效益。經(jīng)濟的高速發(fā)展， 帶動了人們對飲用水高質(zhì)穩(wěn)定的需求。 采用磁力泵加藥，使得混凝成效顯著， 投資少，見效快，保證水質(zhì)穩(wěn)定，提高 出廠水濁度的合格率，讓市民能夠放心地喝上優(yōu)質(zhì)的自 來水。 l 課題內(nèi)容 論文簡要地介紹了南方水廠給水生產(chǎn)的 有關(guān)背景:科學(xué)分析了水生產(chǎn)工藝， 得出混凝是水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié);基于配藥投藥的現(xiàn)狀，客觀提出建立一套 比較完善的磁力泵加藥系統(tǒng)方案。 論文以 磁力泵加藥系統(tǒng)的研制為線索，每章節(jié)討論一個主題;從應(yīng)用于水 廠的角度，看磁力泵技術(shù)的發(fā)展和趨勢; 通過磁力泵與計量泵的應(yīng)用比 較，客 觀分析了其中的優(yōu)長與缺點，以此作為構(gòu)成系統(tǒng)方案的重要依據(jù)。 論文在原理方面分析:采用變頻器調(diào)速可使泵平穩(wěn)無級變速到需要轉(zhuǎn)速下 運轉(zhuǎn)，操作十分方便;通過調(diào)頻變速調(diào)節(jié)泵的流量、揚程，可使泵始終處于高 第 1 章緒論 效工況點運行，達到節(jié)能運行的效果:采取針對性的監(jiān)控保護措施，解決磁力 泵運行的安全問題。 站在整個加藥系統(tǒng)的高度，收集資料和處理分析資料，論文在經(jīng)濟、技術(shù)、 設(shè)備使用乃至設(shè)計的條理性各個方面考慮，充分發(fā)揮磁力泵性能的優(yōu)長，兼顧 吸收原系統(tǒng)的合理部分，對加藥系統(tǒng)進行了詳細(xì)的設(shè)計。設(shè)計分為:藥液配比 系統(tǒng)設(shè)計、藥液投加系統(tǒng)設(shè)計、磁力泵變頻控制設(shè)計、磁力泵的連鎖保護、 論文綜合理論于實踐:首先闡述設(shè)備選型、組成、安裝等細(xì)節(jié)問題，其次 調(diào)試系統(tǒng)、分析實驗數(shù)據(jù)、驗證磁力泵方案的合理性和先進性，最后總結(jié)課題、 為加藥系統(tǒng)的進一步研究和改進發(fā)表探討性意見。 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 第2 章磁力泵技術(shù)的發(fā)展 工業(yè)先進國家從事流體無泄漏輸送技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究己 有 60 年的歷 史。英國h o 胃 a 川機械發(fā)展有限公司 ( h md )完成和發(fā)展了 磁傳動設(shè)計在化工、 石油工業(yè)的應(yīng)用中積累了經(jīng)驗，它在世界3 7 個國家已 銷售7 萬臺磁傳動無密封 泵， 年銷售額達2 8( ”萬 英鎊閣 . 磁傳動無密 封泵 ( 磁力 泵) 在動力、 煉油、 化 工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，以其無密封、無化學(xué)泄漏、無毒性放射性、無腐蝕、 無污染 等獨特性能受到當(dāng) 今 人們的青睞， 美國八 司 5 1 哪9 聯(lián)合公司于1 9 85年開始 生產(chǎn)磁力泵，重型磁傳動系列泵保持世界領(lǐng)先位置。 磁力泵的 發(fā)展水平可由h m d公司的 產(chǎn)品 來描 述: 流量1 6 81m 3 瓜 、 揚程 10一5 閱m 、溫度由一 1 00一450 、系統(tǒng)壓力從真空到 4. o m pa、原動機功率達 350 k w 。 美國m icr o p u mp 公 司 擴充了 它的 無密 封低 流 量 磁力 傳動齒 輪 泵系 列， 齒輪泵與電動機一體化封閉聯(lián)接，無刷直流電動機驅(qū)動，速度可人工或自 動數(shù) 字控制，泵轉(zhuǎn)速 1 003 側(cè) x 回 m in ，通過0 1 0 v 、4 2 0 m a信號控制。最小流量 1 。 叮 m m in ， 傳動功率3 o w( 1 仍坤 ) 161 . 磁力傳動齒輪泵高效無脈沖， 摩擦部件少， 安裝操作簡單，可實現(xiàn)計量與變量。 技術(shù)上的這些突破和其它改進措施， 使磁 力驅(qū)動泵的可靠性和經(jīng)濟性有了 驚人的提高。 我國 磁力泵事業(yè)起步于20世紀(jì)70年代末、50年代初， 工作集中于仿制國 外產(chǎn)品。自90年代中 后期的 近十年來，我國某些專業(yè)研究所及泵業(yè)進行了不間 斷的研究和開發(fā)，以丹東克隆集團、杭州大陸、大連海密梯克、蘭州煉油化工 機械廠和蘭州磁性器件研究所等為代表的大功率磁力驅(qū)動泵生產(chǎn)廠家的出現(xiàn)， 才 真正把我國的 應(yīng)用 推向了 石油化工行業(yè)門 。 