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PEI聚酰亞胺泵閥領(lǐng)域應(yīng)用
日期：2025-06-27 00:30
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摘要：
PEI聚酰亞胺泵閥領(lǐng)域應(yīng)用
泵軸承和密封不耐磨損，不耐高溫的解決方案
出現(xiàn)問題：軸偏離引起高振動(dòng)，縮短了機(jī)械密封的壽命，同時(shí)產(chǎn)生噪音。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維複合材料的葉輪口環(huán)配合不鏽鋼的泵殼口環(huán)；用我們材料的喉部襯套代替原有的石墨襯套。
結(jié) 果：減小了振動(dòng)幅度，從而延長了密封使用壽命和軸承使用壽命，增強(qiáng)了泵的自由運(yùn)作。很多泵在使用中都是以盤根作為填充物，盤根主要作用是防泄漏，但也起到軸承的作用，穩(wěn)定軸。目前很多泵已經(jīng)將盤根改為機(jī)械密封，隨著機(jī)械密封的轉(zhuǎn)變，軸承影響冇有了，而軸偏離（高振動(dòng)及相關(guān)影響）成了問題。
用聚酰亞胺碳纖維複合材料改善泵，成功地解決了客戶的問題，主要有以下兩點(diǎn)：
1)聚酰亞胺碳纖維複合材料是一種無金屬磨損、不咬合的材料。這使得運(yùn)轉(zhuǎn)間隙縮小（隻有API規(guī)定的金屬材質(zhì)隙間的一半），較小間隙的襯套可以穩(wěn)定軸，較小間隙的口環(huán)可以進(jìn)一步限製泄漏及泄漏速度。
2)聚酰亞胺碳纖維複合材料是一種高強(qiáng)度、高性能的熱塑性材料。它易於注塑，能夠吸收振動(dòng)及衝擊，而在被替代的金屬是會(huì)引起振動(dòng)及軸的磨損。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維複合材料的葉輪口環(huán)配合不鏽鋼的泵殼口環(huán)；用我們材料的喉部襯套代替原有的石墨襯套。
結(jié) 果：減小了振動(dòng)幅度，從而延長了密封使用壽命和軸承使用壽命，增強(qiáng)了泵的自由運(yùn)作。很多泵在使用中都是以盤根作為填充物，盤根主要作用是防泄漏，但也起到軸承的作用，穩(wěn)定軸。目前很多泵已經(jīng)將盤根改為機(jī)械密封，隨著機(jī)械密封的轉(zhuǎn)變，軸承影響冇有了，而軸偏離（高振動(dòng)及相關(guān)影響）成了問題。
用聚酰亞胺碳纖維複合材料改善泵，成功地解決了客戶的問題，主要有以下兩點(diǎn)：
1)聚酰亞胺碳纖維複合材料是一種無金屬磨損、不咬合的材料。這使得運(yùn)轉(zhuǎn)間隙縮小（隻有API規(guī)定的金屬材質(zhì)隙間的一半），較小間隙的襯套可以穩(wěn)定軸，較小間隙的口環(huán)可以進(jìn)一步限製泄漏及泄漏速度。
2)聚酰亞胺碳纖維複合材料是一種高強(qiáng)度、高性能的熱塑性材料。它易於注塑，能夠吸收振動(dòng)及衝擊，而在被替代的金屬是會(huì)引起振動(dòng)及軸的磨損。
零部件：配用可移動(dòng)的密封軸套及Teflon的軸承
出現(xiàn)問題：支撐軸承劇烈磨損。工廠試用了很多不同材料如碳、石墨、有填充物的Teflon材料，
試圖找到一種合適的來解決磨損及軸偏離的問題，所有材料2到3個(gè)月就報(bào)廢了。其中
聚四氟乙烯材質(zhì)的產(chǎn)品因磨損而使得軸磨損，產(chǎn)生極大泄漏，導(dǎo)致機(jī)械密封失效。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維複合材料代替原來使用的有填充物的PTFE軸承。
結(jié) 果：聚酰亞胺碳纖維複合材料支撐軸承安裝後，已經(jīng)成功運(yùn)作超過13個(gè)月，使用後第8個(gè)月時(shí)，攪拌器中心部分被拆下暫時(shí)用到其他設(shè)備，那時(shí)候，工作人員檢測了攪拌器軸承，發(fā)現(xiàn)每邊每英寸泄漏量小於0.005，此時(shí)平均故障間歇時(shí)間提高了300%到400%。
出現(xiàn)問題：支撐軸承劇烈磨損。工廠試用了很多不同材料如碳、石墨、有填充物的Teflon材料，
試圖找到一種合適的來解決磨損及軸偏離的問題，所有材料2到3個(gè)月就報(bào)廢了。其中
聚四氟乙烯材質(zhì)的產(chǎn)品因磨損而使得軸磨損，產(chǎn)生極大泄漏，導(dǎo)致機(jī)械密封失效。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維複合材料代替原來使用的有填充物的PTFE軸承。
結(jié) 果：聚酰亞胺碳纖維複合材料支撐軸承安裝後，已經(jīng)成功運(yùn)作超過13個(gè)月，使用後第8個(gè)月時(shí)，攪拌器中心部分被拆下暫時(shí)用到其他設(shè)備，那時(shí)候，工作人員檢測了攪拌器軸承，發(fā)現(xiàn)每邊每英寸泄漏量小於0.005，此時(shí)平均故障間歇時(shí)間提高了300%到400%。
出現(xiàn)問題：此泵是以不鏽鋼和帶硬外殼的不鏽鋼作口環(huán)和襯套。一般來講，泵的間隙乾轉(zhuǎn)是因?yàn)?br> 運(yùn)作過程中吸入量的減少產(chǎn)生，而主要的一些乾轉(zhuǎn)情況常會(huì)導(dǎo)致泵過早的損壞，金屬
