一種內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵的制作方法
【專利摘要】一種內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵是一種泵殼內襯及葉輪為整體碳化硅陶瓷材料或葉輪內襯金屬骨架的陶瓷材料制成，具有耐磨、耐腐蝕特性的離心泵；用于煙氣脫硫系統(tǒng)輸送漿液或其它強磨蝕、強腐蝕溶液。本發(fā)明提供一種金屬外殼與內襯碳化硅緊密結合為一體，以及葉輪為整體碳化硅材料所構成的既耐磨蝕，又耐腐蝕的離心陶瓷脫硫泵，及其制造工藝。本發(fā)明包括渦室為螺旋形的泵體，其特征在于：泵體內襯為陶瓷內襯，葉輪螺母具有陶瓷層，以及葉輪整體為陶瓷制成，并且在葉輪的前蓋板內設置有前蓋板芯骨，在葉輪的后蓋板內設置有后蓋板芯骨，以及在葉輪的葉片內設置有葉片芯骨。
【專利說明】—種內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離心泵，尤其是一種泵殼內襯及葉輪為整體碳化硅陶瓷材料或葉輪內襯金屬骨架的陶瓷材料制成，具有耐磨、耐腐蝕特性的離心泵；用于煙氣脫硫系統(tǒng)輸送漿液或其它強磨蝕、強腐蝕溶液。
【背景技術】
[0002]脫硫泵屬于離心式漿料泵，主要用于濕法煙氣脫硫裝置。濕法脫硫技術是世界上應用最多、最為成熟的技術，脫硫效率可高達95%以上；是我國火電燃煤機組重點應用的脫硫技術。而脫硫泵作為漿液循環(huán)泵則是煙氣脫硫裝置中的關鍵設備。
[0003]濕法煙氣脫硫裝置中，泵輸送的介質為石灰石漿液或石膏漿液，漿液中介質的酸堿度ΡΗ=4.0-9.0, 一般呈酸性，Cl含量約為20000ppm，最高達60000ppm，漿液重量濃度為20%-35%，最高達60%，漿液密度為1.1-1.5t/m3漿液平均溫度20°C，最高50°C，漿液的粒度為0.03-0.07mm,由于鍋爐排放煙汽溫度較高(180°C )，相對濕度3%n，含煤和各種腐蝕性成分，如SO2、NO2、HCl及鹽霧；因此在脫硫過程中，漿液具有酸堿介質交替特性，對設備腐蝕嚴重，特別是含有大量Cl離子，容易造成點蝕。且介質中含有的固體顆粒，會加速材料的磨損，所以要求脫硫泵過流件的材料既抗磨損，又必須耐腐蝕。
[0004]目前，國內外解決煙氣脫硫泵的耐蝕、耐磨蝕問題，按照過流部件的材質可分為三大類:(I)以德國KSB公司為代表的全金屬脫硫泵；(2)以澳大利亞WARMAN公司為代表的金屬+橡膠襯里的脫硫泵；(3)以德國Duechting公司為代表的金屬+陶瓷襯里脫硫泵。
[0005](I)全金屬脫硫泵:金屬材料強度高，剛性和韌性好，種類相對較多。因此，金屬泵的應用領域十分廣泛。但是，金屬材料耐腐蝕性、耐磨性差，難于勝任既耐腐蝕，又耐磨蝕的要求。
[0006](2)金屬+橡膠襯里泵的天然橡膠，其彈性大，抗變形能力強，因此可以吸收漿液對其的沖擊，對抗Cl離子的腐蝕性也很強。但是，天然橡膠的抗切割性較差，具有易水解的性能；且在高速沖擊時，其水解的性能加劇。襯膠在經過漿液的磨損后和泵體內出現真空時，膠體很容易脫落，會導致吸收塔噴淋層的噴嘴堵塞，這種堵塞會降低脫硫效率。
[0007]在制作工藝上，襯膠模壓后有較大的收縮，收縮程度的控制是決定成品質量好壞的關鍵，殼體鑄件與襯膠結合面形狀與尺寸很難達到相關的精度，這就嚴重的影響了泵的使用可靠性。
[0008](3)金屬+陶瓷襯里脫硫泵:碳化硅陶瓷材料硬度高、耐高溫，抗腐蝕性和耐磨損性優(yōu)越。隨著材料制備工藝和復合材料技術的發(fā)展，陶瓷材料的脆性大大改善，具有高強、高韌、高硬，耐高溫、耐腐蝕、耐磨損高的性能，特別適用于輸送有磨損和腐蝕性的流體。
