無(wú)密封泵無(wú)密封泵是為了解決填料密封或機(jī)械密封泵的泄漏問(wèn)題。泄漏通常對(duì)周圍環(huán)境有毒或有害，有時(shí)泄漏液非常昂貴。這種泵80%的使用場(chǎng)合是用于壓力低于13.8bar，120℃的情況。無(wú)密封泵分兩大類：磁力驅(qū)動(dòng)泵和屏蔽泵。這兩類泵在特定的應(yīng)用中沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分，但在通常的應(yīng)用情況下，它們均有各自的市場(chǎng)。對(duì)于磁力驅(qū)動(dòng)泵，葉輪與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的同一軸上安裝，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和外磁轉(zhuǎn)子之間由隔離套與泵殼體之間形成全密封，它承受泵的內(nèi)壓。對(duì)于屏蔽泵，葉輪直接安裝于電機(jī)轉(zhuǎn)子上，依靠電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的屏蔽套實(shí)現(xiàn)全密封。磁力驅(qū)動(dòng)泵和屏蔽泵通常都運(yùn)用輸送的液體來(lái)潤(rùn)滑和冷卻軸承。磁力驅(qū)動(dòng)泵磁力驅(qū)動(dòng)泵的基本特征在泵中消除了機(jī)械密封或填料，并且在密封所在的位置將軸分成兩段。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子安裝在由介質(zhì)潤(rùn)滑的軸承支承的軸上，外磁轉(zhuǎn)子安裝在動(dòng)力軸上。在內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子之間，隔離套將輸送液體與大氣分隔開(kāi)，與殼體之間形成靜密封。來(lái)自外磁轉(zhuǎn)子的磁通量驅(qū)動(dòng)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子，從而帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。外磁轉(zhuǎn)子或直接安裝在它自己的軸承箱上，或直接安裝在電機(jī)軸上。磁體一個(gè)磁路通常包括兩組永久磁體和內(nèi)外導(dǎo)磁環(huán)。導(dǎo)磁環(huán)的材料是普通鑄鐵、球墨鑄鐵或碳鋼。磁性材料最早的永久磁體產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代，由鋁-鎳-鈷（AiNiCo）制成。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的稀土磁體磁傳動(dòng)器更小,通常使用的稀土材料為釹鐵硼（NdFeB）和釤鈷（SmCo）。釤鈷的磁性比鋁鎳鈷強(qiáng)4倍。在21℃時(shí)，釹鐵硼的磁性比釤鈷強(qiáng)20%，鋁鐵硼的最高使用溫度為149℃，釤鈷的最高使用溫度為288℃，釤鈷的優(yōu)點(diǎn)是使用溫度高，其最高使用溫度幾乎是鋁鐵硼的兩倍，然而，釤鈷的造價(jià)約為釹鐵硼的三倍左右。圖7給出了這兩種物質(zhì)的磁性-溫度變化圖。磁體都有一個(gè)最高使用溫度，超過(guò)這個(gè)溫度，它們就會(huì)不可逆轉(zhuǎn)地喪失全部磁性；即便當(dāng)它們冷卻下來(lái)時(shí)也不能重新獲得磁性。這個(gè)溫度點(diǎn)稱之為居里（Curie）溫度，表1給出了各種磁性材料的居里（Curie）溫度。表1磁性材料的居里（Curie）溫度和工作溫度

圖7磁強(qiáng)度-----溫度曲線導(dǎo)磁環(huán)傳遞轉(zhuǎn)矩的大小取決于磁極之間的總間隙（圖8）和導(dǎo)磁環(huán)的厚度（圖9），如果導(dǎo)磁環(huán)的厚度太小，它的磁通量會(huì)變小，傳遞轉(zhuǎn)矩也會(huì)因此變小。間隙“總間隙”包括空氣間隙、密閉隔離套厚度、液體間隙和包封（圖10）。間隙尺寸取決于對(duì)隔離套的壓力要求、磁體數(shù)量（單個(gè)或兩個(gè)）以及間隙中隔離套的材料（金屬類材料還是非金屬類材料等）。磁性材料各類工作溫度Curie溫度鋁鎳鈷釹鐵硼釤鈷305120～137（取決于等級(jí)）260～350（取決于等級(jí)）425310700