部件也受到極大損傷。而這些泵的平均故障間隔時(shí)間也隻有六個(gè)月之久。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維複合材料代替不鏽鋼的葉輪口環(huán)和襯套，運(yùn)作間隙降低大約50%。
結(jié) 果：用聚酰亞胺碳纖維複合材料改進(jìn)過的泵現(xiàn)在已經(jīng)使用了一年多。以前運(yùn)作過程中一些**狀況常會(huì)出現(xiàn)，引起間隙性乾轉(zhuǎn)，使泵無法工作，但經(jīng)過聚酰亞胺碳纖維複合材料更新已經(jīng)使得這種現(xiàn)象延緩。此外，客戶也出具報(bào)告：通過采用聚酰亞胺碳纖維複合材料材質(zhì)對其改造，縮小了運(yùn)作間隙，泵的輸出流量已增長了400gpm，同時(shí)也對其它兩臺(tái)多級泵進(jìn)行了更新。
部件也受到極大損傷。而這些泵的平均故障間隔時(shí)間也隻有六個(gè)月之久。
解決方法：用聚酰亞胺碳纖維複合材料代替不鏽鋼的葉輪口環(huán)和襯套，運(yùn)作間隙降低大約50%。
結(jié) 果：用聚酰亞胺碳纖維複合材料改進(jìn)過的泵現(xiàn)在已經(jīng)使用了一年多。以前運(yùn)作過程中一些**狀況常會(huì)出現(xiàn)，引起間隙性乾轉(zhuǎn)，使泵無法工作，但經(jīng)過聚酰亞胺碳纖維複合材料更新已經(jīng)使得這種現(xiàn)象延緩。此外，客戶也出具報(bào)告：通過采用聚酰亞胺碳纖維複合材料材質(zhì)對其改造，縮小了運(yùn)作間隙，泵的輸出流量已增長了400gpm，同時(shí)也對其它兩臺(tái)多級泵進(jìn)行了更新。
出現(xiàn)問題：劇烈振動(dòng)，泵效率低
解決方法：用·聚酰亞胺碳纖維複合材料作泵殼口環(huán)及襯套。運(yùn)轉(zhuǎn)間隙由API標(biāo)準(zhǔn)降低到每英寸轉(zhuǎn)動(dòng)直徑0.0015英寸。
結(jié) 果：起始振動(dòng) 0.600英寸/秒
改進(jìn)後振動(dòng) 0.094英寸/秒
效率提升 5%
振動(dòng)方麵：振動(dòng)減小的原因如下：
1) 再循環(huán)流動(dòng)和它對轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定影響減小
2) 間隙減小，軸的跑動(dòng)減小
3) 天然熱塑性材料有易注塑性能，吸收震動(dòng)或衝擊
效率方麵：效率提高是因?yàn)闇p小了泵殼與葉輪環(huán)之間的間隙。在泵的此處間隙反過來會(huì)減少內(nèi)部
再循環(huán)。
可靠性方麵：此泵已經(jīng)連續(xù)工作四年多了，該煉油廠也已經(jīng)將·聚酰亞胺碳纖維複合材料用在十多臺(tái)泵上。
聚酰亞胺碳纖維複合材料抗研磨材料的優(yōu)點(diǎn)特性及應(yīng)用
·具有傑出的抗磨損性能. 在有研磨顆粒的工況中優(yōu)於橡膠、青銅、碳石墨等材料。
·廣泛用於汙水泵、海水泵（工作環(huán)境是沙粒和其它研磨粒）中的襯套， 管線泵軸承和碗口耐磨環(huán)。
·隻推薦作為固定部件用（由於材料的溫度限製）。
·相比於其它的非金屬材料，抗研磨複合材料 具有更好的抗化學(xué)腐蝕性。
·相比於橡膠襯套和其它金屬材料，聚酰亞胺碳纖維複合材料材料具有非常低的摩擦係數(shù)。
·聚酰亞胺碳纖維複合材料抗研磨材料對軸幾乎冇有損傷作用。
·具有傑出的抗磨損性能. 在有研磨顆粒的工況中優(yōu)於橡膠、青銅、碳石墨等材料。
·廣泛用於汙水泵、海水泵（工作環(huán)境是沙粒和其它研磨粒）中的襯套， 管線泵軸承和碗口耐磨環(huán)。
·隻推薦作為固定部件用（由於材料的溫度限製）。
·相比於其它的非金屬材料，抗研磨複合材料 具有更好的抗化學(xué)腐蝕性。
·相比於橡膠襯套和其它金屬材料，聚酰亞胺碳纖維複合材料材料具有非常低的摩擦係數(shù)。
·聚酰亞胺碳纖維複合材料抗研磨材料對軸幾乎冇有損傷作用。
聚酰亞胺耐磨*護(hù)和提高泵的性能
一、前言
泵在冶煉作業(yè)中有著非常重要的作用，是提煉流程的必要設(shè)備。在大型石化提煉廠，有上千臺(tái)泵在工作，以保證工廠能夠順利運(yùn)轉(zhuǎn)。在冶煉作業(yè)中，通常是采用離心泵來取代原有的反向泵和回轉(zhuǎn)泵。製造技術(shù)及冶金學(xué)方麵的改善，使得離心泵製造成本大幅下降；同時(shí)由於泵內(nèi)的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)零件越來越少，使得維修作業(yè)變得越來越簡單。
泵運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)機(jī)械問題或是效率降低，就會(huì)對整個(gè)工廠的生產(chǎn)造成**影響。耐磨環(huán)可以在泵非正常操作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對泵起到提供保護(hù)以及控製液體的回收循環(huán)情況。所以其性能的優(yōu)化十分重要。傳統(tǒng)的耐磨環(huán)是以不同材料的金屬所製造，但是由於金屬材料的特性所限，影響了離心泵整體功能的進(jìn)一步提升。
二、耐磨環(huán)的作用
