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立式泥浆泵抗冲蚀应用设计寿命的主要问题从水力设计结构设计过流部件材料选择和表面强化处理工艺等几个方面进行了初步分析归纳出设计中应重点考虑的主要因素提出了表面强化处理和密封结构的实用方案立式泥浆泵抗冲蚀应用设计 移动作业立式泥浆泵具有操作简单移动方便价格适中等许多优点因而被广泛应用于疏浚河渠围堤筑堰挖掘鱼塘修筑台田清淤排污输送液肥和煤泥等工农业生产中的许多领域，这种泵输送的介质是以泥浆为主的多种固液两相流浆体，介质中所含的固体粒子硬度往往高于泵过流部件材质的硬度加之流道内介质的运动状态又十分复杂因此冲蚀破坏严重无故障工作时间短，这已成为影响这种泵使用寿命的突出问题，目前许多人将这种泵称之为星期泵意思是说新安装的泵仅连续使用一个星期就会出现故障要保持正常作业需要不断更换零部件不但使用成本增加也常常延误工期使许多用户叫苦不迭，如何提高立式泥浆泵的抗冲蚀性能延长其工作寿命笔者结合自己的设计实践进行了初步探讨，立式泥浆泵工作寿命短的原因分析造成立式泥浆泵寿命短的主要原因是固液两相流浆体对泵过流部件和密封件的严重冲蚀破坏和汽蚀破坏，冲蚀和汽蚀是两种不同机理。 不同方式的破坏现象外观表现也有明显差别，冲蚀破坏是在泵过流部件表面形成鱼鳞坑或与液流方向一致的沟槽而汽蚀破坏是在泵过流部件表面形成针状孔或蜂窝状凹陷，两者可以互为因果恶性循环，在固液两相流浆体流场中冲蚀和汽蚀往往相辅相成互相叠加加剧泥浆泵的破坏，在使用现场随处可见替换下来的叶轮。 壳体等泥浆泵零部件其叶片变得薄如蝉翼叶轮后盖板坑坑凹凹壳体多处穿孔密封轴套深痕遍体大都是由上述原因造成的，影响立式泥浆泵抗冲蚀性能的因素要想提高泥浆泵的工作寿命就必须使其能够抵御上述两种严酷的复合型破坏，就设计角度而言应从泥浆泵水力设计。 结构设计。 材料选择和过流部件表面强化工艺确定等几个方面综合考虑，固液两相流浆体在流场内的运动情况甚为复杂影响因子很多规律尚在探索之中其水力设计理论基本上处在初创阶段很难对设计做出具体指导，本文仅对冲蚀破坏现象作简要分析，冲蚀也称侵蚀或磨蚀是指物体表面受到小而松散的流动粒子冲击时出现大量材料流失破坏的一种磨损现象，在每秒数米的速度下冲蚀便足以对泥沙浆过流部件表面造成损伤，如果介质在泵内流动中出现绕流则冲蚀和汽蚀可能会联合作用于过流部件材料表面而加剧破坏，从冲蚀发生的环境。 条件及材料破坏特征来分析影响冲蚀的主要因素如下环境因素攻角粒子流动轨迹与材料表面的夹角介质速度。 介质浓度。 冲击时间。 环境排灌机械温度等粒子性能粒度形态硬度密度可破碎性等靶材工作部件材料的硬度热物理性能及机械性能等剔除客观因素笔者认为影响泥浆泵结构材料在流场中破坏程度的关键是泥浆的运动状况只有改善固体粒子相对过流部件表面的流动状态才有可能从根本上提高泥浆泵的抗冲蚀能力提高立式泥浆泵工作寿命的途径改善两相流浆体在流场内的运动状态流动状态是指在一定时空范围里运动粒子的方向和速度的综合表现人们通过大量试验研究得出了下述结论笔者根据设计中的体会对这些结论作简要归纳攻角与冲蚀率被单位粒子冲蚀的材料表面质量的关系攻角几乎不随粒子的种类形态及速度的变化而变化对于典型的塑性材料当粒子攻角为时冲蚀率达到最大值对于脆性材料最大冲蚀率出现在攻角为的情况对于两种典型材料的冲蚀破坏攻角与冲蚀率的关系可以表达为式中冲蚀率攻角常数上式中对于典型的脆性材料对于塑性材料许多工程材料往往表现出介于脆性与塑性材料之间的性能因此低攻角下塑性项起主要作用而高攻角下脆性项起主要作用这就是说必须根据材料特征在设计中调整攻角大小降低材料冲蚀率如果工作部件选择铸铁它是典型的脆性材料就要在设计中避免发生攻角或对此处做表面强化处理粒子运动速度对冲蚀率大小的影响通过对诸多材料不同种类粒子不同攻角的大量实验研究得出以下公式式中粒子速度粒子速度指数常数通常取速度系数随粒子类别不同而确定和的值在之间低攻角下值也小随攻角增加稍有上升由此可以看出在设计中必须考虑降低浆体在流场中的运动速度目前通常采用加宽加大流道的办法冲蚀率与其它因素的关系以铸铁为例当攻角为时由于受到流速为的浆体冲蚀其冲蚀率与各参数