CN108953218B - 一种高效耐磨的双吸泵叶轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双吸泵技术领域，具体地，涉及一种高效耐磨的双吸泵叶轮及其制备方法，所述耐磨层按重量份计，包括以下组份：改性天然纤维20～40份、改性填料40～60份、表面活性剂1～2份、分散剂1.2～2份、镍粉0.6～1.2份、聚乙烯吡咯烷酮40～50份，如此，本申请中，是在呈线状的纤维素缠绕在天然纤维的外周侧，缠绕方式能够提高天然纤维的强度，且能够提高石墨烯在纤维外部的牢固度，同时纤维素的一端能够插入石墨烯片层中，提高石墨烯类物质在纤维上的附着量，从而增强改耐磨层的稳固性与可靠性，本申请利用改性后的高稳定和可靠性的纤维混散性好，使得制备形成耐磨层浆料的均匀稳定。

Description

一种高效耐磨的双吸泵叶轮及其制备方法
技术领域：
本发明涉及双吸泵技术领域，具体地，涉及一种高效耐磨的双吸泵叶轮及其制备方法。
背景技术：
双吸泵作为离心泵的一种重要形式，因其具有扬程高、流量大等特点，在工程中得到广泛应用。这种泵型的叶轮实际上由两个背靠背的叶轮组合而成，从叶轮流出的水流汇入一个蜗壳中。双吸泵具有如下一些特点:它相当于两个相同直径的单吸叶轮同时工作，在同样的叶轮外径下流量可增大一倍；泵壳水平中开，检查和维修方便，同时，双吸泵进出口在同一方向上且垂直于泵轴，利于泵和进出水管的布置与安装；双吸泵的叶轮结构对称，没有轴向力，运行较平稳。
现有技术中，由于水流的冲刷，水泵流道内壁和叶轮过水面变得粗糙不平，水泵内流道的摩阻系数增大，再加上水在泵内的流速很大，水头损失增加。水力效率降低，如申请号为CN201410172466.X公开了一种新型双吸旋流泵，主要由叶轮螺母，前盖，双吸叶轮，泵体，副进水室，填料室，轴承体上支架，右轴承压盖，耐磨板，填料压盖，轴承体，轴承体下支架组成，所述泵体内设有双吸叶轮，双吸叶轮通过主轴与轴承体连接，所述旋流泵的叶轮偏心安置d＝8～15mm，上述双吸泵在实际使用时，由于环境中的杂质较多，杂质以及水流冲刷导致水泵内流到摩阻系数增大，叶轮上出现剥离，而叶轮剥离后形成的槽口进一步降低了双吸泵的水利性能和使用寿命，而采用在叶轮表面喷涂耐磨层时，存在耐磨层自身性能不佳以及耐磨层吸附性不佳，存在耐磨层磨损速度快和耐磨层剥离损失大的缺陷。
发明内容：
本发明克服现有技术的缺陷，提供一种耐磨性、粘附性优良的高效耐磨的双吸泵叶轮，解决了现有技术中双吸泵叶轮使用寿命低，更换成本高的问题。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：一种高效耐磨的双吸泵叶轮，包括叶轮本体和包覆在叶轮本体上的耐磨层，所述耐磨层按重量份计，包括以下组份：
改性天然纤维20～40份、改性填料40～60份、表面活性剂1～2份、分散剂1.2～2份、镍粉0.6～1.2份、聚乙烯吡咯烷酮40～50份；
上述原料经由以下步骤制备形成所述耐磨层的浆料：
(1)按配方量称取改性天然纤维、改性填料、镍粉，在高速混合机中混合均匀，接着下料至混料桶中，加入溶剂、表面活性剂和分散剂，超声分散20～30min，得到混合液A；
(2)在搅拌的状态下加入聚乙烯吡咯烷酮，加完之后继续搅拌10～20min，得到用于形成耐磨层的浆料。
优选的，所述改性天然纤维经由以下步骤制备：
(1)将天然纤维进行热处理，然后将经热处理的天然纤维加入到去离子水中，所用去离子水的重量为天然纤维的60倍，接着在搅拌的情况下用超声波振荡器进行超声处理，直至天然纤维呈单丝分散，再进行过滤并将过滤得到的天然纤维烘干；
