趙強(qiáng) 王建

【摘 要】利用磁性分布形成同性相斥空間，同性啟動(dòng)，磁力平衡調(diào)節(jié)，功率調(diào)整和整流、消波、穩(wěn)流，以滿足無(wú)軸離心泵的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】同性相斥；單級(jí)源；磁力分布；平衡；整流；消波；穩(wěn)流

傳統(tǒng)離心泵必須依靠驅(qū)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)軸上葉輪旋轉(zhuǎn)，達(dá)到葉輪對(duì)流體做功的目的。這種傳統(tǒng)理念致使泵的噪音大、摩擦力大、能耗大，產(chǎn)生噪音諧波，對(duì)能源的利用和職業(yè)健康造成不利的影響。而無(wú)軸泵則不需要軸的傳動(dòng)，葉輪在泵殼腔內(nèi)懸浮、無(wú)碰擦旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)做功。

無(wú)軸泵的原理：葉輪要實(shí)現(xiàn)在泵腔內(nèi)時(shí)刻處于懸浮狀態(tài)，必須克服重力作用，因此必須有一個(gè)力保證在重力方向上均衡，而在葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)必會(huì)產(chǎn)生離心力、軸向力，使葉輪向四周碰撞、前后運(yùn)動(dòng)，沖擊前后泵殼，必須在徑向和軸向給與相應(yīng)的平衡力，才能保證葉輪在做功狀態(tài)下處于泵腔中心，實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦運(yùn)動(dòng)，而這些力就是泵腔和葉輪間的斥力：磁性力。磁力有同極相斥、異極相吸的特性。磁性斥力滿足了無(wú)軸泵的工作條件，驅(qū)動(dòng)力也正是利用了相同原理斥力，來(lái)保證葉輪上的磁極與驅(qū)動(dòng)磁磁極相同，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，達(dá)到葉輪靜態(tài)下懸浮不與泵腔接觸，動(dòng)態(tài)下實(shí)現(xiàn)無(wú)碰擦旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)噪音，提高能源利用率的目的。

無(wú)軸泵的構(gòu)造：要實(shí)現(xiàn)葉輪與泵殼同磁極，目前必須解決葉輪單極磁性的問(wèn)題，但是單極磁性目前很難實(shí)現(xiàn)，磁性往往是異性同生，這就使葉輪的同磁性問(wèn)題很難產(chǎn)生，我們必須利用好異性同生的這個(gè)特性，采取徑向?yàn)镾極，軸向?yàn)镹極。利用泵殼采用L型磁鐵結(jié)構(gòu)，葉輪為U型半封口磁鐵，實(shí)現(xiàn)葉輪的動(dòng)靜狀態(tài)下的懸浮狀態(tài)。葉輪驅(qū)動(dòng)永磁也采用N極斥力，而與之對(duì)應(yīng)的S極則也集中于解決徑向的重力作用（采用U型磁鐵）。這樣的設(shè)計(jì)既解決了磁性的異性存在，也解決了單磁極的問(wèn)題。其中葉輪的重量決定吸入口口環(huán)的長(zhǎng)度。入口直徑是由吸入量和揚(yáng)程決定的。葉輪的設(shè)計(jì)除了磁性分布外也必須考慮到葉輪中心必須與其重心保持一致，因而設(shè)計(jì)上也應(yīng)采用對(duì)稱分布來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，同時(shí)葉輪在工作時(shí)，必定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向吸入口運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)力，在設(shè)計(jì)上吸入口的軸向斥力必須大于對(duì)向力，但是也必會(huì)發(fā)生葉輪在靜止時(shí)貼靠在非介質(zhì)吸入口一側(cè)，這樣在啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的摩擦力，因此在設(shè)計(jì)上也在非吸入側(cè)一端設(shè)計(jì)平滑的摩擦副，來(lái)克服這一缺陷。而在停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，斥力會(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)的阻力不會(huì)迅速向此端運(yùn)動(dòng)，但也會(huì)產(chǎn)生一定的損害，因此葉輪上的摩擦副應(yīng)設(shè)計(jì)為與葉輪葉片異向曲度的凹槽（副葉輪），使介質(zhì)有非入口側(cè)吸入（在泵殼上鋪設(shè)一條由葉輪背側(cè)至副葉輪的入液管線，副葉輪中部至葉輪背側(cè)的通道為出液口），從葉輪背側(cè)排除，使葉輪產(chǎn)生一個(gè)向非入口方向的一個(gè)力，以延遲葉輪的停止時(shí)間（即保證軸向力時(shí)間加長(zhǎng)）。同時(shí)在非入口軸端開(kāi)設(shè)一個(gè)平衡小孔降，平衡葉輪壓力的同時(shí)，降低葉輪向吸入側(cè)運(yùn)動(dòng)程度，以減少損害的發(fā)生。