圖6磁路例：以mm給出如下尺寸：平均直徑（徑向尺寸）117152.4最小空氣間隙0.7621.143隔離套壁厚：耐蝕酸鎳基合金C1.0161.524聚合物3.0483.810液體間隙0.8890.889包封0.7620.762總間隙:按耐蝕酸鎳基合金C計(jì)算3.4294.318按聚合物計(jì)算5.4616.604

（a）復(fù)合非金屬型

圖10磁體封裝

圖8磁體結(jié)構(gòu)

（b）金屬型在上述例子中，對(duì)于聚合物隔離套和耐蝕酸鎳基合金C隔離套都保持一樣的總間隙。這使得磁體組件能不依賴于隔離套材料而具有互換性。傳遞的轉(zhuǎn)矩由磁體傳遞的轉(zhuǎn)矩取決于以下因素?！ご朋w的通量密度Bg·磁體的工作溫度（其影響B(tài)g的大?。ご艠O的長(zhǎng)度L·每圈中磁體的數(shù)目M·外磁體組件的內(nèi)徑和內(nèi)磁體組件的外徑之間的平均比值r·組件中磁體內(nèi)徑、外徑之間的總間隙g·常量K，作為具體結(jié)構(gòu)的函數(shù)而變化對(duì)于一個(gè)給定的設(shè)計(jì)形式和結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，傳遞轉(zhuǎn)矩與總間隙的平方成反比。根據(jù)費(fèi)用和具體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，磁組圈可以做成1.2.3級(jí)磁體成一個(gè)連續(xù)的長(zhǎng)度，也可做成多排的單個(gè)磁體。最大轉(zhuǎn)矩極限轉(zhuǎn)矩是指靜態(tài)“破壞轉(zhuǎn)矩”。為了確定這個(gè)數(shù)值，將內(nèi)磁轉(zhuǎn)子固定在一個(gè)位置，然后用轉(zhuǎn)矩板手對(duì)外磁轉(zhuǎn)子施加一個(gè)轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩到達(dá)一定值時(shí)，內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子彼此沿徑向脫離，或稱之為“去耦”，此時(shí)的轉(zhuǎn)矩稱之為“破壞轉(zhuǎn)矩”。在應(yīng)用破壞轉(zhuǎn)矩確定許用轉(zhuǎn)矩時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮驅(qū)動(dòng)裝置的起動(dòng)加速轉(zhuǎn)矩和適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。表2給出了由釹鐵硼磁塊組成組件的最大轉(zhuǎn)矩的實(shí)例，磁塊尺寸為長(zhǎng)28.6mm×寬19mm×高9.65mm，導(dǎo)磁環(huán)厚度為4.6mm。表2磁組件的最大轉(zhuǎn)矩平均直徑（mm）磁體（排）總間隙（mm）破壞轉(zhuǎn)矩(N·m)10915212186.106.604080磁塊的基本尺寸磁塊如果做得過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，會(huì)在加工、磁體鑄模及通量密度方面帶來(lái)問(wèn)題。應(yīng)遵循以下磁塊尺寸比例；·磁塊的寬度為其厚度的2～3倍·磁塊的長(zhǎng)度為其厚度的3～5倍·雙層磁塊疊合大約增強(qiáng)磁性20%供參考：在平均直徑為101.6mm、總間隙6.35mm時(shí)，對(duì)于釹鐵硼磁體，每16.387cm3，能產(chǎn)生大約9.5Nm的轉(zhuǎn)矩。如果通量密度減少3%，則轉(zhuǎn)矩將減小6%。磁性材料的性能密度7.56g/cm3抗拉強(qiáng)度844Kg/cm2抗壓強(qiáng)度7.7×103Kg/cm2撓曲應(yīng)力2.53×103Kg/cm2熱膨脹系數(shù)由表3給出。表3熱膨脹系數(shù)cm/cm/℃×10-6

