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新聞詳情
世界最大的塑料襯里磁力泵技術(shù)作者：泵友圈
優(yōu)勝劣汰：得益于設(shè)計(jì)上的改進(jìn)和對(duì)個(gè)別材料性能的針對(duì)性優(yōu)化，內(nèi)襯塑料的磁力驅(qū)動(dòng)泵儼然發(fā)展成為昂貴特殊材質(zhì)泵的替代品，并正在征服新的應(yīng)用場(chǎng)合的挑戰(zhàn)。例如，本報(bào)告涉及世界上最大的塑料襯里的磁性驅(qū)動(dòng)泵，它允許輸送高度腐蝕的介質(zhì)。
無(wú)密封磁力驅(qū)動(dòng)泵: 是一種在襯里材料、性能和尺寸方面被限制的產(chǎn)品嗎?-可以反復(fù)聽(tīng)到的是，泵行業(yè)是一個(gè)“成熟”的行業(yè)，這通常意味著不能再期待更大的飛躍發(fā)展。事實(shí)上，泵是工業(yè)歷史上最古老的機(jī)器之一。其仍然會(huì)有進(jìn)步和創(chuàng)新的空間, 它們主要是為了提高機(jī)器的可靠性和使用壽命。 首先在生產(chǎn)、材料、軸承系統(tǒng)的液壓和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)以及旋轉(zhuǎn)部件的導(dǎo)向和密封等方面進(jìn)行了改進(jìn)。一個(gè)主要的進(jìn)步是引進(jìn)無(wú)密封設(shè)計(jì)(磁力驅(qū)動(dòng)和屏蔽泵)。 使用其他或改進(jìn)的材料一次又一次地為經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)的泵設(shè)計(jì)提供了新的應(yīng)用可能性。以世界上最大的塑料襯里磁力泵MNK 200-150-315為例，下面介紹了多年來(lái)在材料和材料技術(shù)方面的創(chuàng)新如何有助于占領(lǐng)新市場(chǎng)。
無(wú)密封泵設(shè)計(jì)發(fā)展背后的主要?jiǎng)恿κ呛穗娬镜囊蠛驮絹?lái)越嚴(yán)格的環(huán)境規(guī)定(德國(guó)清潔空氣法、美國(guó)清潔空氣和清潔水法)。 而今，在化學(xué)工業(yè)的許多應(yīng)用中，無(wú)泄漏泵是強(qiáng)制要求的。在這種情況下，操作者只能在復(fù)雜的機(jī)械密封系統(tǒng)、屏蔽泵和磁力驅(qū)動(dòng)泵之間進(jìn)行選擇。一般的共識(shí)是，復(fù)雜的機(jī)械密封系統(tǒng)操作起來(lái)相當(dāng)復(fù)雜，屏蔽泵是只有特殊和強(qiáng)制要求的情況下使用，而磁力驅(qū)動(dòng)泵則涵蓋最廣泛的需求。 泵是工業(yè)歷史上最古老的機(jī)器之一。其發(fā)展主要表現(xiàn)在可靠性和使用壽命方面的改進(jìn)和創(chuàng)新。例如，在生產(chǎn)、材料、軸承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、旋轉(zhuǎn)部件的導(dǎo)向和密封等方面。 對(duì)許多操作人員來(lái)說(shuō)，從技術(shù)考慮和成本(使用壽命的總成本)的角度來(lái)看，磁力泵是更好的選擇。不斷提高的安全標(biāo)準(zhǔn)，降低維護(hù)成本的需要以及磁力泵的高可靠性，使其成為更好的選擇。這特別適用于塑料襯里的磁力驅(qū)動(dòng)離心泵。 其主要應(yīng)用領(lǐng)域是輸送腐蝕性化學(xué)品和其他關(guān)鍵介質(zhì)的精細(xì)化工和制藥工業(yè)?！白罴选辈牧现g的競(jìng)爭(zhēng)在這里以一種非常實(shí)用的方式解決了:這樣的泵提供了一種最佳材料的組合——塑料作為過(guò)流部分的襯里材料，金屬作為支撐材料，陶瓷作為平面軸承材料等。 由于這種有利的材料組合性能并不能從任何單一的材料中獲得,塑料襯里泵通常比“純”塑料泵或“純”金屬泵便宜,尤其是當(dāng)他們需要非常昂貴的特殊金屬制成的,此外,要比“純”塑料泵更可靠。 塑料襯里的磁力驅(qū)動(dòng)離心泵是專門為輸送強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)而設(shè)計(jì)的，具有實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)，如堅(jiān)固性和可靠性。所有的過(guò)流部件要么是厚的全氟烷氧氟塑料外殼--是由固體聚四氟乙烯氟塑料制成，要么是由燒結(jié)碳化硅制成。
早在1983年第一款塑料襯里的磁力泵MCK系列誕生:它后來(lái)發(fā)展成專門輸送高腐蝕性介質(zhì)的MNK系列 (圖1)。穩(wěn)健性、可靠性和不同尺寸部件之間的高度可互換性是該系列的一些具體優(yōu)點(diǎn)。所有的過(guò)流部件要么有一個(gè)厚的全氟烷氧基(PFA)氟塑料外殼(泵殼、平面軸承座、葉輪、軸和內(nèi)磁缸)，要么是由固體聚四氟乙烯(PTFE)氟塑料制成(內(nèi)隔離罩)或燒結(jié)碳化硅(SSiC)(滑動(dòng)軸承)制成。