(2)将步骤(1)中干燥的天然纤维投入球磨机中粉碎处理，至天然纤维的长度为1～1.2mm的天然纤维颗粒，且天然纤维颗粒表面呈放射状后，使天然纤维颗粒表面充分暴露出来，将天然纤维颗粒投入在石墨烯的分散液中进行混合，采用搅拌速度为60～120rad/min，搅拌时间为20min，得到初步处理液；
(3)将步骤(2)中的初步处理液中的石墨烯粒径为10～15um，并向初步分散液中投入纤维素，所述纤维素在分散液中的浓度为0.5wt％，充分混合后进行加热处理，采用水浴加热在80℃下保持15min，之后升温至95℃下保温2min，自然冷却至室温，得到所述改性天然纤维。
优选的，所述改性填料是以体积含量为30％的亲水性碳纳米管、40％的纳米CaCO3和30％的炭黑组成主原料，包括以下步骤：
(1)将纳米CaCO 3和炭黑混合，得混合物；
(2)将亲水性碳纳米管与分散剂和去离子水混合，并调节pH值为9，得碳纳米管混合液；所述分散剂与亲水性碳纳米管的质量比为10％；
(3)将步骤1)的混合物和步骤2)的碳纳米管混合液均匀混合后，进行喷雾干燥处理，得到前驱填料；
(4)将所述步骤(3)中的前驱填料投入雾化器中，采用前驱填料：溶剂的体积比为1：30～35的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至500～700℃进行退火处理，然后由保护气体载入24～26％的气态碳源，气体流速50～1000ml/min，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中，保温1～12小时，使所述气态碳源在前驱填料表面裂解形成无定形碳，该无定型碳包覆在前驱填料的表面并形成均匀的包覆层，得到所述改性填料。
本申请中所述高效耐磨的双吸泵叶轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)将成型的叶轮本体放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对叶轮本体进行预热处理；
(2)用猪毛刷沿叶轮本体的径向均匀涂刷浆料，涂刷的厚度为1～1.6mm，然后以4～12℃/h升温速率将叶轮本体中心温度升至60～62℃；
(3)将经由步骤(2)处理后的叶轮取出，用电动工具带400目砂纸轮打磨一道，除去覆盖在叶轮本体表面的覆膜，然后用猪毛刷沿叶轮径向方向均匀涂刷浆料，涂刷的厚度为1～1.4mm，再放置在处理窑内以4～10℃/h升温速率将叶轮中心温度升至66～68℃；
(4)将经由步骤(3)处理后的叶轮本体在处理窑内按照2～3℃/小时的速度降温至常温，取出放置在阴凉位置晾置3～4天，使桨料完全和叶轮本体粘接一体，再将叶轮本体放置在120～140W超声仪器下超声60～70min，对叶轮本体进行去应力处理，提升叶轮本体的力学性能，得到所述的双吸泵叶轮。
本申请中由于纤维内部空隙的大小有限，采用粒径10～15um的石墨烯对纤维进行改性，石墨烯粒径越小越不容易分散，越容易团聚，因此往往选择低浓度的石墨烯溶液，这样还节省了石墨烯的用量，且减少了大粒径石墨烯类物质堵塞空隙的概率，提高了石墨烯的附着量，同时采用石墨烯对天然纤维改性处理，能够使大粒径石墨烯类物质以包覆、贴合的方式存在于纤维外部，够起到封闭纤维内部空隙的作用，能够增加石墨烯在天然纤维中的牢固性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本申请中，是在呈线状的纤维素缠绕在天然纤维的外周侧，缠绕方式能够提高天然纤维的强度，且能够提高石墨烯在纤维外部的牢固度，同时纤维素的一端能够插入石墨烯片层中，提高石墨烯类物质在纤维上的附着量，从而增强改耐磨层的稳固性与可靠性，本申请利用改性后的高稳定和可靠性的纤维混散性好，使得制备形成耐磨层浆料的均匀稳定；