目 前， 國內(nèi) 磁力驅(qū)動泵的 研制處在 小流量、低揚程的階段，遠(yuǎn)不能滿足市場的需求。 目 前磁力驅(qū)動泵md p己 解決它的固有問題: 傳動效率可超過90%、隔離套 無渦流損失、 r o w s ervc 公司的k c系列和荷蘭p o m 朗公司的k c l l 型泵可以實 現(xiàn)2 4h干運轉(zhuǎn)、 有可供 選擇的 安全保護 系統(tǒng)， m d p 應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬181 。 磁力 驅(qū)動泵可以 滿足無密封泵全部應(yīng)用領(lǐng)域的 90% 191 。 磁力泵的結(jié)構(gòu)部件可與常規(guī) 泵互換，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，市場占有率逐年提升，有替代普通機械密封泵的 趨勢17， 10. 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 2.1結(jié)構(gòu) 圖2. 1 是典型磁力泵的結(jié)構(gòu)圖。 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，前后滑動軸承用輸送液體潤滑。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)磁鋼處于有壓介質(zhì)之中。電動機的轉(zhuǎn)軸 通過磁鋼間磁極的吸力直接帶動葉輪同步轉(zhuǎn)動。 這種傳動裝置稱為磁性聯(lián)軸器。 抓葉 氣 自 相路 麟粉/ 內(nèi) 血 外 即， 電 機 l汽 ，。.呀。 軸承 圖2. 1 典型磁力泵結(jié)構(gòu)圖 ( 1) 泵體、葉輪 與普通泵基本相同， 起到對流體作功和對作功后流體收 集、輸送的目的。 (2)圓筒型磁力連軸器由內(nèi) 外磁轉(zhuǎn)子和隔離套組成， 起到空間 傳遞力或 轉(zhuǎn)矩的目的，是磁力泵中關(guān)鍵的傳動部件. ( 3 ) 滑動軸承、 推力軸承 對葉輪、泵軸和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子等組成的轉(zhuǎn)子部件起 到支撐和軸向限位作用。是磁力泵中的關(guān)鍵元部件，它的使用性能直接影響磁 力泵的使用壽命。 (4)自 冷回路 工作液體由泵的高壓區(qū)進入隔離套內(nèi)部，經(jīng)過內(nèi)磁缸與隔 離套之間的空隙帶走熱量，然后由 軸的中心孔返回泵的 低壓區(qū)。 (5)主要連接件 是磁力泵中的聯(lián)結(jié)支撐元部件。主要起到連接和定位等 作用。 (6)電動機為磁力泵提供動力。 典型磁力泵的結(jié)構(gòu)特點為靜密封結(jié)構(gòu)、 “ 后拉出” 結(jié)構(gòu)。 其次， 鑒于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 的軸向尺寸長、空間體積大等問題，即內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、軸與葉輪作為一個部件一起 回轉(zhuǎn)的懸臂軸設(shè)計，國外己出現(xiàn)了非旋轉(zhuǎn)葉輪軸設(shè)計、無葉輪軸設(shè)計的新穎結(jié) 第 2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 構(gòu)。 ( 1 ) 密封套將過流部件與外界隔離開來，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)的 泵軸從直通式改 為斷軸式。 泵軸不穿出屏蔽密封腔體，也就沒有軸封的存在，根本上解決了軸 轉(zhuǎn)動密封處的磨損泄漏，只要一次緊固完成即可較長時間無泄漏運轉(zhuǎn)。 (2) 磁力傳動泵多采用“ 后拉出” 結(jié)構(gòu)。聯(lián)軸器部件、 軸承部件分別作為一 個單元， 拆卸時 不必從管路、 底座上拆出 泵殼， 便于檢修。 ans 加ag 的k系列 泵結(jié)構(gòu)異常簡單， 是傳統(tǒng)泵部件的1 乃 ， 拆裝它僅用一個扳手3 0 口 in內(nèi)即可完成. (3) 非旋轉(zhuǎn)葉輪軸設(shè)計: 軸固定在前后支撐中間， 前支撐裝于泵殼入口 處， 后支撐與隔離罩一體。葉輪與內(nèi) 磁體、滑動軸承組裝一體在軸上旋轉(zhuǎn)。無葉輪 軸設(shè)計:ailweiler創(chuàng)造性地提出無葉輪軸設(shè)計，葉輪安裝在碳化硅軸承中間， 標(biāo)準(zhǔn)間 隙 環(huán)正 在申 報 專利 叫。 有的是 高效閉 式葉 輪壓 裝在 磁轆花鍵孔內(nèi) ， 無須 機械聯(lián)接件。兩種設(shè)計的優(yōu)點是減輕回轉(zhuǎn)件質(zhì)量，無鍵聯(lián)接，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，利于 動平衡。 