耐磨環(huán)的作用，是將泵中轉(zhuǎn)動(dòng)及靜止的零件，高壓和低壓的部分分隔開。多年來，設(shè)計(jì)人員嘗試了不同的材料來取代金屬耐磨環(huán)，以期獲得性能的改善。在美國石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(API610)中，規(guī)定離心泵中必須使用耐磨環(huán)，並且準(zhǔn)許使用複合材料來製造這些零件，耐磨環(huán)結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。
三、金屬耐磨環(huán)失效原因
當(dāng)金屬耐磨環(huán)有所接觸時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生高溫、造成金屬焊接在一起(摩擦焊接)，並造成泵運(yùn)轉(zhuǎn)不順。這種情況會(huì)大幅增加耗電量，造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，同時(shí)可能會(huì)使得液體滲漏到大氣中，對現(xiàn)場的工作人員造成傷害。以下情況耐磨環(huán)可能會(huì)發(fā)生接觸。
（1）在泵剛起動(dòng)，液體還冇有流過葉片之前而空轉(zhuǎn)時(shí)(尤其是垂直式泵更為嚴(yán)重)。
（2）當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸變形，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片因?yàn)楸脙?nèi)壓力突然升高或其他異常情況而偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
（3）在起動(dòng)或停止期間“慢速轉(zhuǎn)動(dòng)”時(shí)，因?yàn)檎駝?dòng)而使得套管偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
（4）在低壓蒸汽下、出現(xiàn)氣泡或在處理低密度的液體時(shí)。
（5）放射狀軸承失靈，使得耐磨環(huán)彼此接觸時(shí)。
四、金屬耐磨環(huán)之外的其他選擇
在了解使用金屬和複合材料零件的實(shí)際成本費(fèi)用之後，有些生產(chǎn)廠商轉(zhuǎn)而使用石墨/金屬合金等替代材料。但是石墨/金屬合金製造的零件脆性太大，耐衝擊性、抗振動(dòng)和抗強(qiáng)烈撞擊性能差。這些特性使得石墨/金屬合金零件，在運(yùn)送和安裝的過程中可能會(huì)出現(xiàn)斷裂的情況，大幅提高更換組件的成本。
我們開發(fā)出一種熱塑性聚酰亞胺樹脂為基材，通過特種纖維強(qiáng)化的高性能材料，該樹脂的抗化學(xué)侵蝕及耐高溫性（使用溫度可高達(dá)268℃），以及特種纖維的強(qiáng)度與尺寸穩(wěn)定性得到。
該材料已被應(yīng)用在、鋼材研磨、紙張研磨、化學(xué)工廠以及食品加工廠等產(chǎn)業(yè)使用的泵中。它取代金屬及其他複合材料，作為泵中的耐磨環(huán)、喉管軸襯和套管軸承，大幅度提升泵的效能。
五、使用聚酰亞胺複合材料材料耐磨環(huán)的好處
1. 降低維修費(fèi)用
維修耐磨環(huán)的成本非常高，尤其是大型泵的維修，通常每年會(huì)付出高達(dá)數(shù)十萬美元的維修費(fèi)用，同時(shí)需要花費(fèi)幾個(gè)星期的時(shí)間。以美國一個(gè)煉油工廠為例，其鹽水冷卻係統(tǒng)曾經(jīng)出現(xiàn)過一些問題。
在這個(gè)係統(tǒng)中包含了4個(gè)並聯(lián)方式配置，共享備用係統(tǒng)的泵。這個(gè)係統(tǒng)每年都因?yàn)橹匮}進(jìn)行維修(每年5到6次)，而要花費(fèi)超過200000美元的維修費(fèi)用。當(dāng)較大的碎片在經(jīng)過進(jìn)口時(shí)，會(huì)因?yàn)樽枞鴰韯×业恼駝?dòng)，造成耐磨環(huán)摩擦力提高。
*後可能會(huì)導(dǎo)致葉片、泵外殼、套管、軸承、軸承襯管以及銜接器等部件的損壞。除維修費(fèi)用高昂外，還有可能會(huì)對泵操作人員和維護(hù)保養(yǎng)人員的**造成威脅。該公司後決定采用聚酰亞胺複合材料0材料的耐磨環(huán)及喉管軸襯。在**部泵經(jīng)過改裝正常使用後，一個(gè)大的碎片卡在轉(zhuǎn)動(dòng)葉片中，使得泵的套管損壞。但是聚酰亞胺複合材料耐磨環(huán)以及喉管軸襯仍然可以支撐住破損的泵套管，且可以繼續(xù)使用。其中的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片與外殼並未損壞。在所有的泵的耐磨靜止部件被更換之後，每年的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用降低到4萬美元，維修時(shí)間也從幾個(gè)星期縮短到幾天。
2.效率的提升
一個(gè)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，主要取決於通過耐磨環(huán)而回流的液體量大小；縮小耐磨環(huán)的間隙，可以縮小耐磨環(huán)之間讓液體通過的麵積。而采用金屬耐磨環(huán)，需要保持較大的間隙以降低耐磨環(huán)碰觸。但是較大的間隙會(huì)造成液體回流，使得泵的效率降低。同時(shí)較大的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙會(huì)造成泵強(qiáng)力的振動(dòng)，使得套管移位而造成耐磨環(huán)彼此接觸。
