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立式泥漿泵內部結構設計分析
點擊次數：704 發布時間：2015-5-21
中國農業機械化科學研究院北京引言移動作業立式泥漿泵具有操作簡單移動方便價格適中等許多優點因而被廣泛應用于疏浚河渠圍堤筑堰挖掘魚塘修筑臺田清淤排污輸送液肥和煤泥等工農業生產中的許多領域，這種泵輸送的介質是以泥漿為主的多種固液兩相流漿體，介質中所含的固體粒子硬度往往高于泵過流部件材質的硬度加之流道內介質的運動狀態又十分復雜因此沖蝕破壞嚴重*工作時間短，這已成為影響這種泵使用壽命的突出問題，目前許多人將這種泵稱之為星期泵意思是說新安裝的泵僅連續使用一個星期就會出現故障要保持正常作業需要不斷更換零部件不但使用成本增加也常常延誤工期使許多用戶叫苦不迭，如何提高立式泥漿泵的抗沖蝕性能延長其工作壽命筆者結合自己的設計實踐進行了初步探討，立式泥漿泵工作壽命短的原因分析造成立式泥漿泵壽命短的主要原因是固液兩相流漿體對泵過流部件和密封件的嚴重沖蝕破壞和汽蝕破壞，沖蝕和汽蝕是兩種不同機理。
不同方式的破壞現象外觀表現也有明顯差別，沖蝕破壞是在泵過流部件表面形成魚鱗坑或與液流方向一致的溝槽而汽蝕破壞是在泵過流部件表面形成針狀孔或蜂窩狀凹陷，兩者可以互為因果惡性循環，在固液兩相流漿體流場中沖蝕和汽蝕往往相輔相成互相疊加加劇泥漿泵的破壞，在使用現場隨處可見替換下來的葉輪。
殼體等泥漿泵零部件其葉片變得薄如蟬翼葉輪后蓋板坑坑凹凹殼體多處穿孔密封軸套深痕遍體大都是由上述原因造成的，影響立式泥漿泵抗沖蝕性能的因素要想提高泥漿泵的工作壽命就必須使其能夠抵御上述兩種嚴酷的復合型破壞，就設計角度而言應從泥漿泵水力設計。
結構設計。
材料選擇和過流部件表面強化工藝確定等幾個方面綜合考慮，固液兩相流漿體在流場內的運動情況甚為復雜影響因子很多規律尚在探索之中其水力設計理論基本上處在初創階段很難對設計做出具體指導，本文僅對沖蝕破壞現象作簡要分析，沖蝕也稱侵蝕或磨蝕是指物體表面受到小而松散的流動粒子沖擊時出現大量材料流失破壞的一種磨損現象，在每秒數米的速度下沖蝕便足以對泥沙漿過流部件表面造成損傷，如果介質在泵內流動中出現繞流則沖蝕和汽蝕可能會聯合作用于過流部件材料表面而加劇破壞，從沖蝕發生的環境。
條件及材料破壞特征來分析影響沖蝕的主要因素如下環境因素攻角粒子流動軌跡與材料表面的夾角介質速度。
介質濃度。
沖擊時間。
環境排灌機械溫度等粒子性能粒度形態硬度密度可破碎性等靶材工作部件材料的硬度熱物理性能及機械性能等剔除客觀因素筆者認為影響泥漿泵結構材料在流場中破壞程度的關鍵是泥漿的運動狀況只有改善固體粒子相對過流部件表面的流動狀態才有可能從根本上提高泥漿泵的抗沖蝕能力提高立式泥漿泵工作壽命的途徑改善兩相流漿體在流場內的運動狀態流動狀態是指在一定時空范圍里運動粒子的方向和速度的綜合表現人們通過大量試驗研究得出了下述結論筆者根據設計中的體會對這些結論作簡要歸納攻角與沖蝕率被單位粒子沖蝕的材料表面質量的關系攻角幾乎不隨粒子的種類形態及速度的變化而變化對于典型的塑性材料當粒子攻