2 .2 永磁體 永磁體作為磁力泵中轉(zhuǎn)矩傳遞元件，它的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段: 首先是鋁鎳鉆時代， 然后是鐵氧體時代，一直到 現(xiàn)在的稀土鉆時代。 .畜工作祖度 圖2. 2 永磁體最大磁能積隨溫度變化曲 線 從永磁體的磁能積隨溫度的變化曲 線 ( 見圖2. 2) 可以 看出:當(dāng)永磁體工作 在它的最高使用溫度以內(nèi)時，隨著溫度的升高，它的磁能積略微有所降低， 但 相對整個磁能積來看，影響甚小，并且隨著溫度的降低，磁能積可以恢復(fù);而 當(dāng) 永磁體工作在它的最高使用溫度以 上時，隨著溫度的升高，它的磁能積急劇 降低，相對整個磁能積來看，影響極大，并且隨著溫度的降低，磁能積無法恢 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 復(fù)。 居里溫度是物質(zhì)從鐵磁性轉(zhuǎn)變成順磁性的臨界溫度，通俗地說，達到居里 溫度的永久磁體則完全喪失磁性。在居里溫度范圍內(nèi)，剩磁隨溫度上升呈線性 下降。 凡一 br( 1 + a ， br一常溫下磁性材料的表面剩磁，t: 。 ， 一剩磁可 逆 溫度 系數(shù)， %l; 山一溫升，。 由 于 材 料 的a ， 不同 ， 溫 度 每 升高1 00 ， 鐵 氧 體 剩 磁 下 降18 % ， 衫 鉆( s m c 勻 5 剩磁下降4 % ， 欽鐵硼 ( ndfeb ) 下降12% ， 杉鉆 (sm z 偽1 7) 下降3 % 。 傳動 扭矩與brz 成正比，故每當(dāng)溫度升高1 00， 上述材料的 傳動扭矩分別減33% 、 8 %、2 3 %、6 %。 磁力聯(lián)軸器傳動泵 ( 簡稱磁力驅(qū)動泵) 最早是在1 9 4 7 年由 英國h m d公司 的g eo 價e y h o w ard 研制 成功的， 幾年后西德的fr anz 粗au s 也相繼開 發(fā)成功， 但 由 于當(dāng)時的永磁材料性能差，所以只能發(fā)展一些微型的或小型的磁力泵。1 9 69 年荷蘭人貝格爾研制成功了新型稀土鉆永磁，它比鋁鎳鉆具有三倍以上的磁能 積和高度的穩(wěn)定性。1 976年德國日 本也研制成功了 稀土鉆磁力傳動器。接著， 國外不少公司相繼研制成功了 磁力泵，并使之系列化、商品化。1983 年，稀土 永磁材料的第三代錢鐵硼問世，其優(yōu)異磁性能是其它永磁材料所望塵莫及。幾 種典型 永磁體材質(zhì)性能 【121 列表2. 1 。 表2. 1 永磁材料性能比較 磁性能參數(shù) 鋁鎳鉆鐵氧體 b rl to . 681 . 40.3 5 一0.3 9 h r / ( k a . 畝1 )47.7 5 5 . 7 1 5 1 . 2 2 06.9 ( b h ) 回 ( kj m-s)=87. 736.3 79.6 a (腸 ) / ( % 1 )一 0 . 1 8 溫度口 22 f4填充石墨、 m4 5 6 硅化石墨 金屬表面噴焊硬質(zhì)合金 金屬表面噴焊硬質(zhì)合金 m4 5 6 硅化石墨 碳化硅陶瓷 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 為防止固體顆粒進入軸承內(nèi)， 在葉輪背面裝有e t f e 制造的摩擦圈( 口 環(huán)) ， 它比鎳合金、欽鋼有更好的耐磨能力，且材料表面光滑，有低的摩擦系數(shù)。實 驗結(jié)果顯示: 3 04不銹鋼與鎳合金的摩擦系數(shù)是氟聚合物的1 巧倍; 碳鋼與鑄鐵 是氟聚 合物的4 倍11 61 。 另外產(chǎn)生的熱量小， 變形也小， 這樣一副摩擦圈的間 隙 可大大減小。摩擦圈也可作為二次軸承，即使軸承破壞，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子也不與隔離 罩相碰。 建立一個有效的強迫內(nèi)冷回路。流量從葉輪背面開始分成兩路，提供軸承 與內(nèi)磁體的連續(xù)冷卻。壓力流防止產(chǎn)品中斷 ( 氣穴) ，并使溫升最小化。帶螺旋 槽的軸承迫使流體橫過軸承表面， 產(chǎn)生一個 流體套， ， 結(jié)果減少摩擦， 迅速冷卻 軸承表面，延長軸承壽命。 流體平衡技術(shù)使軸承所受的推力限制到最小。泵操作時在葉輪周圍產(chǎn)生 3 個不同的壓力區(qū):葉輪入口低壓區(qū)、出口高壓區(qū)、葉輪背部平衡壓力區(qū)。平衡 壓近似等于出口壓的1 /3， 平衡壓由一固定流道與一變化流道聯(lián)合控制。固定流 道由葉輪背面一副摩擦圈的間隙產(chǎn)生，環(huán)形間隙限制葉輪后部的泄漏量為一相 對固定值，然后流經(jīng)磁體， 通過軸承到推力控制閥，該閥與軸肩聯(lián)合構(gòu)成變流 道。當(dāng)工況發(fā)生變化時，葉輪軸向滑動改變流道的尺寸，自 動補償壓力變化， 保持推力平衡。