CN111963477A - 陶瓷叶轮固定装置、陶瓷叶轮及其制造方法、拆卸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷叶轮，该陶瓷叶轮包括金属骨架和以真空浇注方式成型与所述金属骨架上的陶瓷层，所述金属骨架包括前盖板、后盖板，以及设置于前盖板和后盖板之间的叶片，在金属骨架的前盖板、后盖板和叶片中分别布置有通孔，所述通孔用于固持所述陶瓷叶轮的陶瓷层，其中，金属骨架的前盖板或后盖板上还具有加强筋、凹缺和凹槽中的至少一种，以用于固持被浇注于所述金属骨架上的陶瓷层。本发明还涉及一种陶瓷叶轮的制造方法，包括以下步骤：在工业软件中对金属骨架进行三维造型，其中，通过模拟计算分析不同工况，确保陶瓷叶轮的强度和应力在在泵运行时始终得到满足；提供通过模拟计算分析后的金属骨架；在金属骨架上真空浇注所述陶瓷层。

Description

陶瓷叶轮固定装置、陶瓷叶轮及其制造方法、拆卸方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷叶轮及其制造方法，尤其是涉及一种用于输送电厂内硬质颗粒、腐蚀性流体的陶瓷叶轮及其制造方法。本发明还涉及一种陶瓷叶轮固定装置以及一种陶瓷叶轮拆卸方法。
背景技术
在电厂的烟气脱硫过程中，由于需要泵送的介质含有硬质颗粒和高腐蚀性的成分，因此对泵的材料具有很高的要求，现有的材料应用有如下几种：
首先是金属材料，必须用双相不锈钢或超级双相不锈钢。双相不锈钢或超级双相不锈钢的缺点是成本非常高，另外，不锈钢材料的耐磨性和耐腐蚀性，仍远远落后于陶瓷材料。
其次，可以采用普通金属，但是需要在与介质接触的地方涂上一层橡胶，使用金属加上衬橡胶方案的缺点是所衬橡胶层的使用寿命不长，容易剥落。
而且，随着国家对环保要求的逐步提高，逐步要求用陶瓷泵取代金属泵。陶瓷泵的核心部件是叶轮，因为叶轮是运动部件，运动部件对耐磨性和耐腐蚀性要求更高。
虽然陶瓷泵是个很好的方向，但市场上的陶瓷泵的叶轮大多数存在金属和陶瓷的结合不强、拆卸不变、陶瓷叶片强度不够等问题。
在发明名称为“一种含金属骨架的复合陶瓷叶轮”，公布号为“CN210196121U”的中国实用新型专利文件中披露了一种陶瓷复合叶轮，虽然提高叶轮整体强度，但是在金属骨架中，仅用冲孔板作为叶片和后盖板，并没有进一步优化金属骨架的结构，仍存在金属骨架与陶瓷结合不牢固的问题。
因此，希望提供一种适用于电厂内泵送含有硬质颗粒和腐蚀性的流体的陶瓷叶轮，以解决陶瓷与金属结合不牢、运行时陶瓷叶轮强度不够、拆卸维护时容易碰坏陶瓷等问题，同时，也希望能够进一步提高陶瓷叶轮的泵送效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种陶瓷叶轮，该陶瓷叶轮包括金属骨架和以真空浇注方式成型与所述金属骨架上的陶瓷层，所述金属骨架包括前盖板、后盖板，以及设置于前盖板和后盖板之间的叶片，在所述金属骨架的前盖板、后盖板和叶片中分别布置有通孔，所述通孔用于固持所述陶瓷叶轮的陶瓷层，其中，所述金属骨架的前盖板端侧具有凹槽，或者后盖板背侧具有加强筋，或者后盖板外周具有凹缺，以用于固持被浇注于所述金属骨架上的陶瓷层。
陶瓷浇注时穿过通孔，能够有效地实现陶瓷层在金属骨架上的固持。加强筋一般是径向的，叶片旋转时提供对陶瓷层的旋转推力。凹缺位于金属骨架的前、后盖板外周，目的也是为了建立陶瓷层和金属骨架在旋转方向上的止挡关系。凹槽通常布设在前、后盖板端面上，使陶瓷层能够在端面上嵌入金属骨架。金属骨架上的加强筋、凹缺和凹槽在陶瓷浇注后埋入陶瓷层中，能够在陶瓷层随金属骨架的旋转中实现两者牢固的接合。
