Zlepšení výkonu čerpadla s keramickými ochrannými kryty
Jednou z klíčových proměnných ovlivňujících výkon a životnost čerpadla je těsnění hřídele. Těsnicí kroužky nebo kazety jsou běžným řešením, ale magnetické spojky mohou poskytnout vyšší účinnost. Pokročilá keramika, zejména oxid zirkoničitý FZM, se ukazuje jako užitečný materiál v průmyslu čerpadel pro zlepšenou energetickou účinnost, odolnost proti korozi a výkon.
U magneticky poháněných čerpadel neexistuje žádné mechanické spojení mezi rotorem čerpadla a motorem. Místo toho je pohon přenášen prostřednictvím rotujících magnetů. Mezi vnějšími magnety připojenými k motoru a vnitřními magnety připojenými k rotoru čerpadla se používají ochranné kryty. Toto řešení může zajistit těsnění bez úniku, což zlepšuje bezpečnost čerpadla při čerpání agresivních médií.
Dalším bezpečnostním aspektem je materiál pro plášť kontejnmentu. Při provozu běžně používané kovy generují teplo, spouštěné magnetickou indukcí. Toto dodatečné teplo není při čerpání tepelně citlivých látek dovoleno a vede k rychlému přehřátí čerpadla v případě poruchy chladicí kapaliny. Dodatečné teplo může také přispět k odpařování čerpaného média a kavitaci.
Aplikace v reálném světě
V jedné případové studii bylo několik čerpadel odesláno do továrny k revizi po dvou letech provozu. Čerpaným médiem byl horký olej 110 C (230 F) s obsahem bělicí hlinky přibližně 5 procent. Všechny součásti vedoucí proudění, vnitřní cirkulační kanály a úzké mezery byly propláchnuty nebo vybroušeny. Na keramickém plášti však nebyly zjištěny žádné stopy opotřebení. Proto jej bylo možné znovu nainstalovat do opraveného čerpadla.
V dalším příkladu s jiným výrobcem čerpadla vadná vnější ložiska umožnila otírání vnějšího magnetu o plášť kontejnmentu. Kromě brusné dráhy o hloubce cca 0,4 milimetru (mm) zůstal keramický plášť kontejnmentu nepoškozen. Mohlo se tak zachránit celé čerpadlo a musela se vyměnit pouze ložiska. Při této aplikaci byl plášť pod tlakem téměř 40 barů. Keramický materiál opět poskytoval bezpečnost a výkon se svými nemagnetickými vlastnostmi, vysokou lomovou houževnatostí a vysokou mechanickou pevností.
Energetická účinnost S keramikou
Kromě toho je mezera mezi dvěma magnety důležitá pro udržení výkonu. Aby byla tato mezera co nejmenší, je tloušťka stěny plechovky minimalizována na přibližně 2 až 4 mm ve válcové oblasti. Oxid zirkoničitý FZM může díky svému nízkému modulu pružnosti odolávat určité elastické deformaci, takže všechna napětí mohou být absorbována i při tlacích do 60 barů.
Aplikace, jako je doprava olejů nebo kyseliny sírové, neprobíhají při pokojové teplotě. Často jsou požadavky na teplotu stanoveny tam, kde lze použít pouze několik materiálů. FZM lze používat při teplotách až 450 C (842 F) bez výrazných změn. Protože se všechny materiály při těchto teplotách roztahují, může dojít ke vzniku napětí. Jednou z výhod tohoto keramického materiálu je jeho koeficient tepelné roztažnosti, který je podobný jako u litiny, což umožňuje spolehlivé spojení s kovem. Keramická skořepina se roztahuje spolu s kovem a je zamezeno větším rozdílům v napětí.
Chemický průmysl se zabývá nejen kapalnými, ale také pevnými a plynnými látkami, které mohou být výbušné i hořlavé. Pro zvládnutí této oblasti použití musí být zaručeno vybíjení elektrických nábojů. Společně s Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) v Braunschweigu v Německu byla provedena rozsáhlá měření ke stanovení kapacity elektrického výboje podle IEC 60093 a IEC 60167. Pomocí dodatečného vnějšího povlaku byl povrchový odpor a zemní svod odpor (RA < 106 Ω) byly výrazně pod limitními hodnotami. To znamená, že modifikovaný keramický obal může být použit v kontaktu se všemi hořlavými médii a v jakékoli výbušné atmosféře.
Od roku 1987 se do čerpadel od jednoho z výše uvedených výrobců instalují keramické pláště. Keramické pláště byly původně navrženy s tloušťkou stěny 3,5 mm, což podstatně zlepšilo magnetickou vzdálenost ve srovnání se standardním provedením a umožnilo o 30 procent nižší přenosový výkon. Pomocí numerické analýzy napětí na různých variantách konstrukce při daném zatížení a okrajových podmínkách byly určeny ideální rozměry. Přestože tloušťka stěny válcové části pláště kontejnmentu odolává maximálnímu tlakovému zatížení, není rozhodující. Mnohem důležitější jsou návrhy přechodů na konvexní a přírubové konce. To umožnilo snížit tloušťku stěny na 1,9 mm při zachování stejné tlakové odolnosti a zajištění úplné zaměnitelnosti.