徑向和軸向磁力

內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子必須通過(guò)軸承在徑向加以約束，防止互相接觸。在“最大轉(zhuǎn)矩”的例子中，單排18個(gè)磁體，平均直徑為152mm，同心磁轉(zhuǎn)子的徑向力為18kgf，當(dāng)磁體間距縮小0.127mm時(shí)，磁體的徑向作用力為25kgf（圖9），當(dāng)磁體互相靠緊（沒(méi)有間隙時(shí)），徑向作用力為36kgf。在上述舉例中，分開(kāi)單排同心磁體需軸向力27kgf，分開(kāi)三排同心磁體需軸向力82kgf，因此，在裝配或拆卸磁轉(zhuǎn)子時(shí)，操作人員必須注意這些力。磁性材料平行于軸線垂直于軸線釹鐵硼釤鈷93616.228.8隔離套

密封隔離套的形狀和厚度取決于工作壓力、材料和溫度。為了使長(zhǎng)度最小，可以選用方形封頭，但除非封頭做得足夠厚，否則這種結(jié)構(gòu)的承壓能力相對(duì)較小。因此，為了獲得較高的承壓能力，經(jīng)常選用橢圓或球形的端板形狀（圖12）。表4給出了隔離套許用壓力隨端板形狀變化的一些例子。表4在相同材料相同壁厚條件下不同端板形狀對(duì)應(yīng)的隔離套的承壓能力圖11內(nèi)部和外部載體圖12受壓的殼體長(zhǎng)徑比L/r形狀L/r許用壓力/(kPa)對(duì)平板的許用壓力比平板平板橢圓橢圓球形533267288162158779144056201.02.5512.623.290.5隔離套所用的材料包括金屬、塑料和陶瓷。性能列于表5。塑料和陶瓷隔離套的主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有渦流損失。因此，不需要冷卻。表5不同材料隔離套的性能

★熱傳導(dǎo)率單位為cal/h/cm2/℃渦流

金屬或金屬襯里的隔離套將會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流損失與隔離套壁厚、隔離套材料的電導(dǎo)率和磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)半徑等有關(guān)，渦流損失可以通過(guò)磁傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和磁性材料的合理選擇得到有效控制。表6不同隔離套材料的電阻率材料金屬增強(qiáng)聚合物陶瓷金屬+聚四氟乙烯制造溫度限制（℃）厚度(mm)熱傳導(dǎo)率蠕變熱沖擊渦流焊接或液壓成形

-150～+400

0.76～1.0耐蝕鎳基合金C71AISI3167.5無(wú)537+316為耐蝕鎳基合金C的兩倍注塑成型

-4～+1204.33無(wú)190無(wú)定形燒制0～+11006.35～9.66無(wú)260無(wú)噴涂

0～175

1.27高于純金屬有一些--和金屬一樣殼體材料電阻率（R）/（μΩ/cm3）殼體材料電阻率（R）/（μΩ/cm3）耐蝕鎳基合金CAISI316L鎳鉻鐵合金625鎳鉻鈦耐熱合金9013074129115鈦K-蒙乃爾合金20合金535875表7中給出了材料選擇對(duì)熱積聚的影響。該表給出了只有外磁轉(zhuǎn)子繞著金屬隔離套以3550rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)(未裝內(nèi)轉(zhuǎn)子)，殼體內(nèi)空氣間隙的溫升。外磁轉(zhuǎn)子有12個(gè)磁體，磁體長(zhǎng)3.175cm，平均直徑為11.43cm。該表表明了在轉(zhuǎn)速為3550rpm時(shí)，由AISI316材料和耐蝕鎳基合金C制成的隔離套的差異。當(dāng)轉(zhuǎn)速為1750rpm時(shí)，AISI316材料的功率損失是其轉(zhuǎn)速為3550rpm時(shí)的1/4。表7材料選擇對(duì)熱積聚的影響雙重密封

為了防止由于一層隔離套產(chǎn)生的泄漏，可采用雙層結(jié)構(gòu)(圖13)，通常由金屬殼和非金屬殼組合而成。兩層殼的額定壓力相同。當(dāng)?shù)谝粚託て屏岩院?，可以至少工?8～120h。第二層殼體的法蘭上通常裝有壓力監(jiān)測(cè)器用來(lái)監(jiān)視由于第一層殼體泄漏而產(chǎn)生的壓力變化。