在根据本发明的陶瓷叶轮一种优选实施形式中，金属骨架的壁厚和通孔的位置以及加强筋、凹缺和凹槽的形状及位置是通过三维造型的模拟计算分析确定的，以确保所述陶瓷叶轮在在泵运行时始终满足强度和应力要求。与仅采用均布孔板来设计叶片相比，三维造型的模拟计算分析确定的金属骨架更符合强度和应力方面的要求。
在根据本发明的陶瓷叶轮一种优选实施形式中，在所述陶瓷叶轮的金属骨架后盖板上的陶瓷层的外表面上设有适于泵送流体的结构。优选的是，所述适于泵送流体的结构是突起的背叶或凹陷。在所述陶瓷叶轮的金属骨架后盖板上的陶瓷层的外表面上可以仅布置突出的背叶，仅布置凹向所述叶片和前盖板方向的凹陷，也可以即布置突出的背叶也布置凹陷。这些背叶或凹陷起到的作用是在后盖板和安装壳体之间形成泵送流体的效果，防止流体滞留在这个空间内。
在根据本发明的陶瓷叶轮一种优选实施形式中，所述陶瓷叶轮的金属骨架在轮毂前端区域具有未被陶瓷层覆盖的金属区域，该金属区域具有适于螺栓连接的若干螺纹孔。由于在这种实施形式中，螺栓连接实现在金属与金属之间，避免了在相对较脆的陶瓷层上进行螺栓连接，防止了陶瓷层的损坏。
按照本发明的另一方面，还提供了一种上述陶瓷叶轮的制造方法，包括以下步骤：在工业软件中对所述金属骨架进行三维造型，其中，通过模拟计算分析不同工况，确保具有所述三维造型的金属骨架的所述陶瓷叶轮在在泵运行时始终满足强度和应力要求；提供通过模拟计算分析后的所述金属骨架；在所述金属骨架上真空浇注所述陶瓷层。
优选的是，在工业软件中对所述金属骨架进行三维造型时，通过通过模拟计算分析确定壁厚和通孔的位置以及加强筋、凹缺和凹槽的形状及位置。
按照本发明的另一方面，还提供了一种陶瓷叶轮固定装置，用于将陶瓷叶轮固定在叶轮轴上，所述陶瓷叶轮的金属骨架在轮毂前端区域具有未被陶瓷层覆盖的金属区域，该陶瓷叶轮固定装置包括：叶轮固定板，该叶轮固定板适于通过若干紧固螺栓连接在所述金属区域上均匀布置的螺纹孔；叶轮帽，该叶轮帽借助穿过所述叶轮固定板的中央连接螺栓与所述陶瓷叶轮的叶轮轴相连接；其中，所述叶轮帽在周向上包围所述叶轮固定板并在轴向上抵靠在所述金属区域上，并且与所述陶瓷叶轮的陶瓷层有间隙。
优选的是，所述叶轮帽与所述中央连接螺栓构造为一体部件。替代地，也可以将中央连接螺栓设计为单独的部件，而在所述叶轮帽朝向该中央连接螺栓的一侧设置与之相配合的螺纹孔，从而同样实现叶轮帽、中央连接螺栓和叶轮轴三者之间的螺纹连接。
应当注意，在上述陶瓷叶轮固定装置中，在中央连接螺栓穿过叶轮固定板时与叶轮固定板同样实现了螺栓连接。
按照本发明的另一方面，还提供了一种陶瓷叶轮拆卸方法，用于拆卸以上述陶瓷叶轮固定装置固定在叶轮轴上的上述陶瓷叶轮，其中，该陶瓷叶轮拆卸方法采用带有适于与所述叶轮固定板螺纹连接的螺纹杆和能够安装在所述螺纹杆端部的顶压头的叶轮拆装工具，且包括如下步骤：
旋拧卸下所述叶轮帽以及从所述叶轮轴上旋拧卸下所述中央连接螺栓；
松开所述紧固螺栓以从所述陶瓷叶轮的金属骨架的轮毂区域卸下所述叶轮固定板；
将所述叶轮拆装工具的螺纹杆旋拧穿过所述叶轮固定板，然后将叶轮拆装工具的顶压头安装在所述叶轮拆装工具朝向所述叶轮轴的一端；
将所述叶轮固定板重新以紧固螺栓紧固在所述陶瓷叶轮的金属骨架的轮毂区域上；