平衡得好可以不設(shè)置推力軸承，只有徑向軸承。 軸套中的螺旋槽幫助沖洗和潤滑軸頸， 大部分泵可保證干運轉(zhuǎn)3 0 m in ， 可使 操作者有時間調(diào)整系統(tǒng)。 日 本iwakl 公司的m d h與m d fl 系列有空前的干運轉(zhuǎn) 能力，它的專利技術(shù)是精確軸承技術(shù)，在隔離罩上增加一后推力圈，有助于泵 長期運轉(zhuǎn)，縮短維護時間。 滑動軸承縮裝在金屬外殼內(nèi)，可保證機械運轉(zhuǎn)的 穩(wěn) 定性，即使軸肩損壞，仍保持軸承的可靠性和可維修性。 2. 4隔離套 隔離套是密封的關(guān)鍵部件，它的破裂會導(dǎo)致流體泄漏事故。當(dāng)電機帶動轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)時，隔離套處于一個正弦交變的磁場中，在垂直于磁力線方向的截面上 感應(yīng)出渦電流，并按焦耳一楞次定律轉(zhuǎn)化為熱量，稱為渦流發(fā)熱。磁力泵的驅(qū) 動為無接觸地透過隔離套進行動力的傳輸，轉(zhuǎn)矩傳遞的效率與隔離套的厚度也 有重要的關(guān)系。 通常情況下， 對隔離套的 材質(zhì)提出以 下要求11 飛 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 ( 1) 非導(dǎo)磁性，高阻值材料。因為不導(dǎo)磁才能傳動轉(zhuǎn)矩，高阻值則磁渦流 損失小，效率高。 (2)足夠的強度和韌性。為保證磁場間隙，隔離套壁厚要求以薄為好，但 同時要承受壓力，所以隔離套材質(zhì)要有足夠的強度和韌性。 (3)耐沖刷、耐腐蝕。由于受隔離套內(nèi)的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的作用，輸送介質(zhì) 具有一定的線速度，從而產(chǎn)生圓周力和切線力， 對隔離套內(nèi)表面進行沖刷和沖 擊，加速材料的摩擦、磨損和性能衰減。同時，在介質(zhì)運動的過程中，還會出 現(xiàn)其他一些如電 化學(xué)腐蝕、晶間腐蝕、 氧化腐蝕等腐蝕問 題。 為了滿足以上要求，隔離套的材質(zhì)可選為金屬材料和非金屬材料。常用的 金屬材料有i crl 8 n i 羅 n 、哈氏合金、不銹鋼、欽合金等。 金屬材料工藝性能好、 強度高、壁厚薄，但不能適用于強腐蝕性介質(zhì)，工作時存在渦流損失等問題。 非金屬材料有陶瓷、碳素纖維、工程塑料 ( 聚丙烯，聚四氟乙烯，聚偏二氟乙 烯) 。陶瓷材料完全消除渦流損失，幾乎適用于所有的腐蝕性介質(zhì)和高溫與耐磨 場合，但其工藝性能較差，不能塑性加工，由于受強度限制壁厚較大。塑料類 價格低廉，工藝性能好，無渦流損失，但耐溫性能差，對輸送的介質(zhì)有選擇性， 強度低，壁厚厚。 發(fā)展新型隔離套，如復(fù)合型隔離套，即隔離套內(nèi) 壁采用高強 度的金屬薄壁材料以防破裂造成泄漏，而隔離套的外表面則采用硬度較高的非 金屬材料以防隔離套的變形，這樣可有效地減少隔離套的渦流損耗及對磁場的 影響。 單層金屬隔離罩應(yīng)用范圍很廣，若采用高強度、高電阻材料可以限制到最 小損失。 雙層隔離罩提供了 雙保險和可供檢測的空間。日 本 iw南m d e系列泵 雙層罩由 玻璃纖維 增強塑 料制造. 戶 口 5 恤吧雙層環(huán)氧樹脂隔離罩磁傳動泵為造紙 廠輸送氧化鋁， 運轉(zhuǎn)兩年來未更換任何部件.雙層隔離罩不產(chǎn)生禍流，效率極 高。 焊接是隔離套結(jié)構(gòu)的薄弱點和腐蝕的敏感源，隔離套是薄壁型壓力容器， 加工時有一定難度，一般在壓力低， 介質(zhì)腐蝕性弱的工況下隔離套的加工工藝 為組焊結(jié)構(gòu)，筒體、 底部、 法蘭焊接在一起，然后整體精加工，這種結(jié)構(gòu)工藝 簡單、成本低，但在運行過程中焊縫直接暴露在介質(zhì)中，由 于焊接組織的多孔 性和表面粗糙度， 使腐蝕加劇，從而降低了隔離套的可靠性。在成批生產(chǎn)中隔 離套采用深沖成型工藝， 這種加工工藝要設(shè)計拉伸模具，所以成本高， 但由于 隔離套整體沖壓成型，避免類似于上述的腐蝕加劇的問 題。在高壓、腐蝕性強 第2章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 的工況條件下，多采用棒料直接加工筒體，法蘭為活套形式，這就大大提高了 隔離套的強度和抗腐蝕性，但這種工藝較浪費原材料，加工周期長，成本高， 只適合于單件生產(chǎn). 2. 5渦流損失 磁力泵由于有壓力要求，隔離套大都采用金屬材料，金屬導(dǎo)體在交變磁場 的作用下，產(chǎn)生磁渦流。渦流效應(yīng)一方面減弱了原來的工作磁場，降低了傳遞 的力矩:另一方面渦流發(fā)熱消耗軸功率，降低磁傳動效率，渦流損失的功率一 般占了5 %一25%。 