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专利名称
一种内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵制作方法
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发明者
宋景尧, 郭敏, 韩毅, 张景云, 袁宗久, 于晓滨, 高殿志, 邹云祥, 崔韧, 马士季, 刘啸, 董明, 刘振宇, 曹圣东, 范汇超, 路建民
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公开日
2014年8月13日
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申请日期
2014年5月22日
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优先权日
2014年5月22日
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申请人
沈阳第一水泵有限责任公司
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文档编号
C04B35/622GK103982442SQ201410219883
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关键字
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权利要求
1.一种内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵，包括泵体(2)，泵体(2)的涡室(14)为螺旋形，泵体(2)的两侧分别设置有前护板(I)和后护板(5)，轴(8)与后护板(5)之间设置有机械密封部件(6 )，轴(8 )的一侧具有轴承部件(7 )，轴(8 )在泵体(2 )内一侧与叶轮(3 )相连，轴(8 )通过键带动叶轮(3 )旋转，叶轮螺母(4 )将叶轮(3 )固定在轴(8 )端， 其特征在于泵体2内衬为陶瓷内衬，叶轮螺母4具有陶瓷层9，以及叶轮(3)整体为陶瓷制成，并且在叶轮(3 )的前盖板内设置有前盖板芯骨(32 )，在叶轮(3 )的后盖板内设置有后盖板芯骨(33)，以及在叶轮(3)的叶片(36)内设置有叶片芯骨(35)2.如权利要求1所述的内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵，其特征在于所述的陶瓷材料是碳化硅3.如权利要求2所述的内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵，其特征在于所述泵体(2)内衬陶瓷层(9)，以及叶轮螺母(4)的陶瓷层(9)与泵体(2)及叶轮螺母(4)之间使用的结合剂为环氧树脂4.如权利要求3所述的内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵，其特征在于所述泵体(2)内衬陶瓷层(9)，以及叶轮螺母(4)的陶瓷层(9)的厚度为优选20-355.如权利要求1所述的内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵，其特征在于本发明泵体(2)的轴封采用集装式机械密封，单端面，小弹簧结构；并在叶轮(3)上设置有过流孔(10)，以及在机封压盖上还可以留有冲洗孔(11)6.如权利要求1所述的内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵，其特征在于本发明的叶轮(3)与轴采用键连接的方式，通过键来传递扭矩；叶轮(3)采用双重固定的方式，先由两个圆螺母(48)固定，然后，再用叶轮螺母(4)固定；且在叶轮螺母(48)上还设置了两道密封(密封垫49及密封圈50)7.如权利要求1所述的脱硫泵，其特征在于本发明的轴承部件由轴承托架和轴承体两个主要零件构成，轴承体可以在轴承托架上做轴向移动；且轴承采用稀油润滑的方式，若大型陶瓷脱硫泵的轴承体内还应装有冷却器8.