浅谈屏蔽泵及其输送易汽化介质
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一、前言
在化工、石化、制冷、医药 等 行 业 由 于 介 质 本 身的 特 性 （ 易 燃、 易爆、有毒 有害、贵重 、易汽 化等 ）、安全规 定、设备质 量水平 以及 针对环境变 化的敏感性 ，各地 对于 化学品的释 放都有一个 严格限 制，以防止环境遭到污染破坏。
用离心泵输 送介质的方 法不仅 仅是 寻找最便宜 的价格，更 重要的 是考 虑其整体运 行成本，其 中密封
制造技术 Maannuffacttuuriinng Teechhnoollogy
2. 安装需要注意的问题 1）为 了提 高泵 的吸 入性 能， 泵的吸 入管路应尽可能 缩短，尽量 少弯（ 弯头最好用大曲 率半径）并 且在死 角处加阀；入口 侧配管应选 定 能 充 分 满足 汽 蚀 余 量 条件 的 管 径，应 大于或等于泵入 口直径。单 吸 泵的 进口 处，最 好配 置一 段约 3 倍进口 直径的直管。必 要时也可加 诱导轮来解决汽蚀问题。 2）输送密度小于650kg/ m3 的 液体时 ，泵的吸入管道应 有1/ 10～ 1/ 100的坡 度坡向 泵， 使汽化 产生 的气体 返回吸入罐内， 以避免泵产 生汽蚀。 3）如 果配 管直 径不 同， 应使 用偏心异径管，以避免形成 气囊。 4）为 方便 维修 ，一 定要 在泵 入口处 水平安装断流阀 ，最好安装 阻力小的球阀。 5）有 条件 的在 吸入 侧安 装过 滤量足 够大的过滤器， 过滤网目数 应在30～50目/ 英寸左右。
接把泵放到基 础上，可调整支 脚的 使用有利于保 证管路位置，几 乎没 有噪声（屏蔽 泵整个转动部件 浸在 工作液里；常 规泵及磁力泵噪 声声 大，因为它们 以风扇冷却电动 机， 至少 4个球 轴承 和一个 联轴 节， 比 如功率 11k W的50－200屏蔽电泵 噪 声仅为53 dBA）等特性。
二、屏蔽泵结构原理
3. 关于操作 屏 蔽 泵 正式 起 动 前 必 须 排 净 泵腔内 的气体，可通过 先点动再正 式起动 的方式使泵腔内 的气体排出 更充分 。通常要保证泵 入口储罐内 液体的 气相平衡，这是 因为密闭储 罐内液 体上部气相在开 车前为此温 度下的 饱和蒸汽压，当 开车时，随 关液面 的下降，如果液 面液体还没 来得及 汽化，其上的蒸 汽压就会由 饱和变 为不饱和，同时 如果没有通 过其他 方式补压，这就 有可能导致 泵入口 处压力不足，泵 汽蚀。为避 免此情 况发生，通常为 其补压（可 能是其 他气体或经其气 相注入此液 体，最 好是大于等于储 罐里液体温 度的） 。液氯的屏蔽泵 输送技术就
MMaannuffacttuurriinng TTeechhnoollooggyy 制造技术
浅谈屏蔽泵 及其输送易汽化介质
大连海密梯克泵业有限公司 孙 武Leabharlann Baidu于静杰 邹立莉
Ab s tra ct The article gives a brief
a na ly sis ab out c ann ed mot or pump and i ts applications, emphasizes that canned motor pumps are safety, environmental protection and economy in handling dangerous especially easy vaporized liquid , suggests to use canned motor pumps extensively
只 保 证 介 质 不 汽 化 、不 汽 蚀 还 不够，对于易汽 化介质来说，其 黏 度是泵选用的一 个非常重要的参 数 。屏蔽电泵的特 点决定了轴承之 间 的实际润滑支撑 必须由工作液来 完 成 ， 如 果 液膜 没 有 足 够 大 的黏 度 ，液膜就承受不 了转子部件的压 力 而遭到破坏（或 轴承本身就不能