渦流消耗功率的大小，通常認(rèn)為與轉(zhuǎn)速的平方、電 流環(huán)流寬度的平方、磁 感應(yīng)強度的平方、總環(huán)流數(shù)、軸向長度、金屬隔離套斷面積成正比，與隔離套 材料電 阻 率成反比， 可以 用下式表示1 181 : 枷一 立 hz a， 2 澎 15 2 4 p ( 2 . 2 ) 式中:乃側(cè) 一渦流損失功率，k w: 萬一總環(huán)流數(shù); h 一電流環(huán)流寬度，助 .一磁環(huán)角速度，r a d/s; 1 一軸向尺寸， m ; 5 一隔離套斷面積， 擴; 聲 歸 磁 感應(yīng)強度， t : p 一隔 離 套材 料電 阻 率，。 m 。 設(shè)計師習(xí)慣選用強磁材料以使磁場強度足夠大，減少渦流損失，不幸的是 渦流損失也迅速增加。實際上使用磁性材料必須結(jié)構(gòu)緊湊，傳動半徑盡可能小， 且軸向磁塊成異性交替排列。磁力泵的隔離套采用金屬材質(zhì)，其渦流力矩可用 下 式 表 示 【191 : 對 沁 e 從， ( knr 占 / 戶 ) 從二( 么 3 ) 式中:對 沁 一渦流力矩， n.曲 一禍流損失比例，%: 從.一最 大 靜 磁 力 矩 ， n. m : 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 r 一 常 數(shù) ， r 習(xí) 2 .3 x l 護( 凡i r ) ; 凡一內(nèi) 磁鋼外 半徑， 心 搶 一泵的轉(zhuǎn)速，刁 m in; r 一隔離套半徑， m ; j 一隔離套厚度， m; p 一隔離套材料的電 阻率，qm . 從式 ( 2. 3) 知道:磁力泵的運行轉(zhuǎn)速、隔離套的材質(zhì)、 結(jié)構(gòu)尺寸 ( 直徑和 厚度)， 只能決定渦流損失的比 例;最大靜磁力矩與電機額定力矩的合理匹配， 直接關(guān)系到某一比例下的禍流損失的功率大小， 大馬拉小車， 過大的磁功率余量 往往是渦流損失過大的主要原因。涉及磁力泵渦流損失的計算公式已經(jīng)提出了 很多，只是形式有別而己，實質(zhì)上還是一個電磁感應(yīng)問題。最大靜磁力矩的大 小完全取決于氣隙磁場的磁感應(yīng)強度和大小，與轉(zhuǎn)速和隔離套無關(guān)。而渦流力 矩的大小，不但取決于氣隙磁場磁感應(yīng)強度和大小，而且與轉(zhuǎn)速和隔離套有很 大關(guān)系，完全由m 切 ax 和e 的乘積來決定。 以前由于塑料的耐熱性能差，抗拉強度低，除微型和少量小型磁力泵采用 塑料材料制造隔離套外，大多數(shù)均采用金屬材料制造，而且采用了奧氏體不銹 鑰，用欽合金和哈氏 合金的 都很少。隨著材料科學(xué)技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)在有些 塑料熱變形溫度可達250 ， 抗拉強度為150 2 印mp a ， 而且耐腐蝕性能也很好， 不比 金屬隔離套性能差。 特別是隨著碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維增強 的熱固性和熱塑性復(fù)合材料的快速發(fā)展，以 及納米材料的出現(xiàn)，為發(fā)展中小功 率、甚至大功率無渦流磁力泵提供了良 好的發(fā)展前景 ( 國外有隔離套的材質(zhì)為 氧化錯的耐高溫?zé)o渦流磁力泵)。有了這種無禍流磁力泵， 就可以不必?fù)?dān)心隔 離套的發(fā)熱問 題，萬一液體抽完或磁力泵干運轉(zhuǎn)時， 在短時間內(nèi)不會發(fā)生故障: 而且傳動效率還可能高于普通離心泵。 2. 6摩擦損失 磁力泵的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子在充滿輸送介質(zhì)的轉(zhuǎn)子室中高速旋轉(zhuǎn)，與液體摩擦產(chǎn)生 了 較大的功率損失，為磁力泵諸多損失中最大一項功率損失。一是內(nèi)磁轉(zhuǎn)子圓 柱面的摩擦損失，它與轉(zhuǎn)子半徑的4 次方和轉(zhuǎn)速3 次方、轉(zhuǎn)子長度 1 次方成正 比: 二是內(nèi)磁轉(zhuǎn)子端面的摩擦損失，它與轉(zhuǎn)子半徑的5 次方和轉(zhuǎn)速3次方成正 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 比.可用式 ( 2. 4 )來表示【期: 、一 * pn 州1 + 當(dāng) 、rl ( 2 一 4 ) 式中:尸 腳 一摩擦損失功率，k 丫 v : k 一圓盤摩擦功率損失系數(shù): p 一流 體 密 度， k 歲 m 3 ; n 一轉(zhuǎn)速，叻l l i n ; r 一轉(zhuǎn)子半徑，m; 1 一轉(zhuǎn)子軸向尺寸，m。 考慮到圓柱面的摩擦損失約是端面摩擦損失的 與液體的 粘度有關(guān)， 也可以 用式 (2.5 ) 來表示 p ol: 枷 k， 幾 。 3 r 4 l p 2倍，摩擦損失功率的大小 ( 2 . 