عوامل موثر بر عملکرد کوپلینگ مغناطیسی

کوپلینگ مغناطیسی همانند سایر کوپلینگ ها به منظور انتقال قدرت از موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد با این تفاوت که به جای اتصال مکانیکی از نیروی مغناطیسی استفاده می شود. در این مقاله به بررسی عوامل موثر بر عملکرد کوپلینگ مغناطیسی می‌پردازیم. اما پیش از آن باید بگوییم که کوپلینگ های مغناطیسی بسته به­ نوع چینش آهنرباهای به کاررفته در کوپلینگ به دو دسته تقسیم می­شوند:

• کوپلینگ مغناطیسی شعاعی
• کوپلینگ مغناطیس محوری

کوپلینگ مغناطیسی شعاعی

انتقال نیرو توسط دو دسته آهن ربا انجام می­شود. این دو دسته آهنربا روی دو دایره­ی هم مرکز اما با شعاع متفاوت قرار گرفته اند. یک دسته آهنربا مستقیما به منبع نیرو متصل شده  و انتقال نیرو توسط دسته ی دیگر انجام میشود. در این نوع کوپلینگ معمولا دو دسته اهنربا بصورت کاملا ایزوله از هم قرار می­گیرند. توانایی محدود انتقال گشتار به عنوان محدودیت اصلی این نوع کوپلینگها شناخته می­شود.

کاربرد:

• راکتور های همزن دار تحت فشار
• پمپ های مگنتی
• زیر دریایی ها

نمونه ای از یک کوپلینگ مغناطیسی شعاعی بهمراه اجزای مربوطه

کوپلینگ مغناطیسی محوری

انتقال نیرو توسط دو دسته آهن ربا انجام می­شود. دو دسته روی دو صفحه­ی موازی قرار گرفته­اند. یک دسته مستقیما به موتور و یک دسته وظیفه انتقال نیرو را را دارند. معمولا دو دسته اهنربا در یک محیط قرار گرفته و از یکدیگر ایزوله نمی­شوند. در برخی مواقع هم چون کوپلینگ های مناطیسی کابل جمع کن توانایی محدود انتقال گشتاور به عنوان یک مززیت در این کوپلینگ ها شناخته می­شود.

شماتیک یک کوپلینگ مغناطیسی محوری

کاربرد:

• ترمز مغناطیسی
• کلاچ مغناطیسی
• کابل جمع کن مغناطیسی

نمونه ای از کابل جمع کن ساخته شده توسط شرکت اشکان تجهیز اسپادانا

بررسی عوامل موثر بر عملکرد کوپلینگ مغناطیسی

در هر کوپلینگ مغناطیسی بسته به کاربرد خود عوامل گوناگونی بر عملکرد آن تاثیر گذار هستند. در ادامه  باتوجه به جذابیت کاربرد کوپلینگ مغناطیسی در راکتور های تحت فشار به عوامل موثر بر عملکرد کوپلینگ های مغناطیسی در راکتور های تحت فشار پرداخته خواهد شد.  همانطور که گفته شد کوپلینگ مغناطیسی به منظور انتقال قدرت از موتور مورد استفاده قرار میگیرد.

در راکتور های تحت فشار انتقال قدرت از منبع توان که عمدتا الکترو موتور می باشد به همزن راکتور،  توسط کوپلینگ مغناطیسی انجام می­شود. به طور کلی به منظور همزدن یک مخلوط بایستی توانی مصرف گردد، توان مورد نیاز با توجه به برخی ویژگی های مخلوط مورد نظر تعیین میگردد. در واقع مقدار توان مورد نیاز برای فرآیند همزدن است که،  طراحی کوپلینگ مغناطیسی مورد نیاز برای یک راکتور تحت فشار را تعیین میکند. برخی از عواملی که توان مورد نیاز برای همزدن یک مخلوط را تحت تاثیر قرار میدهند عبارتند از:

• ویسکوزیته

ویسکوزیته به بیان علمی عبارت است از مقاومت سیال در برابر جاری شدن، بدین معنی که سیالی که ویسکوزیته­ی بالاتری دارد. در مقابل سیالی که ویسکوزیته ی کمتری دارد تمایل کمتری به حرکت و جاری شدن دارد. برای مثال ویسکوزیته ی عسل بیشتر از آب است که یعنی در واقع تمایل عسل به حرکت کمتر از آب است. با توجه به این تعریف میتوان نتیجه گرفت که برای سیال با ویسکوزیته ی بیشتر، نیروی بیشتر ویا به عبارتی توان بیشتری برای هم زدن مورد نیاز است. این بدین معناست که کوپلینگ مغناطیسی بایستی توانایی انتقال گشتاور بیشتری برای همزدن یک سیال ویسکوز داشته باشد.

