泵體材料選擇考慮因素:a 強度;b 耐腐蝕;c 耐磨粒磨損;d 鑄造和機械加工性能;e 焊接修補性能;f成本。
1 鑄鐵
對于大多數(shù)輸送液體應用來說,灰鑄鐵是制造泵殼體的較好材料。對于單級泵,通常灰鑄鐵有足夠的強度抵抗所產(chǎn)生的壓力。在中等壓力和溫度范圍內,球墨鑄鐵被廣泛應用。在灰鑄鐵和球墨鑄鐵不能達到足夠耐腐蝕性能應用場合,耐蝕高鎳鑄鐵常被用做泵體材料。近年來開發(fā)出一種新型的,具有良好焊接性能的耐蝕高鎳鑄鐵材料(命名為D2W),含有少量鈮元素,以改善其焊接性能。典型的奧氏體鑄鐵含鎳15%~20%,在鹽水中廣泛應用。
灰口鑄鐵 是最常用的一種鑄鐵,國標代號為HT。一般清水泵的泵體、葉輪、泵蓋、懸架等均采用該材料,通常用到三種牌號:HT150、HT200、HT250。對于底座、墊板等非主要零件多采用HT150,泵體、泵蓋、懸架等多采用HT200,而葉輪、口環(huán)、軸套等多采用HT250。各國對灰鐵的表示方法有所不同,如日本的代號為FC,德國的代號為GG,美國為Class 4
球墨鑄鐵 是一種綜合性能較好的鑄鐵,國標代號為QT。由于其力學性能接近鋼,同時其鑄造性能、加工性能優(yōu)于鋼,因此通常把它作為鑄鋼的替代品。最常用到的牌號有:QT450-10、QT500-7、QT600-3。由于受鑄造等原因的限制,目前水泵的葉輪采用該材料,尤其是切割式的開式葉輪性價比都優(yōu)越的。DIN標準對球墨鑄鐵的表示方法為GGG,美國的表示方法為Ductile iron。
2 鑄鋼
對于腐蝕和有害的石油產(chǎn)品,或多級泵出口壓力達13.8Mpa時,需要使用規(guī)定的鑄鋼或鑄造不銹鋼。在鍋爐給水泵和許多烴類應用中,常選用馬氏體不銹鋼,馬氏體不銹鋼機械性能好,適用于高壓的工況,但耐腐蝕性能不如其他類不銹鋼。在化工應用和其他腐蝕性的環(huán)境下,奧氏體不銹鋼(CF-8M,CF-3M等)常用來作泵殼體材料,另外,奧氏體不銹鋼還能抵抗由于高速而產(chǎn)生的侵蝕,并且可以相對容易地進行現(xiàn)場焊接修補。高壓淺海注水泵對耐腐蝕和機械性能有更高的要求,其泵殼體選雙相不銹鋼材料(50%鐵素體+50%奧氏體)。
由于鑄鋼的強度轉高,通常當壓力>1.6Mpa時,承壓零件多采用鑄鋼,其國標代號為ZG,最常用的牌號為ZG23 0-450。日本和美國通常用CS表示鑄鋼。
3 青銅
在許多水泵應用中,也使用青銅材料作泵體。在小型低壓泵中常用鉛青銅,鉛有助于泵體的密封性。錫青銅用作更大一些的離心泵的泵體材料。鎳鋁青銅雖具有最好的機械性能和耐腐蝕性能,但價格昂貴,沒有競爭力。
4 復合材料
為了提高泵的耐化學腐蝕性能,可以在蝸殼內安裝襯里,用作襯里的材料有聚四氟乙烯,橡膠等。整體陶瓷和石墨泵用于特別腐蝕性的液體中,如:氫氟酸。在造紙和紙漿工業(yè),金屬精加工工業(yè),復合材料(如環(huán)氧樹脂)被用于制造泵體。
5、不銹鋼
應用最多的不銹鋼為奧氏體不銹鋼,如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。除鹽酸、稀硫酸等少數(shù)介質外,奧氏體不銹鋼是優(yōu)良的耐腐蝕材料,是化工泵最常采用的耐腐材料。日本和美國通常用SS304、SS316、SS316L來表示奧氏體不銹鋼。馬氏體不銹鋼如2Cr13、3Cr13,其力學性能優(yōu)于奧氏體不銹鋼,通常被用作泵軸和軸套的材料,日本和美國的對應代號為SS420。另外,高合金不銹鋼(20號合金)和雙項不銹鋼也是較理想的耐腐蝕材料。
6、碳素結構鋼
通常分為普通碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼。最具代表性的普通碳素結構鋼為Q235,各類鋼板、型鋼多采用該材料;最具代表性的優(yōu)質碳素鋼為45號鋼,其廣泛用于無腐蝕要求時的泵軸材料
7、合金鋼
最具代表性的合金鋼為40Cr,通常用于高強度泵軸的材料。
8、非金屬材料
泵用非金屬材料主要用于密封,如聚四氟乙烯、氟橡膠、丁腈橡膠等。其中聚四氟乙烯因具有優(yōu)良的耐腐蝕、耐高溫性能而用于化工泵的密封墊以及機械密封的靜密封,適用于250℃內幾乎所有的化工介質,其缺點是硬度較高、裝配難度大。
氟橡膠也是一種較好的耐溫、耐腐蝕材料,耐溫上限以160℃為宜,當用戶無特殊要求時,化工泵建議采用該材料的密封圈;而丁腈橡膠主要用于耐油或清水介質時的靜密封
表1 國產(chǎn)泵常用材料
類型 | 泵體 | 葉輪 | 軸 |
一般清水泵 | 灰鑄鐵(HT250) | 灰鑄鐵(HT250) | 45鋼, 鉻鋼(1Cr13) |
熱水循環(huán)泵 | 球墨鑄鐵, 鑄鋼(ZG25), 鑄造不銹鋼 | 球墨鑄鐵, 鑄鋼(ZG25), 鑄造不銹鋼 | 45鋼, 鉻鉬釩鋼(24CrMoV) |
油泵 | HT250 ZG25, ZGCr5Mo | HT20-40 ZG25, ZG1Cr13 | 45鋼 35CrMo 3Cr13 |
污水泵 | HT250,QT450-10 低鎳鉻鑄鐵 ZG230-450 | HT250,QT450-10 高鉻鑄鐵 ZG230-450 ZG1Cr13, ZG2Cr13 ZG0Cr18Ni9 | 35鋼 Cr13 |
海水泵 | 低鎳鉻鑄鐵, ZG0Cr18Ni9, HT250+環(huán)氧樹脂襯里, | ZPb2Sn10,ZPb4Sn8, 高鉻鑄鐵 ZG0Cr18Ni9 | 18-8不銹鋼, 35號鋼用0Cr18Ni9 |
耐腐蝕泵 | STSI15R高硅鐵 1Cr18Ni9 鑄鐵+耐酸陶瓷 | STSI15R高硅鐵
剛玉陶瓷 | 碳鋼 3Cr13
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載流體泵 | 可鍛鑄鐵, 球墨鑄鐵 鑄鋼 | 可鍛鑄鐵 ZG1Cr13 | 35鋼 3Cr13 |
鍋爐給水泵 | Cr Mo鑄鋼 鉻鋼(ZG1Cr13) 雙相不銹鋼 | 低鎳鑄鐵 ZG1Cr13 青銅 | Cr Mo鑄鋼 Ni Cr Mo V鋼 |
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