聚酰亞胺複合材料擁有較低的熱膨脹係數(shù)(CTE)，因此使用這種材料製造的耐磨環(huán)等靜止部件，在安裝時(shí)就可有更小的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，這樣可在更低的輸出功率下得到相同的流量，同時(shí)也使效率提高2%~5%。此外，這些耐磨環(huán)所造成的振動(dòng)也得到了大大的降低，延長軸承和耐磨環(huán)的使用壽命。
3.空轉(zhuǎn)不會(huì)造成運(yùn)轉(zhuǎn)不順利
聚酰亞胺複合材料耐磨環(huán)可以在空轉(zhuǎn)的情況下使用。在冇有吸入任何液體，操作條件超出設(shè)計(jì)範(fàn)圍，慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，或者泵剛起動(dòng)的期間，不會(huì)造成泵運(yùn)轉(zhuǎn)不順。相反，使用金屬耐磨環(huán)的泵若遇到同樣的情況，就會(huì)造成泵因高溫而卡死，需要停機(jī)進(jìn)行拆卸維修，以便將問題排除。
在某凝結(jié)回收作業(yè)中，離心泵在接近汽化的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此經(jīng)常出現(xiàn)“蒸汽死鎖”及“空轉(zhuǎn)”的情況。其常見的損壞情況，包括耐磨環(huán)因高溫而黏在一起、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片破裂，以及擾動(dòng)板偏轉(zhuǎn)。此外，管路套管軸承也可能造成套管損壞且無法修複，*後導(dǎo)致泵下半部整個(gè)被刮傷。
泵平均每年都要維修兩次，更嚴(yán)重的是每次泵送修時(shí)，許多非常昂貴的凝結(jié)劑都會(huì)被浪費(fèi)掉。工廠的維修人員將某一個(gè)泵內(nèi)所有的靜止磨耗零件都改為聚酰亞胺複合材料，並測試其在工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中加壓效能。因聚酰亞胺複合材料的磨耗零件有較小的間隙，所以該泵的加壓效能比新泵稍高。之後進(jìn)料閥門被關(guān)閉1min的時(shí)間，並讓泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，然後重新開起閥門。
泵冇有出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)不順的問題，其振動(dòng)情況及溫度都維持非常穩(wěn)定，經(jīng)過測量其效能也冇有任何改變。再將進(jìn)口閥門關(guān)閉60min的時(shí)間，也冇有對其效能造成非常嚴(yán)重的影響。該泵在連續(xù)使用3年後被送回進(jìn)行例行性維護(hù)保養(yǎng)。聚酰亞胺複合材料的零件仍然可以繼續(xù)使用。現(xiàn)在泵中的所有靜止磨耗零件都采用聚酰亞胺複合材料0材料，故障率也從每年兩次故障，變成在4年內(nèi)完全冇有故障。
六、結(jié)論
大多數(shù)離心泵的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，都很容易造成其耐磨環(huán)受到損壞。但是煉油廠商可以有效避免這種情況，選擇具有*佳之操作及功能特性的零件。這樣，管理人員就可以提高作業(yè)的效率和**性，同時(shí)大幅降低公司的營運(yùn)成本。
聚酰亞胺複合材料提高泵的性能
六、結(jié)論
大多數(shù)離心泵的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，都很容易造成其耐磨環(huán)受到損壞。但是煉油廠商可以有效避免這種情況，選擇具有*佳之操作及功能特性的零件。這樣，管理人員就可以提高作業(yè)的效率和**性，同時(shí)大幅降低公司的營運(yùn)成本。
聚酰亞胺複合材料提高泵的性能
多年以來，泵的生產(chǎn)廠商一直使用金屬部件作為口環(huán)、軸套、襯套，用於API泵中的單級和多級石化流程泵。因?yàn)榻饘俨考饘俨考g會(huì)磨損，耐磨元件與泵之間就有可能咬合或咬死，在強(qiáng)腐蝕工況下，這種情況更為嚴(yán)重——因?yàn)榇藭r(shí)多用不鏽鋼部件，而它更易咬合。這時(shí)就需要增大口環(huán)間隙，來確保泵的轉(zhuǎn)子與定子不會(huì)咬死。儘管有預(yù)警，但磨傷和咬合問題仍會(huì)困擾泵的用戶。
磨損元件磨損有很多原因，其中包括：
◆ 徑向軸承失效
泵的徑向軸承失效，就會(huì)使得轉(zhuǎn)子跳動(dòng)，磨損元件間的接觸力度加大，這常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重咬合，*終導(dǎo)致泵的咬死。
◆ 產(chǎn)物汽化
泵受到傳統(tǒng)氣蝕時(shí)，一定會(huì)由流體產(chǎn)生水膜而減少了一直的支撐，從而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過大，磨損接觸麵。
◆ 軸的撓度
軸的撓度過大是造成磨損件相互接觸的又一原因。當(dāng)離心泵遠(yuǎn)離*佳效率點(diǎn)工作時(shí)，徑向力比較集中就會(huì)使軸彎曲，這就使得轉(zhuǎn)動(dòng)部件（比如口環(huán)或機(jī)械密封）與靜止部件相接觸，造成一方或雙方的損壞。
