一、磁力驱动泵

    在化工、医药、石油化工等行业，输送易燃、易爆，易挥发、有毒、有腐蚀以及贵重液体时，要求泵只能微漏甚至不漏。

    离心泵按有无轴封，可分为有轴封泵和无轴封泵。有轴封泵的密封型式有填料密封和机械密封等。填料密封的泄漏量一般为3-80mL／h，制造良好的机械密封仅有微量泄漏，其泄漏量为0．01-3mL／h。 

   磁力驱动泵(简称磁力泵，下同)和同属于无轴封结构泵的屏蔽泵一样，结构上只有静密封而无动密封，用于输送液体时能保证一滴不漏。

    1．磁力泵的工作原理和结构

    磁力传动在离心泵上的应用与一切磁传动原理一样，是利用磁体能吸引铁磁物质以及磁体或磁场之间有磁力作用的特性；而非铁磁物质不影响或很少影响磁力的大小，因此可以无接触地透过非磁导体(隔离套)进行动力传输，这种传动装置称为磁性联轴器。如图2—95，电动机通过联轴器和外磁钢联在一起，叶轮和内磁钢联在一起。在外磁钢和内磁钢之间设有全密封的隔离套，将内、外磁钢*隔开，使内磁钢处于介质之中，电动机的转轴通过磁钢磁极的吸力直接带动叶轮同步转动。

   磁力泵为标准型结构，由泵体、叶轮、内磁钢、外磁钢、隔离套、泵内轴、1井轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器、电机、底座等组成(有些小型的磁力泵，将外磁钢电机轴直接联在一起，省去泵外轴、滚动轴承和联轴器等部件)。

(1)泵体、叶轮  与有密封泵相似。露(2)磁性联轴器  磁性联轴器由内磁钢(含导环和包套)、外磁钢(含导环)及隔离套组，是磁力泵的核心部件。磁性联轴器的结构、磁路设计，及其各零部件的材料1系到磁力泵的可靠性，磁传动效率及寿命。

 ①内磁钢  内磁钢与导环采用粘合剂联接。为将内磁钢与酚质隔离，内磁钢外表需覆以包套。包套有金属和塑料两种，金暖包套采用焊接，塑料包套采用注塑。

②外磁钢  外磁钢与导环采用粘结剂联接。

  ③隔离套  隔离套也称密封套，位于内、外磁钢之间，将内、防磁钢*隔开，介质封闭在隔离套内。隔离套的厚度与工作压助和使用温度有关，太厚增加内、外磁钢的间隙尺寸，从而影响瞰传动效率；太薄则影响强度。隔离套有金属和非金属两种，金瞩隔离套有涡流损失，非金属隔离套无涡流损失。

   (3)滑动轴承  磁力泵的泵内轴由滑动轴承支承。由于滑动轴承是靠润滑性很差的输送介质来润滑，因此滑动轴承应采用耐磨性和自润滑性良好的材料制作。常用的轴承材料有碳化硅陶瓷、石墨填充聚四氟乙烯等。

  (4)联轴器联轴器与有密封泵一样，采用挠性联轴器。

  (5)电动机  电动机与有密封泵一样，采用标准电动机，如国内的Y系列三相异步电动机、YB系列隔爆电动机等。

 2．磁力泵主要零部件的材料

磁力泵的磁钢、隔离套和滑动轴承是磁力泵的主要零部件，其选用的材料特性对泵的价格、结构、可靠性、效率和寿命有较大的影响。

(1)内、外磁钢的材料

  ①铁氧体价格低廉，使用温度小于85℃，磁能积低(10-30kJ／m3)，磁传动损失大，当泵的转子部分发生滑移、过载或堵转时，会发生退磁现象。铁氧体磁性材料是早期的磁力驱动泵磁钢材料。目前国外已很少采用。

