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立式泥漿泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
點(diǎn)擊次數(shù)：736 發(fā)布時(shí)間：2015-5-21
中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院北京引言移動(dòng)作業(yè)立式泥漿泵具有操作簡(jiǎn)單移動(dòng)方便價(jià)格適中等許多優(yōu)點(diǎn)因而被廣泛應(yīng)用于疏浚河渠圍堤筑堰挖掘魚(yú)塘修筑臺(tái)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(guò)流部件材質(zhì)的硬度加之流道內(nèi)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又十分復(fù)雜因此沖蝕破壞嚴(yán)重*工作時(shí)間短，這已成為影響這種泵使用壽命的突出問(wèn)題，目前許多人將這種泵稱(chēng)之為星期泵意思是說(shuō)新安裝的泵僅連續(xù)使用一個(gè)星期就會(huì)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(hù)叫苦不迭，如何提高立式泥漿泵的抗沖蝕性能延長(zhǎng)其工作壽命筆者結(jié)合自己的設(shè)計(jì)實(shí)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(duì)泵過(guò)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(jī)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(guò)流部件表面形成魚(yú)鱗坑或與液流方向一致的溝槽而汽蝕破壞是在泵過(guò)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(chǎng)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(chǎng)隨處可見(jiàn)替換下來(lái)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(jì)角度而言應(yīng)從泥漿泵水力設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
材料選擇和過(guò)流部件表面強(qiáng)化工藝確定等幾個(gè)方面綜合考慮，固液兩相流漿體在流場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)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(jì)理論基本上處在初創(chuàng)階段很難對(duì)設(shè)計(jì)做出具體指導(dǎo)，本文僅對(duì)沖蝕破壞現(xiàn)象作簡(jiǎn)要分析，沖蝕也稱(chēng)侵蝕或磨蝕是指物體表面受到小而松散的流動(dòng)粒子沖擊時(shí)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(duì)泥沙漿過(guò)流部件表面造成損傷，如果介質(zhì)在泵內(nèi)流動(dòng)中出現(xiàn)繞流則沖蝕和汽蝕可能會(huì)聯(lián)合作用于過(guò)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(lái)分析影響沖蝕的主要因素如下環(huán)境因素攻角粒子流動(dòng)軌跡與材料表面的夾角介質(zhì)速度。
介質(zhì)濃度。
沖擊時(shí)間。
環(huán)境排灌機(jī)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(jī)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(chǎng)中破壞程度的關(guān)鍵是泥漿的運(yùn)動(dòng)狀況只有改善固體粒子相對(duì)過(guò)流部件表面的流動(dòng)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(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)是指在一定時(shí)空范圍里運(yùn)動(dòng)粒子的方向和速度的綜合表現(xiàn)人們通過(guò)大量試驗(yàn)研究得出了下述結(jié)論筆者根據(jù)設(shè)計(jì)中的體會(huì)對(duì)這些結(jié)論作簡(jiǎn)要?dú)w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(lèi)形態(tài)及速度的變化而變化對(duì)于典型的塑性材料當(dāng)粒子攻角為時(shí)沖蝕率達(dá)到zui大值對(duì)于脆性材料zui大沖蝕率出現(xiàn)在攻角為的情況對(duì)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(duì)于典型的脆性材料對(duì)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(xiàng)起主要作用而高攻角下脆性項(xiàng)起主要作用這就是說(shuō)必須根據(jù)材料特征在設(shè)計(jì)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(jì)中避免發(fā)生攻角或?qū)Υ颂幾霰砻鎻?qiáng)化處理粒子運(yùn)動(dòng)速度對(duì)沖蝕率大小的影響通過(guò)對(duì)諸多材料不同種類(lèi)粒子不同攻角的大量實(shí)驗(yàn)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(lèi)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(jì)中必須考慮降低漿體在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(kāi)始出現(xiàn)沖蝕的角度實(shí)際磨料尺寸磨料用量的線性函數(shù)通過(guò)上述經(jīng)驗(yàn)公式可以看出沖蝕率與諸多因子有關(guān)在實(shí)際設(shè)計(jì)中確實(shí)很難定量把握但上述影響的趨勢(shì)和原則應(yīng)結(jié)合水力設(shè)計(jì)盡可能予以考慮過(guò)流部件表面強(qiáng)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(zhǎng)泥漿泵的工作壽命或擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍鑒于泥漿泵過(guò)流部件形狀比較復(fù)雜對(duì)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(kuò)散涂層等眾多表面強(qiáng)化處理工藝中筆者傾向于采用原料來(lái)源豐富價(jià)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(kuò)散涂層法來(lái)形成抗沖蝕層這對(duì)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(jì)中對(duì)葉輪軸套等部件均采用作基材然后再進(jìn)行強(qiáng)化處理實(shí)現(xiàn)高性?xún)r(jià)比張又良等立式泥漿泵抗沖蝕應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)際設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(kuò)散能力比鋁大得多在共滲溫度時(shí)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(qiáng)度和耐磨性這種方法簡(jiǎn)單易行成本較低共滲層較厚共滲時(shí)間較短綜合機(jī)械化學(xué)性能較高使用壽命長(zhǎng)比未采用此法延長(zhǎng)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(guò)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(shí)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(dòng)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(wèn)題之一。以上有上海耐勵(lì)泵業(yè)提供。