专利名称：一种磁力驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁力驱动装置，进一步地说，是涉及一种具有良好冷却系统的磁力驱动头。
提出了一种大功率、高转速的磁力驱动头的结构，此磁力驱动头可用于超重机(或称旋转填充床，也可称为超重力装置)、泵、釜等传动装置中。
背景技术：
磁力驱动是为了解决传统的传动装置固有的动密封问题而提出的一种传动装置，它将动密封点转换成静密封点，从而解决了中、高压场合、有毒场合和腐蚀性场合的动密封问题，提高了生产过程的安全性。以往的磁力驱动装置多数是泵用磁力驱动，其结构有圆筒式和转盘式两种。磁力传动过程中产生的磁涡流热的移除采用两种方法，一是通过从泵的高压端(泵的出口端)引出一股压力较高的被输送流体通过内磁钢与隔离套之间的缝隙再返回到泵的低压端(泵的入口端)来冷却磁钢，例如中国专利ZL92218798.3、ZL03201888.6，这样对于被输送的流体为普通流体是有效的，但对于被输送的流体为易燃易爆、有腐蚀性的流体或温度较高的流体时，这种移除磁涡流热的方法具有不安全性，对内磁钢、隔离套、轴、轴承或轴套等都有腐蚀性，对这些部件的材质性能提出更高的要求，因此这种移除磁涡流热的方法有明显的不足之处；另一方法是在外磁套和隔离套间或隔离套和内磁套间通冷却介质进行冷却的方法，例如中国专利90207222.6，在外磁套和其外面的保护套筒底部开孔，利用空气对流来冷却，但这种风冷的效率较低；中国专利93104549在隔离套和内磁套间通入冷却介质，这种方法虽然在某些场合是一种有效的方法，但对于高转速或大功率磁力驱动过程不适用。这是因为为了保障高的磁传动效率，外磁套与隔离套之间或隔离套与内磁套之间的间隙非常小。如果在这个间隙间通有冷却介质则会形成旋转的无轴向流动的液环。这一液环在通常情况下被磁涡流热不断地加热，热通过热传导的方式向冷却介质传递。对于高转速或大功率磁力驱动过程，其产生高转速或大功率时磁涡流热很大，当热传导速率小于磁涡流热的产生速率时，温度不断地升高造成内外磁钢退磁。要使此旋转液环沿轴向具有流动性，从而将磁涡流热带出，外磁套与隔离套之间或隔离套与内磁套之间的距离必须加大，但这一距离加大就意味着磁力驱动的传动效率明显降低，这样为了冷却而降低传动效率显然是不合理的。所以这种冷却方法并不适合需要高转速或大功率传动的场合。而且对于在内磁套和隔离套间通冷却介质的情况，还需要加装特殊的密封措施，以防冷却介质进入被传动的设备中。
目前对于釜和超重机用磁力驱动的磁涡流热的移除也沿用上述两种方法。
发明内容
本发明提供一种结构简单，磁涡流热移除迅速的磁力驱动装置，克服了现有技术上冷却不利的缺陷。该磁力驱动装置功率大、转速高、应用范围广。
本发明的磁力驱动装置主要包括主动轴、主动磁钢、隔离套、被动磁钢、被动轴以及轴承组成。其中主动磁钢镶嵌在与主动轴相连接的主动磁钢保护套上，被动磁钢镶嵌在与被动轴相连接的被动磁钢保护套上。被动轴由轴承支撑在固定在设备壳体上的轴承座上。在主动磁钢与被动磁钢之间设有隔离套，所述隔离套上设有磁涡流热移除系统。该系统包括有设置在隔离套内部的冷却介质通道及设置在隔离套上的冷却介质进出口。由此，冷却介质可以通过冷却介质进出口在隔离套内流动来冷却隔离套从而带走磁涡流热。当磁涡流热增大时，可提高冷却介质在隔离套内的流速来转移增加的热量，无需改变隔离套与主动磁钢保护套或被动磁钢保护套间的距离，对传动装置的磁效率无负面影响。而且由于冷却介质密封在隔离套内，也不存在污染、腐蚀设备的危险，因此也不需要额外的密封措施。