• چگالی

یکی دیگر از عواملی که بر توان لازم برای همزدن یک مخلوط تاثیر مستقیم دارد. چگالی اجزای مخلوط میباشد. واضح است که هرچه اجزای یک مخلوط چگالی بالاتری داشته باشند. بدین معناست که در یک حجم مشخص اجزای مخلوط سنگین تر بوده و نیروی بیشتری برای حرکت ودر واقع همزدن ان ها نیاز است.

• سرعت همزدن مخلوط

کاملا واضح است که به منظور افزایش سرعت همزدن یک مخلوط بایستی توان بیشتری صرف حرکت سریع تر اجزای موجود در مخلوط گردد.

نوع همزن؛ یکی از عوامل موثر بر عملکرد کوپلینگ مغناطیسی

شکل همزن و یا پروانه ی یک راکتور تحت فشار ،  که مستقیما مسئول به حرکت واداشتن مخلوط  درون یک راکتور است. تاثیر مستقیمی بر توان مورد نیاز برای همزدن یک مخلوط دارد. و معمولا توصیه میشود برای هر  نوع مخلوط از پروانه ی مناسب که  به کمک تجربه توصیه شده استفاده گردد.  درواقع انتخاب همزن اشتباه برای یک فرآیند میتواند. سبب مشکلاتی همچون افزایش توان مصرفی، ویا افزایش زمان مورد نیاز برای اختلاط گردد. از طرف دیگر این پروانه در یک راکتور تحت فشار مستقیما به اجزای کوپلینگ مغناطیسی متصل شده و سبب ایجاد گشتاور بین اجزای کوپلینگ مغناطیسی می شود.

ابعاد پروانه

پس از مشخص شدن نوع پروانه ای که قرار است در یک راکتور تحت فشار ویا به بیان کلی در یک فرآیند اختلاط مورد استفاده قرار اگیرد. بایستی ابعاد و مشخصات هندسی پروانه ی مورد نظر نیز با دقت انتخاب شود. چرا که ویژگی های هندسی پروانه بخصوص قطر پروانه تاثیر مستقیمی بر توان مورد نیاز برای همزدن مخلوط دارد.  ابعاد بزرگتر پروانه به معنای درگیری بیشتر پروانه با  مخلوط و در نهایت به معنی افزایش توان مورد نیاز برای همزدن مخلوط می باشد.

به بیان دقیق تر، به منظور محاسبه­ی توان مورد نیاز برای همزدن یک مخلوط ویا به عبارتی میزان توانی که بایستی توسط یک کوپلینگ مغناطیسی از موتور به پروانه منتقل شود از رابطه­ ی زیراستفاده می شود:

• Np عدد توان پارامتر مربوط به نوع پروانه ی میکسر است که ویسکوزیته ی سیال در مقدار ان تاثیر گذار است
• ρ چگالی مربوط به سیالی است که قرار است توسط پروانه همزده شود
• N سرعت چرخش پروانه ی راکتور تحت فشار است
• D قطر  پروانه ی یک راکتور تحت فشار است

همانطور که از رابطه ی بالا به نظر می رسد تاثیر سرعت چرخش پروانه و ابعاد پروانه از سایر عوامل ذکر شده بر روی توان مورد یناز برای اختلاط و یا به عبارتی توانی که بایستی توسط کوپلینگ مغناطیسی منتقل شود بیشتر است.

عواملی که ذکر شد بیشتر بر میزان توانی که قرار است توسط یک کوپلینگ مغناطیسی منتقل شود تاثیر گذار است. در کنار عوامل ذکر شه برخی عوامل دیگر نیز هستند که میتواند عملکرد یک کوپلینگ مغناطیسی را تحت تاثیر قرارداده و مختل کنند. از جمل این عوامل میتوان به موارد زیز اشاره کرد:

• دما

تغییر دما در درجه ی نخست میتواند بر عملکرد آهنرباهای موجود در کوپلینگ مغناطیسی تاثیر گذاشته و حتی سبب ازبین رفتن انها گردد. ازطرف دیگر تغییر دما میتوان سبب تغییر برخی خواص سیال همچون ویسکوزیته شود. که میتواند عملکرد کوپلینگ مغناطیسی را مستقیما تحت تاثیر قرار دهد.

• خوردگی

وجود سیالات خورنده می تواند سبب آسیب به اجزای یک کوپلینگ مغناطیسی و در نهایت از کارافتادن یک کوپلینگ مغناطیسی در یک راکتور تحت فشار گردد. البته میتوان با تدابیری از اجزای یک کوپلینگ مغناطیسی یک راکتور تحت فشار در مقابل عواملی همچون دما و خوردگی محافظت کرد

شرکت اشکان تجهیز اسپادانا  با تکیه بر دانش و تجربه کاملا بر مباحث اختلاط احاطه داشته و دارای طرح های منحصر به فردی برای چالش های موجود در یک فرآیند اختلاط است. کوپلینگ های مغناطیسی ساخته شده برای راکتور تحت فشار توسط این شرکت کاملا در برابر خوردگی و دما مقاوم بوده و متناسب با الزامات مورد نیاز فرآیند موردنظر مشتری ساخته می شوند.