[0009]碳化硅陶瓷泵特點有:1、高硬度:一般硬度大于HRA80以上，最高可達到HRA92以上。2、強度高:氧化鋁陶瓷的抗壓強度大于800 MPa;碳化硅/碳化硼復合陶瓷，其彎曲強度即使在1400°C左右的高溫下，仍可達500?600MPa。3、耐磨蝕性能好:是普通碳鋼的200倍以上，高鉻鑄鐵的10倍以上，比耐磨橡膠高幾倍至幾十倍以上。使用壽命可提高五倍以上，性價比可提高3倍以上。
[0010]具有代表性的國內外公司及其產品特點介紹:(I)德國KSB公司是全金屬脫硫泵的代表，僅脫硫泵的金屬材料就有十幾種。從2006年以來，其脫硫泵的過流部件也采用內襯碳化娃陶瓷(Cerami cpolySic),但葉輪仍采用金屬材料，所以，金屬材料的葉輪就限制了脫硫泵的使用壽命，其結構圖見附圖1。
[0011](2)德國Duechting公司是專業(yè)生產脫硫系統(tǒng)用泵的公司，在90年代就采用SiCcast熱澆注碳化硅陶瓷，并注冊了專利。脫硫泵主要應用在歐洲脫硫市場，葉輪采用Siccas陶瓷材料,耐磨蝕,抗腐蝕性能好。然而，德國Duechting泵體結構為徑向剖分,導致平面加工的難度增大；而且，平面結合處的密封性能降低，其結構見附圖2。
[0012](3)澳大利亞WARMAN公司的脫硫泵為內襯橡膠，受到橡膠固有性能的限制，存在壽命過短，膠體易脫落，膠體顆粒易堵塞噴嘴等。
[0013](4)專利申請?zhí)柗謩e為:20121046417.2和201210464114.2的碳化硅內襯離心泵，一種是采取拼裝組合的方式制造殼體內腔，葉輪為開式葉輪，金屬外殼和陶瓷內襯是分離的。另外一種是在金屬外殼和陶瓷內襯之間增加了塑料填充層，以緩解外殼所承受的徑向力。由于其采用先加工陶瓷內襯，后將陶瓷內襯嵌入泵體金屬外殼的方式，因此這兩種結構泵的殼體流道只能做成規(guī)則的環(huán)形，泵的外形尺寸也不能做太大，導致使用性能范圍受限，流量僅在400m3/h以下，同時泵的效率要比正常泵低。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明就是為了解決【背景技術】所述的碳化硅陶瓷材料在脫硫泵上的應用問題，提供了 一種金屬外殼與內襯碳化娃緊密結合為一體，以及葉輪為整體碳化娃材料所構成的既耐磨蝕，又耐腐蝕的離心陶瓷脫硫泵，及其制造工藝。
[0015]為實現本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案。
[0016]本發(fā)明包括泵體，泵體的渦室為螺旋形，泵體的兩側分別設置有前護板和后護板，軸與后護板之間設置有機械密封部件，軸的一側具有軸承部件，軸在泵體內一側與葉輪相連，軸通過鍵帶動葉輪旋轉，葉輪螺母將葉輪固定在軸端，其特征在于:泵體內襯為陶瓷內襯，葉輪螺母具有陶瓷層，以及葉輪整體為陶瓷制成，并且在葉輪的前蓋板內設置有前蓋板芯骨，在葉輪的后蓋板內設置有后蓋板芯骨，以及在葉輪的葉片內設置有葉片芯骨。
[0017]進一步地，所述的陶瓷材料是碳化硅。
[0018]要保證陶瓷材料具有高的抗拉、抗彎強度，而且要使陶瓷體和金屬形成高強度結合，粘合劑本身也應具有耐腐蝕性。通過實驗對比不同的無機和有機結合劑的操作性能和粘結強度。因此更進一步地，所述泵體內襯陶瓷層，以及葉輪螺母的陶瓷層與泵體及葉輪螺母之間使用的結合劑為環(huán)氧樹脂。
[0019]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述泵體內襯陶瓷層，以及葉輪螺母的陶瓷層的厚度為 20_35mm。
[0020]本發(fā)明碳化硅襯里脫硫泵的過流部件襯有凝結固化碳化硅材料，澆注的碳化硅陶瓷材料與金屬外殼內表面緊密的粘合在一起，構成一定厚度的碳化硅陶瓷層，脫硫泵的結構和工藝保證了澆注后的金屬外殼和碳化硅陶瓷襯里融為一體，由碳化硅材料所構成的過流部件可以適應各種復雜工況的要求。[0021]根據脫硫泵規(guī)格和性能參數的不同，澆注的厚度也不同，見下表。
【權利要求】
