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立式泥漿泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
點擊次數(shù)：731 發(fā)布時間：2015-5-21
中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院北京引言移動作業(yè)立式泥漿泵具有操作簡單移動方便價格適中等許多優(yōu)點因而被廣泛應(yīng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的許多領(lǐng)域，這種泵輸送的介質(zhì)是以泥漿為主的多種固液兩相流漿體，介質(zhì)中所含的固體粒子硬度往往高于泵過流部件材質(zhì)的硬度加之流道內(nèi)介質(zhì)的運動狀態(tài)又十分復(fù)雜因此沖蝕破壞嚴(yán)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(xù)使用一個星期就會出現(xiàn)故障要保持正常作業(yè)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(jié)合自己的設(shè)計實踐進(jìn)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(yán)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(xiàn)象外觀表現(xiàn)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(huán)，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(xiàn)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?xì)んw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(yán)酷的復(fù)合型破壞，就設(shè)計角度而言應(yīng)從泥漿泵水力設(shè)計。
結(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)的運動情況甚為復(fù)雜影響因子很多規(guī)律尚在探索之中其水力設(shè)計理論基本上處在初創(chuàng)階段很難對設(shè)計做出具體指導(dǎo)，本文僅對沖蝕破壞現(xiàn)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(xiàn)大量材料流失破壞的一種磨損現(xiàn)象，在每秒數(shù)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(zhì)在泵內(nèi)流動中出現(xiàn)繞流則沖蝕和汽蝕可能會聯(lián)合作用于過流部件材料表面而加劇破壞，從沖蝕發(fā)生的環(huán)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(huán)境因素攻角粒子流動軌跡與材料表面的夾角介質(zhì)速度。
介質(zhì)濃度。
沖擊時間。
環(huán)境排灌機械溫度等粒子性能粒度形態(tài)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(rèn)為影響泥漿泵結(jié)構(gòu)材料在流場中破壞程度的關(guān)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(tài)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(nèi)的運動狀態(tài)流動狀態(tài)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(xiàn)人們通過大量試驗研究得出了下述結(jié)論筆者根據(jù)設(shè)計中的體會對這些結(jié)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(zhì)量的關(guān)系攻角幾乎不隨粒子的種類形態(tài)及速度的變化而變化對于典型的塑性材料當(dāng)粒子攻角為時沖蝕率達(dá)到zui大值對于脆性材料zui大沖蝕率出現(xiàn)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(guān)系可以表達(dá)為式中沖蝕率攻角常數(shù)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(xiàn)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(jù)材料特征在設(shè)計中調(diào)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(shè)計中避免發(fā)生攻角或?qū)Υ颂幾霰砻鎻娀幚砹Ｗ舆\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(shù)常數(shù)通常取速度系數(shù)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(shè)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(guān)系以鑄鐵為例當(dāng)攻角為時由于受到流速為的漿體沖蝕其沖蝕率與各參數(shù)之間的關(guān)系可表達(dá)為式中粒子硬度與材料硬度之比硬度影響指數(shù)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(xiàn)沖蝕的角度實際磨料尺寸磨料用量的線性函數(shù)通過上述經(jīng)驗公式可以看出沖蝕率與諸多因子有關(guān)在實際設(shè)計中確實很難定量把握但上述影響的趨勢和原則應(yīng)結(jié)合水力設(shè)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(hù)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(yīng)用范圍鑒于泥漿泵過流部件形狀比較復(fù)雜對表面粗糙度要求很高因此在諸如電鍍化學(xué)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(jìn)行表面處理用擴散涂層法來形成抗沖蝕層這對傳統(tǒng)工藝改變不大易被生產(chǎn)廠家接受在筆者的設(shè)計中對葉輪軸套等部件均采用作基材然后再進(jìn)行強化處理實現(xiàn)高性價比張又良等立式泥漿泵抗沖蝕應(yīng)用設(shè)計實際設(shè)計中筆者選擇了太原工業(yè)大學(xué)老師研究的硼砂熔鹽中進(jìn)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(xiàn)硼鋁共滲共滲劑熱解方程式如下反應(yīng)生成物是不穩(wěn)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(xiàn)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(dāng)數(shù)量的游離活性鋁原子同時吸附于材料表面達(dá)到硼鋁共滲其化學(xué)反應(yīng)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(dǎo)地位生成數(shù)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(fù)合化合物的彌散可以進(jìn)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(xué)性能較高使用壽命長比未采用此法延長倍所需設(shè)備不多易在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用中低碳鋼及低碳合金鋼經(jīng)過熔鹽中硼鋁共滲后滲層厚度可達(dá)到硬度可達(dá)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(yè)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(yè)提供。