如权利要求1所述的内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵，其特征在于所述内置芯骨的厚度为主体件厚度的(1/4)9.本发明陶瓷脱硫泵的制造工艺，其特征在于 (1)泵体(2)是铸造金属外壳，按照常规加工工艺，完成泵体(2 )外壳的机械加工；金属外壳的内在尺寸要达到JB/T6879《离心泵铸件过流部位尺寸公差》的要求； (2)泵体金属外壳内置泵体芯模 将泵体(2)的螺旋形涡室(14)分为八个断面，每相邻两断面之间形成的涡室(14)的体积是均匀增加的，断面的面积依次增大，其中第八断面的面积最大，断面的形状全部呈梯形或全部呈圆形；每一涡室(14)内均设置有若干可径向首尾拼接组合成相应涡室(14)形状的芯盒(27)，所述的芯盒(27)均由左侧部(21)、右侧部(19)，以及中间抽头(24)构成，其中左侧部(21)和左定位板(23)通过螺栓固定在金属外壳的前止口(22)上，右侧部(19)和右定位板(17)通过螺栓固定在金属外壳的后止口(18)上，中间抽头(24)通过螺栓分别与其两侧的左侧部(21)和右侧部(19)连接；在第七涡室(14)与金属外壳的出口之间还设置有倒圆台形的扩展管芯盒(25)，所述的扩展管芯盒(25)通过螺栓固定在金属外壳的出口法兰(26)上，所有芯盒(27)依次首尾拼接构成泵体(2)金属外壳的泵体芯模(16)，泵体芯模(16)与金属外壳之间形成的型腔(20)，即为浇注陶瓷的型腔(20);装配时，先将右定位板(17) 固定在泵体(2)金属外壳上，然后将右侧部(19)各块固定在右定位板(17)上，接着将左定位板(23)固定在泵体(2)金属外壳上，以及将左侧部(21)各块与右侧部(19)各块对应地固定在左定位板(23)上，再将中间抽块(24)装入相应的部位，拧紧固定螺栓，最后装入泵体(2)的扩展管芯盒(25)，与出口法兰(26)固定好，此时泵体芯模(16)的安装结束，泵体芯模(16)的外形尺寸公差和形状位置公差必须控制在±0.3之内； 具体地，所述的芯盒(27)采用金属芯盒(27)，所述的金属为铝合金； (3)在泵体型腔内浇注陶瓷 泵体芯模(16)固定后，泵体芯模(16)与金属外壳之间形成了符合水力尺寸要求的型腔(20)，型腔(20)的径向大小即为浇注碳化硅陶瓷的厚度；采用真空浇注的方法(即向型腔20的一端浇注碳化硅陶瓷，在型腔20的另一端开启真空泵)，浇注碳化硅陶瓷材料，然后进行加温固化，温度150-200度，固化时间在15-20小时，使碳化硅陶瓷紧密地粘合在金属外壳的内表面上；然后，拆卸泵体芯模(16)； (4)陶瓷叶轮的制作 制作陶瓷叶轮(3)的叶轮模具包括上模(29)和下模(28)，下模(28)固定在金属轮毂(34)上，金属轮毂(34)的一端与定位芯轴(30)连接，上模(29)固定在定位芯轴(30)上，上模(29)和下模(28)形成的闭合腔内设置有若干形状、大小相同的叶轮芯模，相邻叶轮芯模间形成的空间即为叶片的型腔，叶轮芯模与上模(29)和下模(28)之间分别形成前盖板和后盖板的型腔； 在叶轮(3)的前盖板、后盖板，及叶片中加入金属的芯骨(不锈钢)，并用金属材料(不锈钢)制作叶轮的轮毂； 所述的叶轮芯模是由石膏制成； 装配时，首先将下模(28)与金属轮毂(34)固定连接，在金属轮毂(34)上放置定位芯轴(30)，然后放入预先制作好的叶轮芯模，再盖上上模(29)，并用螺栓将上模(29)和下模(28)把合；组装完毕后，从上模(29)上得浇注孔浇注碳化硅材料，然后固化成型，温度150-200度，固化时间在15-20小时； (5)前护板和后护板陶瓷层的制作 首先通过机械加工完成前护板(I)金属外壳的加工，然后，将前护板模具A (37)安装在前护板(I)金属外壳的外侧上方，将前护板模具B (38)(具有浇注孔)安装在前护板(I)金属外壳的上方，将前护板模具C (39)和前护板模具D (40)分别安装在前护板(I)金属外壳内侧的上方和下方，前护板模具E (41)设置在前护板(I)金属外壳的下方(在前护板模具E (41)的下方放置垫块)，前护板模具A、B、C、D、E与前护板(I)金属外壳构成型腔，按照上述相同的工艺完成碳化硅陶瓷的浇注； 