    ②稀土钴  稀土钴是一种较新型的*磁钢。品种有：钐钴、铝镍钴、镨钴、混合稀土

  钴和稀钴铜等。其磁传动效率和磁能积高(磁能积80～240kJ／m3)，并具有*的抗退磁能力，其矫顽力HCT为360～1200kA／m。钐钴联轴器只需铁氧体联轴器质量的6％。就可传递相当的扭矩，其使用温度可达300℃。

    ⑧钕铁硼  钕铁硼属稀土类*磁铁，l983年由国外新开发的价格适宜的产品。钕铁硼属第三代新型磁性材料，基本性能同钐钴，但磁能积高于钐钴，缺点是使用温度仅为120℃，且磁稳定性相对较差。稀土钴(如钐钴)和钕铁硼等稀土*磁铁均非常适合于制作泵用的磁钢。缺点是性脆易碎，且价格大大高于铁氧体。

    (2)滑动轴承材料

    ①碳化硅陶瓷碳化硅是一种优异的滑动轴承材料，其承载能力高，且具有*的耐冲蚀、耐化学腐蚀、耐磨损和良好的耐热性，使用温度可达500℃以上，缺点是价格较贵，且不能承受短时间的干运行。

    ②石墨  石墨也是一种较理想的滑动轴承材料，且具有较好的自润滑性能，可经受短时间的干运行，使用温度可达450℃，但不能在易发生电解破坏的介质中使用。

    ⑧填充聚四氟乙烯聚四氟乙烯充填碳、玻璃纤维等制成的滑动轴承，使用温度≤120℃，耐腐蚀性能*。

    (3)隔离套

    ①金属隔离套金属隔离套内存在电涡流损失，为减少涡流损失，提高传动效率，应采用高电阻金属材料，如哈氏合金C(Hasloy C)、钛及其合金等。涡流损失一般占总传动效率的15％-25％。

    ②非金属隔离套非金属隔离套内无涡流损失，因此可相应提高磁性联轴器的传动效率。非金属隔离套有塑料和陶瓷两种。塑料的耐温一般较低(如PVDF隔离套耐温极限为l20℃，增强聚丙烯耐温极限为100 ℃)，而陶瓷的耐温较高。因此为消除涡流损失，一般情况下大多采用非金属隔离套(主要为塑料)。当压力、温度超过非金属隔离套使用限时，可采用金属隔离套。

    3．磁力泵的特点

    (1)磁力泵的优点

    ①由于传动轴不需穿入泵壳，而是利用磁场透过空气隙和隔离套薄壁传动扭矩，带动内转子，因此从根本上消除了轴封的泄漏通道，实现了*密封。

    ②传递动力时有过载保护作用。

    ③除磁性材料与磁路设计有较高要求外，其余部分技术要求不高。

    ④磁力泵的维护和检修工作量小。

    (2)磁力泵的缺点

    ①磁力泵的效率比普通离心泵低。

    ②对防单面泄漏的隔离套的材料及制造要求较高。如材料选择不当或制造质量差时，隔离套经不起内外磁钢的磨擦很容易磨损，而一旦破裂，输送的介质就会外溢。

    ③磁力泵由于受到材料及磁性传动的限制，因此国内一般只用于输送100℃以下、

  1．6MPa以下的介质。

    ④由于隔离套材料的耐磨性一般较差，因此磁力泵一般用于输送不含固体颗粒的介质。

 二、屏蔽泵

    屏蔽泵属离心式无密封泵，泵和驱动电机都被封闭在一个被泵送介质充满的压力容器内，此压力容器只有静密封。这种结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装置，能做到*无泄漏。