圖13雙密封結(jié)構(gòu)殼體材料厚度(mm)時(shí)間（分））kw℃℃/minAISI316AISI316耐蝕鎳基合金C耐蝕鎳基合金C10.910.910.910.9啟動(dòng)5.00.55.00.400.300.240.212726077188-3817123圖15具有完整后蓋板和具有部分扇形缺口后蓋板的半開(kāi)式葉輪閉式葉輪比半開(kāi)式葉輪具有更小的軸向和徑向負(fù)荷，通?？渴褂帽晨诃h(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在磁力驅(qū)動(dòng)泵中，為了保證潤(rùn)滑液體流動(dòng)的途徑順暢，在閉式或半開(kāi)式葉輪上用負(fù)葉片或抽出槽?；S或煉油廠所輸送的液體一般是低粘度、低密度或低比熱。這些特性可能導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑是邊界潤(rùn)滑，而不是流體動(dòng)力潤(rùn)滑。軸承材料表8給出了不同軸承材料的PV值。表8不同軸承頸和推力面材料的PV值

P-凈負(fù)荷∕投影面積(減開(kāi)槽面積)，psi；V-軸徑或推力面平均直徑處速度，ft∕min。﹡注：用2.1乘上表中給出的PV值即得以kPa為P的單位和以m∕min為V的單位的PV值。表9軸承材料性質(zhì)材料熱膨脹率(注1)熱傳導(dǎo)率(注2)硬度(注3)AISI316耐蝕鎳基合金C碳石墨碳化硅-自燒結(jié)的碳化硅加碳充碳PEEK充碳聚酰亞胺氧化鋁氧化鉻9.66.72.62.22.08.05.07.571585756160布氏170布氏95維氏2400維氏2400維氏100～150布氏1800維氏1800維氏襯套材料軸頸∕推力面PV值(×103)﹡襯套材料軸頸∕推力面PV值(×103)﹡碳石墨對(duì)AISI316碳石墨對(duì)氧化鉻滲碳層碳化硅對(duì)滲碳層碳化硅對(duì)碳石墨150250250300碳化硅對(duì)碳化硅充碳PEEK對(duì)滲碳層充碳聚酰亞胺對(duì)硬鍍層500150150注：1.in∕in∕℉×10-6(乘上1.411即可得cm∕cm∕℃)2.BTu∕h∕ft2∕°F(乘上0.488即可得cal∕h∕cm∕℃)3.Rc×25=維氏硬度；布氏硬底×10=RC顆粒對(duì)于較軟的軸承材料，對(duì)于無(wú)槽軸承顆粒的最大尺寸不應(yīng)大于直徑間隙的10%，對(duì)于有槽軸承不應(yīng)大于直徑間隙的20%。石墨比碳化硅、硬質(zhì)合金軟得多，不推薦用于有硬顆粒的液體。碳化硅對(duì)碳化硅會(huì)磨碎大多數(shù)顆粒。對(duì)于顆粒濃度為50ppm或更少時(shí)，顆粒的硬度通常不是影響軸承性能的因素。建議使用100目的濾網(wǎng)，通過(guò)100目過(guò)濾網(wǎng)的顆粒大體尺寸為0.15mm,而一般公稱直徑的軸承間隙為0.05mm。還必須注意的是：碳化硅對(duì)碳化硅或碳化硅對(duì)碳的軸承材料組合是導(dǎo)電的。干轉(zhuǎn)

