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教你如何成功改造高温熔盐泵
2017-5-22 23:03:23

盐泵故障分析

1.盐泵轴弯曲变形

轴弯曲变形是盐泵主要故障形式,原因如下。

(1)材料选用不当。当初在原装的进口盐泵轴损坏后,没有对轴材料进行金相组织分析,来确定轴的材料,由于材料选用不当,造成轴频繁变形损坏。

(2)盐泵内部结构缺陷。盐泵内部由中筒、底筒、泵体(蜗壳)、叶轮、盐泵轴、导盐管、盘根座、滑动轴承、轴承底座等组成。

由于盐泵轴径向定位的两个轴承座分别设计在中筒和底筒上,造成安装中筒、底筒和盐泵轴时,对三者的同轴度要求非常高,使三者的加工精度、定位精度和装配精度要求都很高,任一环节不到位,都极易造成盐泵轴的弯曲变形而报废,加上盐泵轴属于细长轴(1616mm),一般机床加工难度较大。

2.叶轮和泵体(蜗壳)损坏

叶轮和泵体(蜗壳)内壁由于盐液的冲刷被侵蚀,这属于正常的消耗和磨损,但在损坏的叶轮和泵体中,有70%出现了摩擦的痕迹,随着摩擦损坏的加剧,最终造成叶轮和泵体的报废。

通过观察分析,原因主要是盐泵轴上没有轴向定位台阶,轴向安装定位靠盐泵轴与电机轴的联轴套和电机的安装间隙来实现,却没有形成统一的安装规范,造成不同的工人安装时,盐泵轴在竖直方向高度不一样,从而使得安装在盐泵轴底端部的叶轮在泵体(蜗壳)中的上下位置(间隙)不一样,一旦往上或往下的间隙过小,叶轮就会与泵体摩擦,造成叶轮和泵体的异常磨损而很快报废。

3.熔盐从盐泵上盖填料口喷出

高温的熔盐在盐泵的运行过程中,突然从上盖填料口喷出,造成停机。将盐泵拆开后发现,填料口处的填料(盘根)已严重烧焦,在反复出现几次类似的故障后,确定原因是所选用的石墨填料(盘根)满足不了高转速(3000rmin)和高温(230)的工作环境要求。

三、故障消除措施

根据以上分析,针对存在的问题和不足,从企业的实际情况和地区加工配套能力出发,制定并实施了一系列消除故障的措施。

1.盐泵轴材料的选用

该盐泵轴转速3000rmin,工作介质混合盐(卡素)是硝酸盐类重结晶的混合物,熔点143+2%,密度1921959cm3(230),盐泵内盐的温度200230,一般不会超过250,熔盐的热传导与空气或氮气相比较,约高25倍,即其热传导性非常好。混合盐对碳钢的腐蚀率很低,对不锈钢无腐蚀性。根据盐泵轴的工作环境和要求,经过不断地摸索,最后确定了相对理想的材料。

(1)初选45钢。45钢作为一种常见的优质碳素结构钢,应用非常广泛。45钢经调质后获得回火索氏体组织,具有强度、硬度、塑性和韧性良好配合的综合力学性能,但很容易弯曲,达不到所要求的形位公差,经常由于轴弯曲变形而无法正常使用,抗腐蚀性较差,使用效果不理想。

(2)改用不锈钢2Cr13。在考虑强度、硬度、耐磨性以及热变形,抗腐蚀性的基础上,选用马氏体不锈钢2Cr13。它一般应用于抗弱腐蚀介质、受冲击载荷的零件,靠热处理强化,得到回火索氏体或回火马氏体,有较高强度、硬度和耐磨性,抗腐蚀性一般。

从使用情况来看,选用2Cr13比选用45钢的轴更耐用一些,但发生弯曲变形的情况仍然较多。热处理后,45钢的抗拉强度650MPa,屈服极限360MPa;而2Cr13的抗拉强度660MPa,屈服极限450MPa,比较可以看出两者差别不大,出现的失效形式也很相似。由于使用时间不长,混合盐对45钢和不锈钢2Cr13造成的腐蚀差别也不明显,主要还是材料的力学性能不太理想。

