趙文學(xué) 黃盧太 霍開(kāi)子

(重慶水泵廠有限責(zé)任公司 重慶市 400033)

1 前言

隨著管道輸送技術(shù)的迅猛發(fā)展，隔膜泵作為適用于固液兩相流漿體管道輸送的設(shè)備[1]；近年來(lái)，料漿輸送設(shè)備的不斷發(fā)展使得隔膜泵在冶金、礦山、石化等行業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[2]。在濕法冶金行業(yè)中，為了輸送帶有強(qiáng)酸強(qiáng)堿，有金屬顆粒的混合礦漿，腐蝕性強(qiáng)，比重大，粘度大，為了適應(yīng)這種特殊工況，常常選用大型臥式3D系列隔膜泵，為了穩(wěn)壓，在隔膜泵出口的管路上有穩(wěn)壓作用的球形脈動(dòng)緩沖器,球形緩沖器的球體有鑄造式、鍛造式和焊接式三種，下邊對(duì)各自的球體的特點(diǎn)進(jìn)行介紹和比較。

2 緩沖器的使用環(huán)境和作用

隔膜泵適合高濃度漿料的長(zhǎng)距離，高揚(yáng)程輸送；如有色金屬行業(yè)“濕法冶金”工藝流程輸送各種高溫、高磨蝕帶腐蝕性礦漿料，煤化工行業(yè)輸送水煤漿料等介質(zhì)，輸送料漿介質(zhì)時(shí)常用低速泵[3]，如甘肅金川的鎳礦，四川攀枝花的鎳礦，山西靈石的鋁土礦，重慶南川的鋁土礦等。

一般大型3D礦漿隔膜泵的工作原理，見(jiàn)圖1，是電機(jī)+減速機(jī)傳動(dòng)曲軸，曲軸帶動(dòng)三個(gè)連桿，再帶動(dòng)三個(gè)活塞的間歇推進(jìn)，利用抗腐蝕的橡膠隔膜的左右擾動(dòng)，改變?nèi)莘e腔室大小，加上進(jìn)出口的單向閥的控制來(lái)推送礦漿，三缸是間歇工作，故排出管路上的壓力有波動(dòng)(6%～10%)。

圖1 礦漿隔膜泵使用原理圖

為了減少出口壓力的波動(dòng)，減少震動(dòng)，保護(hù)設(shè)備和管路，常在出口管路上加設(shè)球形脈動(dòng)緩沖器(在圖2的上部的球形部件)，體積有10L～240L，設(shè)計(jì)壓力為2MPa～15MPa，緩沖器內(nèi)部有橡膠氣囊，氣囊上邊充裝氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w，通過(guò)氣體的可壓縮性來(lái)穩(wěn)壓，起到調(diào)峰的作用，減少管路和泵的震動(dòng)，見(jiàn)圖2。

圖2 濕法冶金用的球形脈動(dòng)緩沖器

3 球形脈動(dòng)緩沖器種類(lèi)介紹

緩沖器內(nèi)部的主要組成有：1、球體；2、橡膠氣囊, 3、上蓋,4、螺栓，5、螺母，6、充氣接頭，7、托板。最關(guān)鍵的是球體和內(nèi)部的橡膠氣囊，相互配合，相互影響。因?yàn)閴毫τ胁▌?dòng)，內(nèi)部的氣囊會(huì)上下脈動(dòng)，故球體的結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面光潔度對(duì)內(nèi)部的橡膠氣囊的使用壽命特別關(guān)鍵，故緩沖器的最關(guān)鍵部分是球體；下面分析球體結(jié)構(gòu)的幾種形式。

球形緩沖器的球體有鑄造式、鍛造式和焊接式，在1998年以前主要是鑄造式，鑄造式球體一般內(nèi)部的鑄造缺陷多，不能用于高壓(小于8MPa)，另外厚度特別厚，需要模具多；當(dāng)時(shí)的使用壓力也低，能滿(mǎn)足要求。在2000年后，出現(xiàn)了鍛造式，可以使用>10MPa的管路，鍛造式緩沖器球體主要是加工的難度大，材料的利用率也低，成本高?，F(xiàn)在2014年出現(xiàn)了焊接式，是一種新型緩沖器球體，同時(shí)避免前邊兩種緩沖器球體的問(wèn)題，質(zhì)量好、使用壓力高、總體成本低。

