CN101603539A - 一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵 - Google Patents
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Abstract
一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵，包括利用联轴器连接的电机、传动轴、泵支架、压盖、泵体、泵盖、叶轮、机械密封等部件；其特征在于：将碳纤维短切成0.5mm至5mm短切丝或将碳纤维磨成200～400目粉，再与粘结剂混配，制成专用混配颗粒，然后将混配颗粒掺入脱模剂装人模具中升温成型，进入碳化炉保持在无氧状态下烧制、精加工，再与其它部件组装得到产品；产品可达到抗拉强度30.67MPa；抗弯强度55.4MPa；导热系数110千卡/米时℃；使用寿命36月；在300℃的条件下，可以长期稳定地连续输送条种强腐蚀性流体介质。
Description
技术领域
本发明涉及化工耐腐蚀泵领域，具体的讲是涉及一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵。
背景技术
各国化工机械领域科技人员、科研机构，针对化工液体介质的输送，历经几十年的研究试验，耐腐蚀泵应运而生。但耐腐蚀泵在很长一段时间内，仍存在一些关键问题没有突破，如叶轮压力只有前盖板的1/2，扬程越高，压力越大，轴向力越大，使得该泵只能用在低转速、低扬程、没有入口压力的工况；入口压力大，轴向力就大，轴承易损坏，而使该泵的应用研究在几十年内没有长足进步。
又经过十几年的应用研究、试验，近年已经逐步解决上述二个关键问题。单级卧式动力密封泵，发明了不产生轴向力的设计方法，初步解决叶轮轴向力，该泵开始用在高速、高扬程的工况，但入口压力仍不大。
现有技术中输送腐蚀性流体介质的离心泵有许多种，一般常采用钛合金.不锈钢、玻璃钢、氯塑料、超高分子量聚乙烯材料等制成。如中国专利89219239.9公开了一种“耐腐蚀塑料离心系”，它是在现有塑料离心泵结构的基础上加以改进，将叶轮与叶轮轴注塑成一体.在叶轮轮表面涂一层塑料.达到叶轮轴耐腐蚀的目的，该泵耐腐蚀范围窄，不能耐高温和强腐蚀流体介质。中国专利91110983.8公开了“一种耐腐蚀泵及其过流部件的制备方法”，它虽然克服了公知技术中的一些缺点，可以提高泵的耐腐蚀性能和使用寿命。但是因其受所用原料和成形工艺的限制，影响其推广应用，在输送高温和强腐蚀流体介质方面，还不能满足实际需要。现有的玻璃钢泵使用寿命短，耐腐蚀范围窄，输送介质温度限于80℃以下。陶瓷泵虽可输送介质温度高一些，但在使用温度骤然变化时，会发生脆裂而报废，影响使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、维修方便、维修费用少、使用寿命长、适应于输送各种高温、强腐蚀性的含结晶颗粒化工介质的一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵。
本发明是由以下技术方案实现的：
该装置包括由泵体、叶轮、第一密封平垫、泵盖、第二密封平垫、机械密封(双封)、排液管、密封盖(双封)、前折流盘、前轴承盖、挡圈、第一滚动轴承、轴承螺母、支脚、后折流盘、轴、后轴承盖、轴承架、甩油环、恒位油杯、油分离器、第二滚动轴承、轴套、密封盖(单封)、机械密封(单封)、第一O形密封圈、第二O形密封圈、第一叶轮口环、泵盖口环、第二叶轮口环、泵体口环、叶轮螺母组成。
其中泵体、泵盖、叶轮、叶轮螺母、轴承螺母、轴套及轴采用碳/碳复合材料制造。
本发明耐腐蚀泵的泵体、泵盖、叶轮均采用耐高温、耐腐蚀的碳/碳复合材料分段制作，且分别各自组装成形。与现有技术相比，其模具加工容易，成形工艺简便，故制造成本低，可在高温条件下，长期连续输送强腐蚀流体介质。有效地避免了流体介质对钢制造传动轴等部件的腐蚀；第一滚动轴承和第二滚动轴承是由碳/碳复合材料制造的，能达到不加润滑油自润滑的效果，其工艺流程为共知常识，本发明不加描述，为组成本发明可从市场购置使用。
所述的一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵，其泵体、泵盖及叶轮采用各自分段注塑加压成形后，经碳化炉烧制而成，经精加工后，再以碳/碳复合材料为原料采用浇注的方式制成螺丝杆进行组装方式制造。