首先通过机械加工完成后护板(5)金属外壳的加工，然后，将后护板模具A (42)安装在后护板(5)的内侧，后护板模具C (44)安装在后护板(5)的外侧，后护板模具B (43)安装在后护板(5)的上方(具有浇注孔)，在后护板(5)的下方放置垫块，后护板模具A、B、C与后护板(5)金属外壳构成型腔，按照上述相同的工艺完成碳化硅陶瓷的浇注； (6)叶轮螺母陶瓷层的制作 先通过机械加工完成叶轮螺母(4)的加工，然后，将叶轮螺母模具A (45)、叶轮螺母模具B (46)分别设置在叶轮螺母的上方和下方，叶轮螺母模具C (47)设置在叶轮螺母内侧，与叶轮螺母组装一体，构 成叶轮螺母型腔，按照上述相同的工艺完成碳化硅陶瓷的浇注
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技术领域
[0001]本发明涉及一种离心泵，尤其是一种泵壳内衬及叶轮为整体碳化硅陶瓷材料或叶轮内衬金属骨架的陶瓷材料制成，具有耐磨、耐腐蚀特性的离心泵；用于烟气脱硫系统输送浆液或其它强磨蚀、强腐蚀溶液
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专利摘要
一种内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵是一种泵壳内衬及叶轮为整体碳化硅陶瓷材料或叶轮内衬金属骨架的陶瓷材料制成，具有耐磨、耐腐蚀特性的离心泵；用于烟气脱硫系统输送浆液或其它强磨蚀、强腐蚀溶液。本发明提供一种金属外壳与内衬碳化硅紧密结合为一体，以及叶轮为整体碳化硅材料所构成的既耐磨蚀，又耐腐蚀的离心陶瓷脱硫泵，及其制造工艺。本发明包括涡室为螺旋形的泵体，其特征在于泵体内衬为陶瓷内衬，叶轮螺母具有陶瓷层，以及叶轮整体为陶瓷制成，并且在叶轮的前盖板内设置有前盖板芯骨，在叶轮的后盖板内设置有后盖板芯骨，以及在叶轮的叶片内设置有叶片芯骨。
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发明内容
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专利说明
—种内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵
一种内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵的制作方法[0002]脱硫泵属于离心式浆料泵，主要用于湿法烟气脱硫装置。湿法脱硫技术是世界上应用最多、最为成熟的技术，脱硫效率可高达95%以上；是我国火电燃煤机组重点应用的脱硫技术。而脱硫泵作为浆液循环泵则是烟气脱硫装置中的关键设备。[0003]湿法烟气脱硫装置中，泵输送的介质为石灰石浆液或石膏浆液，浆液中介质的酸碱度ΡΗ=4.0-9.0, 一般呈酸性，Cl含量约为20000ppm，最高达60000ppm，浆液重量浓度为20%-35%，最高达60%，浆液密度为1.1-1.5t/m3浆液平均温度20°C，最高50°C，浆液的粒度为0.03-0.07mm,由于锅炉排放烟汽温度较高(180°C )，相对湿度3%n，含煤和各种腐蚀性成分，如SO2、NO2、HCl及盐雾；因此在脱硫过程中，浆液具有酸碱介质交替特性，对设备腐蚀严重，特别是含有大量Cl离子，容易造成点蚀。且介质中含有的固体颗粒，会加速材料的磨损，所以要求脱硫泵过流件的材料既抗磨损，又必须耐腐蚀。[0004]目前，国内外解决烟气脱硫泵的耐蚀、耐磨蚀问题，按照过流部件的材质可分为三大类:(I)以德国KSB公司为代表的全金属脱硫泵；(2)以澳大利亚WARMAN公司为代表的金属+橡胶衬里的脱硫泵；(3)以德国Duechting公司为代表的金属+陶瓷衬里脱硫泵。[0005](I)全金属脱硫泵:金属材料强度高，刚性和韧性好，种类相对较多。因此，金属泵的应用领域十分广泛。但是，金属材料耐腐蚀性、耐磨性差，难于胜任既耐腐蚀，又耐磨蚀的要求。[0006](2)金属+橡胶衬里泵的天然橡胶，其弹性大，抗变形能力强，因此可以吸收浆液对其的冲击，对抗Cl离子的腐蚀性也很强。但是，天然橡胶的抗切割性较差，具有易水解的性能；且在高速冲击时，其水解的性能加剧。衬胶在经过浆液的磨损后和泵体内出现真空时，胶体很容易脱落，会导致吸收塔喷淋层的喷嘴堵塞，这种堵塞会降低脱硫效率。[0007]在制作工艺上，衬胶模压后有较大的收缩，收缩程度的控制是决定成品质量好坏的关键，壳体铸件与衬胶结合面形状与尺寸很难达到相关的精度，这就严重的影响了泵的使用可靠性。[0008](3)金属+陶瓷衬里脱硫泵:碳化硅陶瓷材料硬度高、耐高温，抗腐蚀性和耐磨损性优越。随着材料制备工艺和复合材料技术的发展，陶瓷材料的脆性大大改善，具有高强、高韧、高硬，耐高温、耐腐蚀、耐磨损高的性能，特别适用于输送有磨损和腐蚀性的流体。