旋拧所述叶轮拆装工具的螺纹杆，直至所述陶瓷叶轮连同所述叶轮固定板在顶在所述叶轮轴上的所述叶轮拆装工具的顶压头的作用下脱离所述叶轮轴；
拆卸所述顶压头后将所述叶轮拆装工具的螺纹杆从所述叶轮固定板上旋拧卸下。
这种拆卸方法的优点在于，在拆卸过程中，旋拧螺栓的位置始终是金属与金属相接触，拆卸过程中始终没有力施加在陶瓷层上，因而不会对陶瓷造成损坏。
附图说明
图1以剖视图示意了本发明的陶瓷叶轮的金属骨架；
图2A和图2B示意了本发明的陶瓷叶轮的金属骨架中的通孔；
图3示意了本发明的陶瓷叶轮的凹陷和背叶；
图4以剖视图示意了本发明的陶瓷叶轮的陶瓷层；
图5以剖视图示出了本发明的陶瓷叶轮固定装置的装配状态；
图6以剖视图示出了本发明的陶瓷叶轮的拆卸过程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的陶瓷叶轮进行详细说明，附图和实施例不能理解为对本发明的限制。
图1示意了本发明提供的陶瓷叶轮的金属骨架，如图1所示，本发明提供的陶瓷叶轮中的金属骨架100包括前盖板110、后盖板130，以及设置于前盖板110和后盖板130之间的叶片120。
陶瓷层以真空浇注方式成型于所述金属骨架100上，构成本发明的陶瓷叶轮。
其中，在金属骨架100的前盖板110端侧设置有有凹槽500，可以固持被浇注于所述金属骨架上的陶瓷层，凹槽通常布设在前、后盖板端面上，使陶瓷层能够在端面上嵌入金属骨架。
图2A和图2B示意了本发明提供的陶瓷叶轮的金属骨架中的通孔，如图2A和图2B所示，在金属骨架的前盖板中设置有通孔210，在金属骨架的后盖板中设置有通孔230，在金属骨架的叶片中设置有通孔220，这些通孔都用于固持陶瓷叶轮的陶瓷层。
陶瓷浇注时穿过通孔，能够有效地实现陶瓷层在金属骨架上的固持。
在金属骨架的后盖板背侧设置有加强筋400，在加强筋400上设置有通孔240，金属骨架的后盖板外周设置有凹缺300，设置以上特征都用于固持被浇注于所述金属骨架上的陶瓷层。
加强筋400一般是径向的，叶片旋转时还可以提供对陶瓷层的旋转推力。
凹缺300位于金属骨架的前、后盖板外周，目的也是为了建立陶瓷层和金属骨架在旋转方向上的止挡关系。
金属骨架上的加强筋400、凹缺300和凹槽在陶瓷浇注后埋入陶瓷层中，能够在陶瓷层随金属骨架的旋转中实现两者牢固的接合。
如图2A所示，在陶瓷叶轮的金属骨架在叶轮毂区域设置有未被陶瓷层覆盖的金属区域，在该金属区域设置有螺栓连接孔950，用于与安装所述陶瓷叶轮的叶轮轴实现螺栓连接。
由于螺栓连接实现在金属与金属之间，避免了在相对较脆的陶瓷层上进行螺栓连接，防止了陶瓷层的损坏。
图3示意了本发明提供的陶瓷叶轮的凹陷和背叶，如图3所示，在陶瓷叶轮的金属骨架后盖板上的陶瓷层的外表面上设有适于泵送流体的突起背叶800和凹陷700。
在陶瓷叶轮的金属骨架后盖板上的陶瓷层的外表面上可以仅布置突出的背叶，仅布置凹向所述叶片和前盖板方向的凹陷，也可以即布置突出的背叶也布置凹陷。
这些背叶或凹陷起到的作用是在后盖板和安装壳体之间形成泵送流体的效果，防止流体滞留在这个空间内。
图4示意了本发明提供的陶瓷叶轮的陶瓷层，如图4所示，陶瓷层以真空浇注方式成型于所述金属骨架100上，包括金属骨架的后盖板上的陶瓷层610，金属骨架的前盖板上的陶瓷层620，金属骨架的叶片上的陶瓷层630。
