ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАГНИТНЫХ МУФТ ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ МАШИН

мую степень надёжности.

С точки зрения герметизации наиболее надёжны насосы с приводом че­ рез магнитную муфту. Такая муфта, состоящая из ведомой и ведущей полумуфт на постоянных магнитах и разделительного экрана, позволяет обеспечить на­ дёжную изоляцию утечек среды из внутренней полости, ограниченной экраном.

По конструктивному признаку и характеру передаваемого движения муфты делят на линейные, аксиальные и радиальные (рис. 1.4). Наибольшее распространение в силовых агрегатах получили радиальные муфты. Радиальная силовая муфта [71] не создаёт дополнительной радиальной нагрузки на под­ шипники только при условии тщательной балансировки.

В насосах с магнитной муфтой исключается попадание перекачиваемой жидкости в обмотку статора электрической машины и нет такого тесного кон­ такта жидкости с электромеханической частью привода, как в насосах со встро­ енным электродвигателем. В качестве примера можно привести электронасосы, предназначенные для перекачивания серной, соляной и хромовой кислот, рас­ твора хлорноватистокислого натрия, смеси углеводородов с серной или соля­ ной кислотами, электролитов, травильных растворов (рис. 1.5 - 1.7).

К недостаткам этих конструкций следует отнести консольное крепление полумуфт, передающих вращение через герметичную перегородку; герметич­ ная перегородка должна выдерживать давление, создаваемое насосом; темпера­ тура перекачиваемой жидкости ограничивается свойствами высококоэрцитив­ ных магнитов и не может превышать 240 °С.

Магнитные муфты успешно применяются в электронасосных агрегатах для перекачки нефти из скважины (рис. 1.8).

21

По ряду объективных причин насосы с магнитной муфтой стали приме­ няться гораздо позже, чем насосы с экранированными электродвигателями. В основном это связано с прогрессом в области создания новых материалов. Сле­ дует заметить, что для магнитных муфт подходят только высококоэрцитивные магниты (ферриты и магниты на базе редкоземельных металлов). Ферритовые магниты относительно дёшевы и поэтому широко используются в различных электротехнических устройствах. Магниты на основе редкоземельных металлов долгое время были чрезвычайно дороги (примерно в 50 раз дороже ферритов). В настоящее время на ряде отечественных предприятий освоено производство перспективных магнитов на основе Nd-Fe-B, в которых отсутствует дефицит­ ный кобальт. Всё это создаёт устойчивые предпосылки к снижению цены этих материалов.

Необходимо отметить, что магнитные муфты допускают применение немагнитных экранов сравнительно большой толщины (1,5 ч- 3 мм) за счёт ис­ пользования высококоэрцитивных магнитов, следовательно, появляется воз­ можность применения керамики и композиционных материалов (рис. 1.9), ко­ торые относятся к диэлектрикам. Поскольку экран не является токопроводящей средой, то в нём не возникают потери на вихревые токи при вращении муфты и как следствие возрастает КПД электропривода.

Анализ доступных источников информации показывает, что все рас­ смотренные технические решения повышают стоимость электронасосных агре­ гатов с магнитной муфтой по сравнению с обычными насосами. Однако суще­ ственная экономия средств потребителя наблюдается при длительной эксплуа­ тации насосов, например за 5 - 10 лет [72]. Оценка экономической эффективно­ сти устройства определяется такими факторами, как экономичность, долговеч­ ность, надёжность и простота эксплуатации. Таким образом, наблюдается ус­ тойчивая тенденция к применению магнитных муфт в герметичных устройст­ вах малой и средней мощности, что в свою очередь вызывает потребление во всё возрастающих количествах высококоэрцитивных магнитов, в первую оче­ редь это магниты на основе композиции Nd-Fe-B.

25

где Bd и Hd— координаты «рабочей» точки на характеристике размагничивания материала постоянного магнита (рис. 1.10).

Второе условие обеспечивается при высокой коэрцитивной силе и высо­ ком значении точки Кюри постоянного магнита. Кроме этого, выполнение вто­ рого условия связано с требованием высокой коррозионной стойкости магнита.

Выполнение третьего условия зависит от многих факторов, связанных как со стоимостью исходных компонентов, так и со сложностью технологии из­ готовления постоянного магнита. Очевидно, что в настоящее время нет магни­ та, идеально отвечающего указанным требованиям.

Однако из всего многообразия магнитотвёрдых материалов наилучшими показателями обладают следующие основные группы материалов постоянных магнитов: альнико, ферритовые, интерметаллические соединения редкоземель­ ных материалов (SmCo5), композиции на основе редкоземельных материалов Nd-Fe-B. Для магнитных муфт лучше всего подходят высококоэрцитивные ма­ териалы (ферриты, SmCo5, Nd-Fe-B), которые не размагничиваются в составе магнитной муфты (ММ) в отличие от магнитов на основе сплавов альнико. Сплавы альнико (ЮНДК) имеют высокую температурную стабильность, что и определяет возможные области их применения в герметичных устройствах для передачи момента вращения через герметичную перегородку. Сравнение маг­ нитных и физических свойств некоторых материалов представлено в табл. 1.1 и 1.2 [42, 71, 78].

Физические свойства основных групп магнитотвёрдых материалов, представленных в табл. 1.1 и 1.2, показывают, что рекордными магнитными свойствами обладают композиции Nd-Fe-B, которые, к тому же, не содержат дефицитных самария и кобальта. В связи с постоянным ростом цены на ко­ бальт, неуклонно возрастает стоимость кобальтосодержащих магнитов. В на­ стоящее время магниты альнико практически сравнялись по стоимости с маг­ нитами Nd-Fe-B.

27

В, Тл \

00

Рис. 1.10

Рис. 1.10. Характеристики размагничивания современных магнитотвёрдых материалов

1

29

Таблица 1.2

Физические свойства магнитотвёрдых материалов

30