针对有机酸驱动泵进行预设
泵型及叶轮的设计从技术参数可以看到,该泵是小流量泵,如果采用离心泵,通过计算叶轮口宽是0.001m,加工难度大,介质凝固时很容易堵塞叶轮流道,效率低,泵壳做双层的也有一定难度。轴承组件和叶轮通过泵盖上蒸汽进口Ⅴ对其进行加热,从出口Ⅱ流回蒸汽炉;隔离套的加热、保温是通过在其法兰上的蒸汽进口Ⅳ进入隔离套外层,从出口Ⅲ流回蒸汽炉;设计轴承压盖的加热层与泵盖的加热层相连通对内转子加热、保温。从泵的整体结构上看,没有温度死点,使每一个零部件都能够加热、保温。
由于考虑到磁力泵轴承润滑,磁涡流热的冷却需要内循环,所以设计叶轮口宽时加大20%以保证设计流量。叶轮宽度b:b=k(QGvKv)1/2(7H)1/4(m),式中:叶轮宽度系数k=0.475,流道内速度系数Kv=0.55,流量Q=2×10-4m3/s,扬程H=40m,容积效率Gv=50%,7同上,求得b=0.0082m,取叶轮口宽为0.010m.轴承材质及结构设计由于高碳有机酸有较强的腐蚀性,工作温度高,而磁力泵的轴承又浸在介质中,所以轴承材料的选择和结构的设计很重要。
轴承材料选用具有优良耐磨性和耐腐性的陶瓷滑动轴承,轴材料选用00Cr17Nil4Mo2,其膨胀系数在20~250℃时为12.8×10-6/℃,陶瓷热膨胀系数2.55×10-6/℃,为了防止由于高温膨胀而破坏轴承,在轴承结构上设计为:用聚四氟乙烯做轴承的内、外衬套,因为它具有良好的耐腐蚀性,在200℃以下热膨胀系数为169.5×10-6/℃,变形量大,变形均匀,防止在高温时由于变形量的不同而破坏轴承。常温时尺寸稳定[6],因此就能保证轴承的精度。
磁力驱动器的设计由于介质的输送温度为155℃,此时介质为液态,而冷却到135℃时凝固,介质堵塞回流孔。因此,就要进行蒸汽保温,必须把隔离罩设计为双层作为保温层,这就增大了磁间隙,;工作气隙宽度tg/m;磁极弧长to/m,to=1/2(内磁极外弧+外磁极内弧);磁体厚度系数为G;磁极的极数为m;磁极的极面积为S/m2;表示工作时的位移角度5.磁间隙大到某一值时,磁传动效率很低,无法使用,为了保证磁传动效率,同时兼顾隔离套内介质的保温,在设计隔离套时,外壁加工螺旋槽,增加热蒸汽与隔离套的接触面积,保证介质的工作温度,同时不影响磁传动效率。
试验结果通过采取一系列技术措施,高碳有机酸磁驱动泵在甘肃省科学院磁性器件研究所泵测试站进行水质试验,连续运行了10h,各部件在运行中平稳,振动小,无异常噪声,摩擦副磨损均正常,测试结果性能如所示。从性能曲线图可以看出该设计完全性能曲线达到了要求,在尿素装置生产线上运行,现场调试很顺利,启动无异常,运转平稳,振动小,介质保温在±5℃,停泵数小时,先通蒸汽熔介质约5min后,各个部位都已熔化,顺利启动泵,连续运转20h拆检,各零部件均正常,从运转结果表明,高碳有机酸输送的难题被磁力驱动旋涡泵解决。
这项研究成果与国内外生产的磁力泵相比较,达到了同类产品的先进水平,特别是在大间隙磁扭矩传递上达到了同行业领先,尤其是在尿素装置的生产线上能够长期、可靠、无泄漏地工作,解决了长期困扰尿素生产线的难题,这将为该行业带来显著的经济效益。