系统占 了传统离心泵整 个运转总费 用的一个很大部分。
今天，两种被广泛 认可的无泄 漏泵——屏 蔽电泵和磁力驱 动泵可 以很好 地填补这样一个 要求：完全 无泄漏 。它们在结构上 只有静密封 而无动 密封，因此输送 液体时能保 证一滴 不漏。随着环境 保护要求的 不断提 高，无密封离心 泵的应用越 来越广泛。
要 其 保 证 介 质 不 汽化 并 正 常 工 作 ， 降 低温 度 比 较 困 难 （尤 其 工 况 条 件 已定 的 情 况 下 ） ，只 有 增 加 压 力 。同 时 ， 装 置 和 泵应 该 有 合 理 的 汽蚀 余 量 关 系 ， 只有 NP S HA>NP S HR，在 泵的入 口才不 会 发生汽蚀。电动 机转子腔内循环 流 动的液体，由于 吸收了电动机产 生 的热量使其本身 温度升高，汽化 压 也随之升高，必 须加压以使其不 汽 化。如果介质易 汽化，一般可选 用 多 级泵 CAM型 （见 图 7）和 单级 泵 CNF型 （ 见图 9）这 种 高压 内循 环 结构的海密梯克 屏蔽泵。用海密 梯 克带诱 导轮的CNF型泵 ，甚至汽 化 曲线流动性特别 陡的也能输送， 如 图9中 虚线 所示 。如 果入口 压足 够 高 （ 或 介 质不 易 汽 化 ） 也 可以 选 择海密 梯克 CN型 泵，如 图8所示 （ 压力－温度图， 分流循环后流到 泵的低压 区）。
海密梯 克屏蔽电泵是离 心泵和 三相交流电动 机的共同体，过 流部 件直接与驱动 电动机轴相连， 共同 组成转子部件 。定子屏蔽套嵌 在定 子内侧以隔离 转子腔和定子腔 ，整 个转子浸在工 作介质中，屏蔽 泵只 有静密封而无 动密封，达到完 全无 泄漏，转子旋 转工作的动力来 源于 定子磁场。
由于无 泄漏设计，必须 采用滑
120 2007年 增刊
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化 压就会升高很多 ，介质在屏蔽泵 里 各点的温度也不 相同，必须有足 够 的压力以保证介 质的不汽化。上 图 为压力－温度特 性图（多级和单 级 泵的）。在汽化 压力曲线以上的 任 何位置（处于液 相状态）是非常 重 要的 ，尤 其暖 点3， 如果此 温度 下 的压力得不到保 证，介质开始汽 化 。下面就汽化、 汽蚀、黏度等几 个 重要参数简单说 明，在特殊的工 况 下还需要通过热 平衡计算等以考 虑用什么 样结构的泵。
图6 循环方式3
滑轴承并带 走电动机产生的部分 热 量。
三、输送易汽化介质屏 蔽泵的选用
1. 选泵时需要注意的问题 由于到目前为止还没有哪一 家 生产的屏蔽 泵完全符合无泄漏泵 标 准 AP I 685，国 内也 没有 统 一的 标 准，所以选 用屏蔽泵大多只能根 据 实际情况和 经验由生产厂家及用 户 来定。输送 化工介质尤其易汽化 介 质，并不是 简单地算出轴功率等 参 数就可以了 ，所有工况条件、工 艺 参数（如介 质黏度、比热、流量 、 扬程、密度 、入口汽化压、吸入 压 力、汽化温 度、使用温度、有无 颗 粒、结晶温 度、汽蚀余量等）都 应 该考虑充分 ，以便选择合适的泵 型 及安装形式 、正确地操作方式， 以 及用户管路 系统合理等才能确保 整 个系统的工 作顺畅，泵不汽蚀、 不 汽化，工作平稳。 一般 情 况 下 ， 某 一 工 作 温 度 下易汽化介 质通常被定义为汽化 压 力大于 5 000P a， 其黏度一般也 很 小（ 甚至小 于0. 1c p）。 不同介 质 的比热、汽 化热不尽相同，单位 体 积介质在同 一环境温度下吸收的 热 量、温升情 况就会有很大的不同 。 就汽化压而 言，汽化曲线很陡（ 比 如 ： 液化 气 ） ， 温 度升 高 一 点 汽