◆ 蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)泵的低速啟動(dòng)
這個(gè)問題常會(huì)出現(xiàn)在大型多級臥式泵中，它的轉(zhuǎn)子必需達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速才能獲得合適的支撐力，否則泵中的磨損件會(huì)相互接觸。
◆ 缺少徑向軸承支撐
這個(gè)問題普遍存在於老式雙吸泵和兩級往複泵。當(dāng)初這些泵設(shè)計(jì)時(shí)，都是用盤根作密封，這樣它可以為軸提供一個(gè)徑向的軸承支撐。但由於嚴(yán)格的泄漏標(biāo)準(zhǔn)，很多泵都改用了機(jī)械密封。這樣就缺少了盤根的軸承支撐作用。使得軸撓度更大，機(jī)械密封壽命減小以及口環(huán)咬合。
儘管有很多方法可以減小泵咬合和咬死的可能性，但還是有一種方法可以考慮，那就是改用不咬合、不咬死的磨損材料。高性能的熱塑性複合材料與鋼相匹配不咬合不咬死，即使是在乾轉(zhuǎn)、高負(fù)荷摩擦的條件下。這種複合材料的作用就是作為犧牲部件。在*壞的情況下，在轉(zhuǎn)子與泵殼咬死之前，這種部件就會(huì)磨損或表麵熔化。
近些年來，熱塑性複合材料已被用於動(dòng)、靜耐磨件中，相匹配的部件還是用鋼鐵。熱塑性複合材料可增加磨損件之間的硬度順和度——複合材料作為磨耗部件。與其他材料一樣，熱塑性複合材料同樣有它的局限性，而在絕大多數(shù)應(yīng)用中並不明顯，而益處卻尤為顯著。
回流問題
API泵在設(shè)計(jì)製造時(shí)，就考慮了如何控製從出口處的葉輪背麵向吸入口的葉輪方向的背流現(xiàn)象，這種密封措施就是指口環(huán)。口環(huán)通常是成對裝配使用，一個(gè)裝配在轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪上（葉輪口環(huán)），另一個(gè)裝在泵殼上（泵殼口環(huán)），這些口環(huán)都能使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定。
以往，口環(huán)都使用不同等級的鋼製造，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼製部件之間所產(chǎn)生的摩擦很大，為確保轉(zhuǎn)子與定子不咬合，需要將口環(huán)間隙加大。而且，很多鋼製部件與配件接觸時(shí)很容易發(fā)生咬合，所以要求更大的間隙。而API610給我們提供了口環(huán)的*小徑向間隙標(biāo)準(zhǔn)，很多機(jī)構(gòu)也有他們自己的間隙標(biāo)準(zhǔn)。一直以來人們都在努力減少泵的咬合咬死狀況。
大的間隙會(huì)使泵的內(nèi)部產(chǎn)生背流，帶來一些令人失望的後果：
·效率損失——大的間隙會(huì)使得更多內(nèi)部流體產(chǎn)生回流，直接影響泵的效率。
·回流氣蝕——過大的口環(huán)間隙會(huì)產(chǎn)生氣蝕，同時(shí)背流也會(huì)產(chǎn)生氣蝕。出口到吸入口的口環(huán)間隙增大會(huì)影響流體流動(dòng)性質(zhì)，也會(huì)使葉輪的NPSHR值升高。
·高振動(dòng)——若流體流速過高，流體流過口環(huán)表麵時(shí)會(huì)對轉(zhuǎn)子有擾動(dòng)。
複合口環(huán)
WRTM熱塑性複合材料是一種不咬合、低摩擦係數(shù)的材料，在非漿體中有非常好的耐磨性能。由於加入了碳纖維做補(bǔ)強(qiáng)，它的機(jī)械性能比金屬更有競爭力，因此，這種材料已用作一些泵的口環(huán)，代替了部分金屬口環(huán)。這種材料減少了摩擦和咬合，很大程度上減小了口環(huán)間隙。表1列出了API610推薦徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙標(biāo)準(zhǔn)，對於鑄鐵、銅、硬度在11～13％的鉻及有相似咬合性的金屬，表1也列出了一些使用WR材料時(shí)的徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙。
減少泵中磨損件的徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，可以使泵以*大效率工作，減小了內(nèi)部背流也就減少了馬力；並可以減少泵背流氣蝕的機(jī)會(huì)和泵的振動(dòng)頻率。
磨損元件磨損有很多原因，其中包括：
◆ 徑向軸承失效
泵的徑向軸承失效，就會(huì)使得轉(zhuǎn)子跳動(dòng)，磨損元件間的接觸力度加大，這常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重咬合，*終導(dǎo)致泵的咬死。
◆ 產(chǎn)物汽化
泵受到傳統(tǒng)氣蝕時(shí)，一定會(huì)由流體產(chǎn)生水膜而減少了一直的支撐，從而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過大，磨損接觸麵。
◆ 軸的撓度
軸的撓度過大是造成磨損件相互接觸的又一原因。當(dāng)離心泵遠(yuǎn)離*佳效率點(diǎn)工作時(shí)，徑向力比較集中就會(huì)使軸彎曲，這就使得轉(zhuǎn)動(dòng)部件（比如口環(huán)或機(jī)械密封）與靜止部件相接觸，造成一方或雙方的損壞。