之间的关系可表达为式中粒子硬度与材料硬度之比硬度影响指数泥浆浓度混合液密度液相密度固体粒子密度液相密度初始攻角开始出现冲蚀的角度实际磨料尺寸磨料用量的线性函数通过上述经验公式可以看出冲蚀率与诸多因子有关在实际设计中确实很难定量把握但上述影响的趋势和原则应结合水力设计尽可能予以考虑过流部件表面强化处理工艺的选择为了提高材料的抗冲蚀性能可以在金属或合金表面施加一层具有特殊性能的材料或防护层以得到耐蚀耐磨或其它性能从而延长泥浆泵的工作寿命或扩大材料的应用范围鉴于泥浆泵过流部件形状比较复杂对表面粗糙度要求很高因此在诸如电镀化学镀气相沉淀热喷涂堆焊热处理扩散涂层等众多表面强化处理工艺中笔者倾向于采用原料来源丰富价格低廉加工性能好的材料待加工成部件后再进行表面处理用扩散涂层法来形成抗冲蚀层这对传统工艺改变不大易被生产厂家接受在笔者的设计中对叶轮轴套等部件均采用作基材然后再进行强化处理实现高性价比张又良等立式泥浆泵抗冲蚀应用设计实际设计中笔者选择了太原工业大学老师研究的硼砂熔盐中进行硼铝共渗新工艺该工艺的基本原理是在硼砂熔盐中加适量铝粉等即可实现硼铝共渗共渗剂热解方程式如下反应生成物是不稳定化合物可被一些和氧亲和力大于硼的活性元素还原出硼吸附于材料表面而实现渗硼若加入适量铝等共渗剂除能置换出活性硼原子外还有相当数量的游离活性铝原子同时吸附于材料表面达到硼铝共渗其化学反应式如下因硼的原子半径为比铝的小得多所以硼在铁中的扩散能力比铝大得多在共渗温度时硼渗入占主导地位生成数量较多的硼原子与铝铁生成化合物此外在共渗层中还含有等复合化合物的弥散可以进一步提高硼铝共渗层的硬度强度和耐磨性这种方法简单易行成本较低共渗层较厚共渗时间较短综合机械化学性能较高使用寿命长比未采用此法延长倍所需设备不多易在生产中推广应用中低碳钢及低碳合金钢经过熔盐中硼铝共渗后渗层厚度可达到硬度可达到且具有很好的耐磨耐蚀性能可以取代一些不锈钢及耐热钢的小型零件采用此方法后实践证明效果非常显著立式泥浆泵密封方案的选择由于立式泥浆泵需要移动作业密封部位不易加注清洁水所以采用固定式泥浆泵的办法很难奏效因而密封件工作不可靠失效频繁也就成了影响该泵寿命的主要问题之一笔者对以下三种密封结构形式见图图作了分析对比图所示的密封结构是现有立式泥浆泵采用的主要型式其叶轮上有平衡孔以消除背部压力密封件为四对油封其间加注黄油其主要优点是结构简单但平衡孔既对入口介质的流动有干扰影响水力效率又很难平衡掉背部的全部压力残余压力仍使泥浆挤压密封件极易造成磨损一旦密封损坏泥沙直接窜入前轴承会造成严重故障必须频繁维修因此这种结构型式很难在粒子浓度大的泥浆泵中采用图现有立式泥浆泵主要形式图改进后的形式去掉平衡孔增加背叶片图下反吸入！叶轮反向安装结构形式6）泵轴！轴承密封件7叶轮1壳体排灌机械图所示的结构方案是去掉平衡孔增加了背叶片副叶片只要设计合理工作时可以完全平衡掉全部背压并可形成抽吸力使泥浆难以侵入油封是延长密封件使用寿命的有效办法但结构较复杂功率消耗也较大停机时仍有泥沙进入密封权衡利弊笔者认为虽然会损失掉一部分功率但工作寿命可以大大延长此方案可取图所示的结构方案是将吸入口由正面吸入改为下反吸入叶轮反向安装这时泵叶轮既是工作叶轮又起背叶片和副叶片的功能工作时叶轮的抽吸作用使泥沙难以侵入油封结构也比较简单但由于轴和轴套贯穿泵体使过流面积缩小对通过物的大小有一定影响对杂物缠绕敏感不易在多草地区作业实际设计中笔者选择了图和图所示的结构作为实施方案结束语本文针对影响立式泥浆泵抗冲蚀性能的主要问题从水力设计结构设计过流部件材料选择和表面强化处理工艺等几个方面进行了初步分析归纳出设计中应重点考虑的主要因素提出了表面强化处理和密封结构的实用方案可供泥浆泵设计和研究人员参考尽管国内外对各类以泥浆为介质的水力机械的冲蚀和汽蚀破坏现象做过许多试验和研究但因情况繁杂影响因素多至今说明其机理带有普遍指导意义的理论成果尚处在开创期真正能用于设计的定量分析和计算方法还远未达到实用阶段这就给具体设计带来了一定困难如何从理论和实践上解决泥浆泵的寿命问题还需要继续进行研究和探索。
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