1.一種內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵，包括泵體(2)，泵體(2)的渦室(14)為螺旋形，泵體(2)的兩側分別設置有前護板(I)和后護板(5)，軸(8)與后護板(5)之間設置有機械密封部件(6 )，軸(8 )的一側具有軸承部件(7 )，軸(8 )在泵體(2 )內一側與葉輪(3 )相連，軸(8 )通過鍵帶動葉輪(3 )旋轉，葉輪螺母(4 )將葉輪(3 )固定在軸(8 )端， 其特征在于:泵體2內襯為陶瓷內襯，葉輪螺母4具有陶瓷層9，以及葉輪(3)整體為陶瓷制成，并且在葉輪(3 )的前蓋板內設置有前蓋板芯骨(32 )，在葉輪(3 )的后蓋板內設置有后蓋板芯骨(33)，以及在葉輪(3)的葉片(36)內設置有葉片芯骨(35)。
2.如權利要求1所述的內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵，其特征在于:所述的陶瓷材料是碳化硅。
3.如權利要求2所述的內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵，其特征在于:所述泵體(2)內襯陶瓷層(9)，以及葉輪螺母(4)的陶瓷層(9)與泵體(2)及葉輪螺母(4)之間使用的結合劑為環(huán)氧樹脂。
4.如權利要求3所述的內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵，其特征在于:所述泵體(2)內襯陶瓷層(9)，以及葉輪螺母(4)的陶瓷層(9)的厚度為優(yōu)選20-35。
5.如權利要求1所述的內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵，其特征在于:本發(fā)明泵體(2)的軸封采用集裝式機械密封，單端面，小彈簧結構；并在葉輪(3)上設置有過流孔(10)，以及在機封壓蓋上還可以留有沖洗孔(11)。
6.如權利要求1所述的內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵，其特征在于:本發(fā)明的葉輪(3)與軸采用鍵連接的方式，通過鍵來傳遞扭矩；葉輪(3)采用雙重固定的方式，先由兩個圓螺母(48)固定，然后，再用葉輪螺母(4)固定；且在葉輪螺母(48)上還設置了兩道密封(密封墊49及密封圈50)。
7.如權利要求1所述的脫硫泵，其特征在于:本發(fā)明的軸承部件由軸承托架和軸承體兩個主要零件構成，軸承體可以在軸承托架上做軸向移動；且軸承采用稀油潤滑的方式，若大型陶瓷脫硫泵的軸承體內還應裝有冷卻器。
8.如權利要求1所述的內襯碳化硅陶瓷的脫硫泵，其特征在于:所述內置芯骨的厚度為主體件厚度的(1/4)。
9.本發(fā)明陶瓷脫硫泵的制造工藝，其特征在于: (1)泵體(2)是鑄造金屬外殼，按照常規(guī)加工工藝，完成泵體(2 )外殼的機械加工；金屬外殼的內在尺寸要達到JB/T6879《離心泵鑄件過流部位尺寸公差》的要求； (2)泵體金屬外殼內置泵體芯模 將泵體(2)的螺旋形渦室(14)分為八個斷面，每相鄰兩斷面之間形成的渦室(14)的體積是均勻增加的，斷面的面積依次增大，其中第八斷面的面積最大，斷面的形狀全部呈梯形或全部呈圓形；每一渦室(14)內均設置有若干可徑向首尾拼接組合成相應渦室(14)形狀的芯盒(27)，所述的芯盒(27)均由左側部(21)、右側部(19)，以及中間抽頭(24)構成，其中左側部(21)和左定位板(23)通過螺栓固定在金屬外殼的前止口(22)上，右側部(19)和右定位板(17)通過螺栓固定在金屬外殼的后止口(18)上，中間抽頭(24)通過螺栓分別與其兩側的左側部(21)和右側部(19)連接；在第七渦室(14)與金屬外殼的出口之間還設置有倒圓臺形的擴展管芯盒(25)，所述的擴展管芯盒(25)通過螺栓固定在金屬外殼的出口法蘭(26)上，所有芯盒(27)依次首尾拼接構成泵體(2)金屬外殼的泵體芯模(16)，泵體芯模(16)與金屬外殼之間形成的型腔(20)，即為澆注陶瓷的型腔(20);裝配時，先將右定位板(17) 