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磁力驱动技术在超重力旋转床上的应用研究——温州市工业科学研究院成果推介

2011-09-16

一、项目概况

温州市工业科学研究院成功研制了一种新型的过程强化设备:磁力驱动超重力旋转填料床。其工作原理是高速运转的填料转子会产生数百倍至千倍重力的离心力(即超重力),由此液相在填料表面形成液膜,液膜快速向外环流动的同时厚度急剧减小,载体相界面积增加导致了由液相控制的传质、传热和反应过程得到极大的强化。由于采用零泄漏的磁力驱动技术从根本上消除了传动系统的泄漏隐患,即使在高真空或高压条件下也能保证系统压力的稳定,使得该旋转填料床能够在广泛的领域得到应用,如环保、化工、材料、能源等工业领域。目前在油田注水脱氧、氨氮废水处理、废气中SO2 H2S 的脱除、纳米材料的制备、强化除尘过程和强化生化反应过程等方面显示出了巨大的技术优势。

二、项目主要技术指标

该设备的主要技术指标为:

1、设计压力: 0.11.6MPa

2、设计温度: 80150

3、配套旋转床转子规格:Φ800~Φ1200

4、旋转转速:0600r/min,皮带减速,变频调速。

5  密封形式及性能:磁力密封,零泄漏。

三、主要技术创新

1、内部轴承的隔离与润滑

该设备采用底入式磁力驱动结构形式。其内传动轴轴承处于系统的底部,很容易被介质浸没,如果不加以隔离保护,轴承将很快被腐蚀失效。妥善保护轴承是该装置可靠运行的保证。课题组为此设计了多种方案,经过反复试验,最终确定采用伞状挡环与挡液堰组合结构,系统存留底部的液体介质被挡液堰阻隔不能进入轴承座位置。同时伞状挡环将填料转子中部分可能沿着驱动轴流下的液体分流至挡液堰外侧。这样的组合设计确保了轴承座内的轴承不受液体介质的腐蚀。

2 隔离套冷却

磁力驱动设备在运转时,隔离套处在一个交变的磁场中,会感应出涡流。这种涡流,一方面消耗了轴功率,降低了传动效率。另一方面又转变为热量,使磁路气隙温度上升进而降低磁力扭矩。所以隔离套的设计必须注意材料的选择和长径比等几何形状尺寸,尤其在高速运转工况下。本装置采用了高电阻率的哈氏合金C276,并通过大量的计算试验确定了最合理的几何尺寸。隔离套的有效冷却是保证装置长时间稳定运转的必要条件。项目组采用了润滑油冷却隔离套的设计方案。通过在轴承座法兰适当部位进油,使润滑油充满整个隔离套内腔,隔离套筒壁的热量被均匀分散到各个部件,保证了隔离套不会过热。试运转测试结果如下:室温15℃,转速:600r/min,持续运转35min,轴承温升30℃,隔离套筒体温升75℃。

3 耦合磁路的优化

永磁磁力驱动广泛采用组合推拉磁路,单位重量的磁钢材料采用组合推拉磁路效率是相对比较高的。但传统的紧密排列的磁路结构还存在磁钢材料的浪费现象。项目组在多次理论计算的基础上将外磁转子的磁钢排列由紧密排列改为间隔排列,保持单块磁体的几何尺寸与内转子磁体接近,经测试分析,获得相同的静磁扭矩能够减少外磁钢用量8.57%

四、产品应用及推广应用前景

20116月,该项目通过了专家验收。专家验收意见认为该项目针对传统超重力旋转床由于机械密封引起的泄露问题,将磁传动技术应用于其转子驱动,并设计伞状挡环和挡液堰组合的轴承隔离结构,优化了驱动磁路和冷却润滑结构,改善了工况条件,提高了运行稳定性。项目装置具有运行可靠、使用寿命长等特点,已取得实用新型专利一项,其结构设计具有创新性。同时,项目装置经浙江省机电产品质量检测所检测,所测指标符合GB5226.1-2008《机械电气安全 机械电气设备 1部分:通用技术条件》及相关技术文件的要求。

项目组还与中北大学合作研制了用于醋酸烟气及液体回收的磁力驱动超重力旋转床。该装置工作压力为高真空(≤10Pa),填料转子规格为:Φ785×Φ200×200,转子总重80kg,转速: 600r/min,电机功率 7.5kW

装置投入使用一年来,运行平稳可靠,在高真空和设计压力范围内都没有发生任何泄漏,系统压力稳定,完全满足了设计要求。由于采用了特殊的内部冷却设计,在600r/min的高速运转条件下,能够有效冷却隔离套和轴承产生的热量,与普通的磁力传动器相比有着显著的技术优势,在超重力旋转床上具备良好的推广应用前景。

 

作者简介

吴剑武(1973-  ),男,浙江温州人,温州市工业科学研究院化机研究所,所长,研究方向:磁力驱动搅拌技术。