精加工所用的与传统整体制造方式相比，具有节能大量模具、内室过渡圆滑、无死角，水力性能好等优点，明显提高泵的使用寿命和工作效率，同时还能大量节省成本。
本发明密闭性好，无介质泄漏，可满负荷起动，适合用于石油、化工、军工、食品、制药等领域。由于泵轴上装有无油自润滑轴承，所以大大的增加了承载能力和自润滑性能，显著地提高了泵的效率。
附图说明
图1为本发明结构示意简图
具体实施方式
图1所示的一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵结构示意简图中，该装置包括由泵体1、叶轮2、第一密封平垫3、泵盖4、第二密封平垫5、机械密封(双封)6、排液管7、密封盖(双封)8、前折流盘9、前轴承盖10、挡圈11、第一滚动轴承12、轴承螺母13、支脚14、后折流盘15、轴16、后轴承盖17、轴承架18、甩油环19、恒位油杯20、油分离器21、第二滚动轴承22、轴套23、密封盖(单封)24、机械密封(单封)25、第一O形密封圈26、第二O形密封圈27、第一叶轮口环28、泵盖口环29、第二叶轮口环30、泵体口环31、叶轮螺母32相互连接、组合构成本发明。
所述的一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵，其中泵体1、泵盖4、叶轮2、叶轮螺母32、轴承螺母13、轴套23及轴16采用碳/碳复合材料制造。
该碳/碳复合材料可根据实际使用需要配制。主要原料为短切碳纤维或碳纤维粉(含碳量为96-99％)；或碳纤维短切丝或碳纤维粉、脱摸剂、粘结剂。各成分的配比依据所需强度而定。本实施例优选短切碳纤维或碳纤维粉∶脱模剂∶粘结剂的重量比为14.5∶0.5∶5。
所述的一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵的泵体1、泵盖4、叶轮2具体的制造工艺是这样实现的：首先将泵体1、泵盖4、叶轮2各自分解成数块制成分体模具备用；模具采用采用碳/碳复合材料，以共有技术制造成分段模具。
碳/碳材料制作工艺是已有技术，即将碳纤维短切成0.5mm至5mmR短切丝或将碳纤维磨成200～400目粉，再与粘结剂混配，用塑料造粒机在室温下升温至300～500℃制成专用混配颗粒，混配方式是采用氮气保护下的风吹方式按比例将碳纤维短切丝或碳纤维粉吹入已熔化的粘结剂中搅拌均匀。然后将混配颗粒掺入脱模剂装入分体模具中升温至300～500℃熔化后热压成形，加热速率不小子30℃/小时。加热时间视加工部件的壁厚或体积而定。待料加热至300～500℃左右时，恒温至2小时左右，再降温至室温，脱模后进入碳化炉保持在无氧状态下，在氩气的保护下重新进行烧制，采用逐渐加温至1500～1800℃，加温速率不小于30℃/小时，达到1800℃时保持恒温2小时，然后逐渐降温到室温，降温速率不大于25℃/小时。
然后分段各自进行精加工后，在各分段的连接部位，两段对应用钻螺丝孔设备钻有带螺丝纹理的螺丝孔，并且钻透呈贯通式，然后用专用混配颗粒经加温呈液态浇注进已钻成的螺丝孔中，降至室温后在螺丝孔中形成螺丝状能将各分段紧固成一体而形成泵体1、泵盖4、叶轮2的完整部件，最后将这些完整部件放入碳化炉中加温碳化。
所述的一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵，其叶轮螺母32、轴承螺母13、轴套23及轴16具体的制造工艺是整体模具制造，是各自采用整体模具一次性注塑加压力的方式制造，各自同时整体成形。所采取的工艺与以上相同。第一滚动轴承12和第二滚动轴承22是由碳/碳复合材料制造的，能达到不加润滑油自润滑的效果，其工艺流程为共知常识，本发明不加描述，为组成本发明可从市场购置使用。
泵体1组装后形成泵体1内腔加工成渐开线形压出室，因与泵盖4分别加工，故泵体1内腔无死角，达渡圆滑，使进入室内的流体介质在高速旋转的叶轮2片外端面的作用下压出，明显提高泵的工作效率。
将方形体端的中心轴孔露出叶轮2体，然后用粘结剂在孔端封装碳/碳复合材料制成的密封帽。该种结构明显优于现有技术中的叶轮2与传动轴16成一体的结构，其原因在于与叶轮2制成一体的传动轴16除更牢固的与叶轮2结合外，还可整体成形后进行机械加工，有利于提高装配精度和使用性能。
外露传动轴16孔端封装密封帽，可确保传动轴16易于安装和增加牢固性。为提高泵体1和泵盖4结合处的密封性能，在其间可装入防腐耐温的密封装置；泵盖4的介质入口管既可制成一体，也可分体制造再粘接成一体。叶轮2的分段组装结合部分经非金属耐高温的物质以螺丝孔、螺丝杆式固定连接，其介质的压力作用下不会出现脱节现象。