海 密梯 克 屏 蔽 泵 一 般 采 用 内 循环的 循环方式，对于输 送易汽化 介质， 大多采用高压内循 环的工作 方式，如 图4、6所示，从 叶轮出口 高压区 分流出一部分高压 液流通过 电动机 腔进入空心轴回到 次高压区 见 图4或经 过辅 助叶 轮二 次加压 经 过电动 机腔回到高压区。 这种高压 内循环 方式充分保证了介 质不会由 于吸收 热量而在转子腔汽 化，造成 滑动轴 承的干摩擦等破坏 ，同时润
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图1 屏蔽泵结构原理
1. 叶轮 2. 定子 3. 转子 4. 定子屏蔽套 5. 滑动轴承
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动轴承，且滑动 轴承必须工作在泵 送液体里，绝对 禁止无液运行。工 作时整个转子腔 都充满工作液，通 常情况下支撑转 子（所有转动部件 连成一体）的是 两套滑动轴承，由 工作介质对其进 行润滑，同时工作 介质还可以带走 电动机产生的部分 热量。在泵刚开 始起动和关闭时， 滑动轴承对泵的 旋转部件提供径向 支撑；当屏蔽泵 转速达到额定后， 滑动轴承对轴的 直接支撑作用将由 液压动力液膜代 替；另外，泵轴向 推力也可通过液 压平衡方式随时得 以校正。也就是 说，正常运转情况 下泵固定部件与 旋转部件是完全不 接触 的， 因此没 有磨 损。如 图2、 图3所 示（轴 承及 其正 常工作 时的 情况）。轴承耐 磨材料的设计充分 考虑了可间歇操 作和不含气的轻质 液体 ，主 要有 WC对S I C30和S S I C 对S S I C，德国 HERMETI C公 司的 S S I C滑动 轴承 设计 使用寿 命为 20 年 。 最好 不 要 选择 石 墨 轴 承（ 虽
图7 多级泵CAM型
图8 CN型泵
图9 单级泵CNF型 承受转 子的重量而坏损 ），进而形 成干摩 擦→轴承磨损严 重或碎裂→ 各部件 原有的位置关系 平衡破坏→ 泵损坏 不能正常工作→ 系统停，此 时必须 重新选择合适的 泵型或改变 泵安装 形式，以此达到 满足工况要 求。
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由于不 同介质比热等特 性的不 同，对于一些 特别苛刻的、汽 化临 界的介质必须 通过热平衡计算 以选 择合适的泵型 。介质在屏蔽泵 里各 点的温度是不 相同的，汽化压 力当 然也不同，介 质的压力要高于 汽化 压力泵才能正 常工作。对于所 有高 汽化压力或在 真空条件下的介 质应 用热平衡计算 尤其必要。海密 梯克 屏蔽电泵输送 液氨时其在泵各 位置 的压力－温度 图，如图10所示 ，冷 却 分液 流 在 不 同位 置 （ A至 F） 的 情况，只要实 际操作压力高于 冷却 分液流的汽化 压力，泵正常工 作就 没问题。
图10 压力－温床图
当然，如果电动机内汽化压 处于临界状态 ，在条件允许的 情况 下也可通过冷 却电动机（如冷 却水 等）来达到泵的正常工作。
根据工 况条件选配合适 的监控 仪器、仪表， 如监测温度、液 位、 泵重要部件的 运行情况以及是 否有 向大气泄漏情况的发生等。
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作为无泄漏泵之一 的屏蔽电泵 在这些 输送系统中占有 非常重要的 地位。 屏蔽电泵在承压 能力（海密 梯 克泵 最高 达120 MP a ）、 输 送介 质 温度范 围（ 海密 梯克泵 为－ 160 ～ 480℃ ）、 占地少 ，噪 声小 及安 全性（ 多重保护）等更 优一些。易 汽化介 质的输送一直是 各行业比较 棘 手 的 问题 ， 一 般 由 于 介质 比 热 小，汽 化压力高，黏度 小，传统离 心泵输 送由于密封部分 解决不了而 泄漏， 其不但造成对人 的伤害、环 境污染 ，而且在安全性 方面、长期 设备维 护带来的人力、 财力上等的 费用也 高得惊人。屏蔽 泵基本上都 能把这 些问题解决好（ 如乙烯、低 温甲烷 、液氨、液氯甚 至光气等的 输送） ，并且所需空间 仅为传统离 心泵（ 包括磁力泵）的 一半，可直