[0009]碳化硅陶瓷泵特点有:1、高硬度:一般硬度大于HRA80以上，最高可达到HRA92以上。2、强度高:氧化铝陶瓷的抗压强度大于800 MPa;碳化硅/碳化硼复合陶瓷，其弯曲强度即使在1400°C左右的高温下，仍可达500?600MPa。3、耐磨蚀性能好:是普通碳钢的200倍以上，高铬铸铁的10倍以上，比耐磨橡胶高几倍至几十倍以上。使用寿命可提高五倍以上，性价比可提高3倍以上。
[0010]具有代表性的国内外公司及其产品特点介绍:(I)德国KSB公司是全金属脱硫泵的代表，仅脱硫泵的金属材料就有十几种。从2006年以来，其脱硫泵的过流部件也采用内衬碳化娃陶瓷(Cerami cpolySic),但叶轮仍采用金属材料，所以，金属材料的叶轮就限制了脱硫泵的使用寿命，其结构图见附图1。
[0011](2)德国Duechting公司是专业生产脱硫系统用泵的公司，在90年代就采用SiCcast热浇注碳化硅陶瓷，并注册了专利。脱硫泵主要应用在欧洲脱硫市场，叶轮采用Siccas陶瓷材料,耐磨蚀,抗腐蚀性能好。然而，德国Duechting泵体结构为径向剖分,导致平面加工的难度增大；而且，平面结合处的密封性能降低，其结构见附图2。
[0012](3)澳大利亚WARMAN公司的脱硫泵为内衬橡胶，受到橡胶固有性能的限制，存在寿命过短，胶体易脱落，胶体颗粒易堵塞喷嘴等。
[0013](4)专利申请号分别为:20121046417.2和201210464114.2的碳化硅内衬离心泵，一种是采取拼装组合的方式制造壳体内腔，叶轮为开式叶轮，金属外壳和陶瓷内衬是分离的。另外一种是在金属外壳和陶瓷内衬之间增加了塑料填充层，以缓解外壳所承受的径向力。由于其采用先加工陶瓷内衬，后将陶瓷内衬嵌入泵体金属外壳的方式，因此这两种结构泵的壳体流道只能做成规则的环形，泵的外形尺寸也不能做太大，导致使用性能范围受限，流量仅在400m3/h以下，同时泵的效率要比正常泵低。
[0014]本发明就是为了解决所述的碳化硅陶瓷材料在脱硫泵上的应用问题，提供了 一种金属外壳与内衬碳化娃紧密结合为一体，以及叶轮为整体碳化娃材料所构成的既耐磨蚀，又耐腐蚀的离心陶瓷脱硫泵，及其制造工艺。
[0015]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0016]本发明包括泵体，泵体的涡室为螺旋形，泵体的两侧分别设置有前护板和后护板，轴与后护板之间设置有机械密封部件，轴的一侧具有轴承部件，轴在泵体内一侧与叶轮相连，轴通过键带动叶轮旋转，叶轮螺母将叶轮固定在轴端，其特征在于:泵体内衬为陶瓷内衬，叶轮螺母具有陶瓷层，以及叶轮整体为陶瓷制成，并且在叶轮的前盖板内设置有前盖板芯骨，在叶轮的后盖板内设置有后盖板芯骨，以及在叶轮的叶片内设置有叶片芯骨。
[0017]进一步地，所述的陶瓷材料是碳化硅。
[0018]要保证陶瓷材料具有高的抗拉、抗弯强度，而且要使陶瓷体和金属形成高强度结合，粘合剂本身也应具有耐腐蚀性。通过实验对比不同的无机和有机结合剂的操作性能和粘结强度。因此更进一步地，所述泵体内衬陶瓷层，以及叶轮螺母的陶瓷层与泵体及叶轮螺母之间使用的结合剂为环氧树脂。
[0019]作为本发明的一种优选方案，所述泵体内衬陶瓷层，以及叶轮螺母的陶瓷层的厚度为 20_35mm。
[0020]本发明碳化硅衬里脱硫泵的过流部件衬有凝结固化碳化硅材料，浇注的碳化硅陶瓷材料与金属外壳内表面紧密的粘合在一起，构成一定厚度的碳化硅陶瓷层，脱硫泵的结构和工艺保证了浇注后的金属外壳和碳化硅陶瓷衬里融为一体，由碳化硅材料所构成的过流部件可以适应各种复杂工况的要求。[0021]根据脱硫泵规格和性能参数的不同，浇注的厚度也不同，见下表。
