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矿山用渣浆泵的研发


1  前  言
    渣浆泵广泛应用于选矿、水利、采油、电力、煤炭、建材、市政工程和环保等工况部门,用于输送尾矿砂、精矿砂、灰渣、煤泥、铁粉等强磨蚀、高浓度渣浆。渣浆泵耐磨零件一般包括前泵盖、叶轮、后泵盖、泵体等。过流件在工作过程中由于受固液两相流中固相硬颗粒的冲蚀磨损和化学腐蚀及与汽蚀并存的复合磨损,运行工况极其恶劣。目前国内所用渣浆泵的过流部件大多数采用高铬铸铁、镍硬铸铁、双相不锈钢等制造,虽然它们的耐磨性能优异,应用范围较广,但高铬铸铁的脆性大,铸造时废品率较高,其合金用量多,生产工艺复杂,其机械加工一般采用硬质合金刀具,加工工艺复杂,成本高而效率低下,其高难度的机械加工一直困扰着众多机械加工厂家。而且由于过流部件磨损快而严重,渣浆泵的效率在运行中很快大幅降低,能耗高;同时由于频繁更换零件或整机,造成生产线停机,经济损失巨大。因此,对过流部件的修复及过流件的延寿研究,极具经济价值和市场前景。


2新型渣浆泵的研发
2.1概述

    在泵输送物为磨损和腐蚀性流体领域,采用非金属材料制作泵机已是发展趋势。自1957年开始研制陶瓷非金属泵机至今,成功开发验证了多种陶瓷新材料。其中浇铸SiC材料能很好地适应这种苛刻酌运行条件,它是一种性能可靠、性价比高的非金属材料。浇铸SiC主要优点是其卓越的抗化学腐蚀与耐磨性能,远远超过传统的高质铬镍合金钢或其它任何镍合金钢。它是由抗化学腐蚀且热稳定性好的环氧树脂与碳化硅( SiC)在真空下混合浇铸而成。目前,除了强碱性环境和含有较大颗粒(  >1 mm)的液体外,这种多功能材料能应用于众多领域。为了进一步提高其抗化学腐蚀性能,所有黏合剂在不断地得到改进。


2.2泵结构

    泵为带有蜗线型外壳的卧式单级单吸离心泵。该蜗线型外壳带有金属加固外罩,整个表面涂有材料SiC。蜗线型外壳的加固外罩,均以金属铸件为衬垫。所有所需的密封面仅为金属铸件表面。这可保证彻底的抗腐蚀性。螺旋形封闭式叶轮、盖板及轮毂处镶有金属铸件制成的叶轮内衬,叶轮通过金属叶轮内衬与主轴配合,利用轴螺母固定在主轴上。该泵配备前后泵盖,与蜗线型外壳结合成一个整体。


2.3材料特性和生产工艺
    浇铸SiC材料主要由碳化硅(SiC)组成,在真空状态下,与作为黏结剂的环氧树脂混合,然后浇铸成形。在高温下,以Si02形式存在的硅(Si)与碳(C)反应生成碳化硅( SiC),其莫氏硬度高达9.7(金刚石为10)。SiC由不同大小的颗粒组成,可获得高的堆积密度。通过添加环氧树脂作为黏结剂,使得SiC铸造成形成为可能。环氧树脂是大多数双组成分黏结剂的主要成分,具有高的抗化学腐蚀性能,是SiC颗粒理想的黏结剂。

    经过加热一真空条件下混合一浇铸-b热处理。脱模_回火一修整等工序,最后得到一种抗磁、吸音、减振的非金属材料,其硬度与金刚石相当,热稳定性可达135 0C。由于其不同的化学组成,它不像烧结SiC那样脆,而且对温度的突然变化不敏感。


2.4优点

    保证了工厂的连续正常运行,减少了运行与维护成本。由于零部件有长的运行寿命,延长了易磨损件更换时间。使用了浇铸SiC材料的系列泵,大大地减少了运行维护成本,这主要应归功于浇铸SiC具有极高的耐磨损、耐腐蚀性能。


2.5轴封

  泵过流部件通过以上改进,耐磨损、耐腐蚀没问题了,最后要解决泵的老大难问题即轴封。以前渣浆泵轴的密封形式大多采用填料密封,填料材料一般选用石棉盘根、石墨盘根、聚四氟盘根等,也有的选用碳纤维、芳纶纤维等高端材料,其优点是:结构简单、成本低、更换方便,对设备的制造精度要求相对较低;但其缺点也是非带明显的:密封性能差、功耗大、磨损轴、寿命短、更换频繁。针对以上问题对现有渣浆泵采用机械密封形式,并在一些场合做了工业试验,从试验结果看,有效地解决了渣浆泵密封结构设计中的一些问题。


  2.5.1  结构型式及密封保护

    针对渣浆泵采用机械密封的结构形式作相应探讨。根据工作液的特性,考虑到介质含固体颗粒的特性,为防止机械密封端面由于颗粒堆积而造成千摩擦,在密封端面部位通入冷却、冲洗水,以防止固体颗粒在大气侧积聚,即通常所说的美国石油学会标准API610附录D《机械密封和管路示意图》中规定的API方案62,如图1所示。其原理是依靠外部冲洗液冲洗密封端面并带走摩擦热,从而维持密封端面摩擦副的润滑;同时采用外供液体进行冷却和配合采用一个小节流衬套进行高压冲洗的方法,能防止固体在密封面外侧积聚,确保安全运行。考虑到机械密封对装配要求很高,其装配精度将直接影响密封的性能和使用效果,因此,把密封设计成为集成式单元部件(即集装式机械密封),安装时无需调整机械密封相关零件尺寸,便于快速拆装。


2.5.2密封的结构特点

    密封结构采用静止式结构,动环与轴套的外径相同,并将相关的辅助密封圈及弹簧做隔离赴理,避免了因颗粒堵塞造成失效,可始终保持密封端面的有效接触。静环采用拨叉强制传递转矩;动环采用整体结构,可以有效地减少温度变形和力变形。


2.5.3材料选择
    1)金属材料。选择材料时,必须考虑在颗粒状态条件下材料的耐磨能力;根据实际使用结果选用KmT-BCr26作为机械密封的结构材料。

    2)摩擦副材料。考虑摩擦副的耐磨效果,动、静环材料分别选用:YG8/YG6或SiC/SiC,可以胜任高速、高负荷、抗磨粒磨损的工作条件。


3结  论
    通过对泵过流部件和轴封的重新设计和改进,大幅度地提高了泵和轴封的使用寿命,保证了设备的连续稳定运行。因此该系列泵适应于高磨损或既高磨损又高腐蚀性的环境中,例如煤矿、金属矿开采,垃圾焚烧厂,电厂脱硫,化学工业,食品和化肥工业等。随着新材料、新工艺、密封技术的研究成功,渣浆泵定会不断完善,越来越适应矿山等行业的生产应用。


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