自润滑 性好些，但对化工 介质有污 染、抗 某些介质的腐蚀能 力较差及 偶然杂 质进入的适应较差 、寿命一 年左右等）。
屏蔽套（包括定子屏 蔽套和转 子屏蔽 套）作为屏蔽电泵 的另一个 非常重 要的部件，起着隔 离介质防 止外漏 的作用。其隔在定 、转子之 间加大 了定、转子之间的 间隙，以 及屏蔽 套中产生的涡流损 失都会导 致电机 性能的下降。所以 ，屏蔽套 一般选 用耐腐蚀性好、强 度高的非 导磁材 料，尤其定子屏蔽 套（一般 优先选用哈氏合金材料）。
在化工、石化、制冷、医药 等 行 业 由 于 介 质 本 身的 特 性 （ 易 燃、 易爆、有毒 有害、贵重 、易汽 化等 ）、安全规 定、设备质 量水平 以及 针对环境变 化的敏感性 ，各地 对于 化学品的释 放都有一个 严格限 制，以防止环境遭到污染破坏。
用离心泵输 送介质的方 法不仅 仅是 寻找最便宜 的价格，更 重要的 是考 虑其整体运 行成本，其 中密封
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2. 安装需要注意的问题 1）为 了提 高泵 的吸 入性 能， 泵的吸 入管路应尽可能 缩短，尽量 少弯（ 弯头最好用大曲 率半径）并 且在死 角处加阀；入口 侧配管应选 定 能 充 分 满足 汽 蚀 余 量 条件 的 管 径，应 大于或等于泵入 口直径。单 吸 泵的 进口 处，最 好配 置一 段约 3 倍进口 直径的直管。必 要时也可加 诱导轮来解决汽蚀问题。 2）输送密度小于650kg/ m3 的 液体时 ，泵的吸入管道应 有1/ 10～ 1/ 100的坡 度坡向 泵， 使汽化 产生 的气体 返回吸入罐内， 以避免泵产 生汽蚀。 3）如 果配 管直 径不 同， 应使 用偏心异径管，以避免形成 气囊。 4）为 方便 维修 ，一 定要 在泵 入口处 水平安装断流阀 ，最好安装 阻力小的球阀。 5）有 条件 的在 吸入 侧安 装过 滤量足 够大的过滤器， 过滤网目数 应在30～50目/ 英寸左右。
接把泵放到基 础上，可调整支 脚的 使用有利于保 证管路位置，几 乎没 有噪声（屏蔽 泵整个转动部件 浸在 工作液里；常 规泵及磁力泵噪 声声 大，因为它们 以风扇冷却电动 机， 至少 4个球 轴承 和一个 联轴 节， 比 如功率 11k W的50－200屏蔽电泵 噪 声仅为53 dBA）等特性。
二、屏蔽泵结构原理
3. 关于操作 屏 蔽 泵 正式 起 动 前 必 须 排 净 泵腔内 的气体，可通过 先点动再正 式起动 的方式使泵腔内 的气体排出 更充分 。通常要保证泵 入口储罐内 液体的 气相平衡，这是 因为密闭储 罐内液 体上部气相在开 车前为此温 度下的 饱和蒸汽压，当 开车时，随 关液面 的下降，如果液 面液体还没 来得及 汽化，其上的蒸 汽压就会由 饱和变 为不饱和，同时 如果没有通 过其他 方式补压，这就 有可能导致 泵入口 处压力不足，泵 汽蚀。为避 免此情 况发生，通常为 其补压（可 能是其 他气体或经其气 相注入此液 体，最 好是大于等于储 罐里液体温 度的） 。液氯的屏蔽泵 输送技术就
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系统占 了传统离心泵整 个运转总费 用的一个很大部分。