2、本申请中，采用亲水性碳纳米管、纳米CaCO 3和炭黑为主要填充原料，经过喷雾干燥后，形成碳纳米管和炭黑为包覆层，纳米碳酸钙为核结构，在该结构下采用在保护气体保护的状态下升温至500～700℃进行退火处理，该退火处理能够进一步提升纳米碳管和碳酸钙之间的稳定性，使得制备形成的填料稳定性和耐磨性强，然后由保护气体载入24～26％的气态碳源，气体流速50～1000ml/min，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中，保温1～12小时，使所述气态碳源在前驱填料表面裂解形成无定形碳，该无定型碳包覆在填料的表面并形成均匀的包覆层，从而极大提升了耐磨层的耐磨性能；
3、本申请提供耐磨层的浆料易于喷涂施工，所得到的涂层表观细腻、致密、不开裂、不鼓泡，经高温烧结后具有较高地结合强度，良好的耐温性和抗氧化性，优良的耐磨性和耐腐蚀性能，能够有效提升叶轮的抗腐蚀性能，提升使用寿命；
4、本发明中的涂刷步骤中，首先是将叶轮本体置于处理窑内，对叶轮本体进行预热，一方面能够使叶轮本体内外温度均匀一致，避免骤升温度导致叶轮本体表面受热膨胀导致涂覆浆料不稳定，另一方面提高对浆料的吸收率，同时本申请中，反复进行上述工艺操作的处理能够加快浆料和叶轮本体表面结合的速度，使之形成一体结构。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：
一种高效耐磨的双吸泵叶轮，包括叶轮本体和包覆在叶轮本体上的耐磨层，所述耐磨层按重量份计，包括以下组份：
改性天然纤维20kg、改性填料40kg、表面活性剂1kg、分散剂1.2kg、镍粉0.6kg、聚乙烯吡咯烷酮40kg；
上述原料经由以下步骤制备形成所述耐磨层的浆料：
(1)按配方量称取改性天然纤维、改性填料、镍粉，在高速混合机中混合均匀，接着下料至混料桶中，加入溶剂、表面活性剂和分散剂，超声分散20～30min，得到混合液A；
(2)在搅拌的状态下加入聚乙烯吡咯烷酮，加完之后继续搅拌15min，得到用于形成耐磨层的浆料。
所述改性天然纤维经由以下步骤制备：
(1)将天然纤维进行热处理，然后将经热处理的天然纤维加入到去离子水中，所用去离子水的重量为天然纤维的60倍，接着在搅拌的情况下用超声波振荡器进行超声处理，直至天然纤维呈单丝分散，再进行过滤并将过滤得到的天然纤维烘干；
(2)将步骤(1)中干燥的天然纤维投入球磨机中粉碎处理，至天然纤维的长度为1～1.2mm的天然纤维颗粒，且天然纤维颗粒表面呈放射状后，使天然纤维颗粒表面充分暴露出来，将天然纤维颗粒投入在石墨烯的分散液中进行混合，采用搅拌速度为60～120rad/min，搅拌时间为20min，得到初步处理液；
(3)将步骤(2)中的初步处理液中的石墨烯粒径为10～15um，并向初步分散液中投入纤维素，所述纤维素在分散液中的浓度为0.5wt％，充分混合后进行加热处理，采用水浴加热在80℃下保持15min，之后升温至95℃下保温2min，自然冷却至室温，得到所述改性天然纤维。
所述改性填料是以体积含量为30％的亲水性碳纳米管、40％的纳米CaCO 3和30％的炭黑组成主原料，包括以下步骤：
(1)将纳米CaCO 3和炭黑混合，得混合物；
(2)将亲水性碳纳米管与分散剂和去离子水混合，并调节pH值为9，得碳纳米管混合液；所述分散剂与亲水性碳纳米管的质量比为10％；
(3)将步骤1)的混合物和步骤2)的碳纳米管混合液均匀混合后，进行喷雾干燥处理，得到前驱填料；