    屏蔽泵把泵和电动机联在一起，电动机的转子和泵的叶轮固定在同一根轴上，利用屏蔽套将电动机的转子和定子隔开，转子在被输送的介质中运转，其动力通过定子磁场传递给转子。

    屏蔽泵的液力端可以按照一般离心泵通常采用的结构型式和有关的标准、规范设计制造。外表面装有非磁性耐腐蚀金属薄板做成的定子屏蔽套和转子屏蔽套，另外在各自的侧面用耐腐蚀的金属薄板与它们焊接密封，与被输送的液体*隔开，使定子绕组铁芯和转子铁芯不受浸蚀。被输送的液体一部分从泵的排出口一过滤器循环管一端盖一后侧轴承与后侧轴套之间的间隙一定子屏蔽套与转子屏蔽套之间的间隙一前侧轴承与前侧轴套之间的间隙一叶轮的平衡孔一叶轮吸入口，循环液对于轴承的润滑冷却以及电动机的冷却起着非常重要的作用。因此，循环液中如果有泥浆杂质或流量不足时，就会发生故障。

    在液体中旋转的电动机转子与叶轮安装在同一根轴上。轴由前后轴承支撑，在叶轮和电动机之间没有密封。叶轮产生的轴向推力，作用于前后推力盘和上，可以防止叶轮轴向移动。

    1．屏蔽泵的特点．

    (1)屏蔽泵的优点

    ①与有密封泵相比，省去了维修和更换密封的麻烦，也省去了联轴器，零件数量少(只有机械密封泵的30％左右)，可靠性高。无滚动轴承和电机的风扇，不需要加润滑油，且运转平稳、噪音低一般为60～65dB(A)]。可配置轴承磨损监视器，检测轴承的磨损情况。

    ②结构紧凑，占用空间小，对底座和基础的要求低，没有联轴器的对中问题，安装容易

且费用低。日常维修工作量少，维修费用低。

    ③能在真空系统或“真空”与“正压’’交替运行的情况下正常运转而无泄漏j可以在高真空度情况下直接从真空槽中把物料送至其他容器中。使用范围广，对于高温、高压、极低温、高熔点等各种工况均能满足要求。

    (2)屏蔽泵的缺点

    ①由于采用滑动轴承，且用被输送的介质润滑，故对润滑性差的介质就不适宜采用屏蔽泵输送。一般适合于屏蔽泵的介质粘度范围为0．1-20CP。

    ②屏蔽泵的效率通常低于有密封的离心泵。但在中、小功率的情况下，与双端面密封泵相比，后者由于增加了冷却和冲洗系统的功率消耗，故总效率相差不大。

    ⑧离心泵运行时，要求流量应高于zui小连续流量。对屏蔽泵这点尤为重要，因为在小流量情况下，泵效率较低且会导致发热，使流体蒸发而造成泵干转，引起滑动轴承的损坏。

    2．屏蔽泵的结构

    (1)结构型式

    根据被输送液体的温度、压力、有否颗粒和粘度高低等不同要求，屏蔽泵可分为以下几种型式：

    ①基本型(标准型)  输送介质温度不超过120℃，扬程不超过100m。图2—97所示是基本型屏蔽泵，其他各种类型的屏蔽泵都是在基本型的基础上的变型和改进。

    ②逆循环型  这种型式的屏蔽泵，其轴承润滑、冷却和电动机冷却的液体流动方向与基本型正好相反。逆循环型泵的主要特点是不易产生汽蚀，适合输送易汽化的液体，有时也称之为易汽化型。

    ③高温型输送介质温度可高达450℃。通常在屏蔽电机外增加冷却水套和在外部循环管加冷却套管，将高温循环液冷却以降低电机和轴承温度。在功率不大的场合，有的制造厂不采用冷却液，而是在电动机外部设置散热翅片和用特殊绕组来适应高温工况，其使用温度一般不能超过400℃。

    ④高融点型  在泵的液力端和电动机侧均带有夹套，夹套中可通入蒸汽或一定温度的液体防止高融点液体产生结晶。泵的外部循环管也要加保温(加热)夹套。

    ⑤高压型  屏蔽泵的外壳是一个高压容器，使泵能承受很高的系统压力。为了支承处于内部高压下的屏蔽套，可以由定子线圈本身用作承受压力。也可以做成在高温、高压下运转的屏蔽泵。