今天，两种被广泛 认可的无泄 漏泵——屏 蔽电泵和磁力驱 动泵可 以很好 地填补这样一个 要求：完全 无泄漏 。它们在结构上 只有静密封 而无动 密封，因此输送 液体时能保 证一滴 不漏。随着环境 保护要求的 不断提 高，无密封离心 泵的应用越 来越广泛。
要 其 保 证 介 质 不 汽化 并 正 常 工 作 ， 降 低温 度 比 较 困 难 （尤 其 工 况 条 件 已定 的 情 况 下 ） ，只 有 增 加 压 力 。同 时 ， 装 置 和 泵应 该 有 合 理 的 汽蚀 余 量 关 系 ， 只有 NP S HA>NP S HR，在 泵的入 口才不 会 发生汽蚀。电动 机转子腔内循环 流 动的液体，由于 吸收了电动机产 生 的热量使其本身 温度升高，汽化 压 也随之升高，必 须加压以使其不 汽 化。如果介质易 汽化，一般可选 用 多 级泵 CAM型 （见 图 7）和 单级 泵 CNF型 （ 见图 9）这 种 高压 内循 环 结构的海密梯克 屏蔽泵。用海密 梯 克带诱 导轮的CNF型泵 ，甚至汽 化 曲线流动性特别 陡的也能输送， 如 图9中 虚线 所示 。如 果入口 压足 够 高 （ 或 介 质不 易 汽 化 ） 也 可以 选 择海密 梯克 CN型 泵，如 图8所示 （ 压力－温度图， 分流循环后流到 泵的低压 区）。
海密梯 克屏蔽电泵是离 心泵和 三相交流电动 机的共同体，过 流部 件直接与驱动 电动机轴相连， 共同 组成转子部件 。定子屏蔽套嵌 在定 子内侧以隔离 转子腔和定子腔 ，整 个转子浸在工 作介质中，屏蔽 泵只 有静密封而无 动密封，达到完 全无 泄漏，转子旋 转工作的动力来 源于 定子磁场。
由于无 泄漏设计，必须 采用滑
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化 压就会升高很多 ，介质在屏蔽泵 里 各点的温度也不 相同，必须有足 够 的压力以保证介 质的不汽化。上 图 为压力－温度特 性图（多级和单 级 泵的）。在汽化 压力曲线以上的 任 何位置（处于液 相状态）是非常 重 要的 ，尤 其暖 点3， 如果此 温度 下 的压力得不到保 证，介质开始汽 化 。下面就汽化、 汽蚀、黏度等几 个 重要参数简单说 明，在特殊的工 况 下还需要通过热 平衡计算等以考 虑用什么 样结构的泵。
图6 循环方式3
滑轴承并带 走电动机产生的部分 热 量。
三、输送易汽化介质屏 蔽泵的选用
1. 选泵时需要注意的问题 由于到目前为止还没有哪一 家 生产的屏蔽 泵完全符合无泄漏泵 标 准 AP I 685，国 内也 没有 统 一的 标 准，所以选 用屏蔽泵大多只能根 据 实际情况和 经验由生产厂家及用 户 来定。输送 化工介质尤其易汽化 介 质，并不是 简单地算出轴功率等 参 数就可以了 ，所有工况条件、工 艺 参数（如介 质黏度、比热、流量 、 扬程、密度 、入口汽化压、吸入 压 力、汽化温 度、使用温度、有无 颗 粒、结晶温 度、汽蚀余量等）都 应 该考虑充分 ，以便选择合适的泵 型 及安装形式 、正确地操作方式， 以 及用户管路 系统合理等才能确保 整 个系统的工 作顺畅，泵不汽蚀、 不 汽化，工作平稳。 一般 情 况 下 ， 某 一 工 作 温 度 下易汽化介 质通常被定义为汽化 压 力大于 5 000P a， 其黏度一般也 很 小（ 甚至小 于0. 1c p）。 不同介 质 的比热、汽 化热不尽相同，单位 体 积介质在同 一环境温度下吸收的 热 量、温升情 况就会有很大的不同 。 就汽化压而 言，汽化曲线很陡（ 比 如 ： 液化 气 ） ， 温 度升 高 一 点 汽
海 密梯 克 屏 蔽 泵 一 般 采 用 内 循环的 循环方式，对于输 送易汽化 介质， 大多采用高压内循 环的工作 方式，如 图4、6所示，从 叶轮出口 高压区 分流出一部分高压 液流通过 电动机 腔进入空心轴回到 次高压区 见 图4或经 过辅 助叶 轮二 次加压 经 过电动 机腔回到高压区。 这种高压 内循环 方式充分保证了介 质不会由 于吸收 热量而在转子腔汽 化，造成 滑动轴 承的干摩擦等破坏 ，同时润