本发明的磁力驱动装置同现有的磁力驱动装置一样，可分为筒式和转盘式。当磁力传动装置为筒式结构时，其隔离套呈底端封闭的筒状结构。隔离套上的磁涡流热移除系统优选这样构成隔离套外壁上沿轴向开有双螺旋槽。隔离套外还套有与隔离套形状相同的封套，封套的底端与隔离套的底端留有间隙。隔离套上双螺旋槽一端的槽口分别与冷却介质进出口相通，另一端的槽口分别和隔离套与封套底端间的间隙相通。由此封套与隔离套外壁上的双螺旋槽形成了冷却介质通道，构成了一个磁涡流热移除系统。
为了保障冷却效果，上述磁力驱动装置中隔离套的外壁与封套的内壁优选为过盈配合。
当本发明的磁力传动装置为转盘式结构时，其隔离套呈平板型结构，由两层板组成。其中一层板上开有槽，槽的两端分别与冷却介质进出口相通。由另一层覆盖在开槽板上，将所开槽封住形成所述的冷却介质通道。
上述磁力传动装置中，所述隔离套一层板上开的槽优选为蛇形槽，使槽均匀布满该板，以提高冷却效率。
为了保障冷却效果，上述磁力驱动装置中隔离套的两层板为紧固连接。可采用现有技术中常用的紧固连接方式。
对于筒式结构的磁力驱动装置来说，其隔离套上的磁涡流热移除系统，除了移除磁涡流外，还可以起到轴承摩擦热移除的作用。比如在被动磁钢保护套与隔离套之间充填一种热传导介质，介质的充填量以淹没上轴承为最好。这种介质原则上即与物料呈惰性，而且能对轴承起润滑作用，例如，白油、硅油、润滑油等，这种介质也可以是物料。轴承摩擦热在被动轴与被动磁钢保护套的搅动作用下通过热传导介质传递到磁钢保护套后，由在双螺旋槽中流动的冷却介质带出。此外，隔离套上螺旋槽形成的棱还可以起到增强作用，从而提高系统的承压能力。当本发明的磁驱动头应用于中、高压系统时，螺旋形成的棱的宽度除了与上述的移出磁涡流热和摩擦热有关外，还与隔离套的承压能力有关。这时螺旋形成的棱还起到了加强筋的作用。另外在可双螺旋槽内引入一股带压的冷却介质，从而形成梯形压差，即从设备内部到隔离套再到设备外部压力逐渐降低，提高了系统的承压能力，或者说对于同样的系统压力磁隔离套的厚度可以减小，从而提高了磁传动效率。
本发明的这种磁力驱动装置由于隔离套内设置有所述的磁涡流热移除系统，因此可以有效的降低磁涡流热。为了更有效的提高所述磁涡流热移除系统热交换的功效，以筒式结构的磁力驱动装置为例，可按照以下原理来确定隔离套内冷却介质通道的大致结构尺寸一、磁涡流热的移除。如果系统只需要移除磁涡流热时，螺旋槽的宽度、螺旋槽的深度和螺旋槽的长度(也就是指螺旋槽在隔离套上所绕的圈数)与磁驱动系统所放出的磁涡流热有关，磁涡流热的计算用如下所示公式Q＝Keω2BmVQ----磁涡流热。
Ke----系数，与磁钢的截面大小及形状有关，一般由实验确定或经验选取；ω----转子角速度；Bm----磁感应强度的最大值；V----导电物质的体积；然后根据给定的冷却介质的允许平均温差Δtm计算移除磁涡流热所需的冷却面积A，如下式所示A=QKΔtm]]>A----移除磁涡流热所需的冷却面积；K----传热系数，根据实验和经验选取；Δtm----冷却介质的允许平均温差；最后，根据移除磁涡流热所需的冷却面积来确定双螺旋槽的宽度、双螺旋槽的深度及双螺旋槽的长度的优选值。
二、同时移除磁涡流热和轴承的摩擦热。当需要同时移除磁涡流热和轴承的摩擦热时，在被动磁钢保护套与隔离套之间充填一种热传导介质，介质的充填量以淹没上轴承为最好。这种介质原则上即与物料呈惰性，而且能对轴承起润滑作用，例如，白油、硅油、润滑油等，这种介质也可以是物料。轴承摩擦热在被动轴与被动磁钢保护套的搅动作用下通过热传导介质传递到磁钢保护套后，由在双螺旋槽中流动的冷却介质带出。这时双螺旋的计算与一所述相同，只是在所需冷却面积的计算中加上摩擦热即可。
本发明的磁力驱动装置具有以下特点1、与通常的磁驱动技术一样将动密封点转化为静密封点，提高了密封效果。
2、本发明的结构简单，易于实施。
3、本发明独特的磁涡流热移除系统，可简便、快速地移除磁涡流热和摩擦热，特别是对下装式、左装式和右装式，去掉了动密封点，提高了系统的安全性。