(3)确定盐泵轴的材料为不锈钢3Cr13。根据对45钢和不锈钢2Cr13的使用情况进行分析,在充分考虑盐泵轴的外形结构、工作环境和材料的力学性能之后,确定盐泵轴的材料为3Cr133Cr13具有较高的硬度和耐磨性,一般应用于医疗器具、量具、刀具和要求足够抗拉强度和防腐蚀的水泵轴的制造。

3Cr132Cr13相比较,SiMnPSCr的含量是一样的,但碳的含量3Cr130.260.352Cr130.160.253Cr13要高很多。由于3Cr13的含碳量更高,其抗拉强度1600MPa,屈服极限1300MPa,比2Cr13高出很多。从实际使用效果来看,轴材料选用3Cr13后,故障率降低了很多。消除了由于材料原因轴弯曲变形报废的情况。

2.改进盐泵轴安装结构

在经过慎重的考虑和认真的分析之后,决定将盐泵轴径向定位的两个轴承座,从原来分别设在中筒和底筒上改为都设在底筒上,以降低加工精度、定位精度和装配精度要求。

3.统一盐泵轴轴向定位安装尺寸

安装盐泵轴、叶轮、泵体(蜗壳)时,统一安装规范,在三者组装完成后,先落到底部,然后提起3mm,用盐泵轴和电机轴的联接套来实现盐泵轴的轴向定位,让叶轮处于泵体的中间位置,避免叶轮与泵体摩擦。

4.重新选用盐泵填料口内填料(盘根)

根据盐泵的转速(3000rmin)和工作温度(230),选用AIG 25G灰渣介质防磨轴专用盘根,它采用特种耐磨纤维编织而成.有效结合了芳纶纤维的高强度与耐磨性能及PTFE的自润滑性,耐磨损、柔韧性好,更小的轴套磨损。最高温度240,线速度10ms,可用于灰渣泵,反应釜,渣浆泵等多颗粒、高度磨损的工况。

5.盐泵轴滑动轴承材料的选用

此处所选用的滑动轴承材料与平常其他工作环境下所选用的材料不一样,主要是滑动轴承处于230%具有良好热传导性的盐溶液中,工作环境有一定的特殊性。

根据盐泵轴的转速,摩擦副的摩擦因素,以及滑动轴承的高温工作环境和工作介质,确定滑动轴承的材料为球墨铸铁,化学成分为38%一4C20-28Si06%一08Mn<0.1P<0.04S0.03%一0.08Mg。组织为球状石墨和基体,球状石墨对基体削弱作用和应力集中的程度较小,可与钢一样,用表面合金化和热处理强化进一步提高力学性能,σ/σb比钢约高40%,耐磨性也比钢好。中锰抗磨球墨铸铁的基体组织以马氏体和奥氏体为主。

6.借助社会力量,加工特殊零部件

盐泵内的泵体(蜗壳)和叶轮形状比较复杂,涉及到流体力学原理,需进行精密铸造,专业性非常强,这些要求超出了公司现有的设计和机械加工能力。通过请昆明水泵厂进行零件测绘和加工,完成泵体和叶轮的加工。

四、改造效果

(1)轴的材料选用3Cr13之后,在正常使用的情况不再出现由于材料的原因而弯曲变形造成盐泵轴报废的情况。

(2)改变盐泵轴安装结构后,盐泵轴径向定位的两个轴承座都在底筒上,由于在同一个零件(底筒)上,尺寸基准是唯一的,两个轴承座的孔在机床上一次加工完成,降低了盐泵轴中筒和底筒的加工精度、定位精度和装配精度的要求,容易保证盐泵轴的两个定位轴承与轴的同轴度要求。从实际安装和使用情况来看,既保证了同轴度的要求,又降低了故障率。

(3)在统一了盐泵轴、叶轮、泵体(蜗壳)的安装规范后,杜绝了叶轮和泵体(蜗壳)的非正常磨损,从规范至今的两年时间,没有出现叶轮和泵体(蜗壳)的异常磨损报废情况。

(4)选用AIG 25G作为填料(盘根)后,没有再出现过盘根烧焦后熔盐喷出的情况。

(5)在将原来进口盐泵改造、修复的基础之上,又自制了一套盐泵作为备用件。一用一备可以极大地提高修理的快捷性,减少故障停机时间。定制一台盐泵需9.5万元,而自制一台仅需2万元左右,节省了成本。