    ⑥自吸型泵的吸入口比叶轮中心线要高很多，在停泵后，当吸入管路中没有液体时，叶轮和加大的泵室内始终充满液体，再起动时不必灌水，泵就可以工作。自吸型泵特别适合于从地下容器中抽取液体。此外；尚有液下型、泥浆型、高压管路型以及专为船舶、核电站和吸收制冷装置用的各种类型屏蔽泵。按不同分类方法，还可以分为立式、卧式、在线式以及单级、多级等不同类型。

    (2)液力部件

    屏蔽泵的液力部件可以采用和有密封泵相同的型式，即可用有密封泵的液力端与屏蔽电动机组合构成屏蔽泵，将一般离心泵的叶轮、蜗壳和进出El法兰的结构用在屏蔽泵上。

    屏蔽泵大多用在中、小流量和功率不大的工况下。从目前的使用情况看，在小流量范围内(0．1-6ms／h)，有很多种规格的产品能很好地满足使用要求，在这种小流量范围内，却较难选到合适的离心泵。

    屏蔽泵的扬程一般为10m～150m，再高的扬程也可l：A达N。根据所需扬程不同，可以做成单级或多级。屏蔽泵的性能曲线与一般离心泵类似，只是泵的效率略低些，因从泵出I：1处需引一股液体冷却电机和润滑轴承。为了降低泵所要求的汽蚀余量，在叶轮进I：1处通常可装上诱导轮，使NPSHr降低到0．3m。

    (3)轴承 

    屏蔽泵通常采用滑动轴承，由被输送介质来润滑。轴承常采用耐腐性强、耐磨性好、有自润滑性的石墨制成，它与表面堆焊钨、铬、钴等硬质合金或等离子喷涂氮化硅一类硬质合金制成的轴套组成摩擦副，此种石墨型的轴承使用寿命约为一年以上。有些制造厂采用硬对硬的摩擦副，例如：硬铬对氧化锆、碳化硅对碳化硅。采用硬质摩擦副材料可使轴承的使用

寿命增至2年以上。有的制造厂在碳化硅轴承表面上复盖一层石墨，使轴承可以承受短时间的干运转而不致损坏。

    被输送介质的粘度和润滑性对轴承的使用寿命有很大影响，一般，粘度低的介质润滑性

差，但如果粘度过高，液体与转动件摩擦生热太大。通常情况下，介质粘度在0.1-20cP之间都是可以接受的，若粘度再高(达到l40-150cP)，需要特殊设计。

    因为屏蔽泵的轴承不用润滑油润滑，所以它只能承受较小的径向载荷和轴向载荷。设计时，要采用各种办法减少轴承的负荷。减小径向力的方法通常有以下几种：

    ①采用双蜗壳形泵体  将泵的蜗壳做成带有两个错开180。的隔舌，将流体分成两个相等的部分，由于对称，产生两个方向相反的径向推力，因而可以减小轴承所受的径向力。但是双蜗壳的结构给铸造、清砂带来很多困难，实际上较少采用。

    ②采用圆形泵体  泵体产生的径向力在泵的关闭点(指泵的出口阀全关，流量为零时)与zui率点之间的范围内要比蜗壳型泵体为小，特别是在zui率点时，用来减小径向力的效果。但这种泵体水力性能比蜗壳型稍差。

    ⑧采用多流道泵体从理论上讲，多流道泵体可使径向合力为零，使轴承不受径向力。实际上，由于制造误差，流道不*对称等原因，径向力不容易做到*消除。

    减小轴向力的方法如下：

    ①采用自动推力平衡装置通过叶轮轮盘背面固定的和可变的两种密封环，在流体力的作用下，使叶轮前面和背面压力相平衡的办法来消除轴向力。在正常情况下，推力轴承不受力，只有在起动和意外情况下，止推盘才会与轴承止推面相接触。