4、本发明独特的磁涡流热移除系统还可以增加隔离套的耐压强度和设备的承压能力。
5、本发明的应用范围广。本发明的磁驱动装置功率大、转速高。其应用场合包括易燃易爆场合，有毒场合，体系的物料有腐蚀性的场合和中、高压场合，以及对无泄漏要求较高的场合。本发明的磁驱动装置适用于超重力场旋转床、釜及泵等传动设备，优选为超重力旋转床和釜。
附图1是下装式超重机所用的筒式结构的磁力驱动装置结构示意图，以此来说明本发明的原理及特征。
附图2为筒状隔离套的结构示意图。
附图3为筒状隔离套上的螺旋槽结构示意图。
附图4为平板型隔离套开冷却槽的板的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的磁力驱动装置作详细说明。
如附图1所示，主动磁钢(或称外磁钢)3镶嵌在主动磁钢保护套2上，主动磁钢保护套2通过鍵与主动轴1相连接，用轴头压盖8和拉紧螺丝9限制主动磁钢保护套的轴向移动，被动磁钢(或称内磁钢)5镶嵌在被动磁钢保护套4上，被动磁钢保护套4通过鍵与被动轴6连接，轴头用销紧螺母12锁紧。在主动磁钢3与被动磁钢5之间设有隔离套7。隔离套7上设置有由冷却介质出入口10，11和冷却介质通道构成的磁涡流热移除系统。被动轴6由推力轴承14和径向轴承13支撑在轴承座15上。轴承座15固定在设备壳体18上。沿被动轴6轴向，轴承座15上固定有轴承压盖19，轴承压盖19上固定有密封压盖16。密封压盖16与轴承压盖19及被动轴间为密封17。以防止设备中的物料泄露进轴承及泄露入被动磁钢5和隔离套7间。也可防止当轴承及被动磁钢5和隔离套7的间隙间注有热传导介质时，热传导介质渗漏到设备中。此外，在被动轴6轴向上，相接触的各个组件间都依照通常的密封措施安装有相应的密封件。
如附图2、3所示，筒式结构磁力驱动装置的隔离套7呈底端封闭的筒状结构。隔离套7外壁上沿轴向开有双螺旋槽20，21。相邻槽之间为螺旋棱23。隔离套7外还套有与隔离套7形状相同的封套22，封套22的底端与隔离套7的底端留有间隙。隔离套7上双螺旋槽20，21在隔离套7顶端一端的槽口分别连接有冷却介质进出口10，11，在隔离套7底端一端的槽口分别和隔离套7与封套22底端间的间隙相通。由此封套22与隔离套7外壁上的双螺旋槽20，21形成了冷却介质通道，构成了一个磁涡流热移除系统。隔离套7与封套22间优选为过盈配合。冷却介质从进口进入隔离套7内的一条螺旋槽构成的通道，流至隔离套7和封套22底端的间隙，再从另一条螺旋槽构成的通道流出出口，从而将传导到隔离套上的热量带走，达到很好的冷却效果。
如附图4所示，当本发明的磁力传动装置为转盘式结构时，其隔离套7呈平板型结构。其中一层板25上开有槽24，槽24的两端分别连接有冷却介质进出口10，11。由另一层覆盖在开槽板25上，将所开槽24封住形成所述的冷却介质通道，构成了一个磁涡流热移除系统。隔离套7的两层板为紧固连接。隔离套7开槽板25上开的槽优选为蛇形槽，使槽均匀布满该板，以提高冷却效率。冷却介质从进口进入隔离套7内的蛇形槽构成的通道，流经整个隔离套7，再从出口流出，从而将传导到隔离套上的热量带走，达到很好的冷却效果。
本发明的磁驱动装置的安装方式有如附图1所示的下装式，还包括原理与附图1所示的磁驱动装置相同的上装式、左装式和右装式等。
下面结合实施例来说明本发明的实施效果。
实施例一一台超重力旋转床(见CN 1428189A)，转速3000rpm，功率1.5KW，使用压力4.5Mpa，设计压力5.0Mpa，设计温度100℃。
当不采用任何冷却方式时，转速升至1600rpm转动2分钟，隔离套的温度超过120℃。
当采用在主动磁钢保护套外加冷却套，用水做冷却介质的冷却方式时，转速升至1800rpm转动5分钟，隔离套的温度超过100℃。转速小于1400rpm转动30分钟可以维持隔离套的温度在45℃以下。采用这种主动磁钢保护套外加冷却套的结构对于下装式磁驱动头，外加冷却套与电机的轴之间多了一道动密封，容易造成冷却介质泄漏到电机中引起安全事故。
