永磁传动器设计制造中的几个问题

2009-08-24 王玉良抚顺石油学院

1、永磁传动器的概述

　　永磁传动器作为非机械联接,靠磁力实现原动机与工作机的同步回转,仅仅作为传动应用的很少,它的特种功能是向封闭空间传递运动或动力,从而实现全封闭或绝对密封。永磁传动在石油化工、真空、航天、潜水、饮食、医药、电影、电镀、仪表等行业已得到应用。其中处理易燃易爆、有毒、腐蚀、贵重的工业流体的过程设备,如泵、阀门、反应器则是永磁传动器的最佳用场。

　　工业发达国家80 年代加强了放射性污染的控制, 公众环境意识的增强, 设备过程的管理者关注改善装置的安全性,磁力泵便成为用户的最佳选择。愈来愈多的泵制造商在自己的产品系列中增添了磁力驱动泵。随着磁性材料的发展和永磁传动技术上的突破,可靠性和经济性有了惊人的提高。90 年代磁力泵的应用从简单的低功率、常温与低压场合发展到如今可达350kW、450℃及25MPa 的高操作水平。

　　我国永磁传动技术的研究与应用起步较晚,可以说比英国HMD无密封公司要滞后30 年。现有的产品规格较少,市场占有份额也小,用户对它缺乏认识。主要原因是一次性成本高, 企业对永磁传动技术不了解,加之产品缺乏可靠性,使企业的经营者和操作人员不敢问津。

　　随着环境保护法的颁布执行, 工业发达国家越来越多地采用磁力传动技术。英国HMD公司在世界已销售了大约7 万台磁力泵,每年销售额2800 万英磅。由于磁力泵提供了绝对密封的操作,节约了资源,减少了维护运行成本, 带来了环境效益。再者磁力泵耗用永磁材料远远超过永磁电机, 因此永磁传动器是永磁材料的潜在市场。设计制造出高质量的磁传动产品, 满足国民经济各部门的需要, 同时拉动永磁材料制造业的经济增长,在技术上要着力解决以下几个问题。

2、永磁传动器的磁性材料的性能

　　永磁传动器要求磁性材料要具有高的磁性能,磁性能的一致性,温度、化学的稳定性,几何尺寸的准确性。

　　现代机械朝着大扭矩、高转速、小型化方向发展, 作为传动器用的永磁体, 力求单位质量内传递的扭矩要大。磁性材料要求高的剩磁Br ,矫顽力HcB 及磁能积( B H) max 。设计者往往只注重Br指标(因力矩T∝Br2),HcB表示磁体在反磁场作用下抵抗退磁的能力,(BH)max 是一综合指标, 它关系到传动器的工作寿命。目前大都趋向使用高性能铁氧体及NdFeB 两种磁性材料, 一般小扭矩(如T < 20N ·m) 的传动可以选用Y30以上的铁氧体; 大、中扭矩选用NdFeB磁体可以减小传动器的尺寸。

　　永磁传动器大都用多个瓦形磁块组合而成,为保证传递的扭矩,要求磁块的性能要高度稳定一致。作者在做过的传动器中,发现磁块表面剩磁偏差很大,如某厂生产的一批NdFeB 磁块,外弧开路测量表面剩磁,在160块中Br值的范围是0.19～0.34T,在磁路组合时需进行选配。作为用户期望,烧结NdFeB永磁的性能, 工业化生产能达到真空技术网的另外一篇文章("工业生产高磁能积烧结NdFeB 永磁的结构与性能")所提供的数值水平。

　　永磁传动器大都在密封介质中工作,用量较大的是石化工业,往往有温度要求。目前国内厂家所生产的磁性材料的居里温度Tc、剩磁温度系数αBr、矫顽力温度系数αHCJ及最高工作温度Tm列于表1。

　　由表1可见, NdFeB 尽管在常温下有很高的磁性能,备受人们的青睐, 但到350℃(居里温度) 则完全丧失了磁性, 工作温度100℃时Br下降9%,至200℃时Br值下降20%, 矫顽力要比Br降低得更快。温度升高至250℃时, HcJ已降低到零。2∶17 型钐钴合金的耐温性能较好, 它的剩磁温度系数仅是NdFeB的1/3,当工作温度升至350℃时,Br下降约10%。高温工作环境下的传动器它不失为最佳选择,但它的价格昂贵,几乎是NdFeB 的3 倍,又不能为很多用户所接受。

　　密封介质的腐蚀性要求永磁体有防护措施, 磁体表面镀Cr(Ni)+Al(Zn),或用环氧树脂涂层可有效防止水、蒸汽、盐类介质的腐蚀。对于酸、碱性强腐蚀性介质, 因腐蚀速率大,5～8μm 以至十几μm 的膜厚是不足以耐腐蚀的, 应在磁路装配后, 整体用耐腐蚀材料包覆。