無(wú)軸泵的驅(qū)動(dòng)既然是依靠同性磁極磁力驅(qū)動(dòng)的，必須在葉輪對(duì)應(yīng)的泵殼上設(shè)計(jì)為同極電磁，實(shí)際生產(chǎn)中大多使用交流電，電磁的產(chǎn)生是依賴定向穩(wěn)定的直流電，因此必須對(duì)交流電進(jìn)行整流、消波、穩(wěn)流。整流是利用二級(jí)管的單行導(dǎo)電性實(shí)現(xiàn)交流變單向直流，但頻率也會(huì)相應(yīng)增加一倍，消波就是消除電流的峰谷，如50HZ電流經(jīng)整流后變?yōu)?00HZ，周期也變?yōu)?.01s，而消波就是利用峰谷疊加，將峰谷消除，用2股同源電流交匯，其中一股落后于另一股0.005S就實(shí)現(xiàn)了消波，穩(wěn)流就是利用電容的儲(chǔ)電效應(yīng)，將不穩(wěn)定電流收集，在釋放時(shí)實(shí)現(xiàn)恒流釋放，這樣可以保證磁力的穩(wěn)定產(chǎn)生，從而保證驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定。當(dāng)在一處驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)使其他三個(gè)方向斥力破壞，會(huì)產(chǎn)生于泵殼的摩擦，因此在設(shè)計(jì)上，驅(qū)動(dòng)力必須是4的倍數(shù)呈90°均布，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)軸泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。為了保證傳動(dòng)方向無(wú)誤，電磁不能正對(duì)葉輪同極，必須偏離開(kāi)一定角度，其方向必須向旋轉(zhuǎn)方向稍稍偏離，以避免斥力的阻力，同時(shí)最大限度發(fā)揮磁力。

磁性對(duì)制造的影響：雖然相同磁性在泵殼和葉輪中同時(shí)出現(xiàn)，但其分布是并列布置，不會(huì)產(chǎn)生相斥，自然不會(huì)給生產(chǎn)制造帶來(lái)麻煩，但在安裝方面會(huì)增加困難，根據(jù)其結(jié)構(gòu)為中分式（軸向、徑向）便于裝配，在裝配時(shí)往往需要外力作用。在拆檢時(shí)也會(huì)發(fā)生較大的斥力影響，為了消除安全隱患，中分面螺栓一般采用長(zhǎng)螺栓來(lái)解決這一問(wèn)題。

磁性對(duì)外界的影響：在磁力分布上，設(shè)計(jì)上一般S極在外，或采用半閉式磁力分布，使斥力磁線回歸到S極，地磁也會(huì)被吸引，同時(shí)驅(qū)動(dòng)磁也采用N極驅(qū)動(dòng)，使電磁S也獲得地磁能量，消除了N極對(duì)泵殼外的影響，消除了磁波對(duì)外發(fā)射。

功率的調(diào)整：驅(qū)動(dòng)磁以4的倍數(shù)同步驅(qū)動(dòng)，只能限定為額定功率。為了達(dá)到生產(chǎn)所需，一般采用兩種方案：一是對(duì)電磁鐵分時(shí)增加投電組數(shù)（4組），結(jié)果是效率的躍變，極易對(duì)泵產(chǎn)生碰擦，對(duì)葉輪產(chǎn)生損壞。二是調(diào)整電流，可實(shí)現(xiàn)功率的平穩(wěn)上升或下降，實(shí)現(xiàn)功率的合理利用，同時(shí)也會(huì)對(duì)葉輪產(chǎn)生保護(hù)作用，因此在驅(qū)動(dòng)上應(yīng)采用多組布置、調(diào)整電流的方法來(lái)保證泵的安全運(yùn)行，并獲得預(yù)期效率。

無(wú)軸泵的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)摩擦、噪音小、能耗小、產(chǎn)生外射波較少。

用途：可用于各類精細(xì)化工和核工業(yè)，以及潛艇、輪船。極大地減少了噪音。

【參考文獻(xiàn)】

1、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（化學(xué)工業(yè)出版社，1987）

2、《工程師通用手冊(cè)》（鄔伯翔，1989.3）