4 三種緩沖器球體介紹

4.1 鑄造式緩沖器球體

球體整體鑄造出來(lái)(參見(jiàn)圖3)，再對(duì)上下面進(jìn)行加工出對(duì)外的連接面，球體內(nèi)部一般噴砂。鑄造常見(jiàn)的缺陷多，一般不能用于高壓(鑄鋼<8MPa；鑄鐵<1.6MPa)，厚度也特別厚，整體重量大；鑄造的內(nèi)部表面不平滑，需要人工打磨，橡膠氣囊壽命短，因?yàn)槭氰T造，則各種厚度和規(guī)格需要很多的鑄造模具，模具費(fèi)高。

圖3 整體鑄造式球體

4.2 鍛造式緩沖器球體

整體鍛造一個(gè)方料(參見(jiàn)圖4)，再對(duì)內(nèi)部和外部進(jìn)行車(chē)床精加工，不需要模具，使用的壓力可高壓，但鍛件毛坯大，材料的利用率低，需要數(shù)控機(jī)床和專(zhuān)門(mén)的刀具，特別是內(nèi)部的球面需要整體掏出，加工的難度大，精加工成本特別高，內(nèi)部的加工周期長(zhǎng)，加工中假如出現(xiàn)差錯(cuò)，則整體報(bào)廢。

圖4 整體鍛造式球體

4.3 新型焊接式球體

球體的組成零件有：下半球體、上半球體、上擋板、托板、下法蘭(見(jiàn)圖5)；球體中部為上下兩個(gè)半球焊接而成，上邊加擋板，下邊加下法蘭， 焊接后焊縫位置做射線和超聲檢測(cè)，對(duì)于碳鋼材料再熱處理去除焊接的應(yīng)力，提高整體安全。下邊的法蘭自帶密封面，不需要再進(jìn)行精加工，只是加工上邊的密封面。球體中部選用板材，取材方便，材料成本低；上下半球的內(nèi)部球面用通用的封頭模具沖壓，焊接后需要對(duì)內(nèi)部的焊縫進(jìn)行打磨平滑，好保護(hù)氣囊。根據(jù)壓力的高低選用不同厚度的板材，可以滿(mǎn)足各種壓力的緩沖器。

5 焊接式緩沖器球體的優(yōu)點(diǎn)

利用兩個(gè)半球來(lái)組合，上下加擋板和法蘭，半球采用壓力容器上常用的球形封頭，在容器行業(yè)中有各種封頭的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25198，協(xié)作單位也多，各種厚度和規(guī)格不需要特殊模具，容易保證內(nèi)部平滑，從而使得膠囊壽命長(zhǎng)，整體不需要大型的精加工設(shè)備。由通用模具來(lái)沖制，加工簡(jiǎn)單，工藝成熟[5]，內(nèi)部沒(méi)有機(jī)加工，內(nèi)部的曲面通過(guò)模具來(lái)保證平滑，保護(hù)了橡膠氣囊的上下脈動(dòng)，氣囊壽命長(zhǎng)；半球一般采用板材，市場(chǎng)上有許多的武鋼、寶鋼、舞鋼、鞍鋼、重鋼等生產(chǎn)的板材，取材也方便，易于采購(gòu)，采購(gòu)周期也短，板材的力學(xué)性能也好于大型鍛件，材料厚度薄，整體重量輕；又可以根據(jù)壓力的高低采用不同厚度的板材，可擴(kuò)展成各種規(guī)格，不需要單獨(dú)的模具。故有加工簡(jiǎn)單，制造難度低，制造周期短，重量輕，成本低的優(yōu)點(diǎn)。

圖5 焊接式球體

6 三種緩沖器球體的經(jīng)濟(jì)性比較

因?yàn)殍T造的不能用于高壓的情況，故這里不再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的比較；只是比較鍛造式和焊接式的經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣。經(jīng)計(jì)算比較，內(nèi)直徑600mm(體積113L)的焊接式球體，相比整體鍛造式的球體坯料，材料重量的占比為20%；內(nèi)直徑800mm(體積240L)的焊接式球體，比整體鍛造式的球體，毛坯材料的重量占比為16%，材料經(jīng)濟(jì)性能顯著！還有精加工的成本，焊接式的只有鍛造式的20%，整體的制造成本只有40%，故焊接式整體經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于鍛造式。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)三種球形脈動(dòng)緩沖器球體結(jié)構(gòu)的分析和對(duì)比，焊接式優(yōu)于鍛造式，更優(yōu)于鑄造式。焊接式緩沖器主要優(yōu)點(diǎn)有：

1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用通用的半球模具，保證內(nèi)部的曲面平滑，可保護(hù)橡膠氣囊。

2)一般采用板材，取材容易，材料性能好；不同的使用壓力時(shí)可采用不同厚度的板材即可，易于系列化。

3)選用通用模具，無(wú)模具成本，退火去除焊接應(yīng)力，提高整體的使用安全，整體成本低。