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图1 屏蔽泵结构原理
1. 叶轮 2. 定子 3. 转子 4. 定子屏蔽套 5. 滑动轴承
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动轴承，且滑动 轴承必须工作在泵 送液体里，绝对 禁止无液运行。工 作时整个转子腔 都充满工作液，通 常情况下支撑转 子（所有转动部件 连成一体）的是 两套滑动轴承，由 工作介质对其进 行润滑，同时工作 介质还可以带走 电动机产生的部分 热量。在泵刚开 始起动和关闭时， 滑动轴承对泵的 旋转部件提供径向 支撑；当屏蔽泵 转速达到额定后， 滑动轴承对轴的 直接支撑作用将由 液压动力液膜代 替；另外，泵轴向 推力也可通过液 压平衡方式随时得 以校正。也就是 说，正常运转情况 下泵固定部件与 旋转部件是完全不 接触 的， 因此没 有磨 损。如 图2、 图3所 示（轴 承及 其正 常工作 时的 情况）。轴承耐 磨材料的设计充分 考虑了可间歇操 作和不含气的轻质 液体 ，主 要有 WC对S I C30和S S I C 对S S I C，德国 HERMETI C公 司的 S S I C滑动 轴承 设计 使用寿 命为 20 年 。 最好 不 要 选择 石 墨 轴 承（ 虽
图7 多级泵CAM型
图8 CN型泵
图9 单级泵CNF型 承受转 子的重量而坏损 ），进而形 成干摩 擦→轴承磨损严 重或碎裂→ 各部件 原有的位置关系 平衡破坏→ 泵损坏 不能正常工作→ 系统停，此 时必须 重新选择合适的 泵型或改变 泵安装 形式，以此达到 满足工况要 求。
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图10 压力－温床图
当然，如果电动机内汽化压 处于临界状态 ，在条件允许的 情况 下也可通过冷 却电动机（如冷 却水 等）来达到泵的正常工作。
根据工 况条件选配合适 的监控 仪器、仪表， 如监测温度、液 位、 泵重要部件的 运行情况以及是 否有 向大气泄漏情况的发生等。
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作为无泄漏泵之一 的屏蔽电泵 在这些 输送系统中占有 非常重要的 地位。 屏蔽电泵在承压 能力（海密 梯 克泵 最高 达120 MP a ）、 输 送介 质 温度范 围（ 海密 梯克泵 为－ 160 ～ 480℃ ）、 占地少 ，噪 声小 及安 全性（ 多重保护）等更 优一些。易 汽化介 质的输送一直是 各行业比较 棘 手 的 问题 ， 一 般 由 于 介质 比 热 小，汽 化压力高，黏度 小，传统离 心泵输 送由于密封部分 解决不了而 泄漏， 其不但造成对人 的伤害、环 境污染 ，而且在安全性 方面、长期 设备维 护带来的人力、 财力上等的 费用也 高得惊人。屏蔽 泵基本上都 能把这 些问题解决好（ 如乙烯、低 温甲烷 、液氨、液氯甚 至光气等的 输送） ，并且所需空间 仅为传统离 心泵（ 包括磁力泵）的 一半，可直
自润滑 性好些，但对化工 介质有污 染、抗 某些介质的腐蚀能 力较差及 偶然杂 质进入的适应较差 、寿命一 年左右等）。
屏蔽套（包括定子屏 蔽套和转 子屏蔽 套）作为屏蔽电泵 的另一个 非常重 要的部件，起着隔 离介质防 止外漏 的作用。其隔在定 、转子之 间加大 了定、转子之间的 间隙，以 及屏蔽 套中产生的涡流损 失都会导 致电机 性能的下降。所以 ，屏蔽套 一般选 用耐腐蚀性好、强 度高的非 导磁材 料，尤其定子屏蔽 套（一般 优先选用哈氏合金材料）。