图5以剖视图示出了本发明的陶瓷叶轮固定装置的装配状态，如图5所示，陶瓷叶轮固定装置用于将陶瓷叶轮固定在叶轮轴960上，陶瓷叶轮固定装置包括：叶轮固定板910，该叶轮固定板910通过若干紧固螺栓连接于陶瓷叶轮的金属骨架100，在金属骨架100的轮毂前端区域，若干紧固螺栓旋入未被陶瓷层覆盖的金属区域上均匀布置的螺纹孔中；叶轮帽920，该叶轮帽920借助穿过叶轮固定板910的中央连接螺栓930与陶瓷叶轮的叶轮轴960相连接。
其中，叶轮帽920在周向上包围叶轮固定板910并在轴向上抵靠在金属骨架100的金属区域上，并且与陶瓷叶轮的陶瓷层有间隙H。
中央连接螺栓930与叶轮固定板910同样也通过螺栓连接。
图6以剖视图示出了本发明的陶瓷叶轮的拆卸过程，如图6所示，拆卸陶瓷叶轮时，
首先，旋拧卸下叶轮帽，从叶轮轴960上旋拧卸下中央连接螺栓，松开若干紧固螺栓以从陶瓷叶轮的金属骨架100的轮毂区域卸下叶轮固定板910。
然后，将所述叶轮拆装工具940的螺纹杆旋拧穿过叶轮固定板910，将叶轮拆装工具940的顶压头安装在叶轮拆装工具940朝向叶轮轴960的一端，再将叶轮固定板910重新以紧固螺栓紧固在陶瓷叶轮的金属骨架100的轮毂区域上。
最后，旋拧叶轮拆装工具940的螺纹杆，直至陶瓷叶轮连同叶轮固定板910在叶轮拆装工具940的顶压头的作用下脱离叶轮轴960，拆卸顶压头后将叶轮拆装工具940的螺纹杆从叶轮固定板910上旋拧卸下。
通过以上拆卸方法，既可以将陶瓷叶轮整体脱离叶轮轴，也可以保证包覆于金属骨架的陶瓷层不受损伤。
以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导任意组合和扩展上述各实施例而在本发明的精神和范围内做出更多的实施方式和应用。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。
附图标记列表
100 金属骨架
110 前盖板
120 叶片
130 后盖板
210 (前盖板上的)通孔
220 (叶片上的)通孔
230 (后盖板上的)通孔
240 (加强筋上的)通孔
300 凹缺
400 加强筋
500 (前盖板端侧的)凹槽
610 (后盖板上的)陶瓷层
620 (前盖板上的)陶瓷层
630 (叶片上的)陶瓷层
700 凹陷
800 背叶
910 叶轮固定板
920 叶轮帽
930 中央连接螺栓
940 叶轮拆装工具
950 螺栓连接孔
960 叶轮轴。

Claims (10)

1.一种陶瓷叶轮，该陶瓷叶轮包括金属骨架(100)和以真空浇注方式成型与所述金属骨架上的陶瓷层(610、620、630)，所述金属骨架包括前盖板(110)、后盖板(130)，以及设置于前盖板(110)和后盖板(130)之间的叶片(120)，在所述金属骨架(100)的前盖板(110)、后盖板(130)和叶片(120)中分别布置有通孔(210、220、230)，所述通孔(210、220、230)用于固持所述陶瓷叶轮的陶瓷层(610、620、630)，其特征在于，
所述金属骨架的前盖板(110)端侧具有凹槽(500)，或者后盖板(130)背侧具有加强筋(400)，或者后盖板(130)外周具有凹缺(300)，以用于固持被浇注于所述金属骨架上的陶瓷层(610、620、630)。
2.根据权利要求1所述的陶瓷叶轮，其特征在于，所述金属骨架(100)的壁厚和通孔的位置以及加强筋(400)、凹缺(300)和凹槽(500)的形状及位置是通过三维造型的模拟计算分析确定的，以确保所述陶瓷叶轮在在泵运行时始终满足强度和应力要求。