5 ) 式 中 : 氣 一 系 數(shù) ， 一 般 取 氣 = 6. 3 1 xl 丁 ， ; 孟 一阻力系數(shù)，人 . ( 研白 / ， ) 戒 乃 ; 口一角速度，口 吐 污 ; r 一轉(zhuǎn)子半徑，m; b 一轉(zhuǎn)子外表面與隔離套的間隙， m ; ， 一液體運動 粘度， 二 2/5: l ee轉(zhuǎn)子長度，m : p 一液 體 密 度， k 創(chuàng) 山 3 . 對于普通的離心泵雖然不存在轉(zhuǎn)子室內(nèi)水力摩擦損失，但卻存在著由機械 密封、填料等軸封與泵軸之間的，摩擦力造成的機械摩擦損失。為了減小軸封 泄漏，當(dāng)將填料軸封間隙調(diào)小時，其功率損失將更大。而磁力泵由于取消了軸 封裝置，不存在 軸封與軸之間的機械摩擦損失。所以，在磁力泵磁傳動設(shè)計合 理的條件下，其水力摩擦損失未必一定大于普通離心泵軸封處的機械， 摩擦損 失。 2. 7冷卻循環(huán)損失 禍流損失和摩擦損失都會轉(zhuǎn)化為熱量，需要用液體冷卻循環(huán)來吸收。為此 先確定渦流損失和摩擦損失的總功率，按照熱功當(dāng)量的關(guān)系計算出每小時總的 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 熱量:然后按照液體比熱和液體允許溫升，確定每小時液體的冷卻循環(huán)流量， 為安全起見，加大5 0 %:知道冷卻液流量之后，按式 ( 2. 6) 核算冷卻液流量是 否 滿足 要求11 010 q 一 耐拒 麗( 2 .6 ) 式中:q 一冷卻循環(huán)液流量， m sls; 八一速度系數(shù)， 約為0. 5 0. 6 ; 5 一 守 令 卻液流 道面 積， 擴; h 一冷卻液流道兩端壓差，m : 9 一重力加速度， 功 辦 年 。 其次，按泵的揚程， 選擇壓差， 確定冷卻循環(huán)路線，分配線路上的壓降方 案及各段線路的流道面積和流道系數(shù)， 代入式 ( 2. 6) 中。 最后，按所確定的總壓頭損失、流量、液體密度 ( 或比重) 和泵的效率計 算出冷卻循環(huán)的損失功率。 戶 c 仔 1 0 切 ( 2 . 7) 式中 : 月 一冷 卻 循 環(huán) 液 損 失 功 率， k w ; p 一液 體 密 度， k g/ m 3 ; h一總 壓頭損失， m : 沖 一泵效率，%。 說明:冷卻循環(huán)的損失大小，一般都由渦流損失和摩擦損失的總功率大小 來決定，無須另作比較。 2 .8泵的啟動 磁力泵是靠磁力聯(lián)軸器傳遞力矩的，對某一個磁力聯(lián)軸器來說，所能傳遞 的最大力矩是恒定的。當(dāng)它承受的負(fù)載力矩超過它的最大脫開力矩時。磁力聯(lián) 軸器就會脫開，導(dǎo)致磁鋼急 劇升溫， 造成退磁121 1 . 磁力泵傳動的設(shè)計力矩很大 一部分是克服啟動時的慣性作用的， 根據(jù)動力學(xué)原理，磁力泵工作時負(fù)載力矩 為: t 幾定 + 幾性( 2. 8 ) 式中 : 枯定 一磁 力 泵 額定 力 矩， 為 定 值 ; 第2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 枯性 = j. d w / d t ; j 一磁力泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，為定值; d 職 刀 d t-角加速度，泵啟動時為變量，泵正常運行時為零。 試臉二泵啟動時間短，d w油值很大， t 磁力矩，見圖幼: 延時啟動， t 磁力矩，見圖2 .4 。 圖2. 3 負(fù)載力矩t隨時間t 變化示意圖圖2. 4 延時啟動時t隨t 變化示意圖 2. ，小結(jié) 磁力泵在近20年內(nèi)迅速發(fā)展，關(guān)鍵原因取決于以下幾個條件:高性能磁性 材料的開發(fā)成功，高性能軸承材料的開發(fā)成功， 精湛的隔離套材質(zhì)加工工藝技 術(shù)， 磁力泵結(jié)構(gòu)的不斷完善。 目 前世界上生產(chǎn)磁力泵的 主要制造廠有: 英國h m d 無密封泵公司、 totton 泵公司、 hil 邵泵公司、 美國gou ldspum ps公司、 日 本l w 目 目 公司、德國幻ausu 刀 i o n 泵閥公司、dic k o w公司、all 一eiler公司、51 址公司、 cp 泵公司等。 磁力傳動在我國 應(yīng)用起步較晚， 發(fā)展較慢，技術(shù)推廣有一定的阻 力。在磁力泵技術(shù)發(fā)展過程中，有些認(rèn)識上、技術(shù)上的問 題必須引起關(guān)注: ( d 目 前小功率磁力泵的功率損失可以減到很小， 泵效率甚至高于普通離 心泵。但是一般在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要保證有足夠壓差來迫使介質(zhì)流動，同時要盡 量保證需要冷卻和潤滑部位無死水區(qū)，對于小流量高 揚程的磁力泵來說，選擇 過大的冷卻循環(huán)壓差，仍將造成很大的能量損失。 (2)從摩擦損失計算公式可見，內(nèi) 磁轉(zhuǎn)子的半徑越大，摩擦損失也越大。 如果減小內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的半徑，可以使摩擦損失大幅度下降。但是，轉(zhuǎn)子半徑的減 小， 將會導(dǎo)致磁扭矩利用率的降低;而縮短轉(zhuǎn)子的軸向長度，雖可以減少其圓 柱面的摩擦損失， 但金屬隔離套的磁渦流損失與半徑的平方成正比，從而制約 了軸向長度的縮短造成的半徑的增大。因此，只有通過對磁路的優(yōu)化設(shè)計，合 理選擇磁路的長徑比，才能使這項功率損失控制在最小限度內(nèi)。 第 2 章 磁力泵技術(shù)的發(fā)展 (3)磁力泵的動力配套，必須保證兩個基本條件: a電動機的功率應(yīng)當(dāng)大 于磁力泵的最大軸功率:b 磁功率應(yīng)當(dāng)大于或等于電動機功率。 目 前國內(nèi)磁力泵的磁力矩匹配差別較大， 這也是導(dǎo)致國內(nèi)磁力泵質(zhì)量大不 一樣的原因 之一。 如某臺磁力泵通過葉輪切割， 配套電機功率從 75k w減少到 37k w， 而永磁聯(lián)軸器卻仍然沒變，結(jié)果磁力矩比電機力矩大了好幾倍。這樣渦 流損失功率迅速加大，導(dǎo)致介質(zhì)汽化，造成永磁聯(lián)軸器過熱失效。還有不少的 磁力泵，在輸送密度較小的輕介質(zhì)時，本來可以 把電機功率和磁力矩減小近一 半，但仍按清水試驗驗收的電機和永磁聯(lián)軸器配套出廠，結(jié)果也使渦流損失增 大近一倍。 一般情況下，按 l z倍電 動機額定力矩來選擇永磁聯(lián)軸器的最大靜 磁力矩比較合理，只有合理匹配才有利于高效可靠運行。 (4)采用電力電子功率器件制作的磁力泵啟動器，利用調(diào)頻調(diào)速法或調(diào)壓 調(diào)速法對電動機進行調(diào)速，可以延長泵的啟動時間，降低啟動時的負(fù)載功率， 使磁力泵轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，以達到可靠啟動之目的。 ( 5 ) 磁力泵作為一個有機整體，結(jié)構(gòu)部件相輔相成。葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)， 會引起泵的汽蝕振動、噪聲、甚至于泵不能工作;泵體幾何參數(shù)的確定關(guān)系到 泵運行的徑向力大小，合理的水力設(shè)計是保證軸向力平衡的前提條件，這些都 直接影響到軸承的使用壽命:優(yōu)良 設(shè)計的冷卻液流道更是磁力泵生命的消化系 統(tǒng)等等。 第3 章磁力泵和計量泵的應(yīng)用比 較 第3 章磁力泵和計量泵的應(yīng)用比較 3. 1工作原理 磁力泵和計量泵同為輸送流體的機械，作為一種執(zhí)行設(shè)備，理論上講都可 以擔(dān)當(dāng)輸投礬液的任務(wù)，但它們不屬于同一類型泵，根據(jù)泵的工作原理和結(jié)構(gòu) 劃分，前者為離心式無密封泵，后者為一種調(diào)節(jié)輸送液體流量的容積式泵，反 映 到具體操作上存在著諸般差 別. 泵的 類型結(jié)構(gòu)1叨見圖3. 1 。 泵 葉 片 紅 泵容 積 失 泵其 它 基 型 泵 電磁泵 空氣升液泵 噴射泵 滑片泵 羅茨泵 螺桿泵 齒輪泵 燕汽泵 . 電動泵一 量泵 塞泵隔膜泵 泵飛離心旋渦泵 沸廠單級泵多級泵 1高速泵 -卜ji屏蔽泵磁力馭動泵 比1立式泵臥式泵 ji蝸殼式泵分段式泵 一1單級泵多級泵 |單吸泵雙吸泵 圖1 1 泵的類型結(jié)構(gòu)圖 計量泵由驅(qū)動裝置 ( 電動機、傳動機構(gòu))和泵頭組成，電機經(jīng)連軸器帶動 蝸輪蝸桿， 驅(qū)動，尸 形曲軸，由十字頭偏心輪將旋轉(zhuǎn)運動變成連桿和柱塞的往復(fù) 運動;作往復(fù)運動的柱塞與隔膜并無直接聯(lián)接，而是借助液壓腔內(nèi)的介質(zhì)油工 作， 油的容積及壓力產(chǎn)生變化時，隔膜交替地前后鼓凸，從而完成傳輸任務(wù)。 可以看出:計量泵為直聯(lián)式機械傳動，傳動機構(gòu)的運動慣性較大，同時存 在很大的機械摩擦，產(chǎn)生振動:隔膜的拉伸性能要求與液壓成線性關(guān)系，膜片 安裝難度大。 磁力驅(qū)動泵是應(yīng)用現(xiàn)代磁學(xué)原理，利用永磁體的機械能轉(zhuǎn)換，磁場在空間 隔開能互相吸引和排斥的原理，實現(xiàn)力矩與磁場之間轉(zhuǎn)矩的無接觸傳遞。并且 將由 磁力驅(qū)動泵抽送的介質(zhì)封閉在隔離套內(nèi)，從而達到全密封、無泄漏、無污 染效果的要求。 第3 章磁力泵和計量泵的應(yīng)用比較 3 .2操作特性 凈水廠加藥泵對流量調(diào)節(jié)性能的 要求非常高， 參考文獻【 2 2 大致歸納了 工業(yè) 用泵的性能及其適用范圍，列出表3. 