◆ 蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)泵的低速啟動(dòng)
這個(gè)問題常會(huì)出現(xiàn)在大型多級臥式泵中，它的轉(zhuǎn)子必需達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速才能獲得合適的支撐力，否則泵中的磨損件會(huì)相互接觸。
◆ 缺少徑向軸承支撐
這個(gè)問題普遍存在於老式雙吸泵和兩級往複泵。當(dāng)初這些泵設(shè)計(jì)時(shí)，都是用盤根作密封，這樣它可以為軸提供一個(gè)徑向的軸承支撐。但由於嚴(yán)格的泄漏標(biāo)準(zhǔn)，很多泵都改用了機(jī)械密封。這樣就缺少了盤根的軸承支撐作用。使得軸撓度更大，機(jī)械密封壽命減小以及口環(huán)咬合。
儘管有很多方法可以減小泵咬合和咬死的可能性，但還是有一種方法可以考慮，那就是改用不咬合、不咬死的磨損材料。高性能的熱塑性複合材料與鋼相匹配不咬合不咬死，即使是在乾轉(zhuǎn)、高負(fù)荷摩擦的條件下。這種複合材料的作用就是作為犧牲部件。在*壞的情況下，在轉(zhuǎn)子與泵殼咬死之前，這種部件就會(huì)磨損或表麵熔化。
近些年來，熱塑性複合材料已被用於動(dòng)、靜耐磨件中，相匹配的部件還是用鋼鐵。熱塑性複合材料可增加磨損件之間的硬度順和度——複合材料作為磨耗部件。與其他材料一樣，熱塑性複合材料同樣有它的局限性，而在絕大多數(shù)應(yīng)用中並不明顯，而益處卻尤為顯著。
回流問題
API泵在設(shè)計(jì)製造時(shí)，就考慮了如何控製從出口處的葉輪背麵向吸入口的葉輪方向的背流現(xiàn)象，這種密封措施就是指口環(huán)。口環(huán)通常是成對裝配使用，一個(gè)裝配在轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪上（葉輪口環(huán)），另一個(gè)裝在泵殼上（泵殼口環(huán)），這些口環(huán)都能使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定。
以往，口環(huán)都使用不同等級的鋼製造，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼製部件之間所產(chǎn)生的摩擦很大，為確保轉(zhuǎn)子與定子不咬合，需要將口環(huán)間隙加大。而且，很多鋼製部件與配件接觸時(shí)很容易發(fā)生咬合，所以要求更大的間隙。而API610給我們提供了口環(huán)的*小徑向間隙標(biāo)準(zhǔn)，很多機(jī)構(gòu)也有他們自己的間隙標(biāo)準(zhǔn)。一直以來人們都在努力減少泵的咬合咬死狀況。
大的間隙會(huì)使泵的內(nèi)部產(chǎn)生背流，帶來一些令人失望的後果：
·效率損失——大的間隙會(huì)使得更多內(nèi)部流體產(chǎn)生回流，直接影響泵的效率。
·回流氣蝕——過大的口環(huán)間隙會(huì)產(chǎn)生氣蝕，同時(shí)背流也會(huì)產(chǎn)生氣蝕。出口到吸入口的口環(huán)間隙增大會(huì)影響流體流動(dòng)性質(zhì)，也會(huì)使葉輪的NPSHR值升高。
·高振動(dòng)——若流體流速過高，流體流過口環(huán)表麵時(shí)會(huì)對轉(zhuǎn)子有擾動(dòng)。
複合口環(huán)
WRTM熱塑性複合材料是一種不咬合、低摩擦係數(shù)的材料，在非漿體中有非常好的耐磨性能。由於加入了碳纖維做補(bǔ)強(qiáng)，它的機(jī)械性能比金屬更有競爭力，因此，這種材料已用作一些泵的口環(huán)，代替了部分金屬口環(huán)。這種材料減少了摩擦和咬合，很大程度上減小了口環(huán)間隙。表1列出了API610推薦徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙標(biāo)準(zhǔn)，對於鑄鐵、銅、硬度在11～13％的鉻及有相似咬合性的金屬，表1也列出了一些使用WR材料時(shí)的徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙。
減少泵中磨損件的徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，可以使泵以*大效率工作，減小了內(nèi)部背流也就減少了馬力；並可以減少泵背流氣蝕的機(jī)會(huì)和泵的振動(dòng)頻率。
表1.API推薦的徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙以及使用WR材料時(shí)的徑向運(yùn)轉(zhuǎn)間隙
這種性能上的提高很快就能轉(zhuǎn)化為切實(shí)的回報(bào)。舉例說明，一個(gè)泵的OEM維修組更新了一臺(tái)九級臥式可分式鍋爐給水泵，將不鏽鋼葉輪環(huán)和軸套均換成了含連續(xù)碳纖維的熱塑性複合材料。結(jié)果，泵的效率由81.2％提高到了83％。該地區(qū)電力費(fèi)用為0.12美元/kWh，所以每年可以節(jié)省57,248美元，將全部費(fèi)用——運(yùn)費(fèi)、維修費(fèi)、重裝費(fèi)，加起來共三萬美金，所以用戶在6.3個(gè)月內(nèi)就能將成本收回。
複合元件的成功之處
◆ 徑向軸承失效的解決