当采用本发明的隔离套设置有磁涡流热移除系统的冷却方式时(通过计算螺旋槽的宽度为11mm螺旋棱的宽度为4mm，螺旋槽内所通冷却介质为水)，在3000rpm下转动2小时，隔离套的温度小于35°。
实施例二一台搅拌釜，转速1500rpm，功率45KW，使用压力2.0Mpa，设计压力2.5Mpa，设计温度150℃。
当不采用任何冷却方式时，转速升至1500rpm起动后磁钢立刻冒烟被烧毁。
当采用本发明的隔离套设置有磁涡流热移除系统的冷却方式时(通过计算螺旋槽的宽度为13mm螺旋纹的宽度为2mm，螺旋槽内所通冷却介质为水)，在1500rpm下转动1.5小时，隔离套的温度小于45°。
从上述的两个实施例可以看出本发明的隔离套磁涡流热移除系统的冷却效果是明显的。从而实现磁力驱动装置的大功率和高转速的效果。
权利要求
1.一种磁力传动装置，包括主动轴[1]、主动磁钢[3]、隔离套[7]、被动磁钢[5]、被动轴[6]，其中主动磁钢[3]镶嵌在与主动轴[1]相连接的主动磁钢保护套[2]上，被动磁钢[5]镶嵌在与被动轴[6]相连接的被动磁钢保护套[4]上，在主动磁钢[3]与被动磁钢[5]之间设有隔离套[7]，其特征在于所述隔离套[7]上设有磁涡流热移除系统，该系统包括有设置在隔离套[7]内部的冷却介质通道及设置在隔离套[7]上的冷却介质进出口[10，11]。
2.根据权利要求1所述的磁力传动装置，其特征在于所述磁力传动装置为筒式结构，其隔离套[7]呈底端封闭的筒状结构，隔离套[7]外壁上沿轴向开有双螺旋槽[20、21]，隔离套[7]外套有与隔离套形状相同的封套[22]，封套[22]的底端与隔离套[7]的底端留有间隙，双螺旋槽[20、21]一端的槽口分别连接有冷却介质进出口[10，11]，另一端的槽口分别和隔离套[7]与封套[22]底端间的间隙相通，由此封套[22]与隔离套[7]外壁上的双螺旋槽形成所述的冷却介质通道。
3.根据权利要求3所述的磁力传动装置，其特征在于所述隔离套[7]外壁与封套[22]的内壁为过盈配合。
4.根据权利要求1所述的磁力传动装置，其特征在于所述磁力传动装置为转盘式结构，其隔离套[7]呈平板型结构，由两层板组成，其中一层板上开有槽[24]，槽的两端分别连接有冷却介质进出口[10，11]，由另一层覆盖在开槽板上，将所开槽封住形成所述的冷却介质通道。
5.根据权利要求5所述的磁力传动装置，其特征在于所述隔离套[7]一层板上开的槽[24]为蛇形槽。
6.根据权利要求5所述的磁力传动装置，其特征在于所述隔离套[7]的两层板为紧固连接。
全文摘要
本发明提供一种磁力驱动装置。该装置包括主动轴、主动磁钢、隔离套、被动磁钢、被动轴等部件。其中主动磁钢镶嵌在与主动轴相连接的主动磁钢保护套上，被动磁钢镶嵌在与被动轴相连接的被动磁钢保护套上。在主动磁钢与被动磁钢之间设有隔离套。所述隔离套上设有磁涡流热移除系统，该系统包括有设置在隔离套内部的冷却介质通道及设置在隔离套上的冷却介质进出口。通过流经隔离套的冷却介质带走传导至隔离套上的磁涡流热，达到良好冷却效果。保障磁力驱动装置的高功率、高转速。该磁力驱动装置可很好地应用于易燃易爆场合、有毒场合、体系的物料有腐蚀性的场合和中、高压场合，以及对无泄漏要求较高的场合。
文档编号F04D13/06GK1752462SQ20041007828
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月23日 优先权日2004年9月23日
发明者赵月云, 李振虎, 袁建军, 程建民 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院