固定在泵體(2)金屬外殼上，然后將右側部(19)各塊固定在右定位板(17)上，接著將左定位板(23)固定在泵體(2)金屬外殼上，以及將左側部(21)各塊與右側部(19)各塊對應地固定在左定位板(23)上，再將中間抽塊(24)裝入相應的部位，擰緊固定螺栓，最后裝入泵體(2)的擴展管芯盒(25)，與出口法蘭(26)固定好，此時泵體芯模(16)的安裝結束，泵體芯模(16)的外形尺寸公差和形狀位置公差必須控制在±0.3之內； 具體地，所述的芯盒(27)采用金屬芯盒(27)，所述的金屬為鋁合金； (3)在泵體型腔內澆注陶瓷 泵體芯模(16)固定后，泵體芯模(16)與金屬外殼之間形成了符合水力尺寸要求的型腔(20)，型腔(20)的徑向大小即為澆注碳化硅陶瓷的厚度；采用真空澆注的方法(即向型腔20的一端澆注碳化硅陶瓷，在型腔20的另一端開啟真空泵)，澆注碳化硅陶瓷材料，然后進行加溫固化，溫度150-200度，固化時間在15-20小時，使碳化硅陶瓷緊密地粘合在金屬外殼的內表面上；然后，拆卸泵體芯模(16)； (4)陶瓷葉輪的制作 制作陶瓷葉輪(3)的葉輪模具包括上模(29)和下模(28)，下模(28)固定在金屬輪轂(34)上，金屬輪轂(34)的一端與定位芯軸(30)連接，上模(29)固定在定位芯軸(30)上，上模(29)和下模(28)形成的閉合腔內設置有若干形狀、大小相同的葉輪芯模，相鄰葉輪芯模間形成的空間即為葉片的型腔，葉輪芯模與上模(29)和下模(28)之間分別形成前蓋板和后蓋板的型腔； 在葉輪(3)的前蓋板、后蓋板，及葉片中加入金屬的芯骨(不銹鋼)，并用金屬材料(不銹鋼)制作葉輪的輪轂； 所述的葉輪芯模是由石膏制成； 裝配時，首先將下模(28)與金屬輪轂(34)固定連接，在金屬輪轂(34)上放置定位芯軸(30)，然后放入預先制作好的葉輪芯模，再蓋上上模(29)，并用螺栓將上模(29)和下模(28)把合；組裝完畢后，從上模(29)上得澆注孔澆注碳化硅材料，然后固化成型，溫度150-200度，固化時間在15-20小時； (5)前護板和后護板陶瓷層的制作 首先通過機械加工完成前護板(I)金屬外殼的加工，然后，將前護板模具A (37)安裝在前護板(I)金屬外殼的外側上方，將前護板模具B (38)(具有澆注孔)安裝在前護板(I)金屬外殼的上方，將前護板模具C (39)和前護板模具D (40)分別安裝在前護板(I)金屬外殼內側的上方和下方，前護板模具E (41)設置在前護板(I)金屬外殼的下方(在前護板模具E (41)的下方放置墊塊)，前護板模具A、B、C、D、E與前護板(I)金屬外殼構成型腔，按照上述相同的工藝完成碳化硅陶瓷的澆注； 首先通過機械加工完成后護板(5)金屬外殼的加工，然后，將后護板模具A (42)安裝在后護板(5)的內側，后護板模具C (44)安裝在后護板(5)的外側，后護板模具B (43)安裝在后護板(5)的上方(具有澆注孔)，在后護板(5)的下方放置墊塊，后護板模具A、B、C與后護板(5)金屬外殼構成型腔，按照上述相同的工藝完成碳化硅陶瓷的澆注； (6)葉輪螺母陶瓷層的制作 先通過機械加工完成葉輪螺母(4)的加工，然后，將葉輪螺母模具A (45)、葉輪螺母模具B (46)分別設置在葉輪螺母的上方和下方，葉輪螺母模具C (47)設置在葉輪螺母內側，與葉輪螺母組裝一體，構 成葉輪螺母型腔，按照上述相同的工藝完成碳化硅陶瓷的澆注。
【文檔編號】C04B35/622GK103982442SQ201410219883
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權日:2014年5月22日
【發(fā)明者】宋景堯, 郭敏, 韓毅, 張景云, 袁宗久, 于曉濱, 高殿志, 鄒云祥, 崔韌, 馬士季, 劉嘯, 董明, 劉振宇, 曹圣東, 范匯超, 路建民 申請人:沈陽第一水泵有限責任公司