本发明碳/碳复合材料耐腐蚀泵与陶瓷耐腐蚀泵相比，其性能如下；
| 序号 | 项目 | 单位 | 本发明 | 陶瓷泵 |
| 1 | 抗拉强度 | Mpa | 30.67 | 7.0 |
| 2 | 抗弯强度 | Mpa | 55.4 | 30.0 |
| 3 | 导热系数 | 千卡/米时℃ | 110 | 0.8 |
| 4 | 使用寿命 | 月 | 36 | 3 |
本发明的碳/碳复合材料耐腐蚀泵在300℃的条件下；可以长期稳定地连续输送条种强腐蚀性流体介质，如盐酸、硫酸或其混合酸等，故本发明很容易推广应用。
Claims (5)
1、一种碳/碳复合材料制造的耐腐蚀泵，包括由泵体、叶轮、第一密封平垫、泵盖、第二密封平垫、机械密封(双封)、排液管、密封盖(双封)、前折流盘、前轴承盖、挡圈、第一滚动轴承、轴承螺母、支脚、后折流盘、轴、后轴承盖、轴承架、甩油环、恒位油杯、油分离器、第二滚动轴承、轴套、密封盖(单封)、机械密封(单封)、第一O形密封圈、第二O形密封圈、第一叶轮口环、泵盖口环、第二叶轮口环、泵体口环、叶轮螺母组成等部件；其特征在于：
(1)泵体、泵盖、叶轮具体的制造工艺是这样实现的：首先将泵体、泵盖、叶轮各自分解成数块制成分体模具备用；
(2)将碳纤维短切成0.5mm至5mm短切丝或将碳纤维磨成200～400目粉，再与粘结剂混配，用塑料造粒机在室温下升温至300～500℃制成专用混配颗粒，混配方式是采用风吹的方式按比例将碳纤维短切丝或碳纤维粉吹入已熔化的粘结剂中搅拌均匀；
(3)然后将混配颗粒掺入脱模剂装人模具中升温至300～500℃热压成形，加热速率不小子30℃/小时；加热时间视加工部件的壁厚或体积而定；待料加热至300～500℃时，恒温至2小时左右，再降温至室温；
(4)脱模后进入碳化炉保持在无氧状态下、在氩气的保护下重新进行烧制，采用逐渐加温至1500～1800℃，加温速率不小于30℃/小时，达到1500～1800℃时保持恒温2小时，然后逐渐降温到室温，降温速率不大于25℃/小时；
(5)然后分段各自进行精加工后，在各分段的连接部位，两段对应用钻螺丝孔设备钻有带螺丝纹理的螺丝孔，并且钻透呈贯通式，然后用专用混配颗粒经加温呈液态浇注进已钻成的螺丝孔中，降至室温后在螺丝孔中形成螺丝状能将各分段紧固成一体而形成泵体1、泵盖4、叶轮2的完整部件，最后将这些完整部件放入碳化炉中加温碳化后组装形成产品；
(6)产品可达到抗拉强度30.67Mpa；抗弯强度55.4Mpa；导热系数110千卡/米时℃；使用寿命36月；在300℃的条件下，可以长期稳定地连续输送条种强腐蚀性流体介质。
2、根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料耐腐蚀泵，其特征在于：短切碳纤维或碳纤维粉其中含碳量为96-99％；碳纤维、脱摸剂、粘结剂的重量比为14∶1∶5。
3、根据权利要求1或2所述的一种碳/碳复合材料耐腐蚀泵，其特征在于：叶轮螺母、轴承螺母、轴套及轴的制法是各自采用整体模具一次性注塑加压力的方式制造，各自同时整体成形，所采取的工艺与以上相同。
4、根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料耐腐蚀泵，其特征在于：为使叶轮与传动轴更好地结合成一体，事先将传动轴与叶轮结合的一端加工出方形体，并使其与叶轮制成一体后，将方形体端的中心轴孔露出叶轮体，然后用粘结剂在孔端封装碳/碳复合材料制成的密封帽。
5、根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料耐腐蚀泵，其特征在于：模具采用采用碳/碳复合材料，以共有技术制造成分段模具。
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2009
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| CN102042252A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-04 | 程显军 | 一种碳纤维树脂基复合材料制造的耐腐蚀泵 |
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