大多數(shù)磁力泵失效是因?yàn)楸孟到y(tǒng)未被監(jiān)控以至使泵干轉(zhuǎn)。當(dāng)軸承干轉(zhuǎn)時(shí)，象自燒結(jié)碳化硅這類硬且易碎的軸承材料會(huì)在短短的幾分鐘內(nèi)失效。石墨能在10～20min內(nèi)干轉(zhuǎn)而不損壞，傾向于磨損而不是卡住，會(huì)在泵停下并冷卻時(shí)造成過(guò)大的間隙。流動(dòng)路徑冷卻內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及潤(rùn)滑軸承的液體量和流動(dòng)方向，對(duì)磁力泵的運(yùn)行是關(guān)鍵的。最好是在潤(rùn)滑液體被磁體加熱之前先去潤(rùn)滑軸承，這樣可減少在止推軸承面上液體發(fā)生汽化的可能性。系統(tǒng)中循環(huán)的液體通常在4～30L/min之間，其循環(huán)路徑穿越前后軸承、止推軸承面、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子到葉輪輪轂。應(yīng)計(jì)算冷卻/潤(rùn)滑液流在流動(dòng)路徑上各個(gè)關(guān)鍵部位的流量、壓力及溫度，并考慮液體密度、比熱以及粘度變化的影響，局部的壓力和溫度要考慮液體的汽化壓力。當(dāng)液體在冷卻潤(rùn)滑通道中循環(huán)時(shí)，液體的溫升很大程度上取決于流體的特性，如比重、比熱、汽化壓力以及粘度。對(duì)于水環(huán)境下使用的非金屬隔離套來(lái)說(shuō)，通常的溫升可能在0.5℃～1℃。而對(duì)于金屬隔離套，在渦流損失非常高的情況下，溫升可能達(dá)到4℃～7℃。屏蔽泵屏蔽泵是離心泵和鼠籠式感應(yīng)電機(jī)一起裝進(jìn)一個(gè)氣密密封單元的組合體。泵的葉輪安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的一端，浸沒(méi)在泵送流體中，轉(zhuǎn)子空間內(nèi)有部分泵送流體回流，以冷卻電機(jī)并潤(rùn)滑軸承。定子繞組和轉(zhuǎn)子電樞由耐腐蝕、無(wú)磁性合金襯套保護(hù)，使其不與循環(huán)流體接觸。屏蔽泵的循環(huán)回流系統(tǒng)有多種形式，以使適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，包括538℃的高溫、揮發(fā)性流體和含有固體顆粒的流體，對(duì)采用外循環(huán)的泵可安裝自清洗式過(guò)濾器，以對(duì)循環(huán)流體進(jìn)行過(guò)濾。（見(jiàn)圖1）。圖1典型的屏蔽泵定子組件定子疊片采用低硅鋼制造，鋼疊片和繞組裝在圓柱形定子套內(nèi)，前后端蓋焊接在定子套上，將定子組件的兩端封閉起來(lái)，定子套由電機(jī)的鋼疊片的外徑支撐。定子襯套位于定子孔內(nèi)，并與前后端蓋焊接，以使繞組不與所輸送的液體接觸。屏蔽泵的電機(jī)屬于專用電機(jī)，接線柱從繞組引出，通過(guò)安裝在定子套上的耐壓密閉引線連接器，然后接到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接線盒上。電機(jī)的絕熱等級(jí)是溫度極限從130℃到250℃以上的有效范圍。圖2定子組件轉(zhuǎn)子組件

轉(zhuǎn)子組件由軸、層壓鐵芯、端蓋和密封殼焊接而成，使轉(zhuǎn)子鐵芯不與所輸送的液體接觸。有些生產(chǎn)廠提供可更換的軸套和軸向止推環(huán)，以便于延長(zhǎng)使用壽命和易于維修。（見(jiàn)圖3）。圖3轉(zhuǎn)子組件軸承軸承通常由泵輸送的液體進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑。軸承材料的選擇取決于與輸送流體腐蝕特性、溫度、固體含量等，目前軸承材料有石墨、碳化硅、氧化鋁和多種聚合物。軸承在內(nèi)徑上一般有螺旋狀的溝槽，以增加工藝流體渡過(guò)軸頸區(qū)的流量，從而降低軸承的溫度。內(nèi)部間隙確定定子繞組和轉(zhuǎn)子電樞之間的總間隙是最重要的，間隙越大，電機(jī)的效率就越低。定子襯套和轉(zhuǎn)子密封殼的材料同樣影響電機(jī)效率。不銹鋼和耐蝕鎳質(zhì)合金C是最常用的材料。雖然不銹鋼比較便宜，但耐蝕鎳合金C有較高的耐腐蝕性能，而且電能損耗較小。屏蔽泵的電機(jī)效率不僅對(duì)能耗費(fèi)用來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要，而且對(duì)循環(huán)流體吸熱多少也很重要。承壓部件定子襯套的厚度范圍在0.254～1.016mm之間。對(duì)于高壓應(yīng)用場(chǎng)合，襯套可保持同樣的厚度，它的外徑由電機(jī)疊片和位于兩側(cè)的支持套筒支撐，在定子襯套厚度為0.381mm和厚壁支持套支撐下能承受工作壓力達(dá)345bar。轉(zhuǎn)子密封殼的厚度范圍是0.254～6.35m