طراحی کوپلینگ مغناطیسی

طراحی کوپلینگ مغناطیسی نقش اساسی در تعیین گشتاور قابل انتقال و کارایی کلی سیستم دارد. عواملی متعددی در طراحی کوپلینگ مغناطیسی باید در نظر گرفته شوند تا بهینه ترین عملکرد برای کاربرد مورد نظر حاصل شود.

اجزای اصلی کوپلینگ مغناطیسی؛ از دیگر عوامل موثر بر عملکرد کوپلینگ مغناطیسی

• آهنرباها: نوع، جنس، ابعاد و چیدمان آهنرباها بر گشتاور تولیدی و میدان مغناطیسی کوپلینگ تاثیر می‌گذارند.
• بدنه: جنس بدنه باید در برابر سیال مورد استفاده مقاوم باشد و در عین حال میدان مغناطیسی را به طور موثر هدایت کند.
• فواصل: فاصله بین آهنرباها و بین بدنه و آهنرباها بر گشتاور و کارایی کوپلینگ تاثیر می‌گذارند.
• یاتاقان‌ها: نوع، جنس و ابعاد یاتاقان‌ها بر ظرفیت بارگذاری، اصطکاک و طول عمر کوپلینگ تاثیر می‌گذارند.

نوع و جنس آهنرباها:

• آهنرباهای دائمی: رایج‌ترین نوع آهنرباها در کوپلینگ‌های مغناطیسی هستند. جنس‌های مختلف آهنرباهای دائمی مانند نئودیمیوم، آهن-باریم و فریت در دسترس هستند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.
• انتخاب نوع و جنس آهنربا: به عواملی مانند گشتاور مورد نیاز، سرعت، دما، هزینه و نیازهای خاص کاربرد بستگی دارد.

ابعاد و چیدمان آهنرباها:

• آهنرباهای بزرگتر: گشتاور بیشتری تولید می‌کنند.
• چیدمان‌های مختلف آهنربا: می‌توانند گشتاور و کارایی کوپلینگ را به طور قابل توجهی تغییر دهند.

جنس بدنه:

• مواد رایج بدنه: فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و پلاستیک هستند.
• انتخاب جنس بدنه: به عواملی مانند سیال مورد استفاده، فشار، دما و نیازهای خاص کاربرد بستگی دارد.

فواصل:

• فاصله کمتر بین آهنرباها: گشتاور بیشتری تولید می‌کند، اما می‌تواند باعث افزایش نشت میدان مغناطیسی و گرم شدن بیش از حد شود.
• فاصله بیشتر بین بدنه و آهنرباها: می‌تواند باعث کاهش گشتاور و افزایش نشت میدان مغناطیسی شود.

یاتاقان‌ها:

• یاتاقان‌های مناسب: اصطکاک را کاهش می‌دهند، ظرفیت بارگذاری را افزایش می‌دهند و به عمر طولانی‌تر کوپلینگ کمک می‌کنند.
• انتخاب نوع، جنس و ابعاد یاتاقان: به عواملی مانند سرعت، گشتاور، بارگذاری و شرایط محیطی بستگی دارد.

نکات مهم در طراحی کوپلینگ مغناطیسی:

• محاسبات دقیق: برای تعیین گشتاور مورد نیاز، ابعاد و جنس مناسب اجزا و انتخاب نوع یاتاقان‌ها باید انجام شود.
• شبیه سازی و تحلیل: می‌تواند برای بهینه‌سازی طراحی و پیش‌بینی عملکرد کوپلینگ قبل از ساخت استفاده شود.
• تست و اندازه‌گیری: برای اطمینان از عملکرد صحیح و مطابقت با مشخصات طراحی ضروری است.
• کیفیت مواد و ساخت: برای اطمینان از طول عمر، قابلیت اطمینان و عملکرد ایمن کوپلینگ مغناطیسی بسیار مهم است.

مثال:

فرض کنید از یک کوپلینگ مغناطیسی برای پمپ کردن اسید غلیظ در یک کارخانه شیمیایی استفاده می‌شود. در این مورد، کوپلینگ مغناطیسی باید از موادی ساخته شود که در برابر اسید مقاوم باشند. آهنرباها باید به طور خاص برای ایجاد گشتاور کافی برای پمپ کردن اسید با ویسکوزیته بالا انتخاب شوند. یاتاقان‌ها باید از نوع ضد زنگ باشند تا در برابر خوردگی ناشی از اسید محافظت شوند.