Герметичные муфты на постоянных магнитах в Екатеринбурге

Первая магнитная муфта завода «Гидрогаз» была разработана в 1996 г. для привода герметичного насоса. В течение последних лет предприятие накопило большой опыт по созданию магнитных муфт разного назначения.
Магнитные муфты (ММ) предназначены для передачи крутящего момента с ведущего вала на ведомый через герметизирующий металлический или керамический экран посредством магнитного поля, создаваемого системой постоянных магнитов SmCo или NdFeB.
Достоинством машин с передачей вращательного момента ММ является полная герметичность и безопасность эксплуатации агрегатов при работе со взрывопожароопас-ными, токсичными и радиоактивными средами.
При всех своих преимуществах использование ММ ограничено в средах, содержащих твердую фазу. При больших содержаниях твердой фазы, иногда не удается обеспечить необходимую надежность опор ротора ведомой полумуфты, так как в этом качестве применяются подшипники скольжения.
В серийной продукции завода ММ используются в герметичных насосах серии ГХ, ГХМ, ГХИ, ГХО, а так же могут применяться во всех случаях, когда необходимо обеспечить передачу вращательного момента от двигателя к машине бесконтактным методом, например:
- от привода к поворотному механизму (рабочий орган управления запорно-регулирующими устройствами и др.);
- от привода к роторному механизму (насосы, турбины, мешалки и др.). Особенностью магнитного привода является наличие предельного передаваемого момента, при превышении которого может произойти расцепление магнитной связи. В этом случае работа ММ в режиме «проскальзывания» (асинхронный режим) без охлаждения магнитов приводит к их перегреву и размагничиванию, т.е. выходу из строя. Подобное явления может произойти и при перегреве ММ высокотемпературной рабочей средой. Для исключения выхода из строя ММ после разрыва механической связи необходимо осуществлять блокировку привода по минимальной нагрузке приводного механизма.
Кроме того, возникающие вихревые токи, генерируемые магнитным полем в токопроводящем экране, вызывают тепловыделение, поэтому требуется организация охлаждения (потоком находящейся внутри экрана жидкой среды). В целом это снижает КПД устройства с магнитным приводом за счет «электромагнитных» потерь и увеличения расхода охлаждающей жидкости. Этого недостатка лишены ММ с неметаллическим герметизирующим экраном.
Наиболее важной технической характеристикой ММ является передаваемый крутящий момент (или мощность муфты). Конструктивное изменение мощности муфты, при определенных ограничениях, обеспечивается изменением рядности стандартизованных на предприятии магнитов и изменением габаритных размеров (см. табл. 1, 2).

Таблица 1

Большой опыт проектирования, экспериментальные исследования на стендах завода, отработка конструктивных элементов в различных средах и условиях эксплуатации, позволили заводу освоить ряд эффективных ММ, отличающихся габаритами, рядностью устанавливаемых магнитов, широким диапазоном мощностей, температур, конструктивными исполнениями, выполненными из различных конструкционных и магнитных материалов.
Важным параметром ММ является ее КПД, зависящий от таких факторов, как «электромагнитные» потери в герметизирующем экране, подбор конструктивных и магнитных материалов, конструктивное совершенство (зазоры, габариты и т.п.). Общий вид серийной конструкции ММ с металлическим штампованным экраном представлен на рис. 1.
Особое направление в проектировании ММ занимают конструкции с герметизирующими экранами, выполненными из неметаллических материалов. Предприятие предлагает различные варианты исполнения ММ с неметаллическими (композиционными) разделительными экранами. Кроме того, предприятием освоено производство большой номенклатуры герметичных насосов с проточной частью футерованной пластполимерами, т.е. ведомая часть магнитной муфты имеет такую же защитную футеровку (см. рис. 3).

Таблица 2

Для металлических муфт, как правило, применяются материалы, из которых сделана проточная часть устройства. Разделительные экраны изготавливаются из материалов химически стойких, обладающих наибольшим электросопротивлением, что обеспечивает минимальные потери КПД: 06ХН28МДТ, Alloy 904L, титан, техническая керамика.