(4)将所述步骤(3)中的前驱填料投入雾化器中，采用前驱填料：溶剂的体积比为1：30～35的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至500～700℃进行退火处理，然后由保护气体载入24～26％的气态碳源，气体流速50～1000ml/min，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中，保温1～12小时，使所述气态碳源在前驱填料表面裂解形成无定形碳，该无定型碳包覆在前驱填料的表面并形成均匀的包覆层，得到所述改性填料。
实施例2
本实施例内容和实施例1内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，所述高效耐磨的双吸泵叶轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)将成型的叶轮本体放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对叶轮本体进行预热处理；
(2)用猪毛刷沿叶轮本体的径向均匀涂刷浆料，涂刷的厚度为1～1.6mm，然后以4～12℃/h升温速率将叶轮本体中心温度升至60～62℃；
(3)将经由步骤(2)处理后的叶轮取出，用电动工具带400目砂纸轮打磨一道，除去覆盖在叶轮本体表面的覆膜，然后用猪毛刷沿叶轮径向方向均匀涂刷浆料，涂刷的厚度为1～1.4mm，再放置在处理窑内以4～10℃/h升温速率将叶轮中心温度升至66～68℃；
(4)将经由步骤(3)处理后的叶轮本体在处理窑内按照2～3℃/小时的速度降温至常温，取出放置在阴凉位置晾置3～4天，使桨料完全和叶轮本体粘接一体，再将叶轮本体放置在120～140W超声仪器下超声60～70min，对叶轮本体进行去应力处理，提升叶轮本体的力学性能，得到所述的双吸泵叶轮。
实施例3
本实施例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，改性天然纤维30kg、改性填料50kg、表面活性剂1.5kg、分散剂1.6kg、镍粉0.9kg、聚乙烯吡咯烷酮45kg。
实施例4
本实施例内容和实施例2内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，改性天然纤维40kg、改性填料60kg、表面活性剂2kg、分散剂2kg、镍粉1.2kg、聚乙烯吡咯烷酮50kg。
对比例1：
本对比例选用市场上售卖的双吸泵进行测试，该双吸泵上没有耐磨层。
对比例2
本对比例选用市场上售卖的双吸泵进行测试，该双吸泵上设有耐磨层，该耐磨层的厚度和实施例3相同，但该耐磨层仅通过刷子涂刷附上，不采用本申请中提供的涂刷方式。
对比例3
本对比例选用市场售卖的双吸泵进行测试，选用市场上售卖的耐磨涂料，具体购自北京耐默科技有限公司生产的KN17耐磨涂料，上述对比例中的双吸泵购自河北正泉泵业有限公司成产的水利工程用双吸泵，采用本申请提供的涂刷方式进行涂覆。
对上述实施例和对比例得到双吸泵分别进行冲蚀磨损试验，冲蚀的条件为：冲蚀速度为10m/s、冲蚀角为70°、冲蚀时间为连续48小时，接着观察渣浆泵叶轮的表面情况，观察是否有剥离现象。
经过试验发现，实施例1-4制备得到的渣浆泵叶轮的表面完好，并无剥离现象；
所述的对比例2-3制备得到的渣浆泵叶轮在48小时后出现了少量的剥离现象；
所述的对比例1制备得到的渣浆泵叶轮在48小时后出现较多的剥离现象。
基于上述试验结果，本发明提供的双吸泵具有优异的防冲击、耐腐蚀性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种高效耐磨的双吸泵叶轮，包括叶轮本体和包覆在叶轮本体上的耐磨层，其特征在于，所述耐磨层按重量份计，包括以下组份：