角為時沖蝕率達到zui大值對于脆性材料zui大沖蝕率出現在攻角為的情況對于兩種典型材料的沖蝕破壞攻角與沖蝕率的關系可以表達為式中沖蝕率攻角常數上式中對于典型的脆性材料對于塑性材料許多工程材料往往表現出介于脆性與塑性材料之間的性能因此低攻角下塑性項起主要作用而高攻角下脆性項起主要作用這就是說必須根據材料特征在設計中調整攻角大小降低材料沖蝕率如果工作部件選擇鑄鐵它是典型的脆性材料就要在設計中避免發生攻角或對此處做表面強化處理粒子運動速度對沖蝕率大小的影響通過對諸多材料不同種類粒子不同攻角的大量實驗研究得出以下公式式中粒子速度粒子速度指數常數通常取速度系數隨粒子類別不同而確定和的值在之間低攻角下值也小隨攻角增加稍有上升由此可以看出在設計中必須考慮降低漿體在流場中的運動速度目前通常采用加寬加大流道的辦法沖蝕率與其它因素的關系以鑄鐵為例當攻角為時由于受到流速為的漿體沖蝕其沖蝕率與各參數之間的關系可表達為式中粒子硬度與材料硬度之比硬度影響指數泥漿濃度混合液密度液相密度固體粒子密度液相密度初始攻角開始出現沖蝕的角度實際磨料尺寸磨料用量的線性函數通過上述經驗公式可以看出沖蝕率與諸多因子有關在實際設計中確實很難定量把握但上述影響的趨勢和原則應結合水力設計盡可能予以考慮過流部件表面強化處理工藝的選擇為了提高材料的抗沖蝕性能可以在金屬或合金表面施加一層具有特殊性能的材料或防護層以得到耐蝕耐磨或其它性能從而延長泥漿泵的工作壽命或擴大材料的應用范圍鑒于泥漿泵過流部件形狀比較復雜對表面粗糙度要求很高因此在諸如電鍍化學鍍氣相沉淀熱噴涂堆焊熱處理擴散涂層等眾多表面強化處理工藝中筆者傾向于采用原料來源豐富價格低廉加工性能好的材料待加工成部件后再進行表面處理用擴散涂層法來形成抗沖蝕層這對傳統工藝改變不大易被生產廠家接受在筆者的設計中對葉輪軸套等部件均采用作基材然后再進行強化處理實現高性價比張又良等立式泥漿泵抗沖蝕應用設計實際設計中筆者選擇了太原工業大學老師研究的硼砂熔鹽中進行硼鋁共滲新工藝該工藝的基本原理是在硼砂熔鹽中加適量鋁粉等即可實現硼鋁共滲共滲劑熱解方程式如下反應生成物是不穩定化合物可被一些和氧親和力大于硼的活性元素還原出硼吸附于材料表面而實現滲硼若加入適量鋁等共滲劑除能置換出活性硼原子外還有相當數量的游離活性鋁原子同時吸附于材料表面達到硼鋁共滲其化學反應式如下因硼的原子半徑為比鋁的小得多所以硼在鐵中的擴散能力比鋁大得多在共滲溫度時硼滲入占主導地位生成數量較多的硼原子與鋁鐵生成化合物此外在共滲層中還含有等復合化合物的彌散可以進一步提高硼鋁共滲層的硬度強度和耐磨性這種方法簡單易行成本較低共滲層較厚共滲時間較短綜合機械化學性能較高使用壽命長比未采用此法延長倍所需設備不多易在生產中推廣應用中低碳鋼及低碳合金鋼經過熔鹽中硼鋁共滲后滲層厚度可達到硬度可達到且具有很好的耐磨耐蝕性能可以取代一些不銹鋼及耐熱鋼的小型零件采用此方法后實踐證明效果非常顯著立式泥漿泵密封方案的選擇由于立式泥漿泵需要移動作業密封部位不易加注清潔水所以采用固定式泥漿泵的辦法很難奏效因而密封件工作不可靠失效頻繁也就成了影響該泵壽命的主要問題之一。以上有上海耐勵泵業提供。