圖 1: 塑料襯里密封磁力驅(qū)動(dòng)泵在泵市場(chǎng)上已經(jīng)找到了一個(gè)穩(wěn)固和被接受的位置。他們并不是全能的，普遍輸送溫度在210℃以下的高腐蝕性介質(zhì)，他們是重要的問(wèn)題解決者。 內(nèi)外磁缸之間的雙隔離罩系統(tǒng)保證了介質(zhì)的無(wú)泄漏性，氟塑料內(nèi)隔離罩耐腐蝕性強(qiáng)，碳纖維復(fù)合材料制成的外隔離罩則承受一定的壓力載荷。這一原則有以下主要優(yōu)點(diǎn):
渦流問(wèn)題通常是塑料泵使用的一個(gè)關(guān)鍵準(zhǔn)則，因?yàn)闇u流的功率消耗可能占金屬磁力泵功率的十分之一以上。 與機(jī)械密封泵相比，MNK可靠性高、壽命周期成本低、維護(hù)費(fèi)用低，因此很快被市場(chǎng)所接受。最初在加工化學(xué)工業(yè)(精細(xì)化學(xué)品)，但后來(lái)也在制藥和基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)，F(xiàn)DA的應(yīng)用，和超純介質(zhì)(半導(dǎo)體工業(yè))。
圖 2: MNK泵系列家族中的特殊成員 MNK最終發(fā)展成為高合金金屬磁力驅(qū)動(dòng)泵的替代品——尤其是它不會(huì)產(chǎn)生任何渦流損耗以及經(jīng)濟(jì)因素方面的考慮。而不同應(yīng)用有時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的改進(jìn)產(chǎn)生特殊設(shè)計(jì)系列(圖2):
多年來(lái)，泵的設(shè)計(jì)人員和操作人員在可用塑料方面獲得了什么經(jīng)驗(yàn)？(見(jiàn)圖3，表1)
圖 3: 磁力驅(qū)動(dòng)泵的襯里材料 聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)可作為泵內(nèi)襯材料，具有較低的熱阻和耐化學(xué)性。聚乙烯的耐磨性比聚丙烯強(qiáng)得多，而聚偏氟乙烯(PVDF)的耐化學(xué)性相對(duì)較好。聚四氟乙烯(PTFE)和全氟烷氧基(PFA)具有普遍的耐化學(xué)性。這些材料也可以用添加劑制成導(dǎo)電材料，并且符合FDA標(biāo)準(zhǔn)。
表1: 塑料泵的材料 自1970年以來(lái)，氟塑料襯里一直被用作泵、閥門、控制閥、容器等設(shè)備中高合金金屬的替代品。在相同的壁厚下，由于其微觀結(jié)構(gòu)，PFA通常表現(xiàn)出明顯低于PTFE的滲透率(圖4) 但它們具有相同的耐化學(xué)性和熱阻。即使是純PFA的良好阻隔作用，有時(shí)也不足以在氯或溴化合物等滲透性特別強(qiáng)的介質(zhì)中達(dá)到滿意的使用壽命。
圖 4: 滲透性對(duì)比 對(duì)于化合物PFA-P(“P”代表“滲透”)，一種通過(guò)熱塑處理的PFA變體具有更高的滲透電阻，但具有相同的耐化學(xué)性和熱阻。在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的長(zhǎng)期試驗(yàn)表明:在所有工作范圍內(nèi)，化合物PFA-P的滲透率至少降低了一半。
碳化硅(SiC)是一種被稱為工程陶瓷的材料，因其硬度和耐溫性而成為泵滑動(dòng)軸承的重要材料。由碳化硅制成的軸套，顧名思義，用于保護(hù)旋轉(zhuǎn)軸免受化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。燒結(jié)碳化硅(SSiC)具有極高的硬度和全面耐化學(xué)性。 在這里，這句話也適用:完美是優(yōu)秀的敵人:對(duì)于帶有傳統(tǒng)無(wú)涂層的SSiC滑動(dòng)軸承的磁力驅(qū)動(dòng)泵而言，任何干運(yùn)行都是不可以接受的。即使在沒(méi)有介質(zhì)的情況下檢查轉(zhuǎn)動(dòng)方向，也可能導(dǎo)致軸承溫度突然升高到幾百攝氏度，并導(dǎo)致泵的損壞。 SAFEGLIDE?Plus軸承要穩(wěn)定得多:它們額外擁有一層只有幾微米厚的無(wú)定形碳層，呈現(xiàn)出鉆石般的微觀結(jié)構(gòu)。涂層性能表現(xiàn)為:
SAFEGLIDE?Plus降低了滑動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)，從而使滑動(dòng)軸承的摩擦和溫升降至最低。由于這種效果，由于短暫干運(yùn)行而導(dǎo)致的泵損壞可以避免。
Richter的磁力泵采用了一種無(wú)金屬的雙隔離罩系統(tǒng)(內(nèi)隔離罩由耐腐蝕的塑料，外隔離罩由碳纖維增強(qiáng)塑料制成，可吸收壓力)。碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)是指將碳纖維嵌入塑料人造樹脂基體中進(jìn)行增強(qiáng)的纖維塑料復(fù)合材料。這些泵中使用的CFRP隔離罩(圖5)的特點(diǎn)是，旋轉(zhuǎn)磁鐵不會(huì)在無(wú)金屬隔離罩中產(chǎn)生任何渦流，因此不會(huì)產(chǎn)生任何熱量。