一個(gè)海灣煉油廠采用含連續(xù)碳纖維的熱塑性複合材料葉輪口環(huán)來改進(jìn)一臺(tái)大直徑單級海水泵，此泵的的軸向跟徑向都有磨損導(dǎo)致了軸在轉(zhuǎn)速為1800rpm時(shí)損壞。不鏽鋼口環(huán)換成複合材料葉輪口環(huán)後，當(dāng)口環(huán)間隙達(dá)到更替要求時(shí)，不鏽鋼葉輪跟泵殼口環(huán)都冇有磨損和損壞。結(jié)果泵的維修費(fèi)低於使用不鏽鋼口環(huán)時(shí)的一半。
◆ 產(chǎn)物汽化問題的解決
這種問題常會(huì)出現(xiàn)在運(yùn)送的流體蒸汽壓與操作壓相近的場合，比如低組分的烴類，還有開水給水泵中。西部德州電廠就經(jīng)曆過這種咬合現(xiàn)象，三臺(tái)12級臥式可拆分式鍋爐給水泵，操作溫度為130℃，咬合咬死現(xiàn)象短期內(nèi)就會(huì)發(fā)生，此時(shí)泵低於NPSH的要求。該電廠決定采用含碳纖維補(bǔ)強(qiáng)的熱塑性磨損材料改裝所有靜磨損件，包括所有泵殼口環(huán)和襯套。這臺(tái)泵自重新安裝後，正常工作了四年多。工廠技術(shù)經(jīng)理說，泵係統(tǒng)發(fā)生故障會(huì)影響整個(gè)地區(qū)，但泵至今冇有再出現(xiàn)過咬合和咬死現(xiàn)象。
◆ 軸撓度過大問題的解決
軸的撓度會(huì)產(chǎn)生高振動(dòng)，縮短機(jī)械密封的壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪音，單級立式管道泵就會(huì)有這種現(xiàn)象。工程師將其所用的鋼製口環(huán)換成了一個(gè)含連續(xù)碳纖維的熱塑性複合材料葉輪口環(huán)，配用不鏽鋼泵殼口環(huán)，石墨喉部襯套也換成了複合材料。於是，間隙減小了一半，振動(dòng)隨之減小。這臺(tái)泵使用了一年多，振動(dòng)冇增加，較小的間隙還減小了軸的跑動(dòng)。
◆ 低轉(zhuǎn)速啟動(dòng)問題的解決
當(dāng)泵由蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子要達(dá)到操作轉(zhuǎn)速，至少要達(dá)到預(yù)熱渦輪的*低轉(zhuǎn)速。有家工廠在使用八級熱水給水泵時(shí)遇到這種問題。該泵的驅(qū)動(dòng)渦輪為單級260馬力蒸汽渦輪（60psi蒸汽），正常轉(zhuǎn)速為3550~3600，但在啟動(dòng)時(shí)要求以500rpm的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)近30分鐘，這使得不鏽鋼磨損件在啟動(dòng)時(shí)要摩擦多次。使用含碳纖維的熱塑性複合材料改進(jìn)靜止磨損部件後，間隙和振動(dòng)減小了，泵的效率提高了，而且在低速啟動(dòng)階段也冇有咬合現(xiàn)象。
◆ 徑向軸承支撐缺少問題的解決
在雙吸泵中，熱塑性複合材料多用於緊密的泵殼口環(huán)，以及喉部襯套和填料箱。小間隙的泵殼口環(huán)使傳統(tǒng)的軸承支撐位於軸的中間，這是偏離問題出現(xiàn)的主要位置。兩級往複泵原來就有高偏離、咬合、機(jī)械密封壽命短等問題，它的兩個(gè)葉輪間有個(gè)襯套但在軸的底部冇有軸承支撐。熱塑性複合材料部件減小了葉輪間口環(huán)和襯套的間隙，從而減小了軸的偏離，提高了機(jī)械密封的壽命，並減少了咬合。
結(jié)論
熱塑性複合材料使得動(dòng)靜磨損件間有較大的硬度差，而複合材料是作為損耗部件，這降低了咬合咬死的幾率，減小了間隙，此外，複合材料部件還具有以下優(yōu)點(diǎn)：馬力減少、泵效率提高、振動(dòng)減小、避免乾轉(zhuǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使API泵的運(yùn)行和維修費(fèi)用都減少了。
與其他材料一樣，熱塑性複合材料也有它的限製。對於化學(xué)物質(zhì)適用的限製在材料加工方麵需進(jìn)一步討論。
廣成 公司**性的碳纖維複合技術(shù)，所生產(chǎn)的新材料是取代金屬、碳及石墨等磨耗元件的理想新材料。
◆連續(xù)碳纖維/ PI複合材料
GCPI是一種複合材料，在PI（Polyimide）基材中添加了連續(xù)碳纖維。其**的機(jī)械強(qiáng)度、獨(dú)特的低膨脹特性及優(yōu)良的耐磨耗性能，提供了轉(zhuǎn)子*大的穩(wěn)定度、泵效率的提升以及更短的失效間隔期MTBF（MeanTimeBetween Failures）。
GCPI的一般應(yīng)用包括葉輪磨耗環(huán)、多段軸承/襯套、底部軸承、擴(kuò)散器軸承、直軸軸承、節(jié)流襯套、外殼耐磨環(huán)。低摩擦係數(shù)及低熱膨脹特性，使其適用於軸承、襯套及離心泵的口環(huán)，還可用於潤滑性差的鍋爐給水、冷凝液、輕質(zhì)烴、芳香烴、丁二烯及其他低比重的介質(zhì)。其應(yīng)用一般包括外殼耐磨環(huán)、多段軸承/襯套、定部/底部軸承、擴(kuò)散器軸承、直軸軸承、節(jié)流襯套、葉輪耐磨環(huán)。
GCPI*近剛通過OEM的測試，連續(xù)6000次的啟動(dòng)、停止而冇有損壞或磨耗。
成都森發(fā)橡塑有限公司專業(yè)生產(chǎn)聚酰亞胺各種製品，提供特種配方製品。 www.miaoshagou.cn www.seefar.asia
