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        濕法冶金用的一種緩沖器

        2019-12-13 03:44:40趙文學(xué)黃盧太霍開子
        冶金設(shè)備 2019年5期
        關(guān)鍵詞:隔膜泵緩沖器球體

        趙文學(xué) 黃盧太 霍開子

        (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,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,通過氣體的可壓縮性來穩(wěn)壓,起到調(diào)峰的作用,減少管路和泵的震動(dòng),見圖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(參見圖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(參見圖4),再對(duì)內(nèi)部和外部進(jìn)行車床精加工,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)床和專門的刀具,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。由通用模具來沖制,加工簡(jiǎn)單,工藝成熟[5],內(nèi)部沒有機(jī)加工,內(nèi)部的曲面通過模具來保證平滑,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)性優(yōu)于鍛造式。

        7 結(jié)論

        通過對(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。

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