圖 5: CFRP制成的外隔離罩 所以，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能量會(huì)被將熱量引入介質(zhì)而浪費(fèi)。驅(qū)動(dòng)功率比金屬隔離罩高15 - 20%。舉例來(lái)說(shuō)，在三班倒作業(yè)中使用50-32-160尺寸，每年可以節(jié)省1000多歐元的能源成本。而另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)則是，即使溫度接近氣化點(diǎn)的介質(zhì)也可以安全地輸送。
圖 6:永磁體的能量密度 外磁缸在雙隔離罩外面運(yùn)轉(zhuǎn)，該隔離罩代表介質(zhì)與周圍區(qū)域之間的屏障，內(nèi)磁缸在雙隔離罩內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。具有最大能量密度的永磁體作為材料(圖6、圖7)，如釹鈷磁體(NdFeB)和釤鈷磁體(SmCo)。SmCo磁鐵屬于稀土類。他們提供了一個(gè)高的能量密度，同時(shí)，一個(gè)非常高的強(qiáng)制性場(chǎng)強(qiáng)Hc。
圖 7: 永磁體的居里溫度(工作溫度極限) Hc是一種測(cè)量磁鐵保持磁性的指標(biāo)。這使得磁鐵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以小型化，并可在高達(dá)+300°C的高溫和強(qiáng)大的反向磁場(chǎng)中使用。釹鐵硼由于稀土元素釹與鐵的結(jié)合而具有優(yōu)異的性能。目前，釹鐵硼磁體廣泛應(yīng)用于需要強(qiáng)磁場(chǎng)且體積小的場(chǎng)合。
MNK泵的多年經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)使其發(fā)展為世界上最大的塑料襯里磁力驅(qū)動(dòng)離心泵:MNK 200-150-315(圖9和圖10)。它是一個(gè)符合EN 22858 / ISO 2858 / ISO 5199(圖8) 設(shè)計(jì)的臥式、單級(jí)、無(wú)密封、重載型化工離心泵。
圖9: MNK 200-150-315性能曲線
圖 10: The MNK 200-150-315與 MNK 25-25-125.的尺寸對(duì)比
圖8:MNK200-150-315剖視圖 因此,泵適合使用在許多應(yīng)用中,例如電解氯(陽(yáng)極液和陰極電解液、沉淀和清洗鹽水,漂白溶液),生產(chǎn)及處理硫酸,同樣適合世界級(jí)規(guī)模的工廠和大型多用途設(shè)備。根據(jù)獲得的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)泵的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，以適應(yīng)這種泵尺寸的特殊需要。 MNK 200-150-315可用于流量最大至Q 600 m3/ h, 揚(yáng)程最高至h 60 m LC,額定操作壓力至PN 25。根據(jù)需要的流量，它可以在750到2000 rpm之間運(yùn)行。工作溫度在-60到+150°C之間。 采用流量?jī)?yōu)化的閉式PFA葉輪，效率高，汽蝕余量低。聚四氟乙烯外殼襯里(可選:PE-UHMW)的壁厚d在12至20毫米之間。球墨鑄鐵EN-JS 1049殼體承受系統(tǒng)壓力。泵殼排水孔是標(biāo)準(zhǔn)配置，保溫夾套是可選的。
“SAFEGLIDE?Plus”防止在短暫的干運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的損壞。高性能永磁體的額定扭矩至800Nm，在1450轉(zhuǎn)/分和2000轉(zhuǎn)/分時(shí)的功率分別為120kw和165kw。具體這等性能的MNK 200-150-315，是基礎(chǔ)化工行業(yè)用戶的一種選擇，可以替代目前主要使用的機(jī)械密封泵或特殊金屬制成的金屬磁力驅(qū)動(dòng)泵。 對(duì)用戶而言有趣的是，當(dāng)遇到一個(gè)高度腐蝕性的介質(zhì)，曾經(jīng)只有由哈氏合金，鈦，鉭，鎳，Alloy20或陶瓷材料制成的泵被考慮使用，但是這些特殊合金材料泵的成本都非常高。 塑料襯里的磁力驅(qū)動(dòng)離心泵是基礎(chǔ)化工行業(yè)用戶替代機(jī)械密封或特殊金屬制成的金屬磁力驅(qū)動(dòng)泵的一種選擇。在這種情況下，考慮到高度腐蝕的介質(zhì)，以前只考慮由哈氏合金、鈦、鉭、鎳、Alloy20或陶瓷材料制成的泵。
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