3.根据权利要求1所述的陶瓷叶轮，其特征在于，在所述陶瓷叶轮的金属骨架后盖板上的陶瓷层(610)的外表面上设有适于泵送流体的结构(700、800)。
4.根据权利要求1所述的陶瓷叶轮，其特征在于，所述适于泵送流体的结构是突起的背叶(800)或凹陷(700)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的陶瓷叶轮，其特征在于，所述陶瓷叶轮的金属骨架(100)在轮毂前端区域具有未被陶瓷层覆盖的金属区域，该金属区域具有适于螺栓连接的若干螺纹孔(950)。
6.一种陶瓷叶轮固定装置，用于将陶瓷叶轮固定在叶轮轴(960)上，所述陶瓷叶轮的金属骨架(100)在轮毂前端区域具有未被陶瓷层覆盖的金属区域，该陶瓷叶轮固定装置包括：
叶轮固定板(910)，该叶轮固定板(910)适于通过若干紧固螺栓连接在所述金属区域上均匀布置的螺纹孔(950)；
叶轮帽(920)，该叶轮帽(920)借助穿过所述叶轮固定板(910)的中央连接螺栓(930)与所述陶瓷叶轮的叶轮轴(960)相连接；
其中，所述叶轮帽(920)在周向上包围所述叶轮固定板并在轴向上抵靠在所述金属区域上，并且与所述陶瓷叶轮的陶瓷层有间隙(H)。
7.根据权利要求6所述的陶瓷叶轮固定装置，其特征在于，所述叶轮帽(920)与所述中央连接螺栓(930)构造为一体部件。
8.一种根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷叶轮的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
在工业软件中对所述金属骨架进行三维造型，其中，通过模拟计算分析不同工况，确保具有所述三维造型的金属骨架的所述陶瓷叶轮在在泵运行时始终满足强度和应力要求；
提供通过模拟计算分析后的所述金属骨架(100)；
在所述金属骨架(100)上真空浇注所述陶瓷层(610、620、630)。
9.根据权利要求8所述的陶瓷叶轮的制造方法，其特征在于，在工业软件中对所述金属骨架(100)进行三维造型时，通过通过模拟计算分析确定壁厚和通孔的位置以及加强筋(400)、凹缺(300)和凹槽(500)的形状及位置。
10.一种陶瓷叶轮拆卸方法，用于拆卸以根据权利要求6所述的陶瓷叶轮固定装置固定在叶轮轴上的根据权利要求5所述的陶瓷叶轮，其特征在于，该陶瓷叶轮拆卸方法采用带有适于与所述叶轮固定板螺纹连接的螺纹杆和能够安装在所述螺纹杆端部的顶压头的叶轮拆装工具(940)，且包括如下步骤：
旋拧卸下所述叶轮帽(920)以及从所述叶轮轴(960)上旋拧卸下所述中央连接螺栓(930)；
松开所述紧固螺栓以从所述陶瓷叶轮的金属骨架(100)的轮毂区域卸下所述叶轮固定板(910)；
将所述叶轮拆装工具(940)的螺纹杆旋拧穿过所述叶轮固定板(910)，然后将叶轮拆装工具(940)的顶压头安装在所述叶轮拆装工具朝向所述叶轮轴(960)的一端；
将所述叶轮固定板(910)重新以紧固螺栓紧固在所述陶瓷叶轮的金属骨架(100)的轮毂区域上；
旋拧所述叶轮拆装工具(940)的螺纹杆，直至所述陶瓷叶轮连同所述叶轮固定板(910)在顶在所述叶轮轴(960)上的所述叶轮拆装工具(940)的顶压头的作用下脱离所述叶轮轴(960)；
拆卸所述顶压头后将所述叶轮拆装工具(940)的螺纹杆从所述叶轮固定板(910)上旋拧卸下。
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