矿山用渣浆泵的研发.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 矿山用渣浆泵的研发① 许锋 江苏省宜兴非金属化工机械厂有限公司，江苏宜兴2 1 4 2 2 1 摘要介绍了矿山用渣浆泵应用现状、新型渣浆泵研发及制作工艺。 关键词渣浆泵；S i C ；制作工艺；轴封 中图分类号T I M 6 2文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 3 4 8 0 2 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1 9 5 7 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S i C 材料能很好地适应这种苛刻的运行 条件，它是一种性能可靠、性价比高的非金属材料。浇 铸S i C 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 S i C 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 lm m 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 S i C 。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，如图1 所示。 图1 渣浆泵示意图 2 ．3 材料特性和生产工艺 浇铸S i C 材料主要由碳化硅 S i C 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S i O 形式存在的硅 S i 与碳 C 反应生 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 5 - 2 9 作者简介许锋 1 9 7 3 一 ，男，工程师，长期从事泵机、陶瓷过滤机、过滤器、化工陶瓷设计工作。 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月 许锋矿山用渣浆泵的研发 成碳化硅 S i C ，其莫氏硬度高达9 ．7 金刚石为1 0 。 S i C 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S i C 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S i C 颗粒理想的黏 结剂。 经过加热一真空条件下混合一浇铸。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 1 3 5o C 。由于其不同的化学组成，它不像烧结S i C 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S i C 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S i C 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 缺点也是非常明显的密封性能差、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干摩擦， 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A P l 6 1 0 附录D 机械密封和管路示意图中规定的A P I 方案 6 2 ，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 密封结构如图1 所示 。 ’ 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处理，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K m T ． B C r 2 6 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Y G S ／Y G 6 或S i C ／S i C ，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。 参考文献 [ 1 ] 关醒凡．现代泵技术手册[ M ] ．北京宇航出版社，1 9 9 8 ． [ 2 ] 陈德才，崔德容．机械密封设计制造与使用[ M ] ．北京机械工业 出版社．1 9 9 3 ． 万方数据