改性天然纤维 20~40份、改性填料 40~60份、表面活性剂 1~2份、分散剂 1.2~2份、镍粉 0.6~1.2份、聚乙烯吡咯烷酮 40~50份；
上述组份经由以下步骤制备形成所述耐磨层的浆料：
（1）按配方量称取改性天然纤维、改性填料、镍粉，在高速混合机中混合均匀，接着下料至混料桶中，加入溶剂、表面活性剂和分散剂，超声分散20~30min，得到混合液A；
（2）在搅拌的状态下加入聚乙烯吡咯烷酮，加完之后继续搅拌10~20min，得到用于形成耐磨层的浆料；
所述改性天然纤维经由以下步骤制备：
（1）将天然纤维进行热处理，然后将经热处理的天然纤维加入到去离子水中，所用去离子水的重量为天然纤维的60倍，接着在搅拌的情况下用超声波振荡器进行超声处理，直至天然纤维呈单丝分散，再进行过滤并将过滤得到的天然纤维烘干；
（2）将步骤（1）中干燥的天然纤维投入球磨机中粉碎处理，至天然纤维的长度为1～1.2mm的天然纤维颗粒，且天然纤维颗粒表面呈放射状后，使天然纤维颗粒表面充分暴露出来，将天然纤维颗粒投入在石墨烯溶液中进行混合，该石墨烯溶液中的石墨烯粒径为10～15um，采用搅拌速度为60～120rad/min，搅拌时间为20min，得到初步处理液；
（3）向步骤（2）中的初步处理液中投入纤维素，所述纤维素在初步处理液中的浓度为0.5wt%，充分混合后进行加热处理，采用水浴加热在80℃下保持15min，之后升温至95℃下保温2min，自然冷却至室温，得到所述改性天然纤维；
所述改性填料是以体积含量为30%的亲水性碳纳米管、40%的纳米CaCO 3和30%的炭黑组成主原料，包括以下步骤：
（1）将纳米CaCO 3和炭黑混合，得混合物；
（2）将亲水性碳纳米管与分散剂和去离子水混合，并调节pH值为9，得碳纳米管混合液；所述分散剂与亲水性碳纳米管的质量比为10%；
（3）将步骤( 1)的混合物和步骤( 2)的碳纳米管混合液均匀混合后，进行喷雾干燥处理，得到前驱填料；
（4）将所述步骤（3）中的前驱填料投入雾化器中，采用前驱填料：溶剂的体积比为1：30~35的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至500~700℃进行退火处理，然后由保护气体载入24~26%的气态碳源，气体流速50～1000ml/min，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中，保温1～12小时，使所述气态碳源在前驱填料表面裂解形成无定形碳，该无定形碳包覆在前驱填料的表面并形成均匀的包覆层，得到所述改性填料；
所述高效耐磨的双吸泵叶轮，制备方法包括以下步骤：
（1）将成型的叶轮本体放置于处理窑内，处理窑内加热至30~35℃，保持100~120min，对叶轮本体进行预热处理；
（2）用猪毛刷沿叶轮本体的径向均匀涂刷浆料，涂刷的厚度为1~1.6mm，然后以4~12℃/h升温速率将叶轮本体中心温度升至60~62℃；
（3）将经由步骤（2）处理后的叶轮取出，用电动工具带400目砂纸轮打磨一道，除去覆盖在叶轮本体表面的覆膜，然后用猪毛刷沿叶轮径向方向均匀涂刷浆料，涂刷的厚度为1~1.4mm，再放置在处理窑内以4~10℃/h升温速率将叶轮中心温度升至66~68℃；
（4）将经由步骤（3）处理后的叶轮本体在处理窑内按照2~3℃/小时的速度降温至常温，取出放置在阴凉位置晾置3~4天，使浆料完全和叶轮本体粘接一体，再将叶轮本体放置在120~140 W超声仪器下超声60~70min，对叶轮本体进行去应力处理，提升叶轮本体的力学性能，得到所述的双吸泵叶轮。
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