複合元件的成功之處
◆ 徑向軸承失效的解決
一個(gè)海灣煉油廠采用含連續(xù)碳纖維的熱塑性複合材料葉輪口環(huán)來改進(jìn)一臺(tái)大直徑單級海水泵，此泵的的軸向跟徑向都有磨損導(dǎo)致了軸在轉(zhuǎn)速為1800rpm時(shí)損壞。不鏽鋼口環(huán)換成複合材料葉輪口環(huán)後，當(dāng)口環(huán)間隙達(dá)到更替要求時(shí)，不鏽鋼葉輪跟泵殼口環(huán)都冇有磨損和損壞。結(jié)果泵的維修費(fèi)低於使用不鏽鋼口環(huán)時(shí)的一半。
◆ 產(chǎn)物汽化問題的解決
這種問題常會(huì)出現(xiàn)在運(yùn)送的流體蒸汽壓與操作壓相近的場合，比如低組分的烴類，還有開水給水泵中。西部德州電廠就經(jīng)曆過這種咬合現(xiàn)象，三臺(tái)12級臥式可拆分式鍋爐給水泵，操作溫度為130℃，咬合咬死現(xiàn)象短期內(nèi)就會(huì)發(fā)生，此時(shí)泵低於NPSH的要求。該電廠決定采用含碳纖維補(bǔ)強(qiáng)的熱塑性磨損材料改裝所有靜磨損件，包括所有泵殼口環(huán)和襯套。這臺(tái)泵自重新安裝後，正常工作了四年多。工廠技術(shù)經(jīng)理說，泵係統(tǒng)發(fā)生故障會(huì)影響整個(gè)地區(qū)，但泵至今冇有再出現(xiàn)過咬合和咬死現(xiàn)象。
◆ 軸撓度過大問題的解決
軸的撓度會(huì)產(chǎn)生高振動(dòng)，縮短機(jī)械密封的壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪音，單級立式管道泵就會(huì)有這種現(xiàn)象。工程師將其所用的鋼製口環(huán)換成了一個(gè)含連續(xù)碳纖維的熱塑性複合材料葉輪口環(huán)，配用不鏽鋼泵殼口環(huán)，石墨喉部襯套也換成了複合材料。於是，間隙減小了一半，振動(dòng)隨之減小。這臺(tái)泵使用了一年多，振動(dòng)冇增加，較小的間隙還減小了軸的跑動(dòng)。
◆ 低轉(zhuǎn)速啟動(dòng)問題的解決
當(dāng)泵由蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子要達(dá)到操作轉(zhuǎn)速，至少要達(dá)到預(yù)熱渦輪的*低轉(zhuǎn)速。有家工廠在使用八級熱水給水泵時(shí)遇到這種問題。該泵的驅(qū)動(dòng)渦輪為單級260馬力蒸汽渦輪（60psi蒸汽），正常轉(zhuǎn)速為3550~3600，但在啟動(dòng)時(shí)要求以500rpm的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)近30分鐘，這使得不鏽鋼磨損件在啟動(dòng)時(shí)要摩擦多次。使用含碳纖維的熱塑性複合材料改進(jìn)靜止磨損部件後，間隙和振動(dòng)減小了，泵的效率提高了，而且在低速啟動(dòng)階段也冇有咬合現(xiàn)象。
◆ 徑向軸承支撐缺少問題的解決
在雙吸泵中，熱塑性複合材料多用於緊密的泵殼口環(huán)，以及喉部襯套和填料箱。小間隙的泵殼口環(huán)使傳統(tǒng)的軸承支撐位於軸的中間，這是偏離問題出現(xiàn)的主要位置。兩級往複泵原來就有高偏離、咬合、機(jī)械密封壽命短等問題，它的兩個(gè)葉輪間有個(gè)襯套但在軸的底部冇有軸承支撐。熱塑性複合材料部件減小了葉輪間口環(huán)和襯套的間隙，從而減小了軸的偏離，提高了機(jī)械密封的壽命，並減少了咬合。
結(jié)論
熱塑性複合材料使得動(dòng)靜磨損件間有較大的硬度差，而複合材料是作為損耗部件，這降低了咬合咬死的幾率，減小了間隙，此外，複合材料部件還具有以下優(yōu)點(diǎn)：馬力減少、泵效率提高、振動(dòng)減小、避免乾轉(zhuǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使API泵的運(yùn)行和維修費(fèi)用都減少了。
與其他材料一樣，熱塑性複合材料也有它的限製。對於化學(xué)物質(zhì)適用的限製在材料加工方麵需進(jìn)一步討論。
廣成 公司**性的碳纖維複合技術(shù)，所生產(chǎn)的新材料是取代金屬、碳及石墨等磨耗元件的理想新材料。
◆連續(xù)碳纖維/ PI複合材料
GCPI是一種複合材料，在PI（Polyimide）基材中添加了連續(xù)碳纖維。其**的機(jī)械強(qiáng)度、獨(dú)特的低膨脹特性及優(yōu)良的耐磨耗性能，提供了轉(zhuǎn)子*大的穩(wěn)定度、泵效率的提升以及更短的失效間隔期MTBF（MeanTimeBetween Failures）。
GCPI的一般應(yīng)用包括葉輪磨耗環(huán)、多段軸承/襯套、底部軸承、擴(kuò)散器軸承、直軸軸承、節(jié)流襯套、外殼耐磨環(huán)。低摩擦係數(shù)及低熱膨脹特性，使其適用於軸承、襯套及離心泵的口環(huán)，還可用於潤滑性差的鍋爐給水、冷凝液、輕質(zhì)烴、芳香烴、丁二烯及其他低比重的介質(zhì)。其應(yīng)用一般包括外殼耐磨環(huán)、多段軸承/襯套、定部/底部軸承、擴(kuò)散器軸承、直軸軸承、節(jié)流襯套、葉輪耐磨環(huán)。
GCPI*近剛通過OEM的測試，連續(xù)6000次的啟動(dòng)、停止而冇有損壞或磨耗。
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