    ②采用背叶轮推力平衡机构  在叶轮背面配有径向布置的叶片，也可大大地减小轴向力。以上各种方法，各有优缺点，需要根据实践经验和泵的总体设计进行综合考虑和选择。

    (4)屏蔽套

   屏蔽泵通常有两个屏蔽套，即定子屏蔽套和转子屏蔽套，用来防止工作介质浸入定子绕组和转子铁芯。由于屏蔽套的存在，使电动机定子和转子之间的间隙加大，造成屏蔽电动机的性能下降，同时在屏蔽套中还会产生涡流，增加了功率损耗。

    为了减少因屏蔽套存在所引起的损耗，在设计时必须注意屏蔽电动机定子的内径要小、屏蔽套的厚度要薄、屏蔽套的材料应为非导磁材料。所以屏蔽电动机一般都采用细长的结构，即铁心长度和内径的比值比较大。屏蔽套的材料选用耐腐蚀性好、强度高的非导磁材料，如304、304L、316、316L不锈钢、哈氏8、哈氏C钛等。其中哈氏合金材料产生的涡流损失较小，但因成本较高，使用受到限制。有时也用非金属材料来做屏蔽套。

    屏蔽套的厚度，一般为0．2-1mm，厚的屏蔽套可以提供较坚固的结构，但引起的能量损失也大，实际设计时，往往选用既有足够安全性又不致造成太大损失的折中方案。

    (5)安全监测和保护装置

    为提高使用寿命和运转的安全性，屏蔽泵通常都设有下列保护装置。

    ①轴承磨损监测器  轴承磨损监测器有机械式、电气式、机械电气式等型式。当屏蔽泵运转时，可以通过轴承磨损监测器随时监视轴承的运转情况，当轴承磨损较大时就要停车检修或更换轴承，在运转时若发生轴承损坏则立即停车。

    ②电流保护器  屏蔽泵在无液情况下空运转时，会造成轴承损坏。当流量大幅度下降时，电流也会大大降低，此时电流保护器可自动动作而停车。同样，在负载过大时，电流增加较多，电流保护器也会动作，自动切断电流，使电机停止运转，防止事故发生。

    除以上两种保护装置外，有的屏蔽泵还装有热交换能力监测器、液面监测器或在电动机内部装有内压保护器，以满足不同用途屏蔽泵安全保护的需要。

    3．屏蔽泵的标准、规范

   屏蔽泵虽问世已逾70年，但真正受到重视和逐渐被较多采用还只是近些年的事，屏蔽泵的标准、规范也远不如离心泵那样完善。

    屏蔽泵在结构、选材、制造、检验等备方面都有其独自的特点，各制造厂在生产和发展屏蔽泵的过程中都积累了一定的经验，形成了有各自的风格的厂标和规定。一般说来，用户都能接受按制造厂的标准供货，但仍无统一认可的性标准。

    由于屏蔽泵和磁力驱动泵都是无密封泵，在结构和制造方面有很多相似之处，国外在制定标准时把这两种泵合在一起考虑。美国水力学会l992年版的“无密封泵的设计和应用”-书对屏蔽泵和磁力传动泵的设计和应用方面有比较全面和详细的介绍，是一本很有价值的技术文件。目前无密封离心泵采用美国水力学会标准Hl5．1～5．6(1993)。

    近来有的国家也制订了有关无密封泵的标准、规范。标准化组织以德国提供的一份关于无密封泵的标准作为兰本，准备了一份Sl0标准草案建议书，把对屏蔽泵和磁力驱动泵的技术要求放在同一个标准中，是一份比较完整的无密封泵标准。在此标准草案中，对屏蔽泵的总体设计、原动机、临界转速、承压零件、接管、叶轮、循环液流、材料……等各方面

都提出了具体要求和规定。

    按标准化组织的安排，无密封泵的标准分两个级别，即l级和Ⅱ级，其中I级要求zui严。这两个标准正式发布后，无疑会对屏蔽泵技术的进步和产品的规范化起到十分重要的指导和促进作用。

    4．磁力泵和屏蔽泵的比较(表2-41)。

    表2-41  磁力泵和屏蔽泵特性比较