1 ， 表中離心泵和往復(fù)泵都可通過調(diào)速來調(diào) 節(jié)流量， 方法簡單、安全可靠、效率高， 其中的代表為磁力泵和隔膜計量泵。 表3. 1 泵的性能及適用范圍 指標(biāo) 葉 片 泵容 積 式 泵 離 j。 泵!軸 流 泵 旋 渦 泵 往復(fù)泵轉(zhuǎn)子泵 均 勻 性 均 勻 不均勻 比 較 均 勻 流 量 穩(wěn) 定 性 不恒定，隨管路情況變化而變化 恒定 范圍 ( m 仇)l 6 3 乃閱 1 5 0 2 4 5 口 沉) 。 .4 一 1 。一1 。 一 ，1 一 。 泛 特點對應(yīng)一定流里，只能達到一定的揚程 對應(yīng)一定流里可達到不同揚程， 由管路系統(tǒng)確定 ，口 已 范圍 1 0 2 以刃叻 2 一 2 0m 5 一 ， ; om0 2 一 l oo m p al 0 .2 60mpa 效 舉 特點在設(shè)計點最高，偏離越遠(yuǎn)，效率越低 揚程高時.效率降 低較小 揚程高時。效 率降低較大 范圍 ( 最高點) o j0 .8 0 7 0.，0.25o j0.7 0.85 眾6 eeo 月 結(jié)構(gòu)特點 結(jié)構(gòu)簡單， 造價低，體積小，重夏輕，安裝檢修 方便 結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積大， 大振動，造價高 同離心泵 操 作 與 維 修 流里調(diào)節(jié) 方法 出口 節(jié)流或 改變轉(zhuǎn)速 出口 節(jié)流或改變 葉片安裝角度 不能用出口閱調(diào)節(jié)， 只能用旁路調(diào)節(jié) 同旋渦泵，另還可 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和行程 同旋渦泵 自 吸作用 一般沒有沒 有一部分型號有j有有 啟動出 口 閥 關(guān) 閉 出 口 閥 全 開 出口閥全開 恤 修1簡 便 麻煩簡便 適用范圍 枯度較低的 各 種介質(zhì) 特別適用于大 流t，低揚程， 枯度較低的介 質(zhì) 特別適用于小流 t、較商壓力的低 枯度清潔介質(zhì) 適用于高壓力、小 流量的清潔介質(zhì) ( 刁 卜 司 . 舀 目翻七二 已己 d生 鄉(xiāng) 垃 適用于中低壓 力、中小流量 尤其適用于枯 性高的介質(zhì) 曲 泊洛 矛 r佗 民 序 涵夕忿 刁、 夕 全無泄泥可甩隔膜 泵) 計量泵柱塞的運動產(chǎn)生液壓力，通過進、出口 單向閥的控制，使輸送藥液 從泵頭吸入，從出口 排出。其優(yōu)點是不會有開機千運轉(zhuǎn)情況的發(fā)生， 排出 壓力 高，特性曲線很少受溫度、粘度、液體及其他物理性質(zhì)等干擾因素的影響。同 時也要看到，液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定， 排出藥液的流量不均勻，而影響到泵的正常運 行。當(dāng)需要改變泵的流量時，有三種方式，其一是改變曲 軸系統(tǒng)的偏心距來控 制柱塞行程的大小，使液壓腔受力發(fā)生變化，從而改變隔膜的往復(fù)運動幅度， 實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。其二，只調(diào)節(jié)變頻控制器，改變電源頻率，即可改變電 機轉(zhuǎn) 2 1 第3 章 磁力泵和計量泵的 應(yīng)用比較 速與柱塞沖次，達到調(diào)節(jié)流量的目的。其三，頻率控制和幅度控制同時進行。 但頻幅控制計量泵，經(jīng)實踐調(diào)試得出:原本產(chǎn)生振動的泵振動得更加劇烈。 很 多情況下泵產(chǎn)生脈動并與管道系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生共振，輕微的振動不會損壞管 道系統(tǒng)， 但會影響測量計指針的 脫落， 劇烈的 振動會引起管道損壞破裂 i23). 緣 于此，水廠不得不長時期采取單一的方式控制，而處于不經(jīng)濟的運行狀態(tài)。 磁力泵的性能曲線變化平緩，即泵壓僅變化一點，泵的流速變化很大，泵 效率曲 線呈拋物線型，與流量、揚程 ( 泵壓) 、功率損失等多因素相關(guān)。采用變 頻調(diào)速磁力泵，具有下述優(yōu)點: ( 1) 采用變頻器調(diào)速可使泵平穩(wěn)無級變速到需要轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，操作十分方 便。 (2) 通過調(diào)頻變速調(diào)節(jié)泵的流量、 揚程， 可使泵始終處于高效工況點運行， 達到節(jié)能運行的效果。 (3)泵出流量均勻，通過閉環(huán)控制，可以做到加藥平穩(wěn)可靠，計量準(zhǔn)確及 時。 1 3計量泵的基本問題 ( 1) 伺服系統(tǒng) 計量泵傳動裝置中的電 機若采用普通的